Управление образования
администрации Балашовского муниципального района
Районная научно-практическая конференция учащихся
«Юные лидеры образования»
_______________________________________________________
Муниципальное общеобразовательное учреждение
Гуманитарно-педагогический лицей-интернат
г. Балашова Саратовской области
«Спутниковые навигационные системы»
секция: «Информатика и современные компьютерные технологии»
Выполнил: Есиков Ярослав,
ученик 11 ф/м класса
Руководитель: Барсукова М.А.,
учитель информатики
Балашов 2008
Содержание
Введение
История спутниковых навигационных систем
Низкоорбитные спутниковые навигационные системы (СНС)
Среднеорбитные спутниковые навигационные системы СНС GPS
Спутниковые навигационные системы.
Принципы работы навигационных систем
Глобальная навигационная система NAVSTAR
Российская спутниковая навигационная система ГЛОНАСС
Европейская система ГАЛИЛЕО
Еще о ГЛОНАСС и GPS
Отношение руководства России к системе ГЛОНАСС
Заключение
Библиографический список
Введение
Актуальность
Долгие годы все, что связано с высокоточным определением местоположения подвижных объектов, оставалось уделом "привилегированных" систем; эти способы использовались исключительно в мореплавании, воздушной авиации и при картографировании. Создание систем GPS и ГЛОНАСС коренным образом изменило ситуацию. Сегодня приемники GPS/ГЛОНАСС прочно вошли в нашу жизнь, а определение местоположения стало привычной услугой мобильной связи.
Первоначально гарантируемая точность определения местоположения у обеих систем составляла около 100 м. Однако после того, как в 2000 г. основной провайдер услуг GPS (Министерство обороны США) отказался от режима селективного доступа, точность определения координат возросла почти на порядок. Заметим, что применение режима дифференциальных поправок увеличивает точность еще в несколько десятков раз. Казалось бы, сегодня все категории потребителей навигационной информации удовлетворены. Однако активно продолжаются работы по европейскому проекту глобальной навигационной спутниковой системы (Global Navigation Satellite System - GNSS), создаваемой по инициативе EC и Европейского космического агентства.
Объект исследования
Спутниковые навигационные системы
Предмет исследования
Принцип работы спутниковых навигационных систем
Структура
Работа состоит из введения, 4 частей, заключения и библиографического списка.
История спутниковых навигационных систем Низкоорбитные спутниковые навигационные системы (СНС)
Проблема использования для целей навигации подвижных ориентиров, вынесенных в космическое пространство, приобрела практическое решение после запуска 4 октября 1957 года первого в мире советского искусственного спутника Земли (ИСЗ).
СНС Transit («Транзит») начала разрабатываться уже в 1958 году в США.В 1959 году на орбиту выведен первый навигационный искусственный спутник Земли, а в 1964 году вступила в эксплуатацию система для обеспечения навигации американских атомных ракетных подводных лодок «Поларис». Для коммерческой эксплуатации СНС «Transit» была предоставлена в 1967 году, причем количество гражданских пользователей вскоре существенно превысило число военных. К концу 1975 года на круговых околоземных орбитах (высотой около 1000 км) находилось шесть навигационных космических аппаратов (КА), и на основе приема и выделения доплеровского сдвига частоты передатчика одного из них рассчитывались координаты наблюдателя. Масса ИСЗ составляла 56 кг. Спутник излучал сигнал на двух частотах - 150 и 400 МГц, среднеквадратическая погрешность (СКП) определения места объекта на земной поверхности составила 100 м. В 2000 году система была выведена из эксплуатации.
СНС «Цикада» - эта российская система ведет свое летосчисление с 1967 года, когда был выведен на орбиту первый навигационный спутник «Космос-192». Полностью система введена в эксплуатацию в 1979 году в составе четырех космических аппаратов, выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км, наклонением 83 градуса и равномерным распределением плоскостей орбиты вдоль экватора. Система позволяла наблюдателю каждые 1,5-2 часа определять координаты своего места при продолжительности навигационного сеанса до 10 мин. С течением времени в результате модернизации системы СКП определения места объекта достигла 80-100 м. «Цикада» также использовала доплеровский сдвиг частоты сигнала передатчика для определения координат места. Позже космические аппараты этой системы были дооснащены аппаратурой для обнаружения терпящих бедствие объектов, оборудованных радиобуями, излучающими специальные сигналы. В настоящее время «Цикада» имеет ограниченное применение в навигации. Для определения координат кораблей ВМФ СССР использовалась низкоорбитная спутниковая навигационная система «Цикада-М», обладающая характеристиками, близкими к системе «Цикада».
Таким образом, со времен средневековых мореходов способ определения координат объекта на поверхности Земли принципиально не изменился, а лишь значительно облегчился благодаря широкому применению вычислительных устройств и чувствительной приемной аппаратуры. Для решения задачи определения координат по величине доплеровского сдвига частоты сигнала, излучаемого ИСЗ, приемная аппаратура рассчитывала скорость КА, находящегося на высоте 1000 км. Кроме того, необходимо было знать положение аппарата на орбите (эту так называемую «эфемеридную информацию» КА «сбрасывал» потребителю) и иметь на КА и в приемной аппаратуре высокостабильный генератор частоты.
Принципиально измерять расстояния можно было бы одновременно до двух ИСЗ или последовательно во времени до одного и того же спутника. На практике измерялась разность расстояний до одного и того же ИСЗ через 20-секундные интервалы времени. Поэтому в состав спутниковой навигационной системы входил наземный комплекс управления (со средствами измерения и передачи на КА данных о его положении на орбите - «эфемеридной информации»).
Среднеорбитные спутниковые навигационные системы СНС GPS.
С разработкой в 1960 году атомных часов стало возможным использовать для целей навигации сеть точно синхронизированных передатчиков кодированных сигналов. В 1964 году ВВС США начали разработку и испытания возможностей использования для местоопределения широкополосных сигналов, модулированных псевдослучайными шумовыми кодами. В 1973 году программы ВВС были объединены в общую технологическую программу «Навстар-GPS». Но полностью система оказалась развернутой только в 1995 году.
Летные испытания среднеорбитальной отечественной навигационной системы начались в октябре 1982 года запуском спутника «Космос 1413». В 1995 году было завершено развертывание СНС ГЛОНАСС до ее штатного состава - 24 космических аппаратов.
Систему ГЛОНАСС можно по праву назвать достоянием России, так как позволить себе что-либо подобное смогли только две страны мира - США и Россия. К сожалению, российские космические аппараты обладали меньшим временем функционирования на орбите, чем американские, поэтому в условиях слабого финансирования парк спутников системы ГЛОНАСС сократился до 10-12 единиц, притом, что минимально необходимое количество КА на орбите для надежного определения места объектов составляет 18 КА. Дело усугубляло отсутствие доступных широкому потребителю приемников российского производства. В результате США извлекали прибыль из аналогичной системы GPS, а Россия несла убытки. В последние годы ситуация начала меняться к лучшему: на орбиту выводятся российские КА с повышенным сроком службы (7-9 лет); до 2007 года принято решение довести космическую группировку до минимально необходимых 18 КА; налаживается у нас и производство приемной аппаратуры.
Основное назначение СНС второго поколения ГЛОНАСС - глобальная оперативная навигация приземных подвижных объектов: наземных (сухопутных, морских, воздушных) и низкоорбитальных космических. То есть любой объект (корабль, самолет, автомобиль или просто пешеход) в любом месте приземного пространства в любой момент времени способен всего за несколько секунд определить параметры своего движения - три координаты и три составляющие вектора скорости.
Спутниковые навигационные системы.
Глобальные спутниковые навигационные системы относятся к классу многопозиционных РНС (радионавигационных спутников) и предназначены для определения пространственного местоположения и направления движения потребителей в пределах или большей части поверхности Земли. Возможны также региональные СНС (спутниковые навигационные системы), обслуживающие ограниченные территории. Для авиационных целей представляют интерес СНС, обеспечивающие непрерывное определение пространственного местоположения летательного аппарата (ПМЛА). Для СНС выделены следующие диапазоны длин волн:
(3-18см)-рабочий диапазон
(20-31см)-резервный диапазон.
Основу СНС составляет сеть (созвездие навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), выполняющих функцию опорных радионавигационных точек (РНТ), отношение которых измеряет навигационные параметры. Конфигурация созвездия и число М ИСЗ выбираются из условий получения требуемой зоны для СНС, избыточного числа видимых спутников в точке приема (для выбора подходящих по геометрическому фактору рабочего созвездия), удобства управления системой и наименьшего влияния возможного движения спутника факторов.
Основные элементы спутниковой системы навигации:
Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;
Наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;
Приёмное клиентское оборудование («спутниковых навигаторов»), используемое для определения координат;
Проще говоря, это есть информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.
На сегодняшний день самыми значительными являются следующие спутниковые навигационные системы:
NAVSTAR (GPS) — принадлежит министерству обороны США, что считается другими государствами её главным недостатком. Более известна под названием GPS. Единственная полностью работающая спутниковая навигационная система.
ГЛОНАСС — находится на этапе развёртывания спутниковой группировки. Принадлежит министерству обороны России. Обладает, по заявлениям разработчиков, некоторыми техническими преимуществами по сравнению с NAVSTAR, однако в настоящее время эти утверждения проверить невозможно ввиду недостаточности спутниковой группировки и отсутствия доступного клиентского оборудования.
Бэйдоу — развёртываемая в настоящее время Китаем подсистема GNSS, предназначенная для использования только в этой стране. Особенность — небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите.
Galileo — европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки
Принцип работы.
Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстоянии от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приемник до начала измерений. Обычно приемник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения, и если он не устарел – мгновенно использует его. Каждый спутник передает в своем сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.
М етод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени в составе своего сигнала используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Для получения информации о скорости большинство навигационных приёмников используют эффект Доплера. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д.
В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:
Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).
Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников;
Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в определённых пределах;
Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе;
Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.
Глобальная навигационная система NAVSTAR.
Эта система разработана в интересах министерства обороны США. Однако, в ней предусмотрена возможность ее использования гражданскими потребителями. Эта система имеет 6 орбит, на каждой вращаются по 3 НИСЗ с периодом в 12 часов. Кроме 18 основных спутников есть 3 резервных. Фазы спутников в соседних орбитальных плоскостях отличаются на 400. Работа всех НИСЗ с высокой точностью синхронизирована с системой единого времени.
Функциональная схема NAVSTAR
команда управления
телеметрические сигналы
навигационные сигналы для КИК
навигационные сигналы для аппаратуры пользователя (АП)
сигналы управления
ССС – станция слежения за спутником
СЗСИ – станция загрузки служебной информацией
КВЦ – координационно-вычислительный центр
КИК – командно-измерительный комплекс
КИС – командно-измерительная станция.
КИК предназначен для определения орбит НИСЗ, измерения расхождения шкал времени НИСЗ с системным временем, предсказания координат НИСЗ, вычисления ухода бортового времени, формирование массива со служебной информацией и загрузки его в память соответствующего спутника, телеметрического контроля работы систем спутников и диагностики их состояния, а также для управления работой бортовых систем НИСЗ.
В состав КИК входят КВЦ, КИС, несколько станций ССС и СЗСИ.
Определение ПМЛА в СНС осуществляется с помощью дальномерного, квазидальномерного и доплеровского методов.
Навигационная информация передается на АП обычно в виде навигационного сигнала и служебной информации (навигационное сообщение) на общей несущей частоте. Эти сигналы обеспечивают заданную точность измерения навигационных параметров и высокую вероятность декодирования служебной информации, минимальную мощность передатчика НИСЗ, возможность разделения сигналов различных спутников и устойчивость по отношению к помехам.
Служебная информация содержит данные о поправке шкалы времени данного НИСЗ и его координатах, альманах данных, телеметрическую информацию, поправки на распределение радиоволн и другие данные, необходимые для точного и надежного определен6ия навигационных параметров.
Процессы изменения и выделения служебной информацией являются основными в АП. Определение дальности производиться по измерению временной задержки принимаемого кода относительно аналогичного кода, формирующегося в АП. Определение скорости осуществляется по измерению доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала относительно частоты опорного генератора. Погрешность определения дальности 5,6 метров при точном измерении и 30 метров при грубом. Скорость измеряется с погрешностью в 0,2 м/с, время 48нс.
С тех пор, как первый GPS спутник был запущен в феврале 1978 г., было запущено более, чем 50 спутников, начиная с GPS-I и далее 12 спутников GPS-IIR, 16 - GPS-II/IIA и 2 - GPS-IIR-M. Параметры GPS постепенно улучшались, что видно из Таблицы 1
Таблица 1.
Тип спутника
|
GPS-II
|
GPS-IIA
|
GPS-IIR
|
GPS-IIRM
|
GPS-IIF
|
Масса, кг
|
885
|
1500
|
2000
|
2000
|
2170
|
Срок жизни
|
7.5
|
7.5
|
10
|
10
|
15
|
Бортовое время
|
Cs
|
Cs
|
Rb
|
Rb
|
Rb &Cs
|
Межспутниковая связь
|
Нет
|
Да
|
Да
|
Да
|
Да
|
Автономная работа, дней
|
14
|
180
|
180
|
180
|
Более 60
|
Антирадиационная защита
|
Нет
|
Нет
|
Да
|
Да
|
Да
|
Антенна
|
-
|
-
|
Улучшенная
|
Улучшенная
|
Улучшенная
|
Возможность настройки на орбите
|
Слабая
|
Слабая
|
Средняя
|
Сильная
|
Повышенная
|
Навигационный сигнал
|
L1:C/A+P
L2:P
|
L1:C/A+P
L2:P
|
L1:C/A+P
L2:P
|
L1:C/A+P+M
L2:C/A+P+M
|
L1:C/A+P+M
L2:C/A+P+M
L5:C
|
Мощность бортового передатчика
|
Слабая
|
Слабая
|
Средняя
|
Сильная
|
Повышенная
|
В настоящее время сформулированы требования к GPS-III – навигационной системе третьего поколения. Два крупнейших мировых производителей спутников Locheed Martin и Boeing должны предложить свои варианты построения GPS-III.
Первый спутник GPS-III будет запущен в 2012/2013, а новая спутниковая группировка заработает в новом составе к 2017/2018. Согласно текущему прогрессу, первый запуск спутника GPS-III вероятно будет отложен на 2015.
По сравнению с существующей, система GPS-III будет иметь следующие особенности.
ожидаемый срок жизни спутника - 12-18 лет;
стоимость каждого спутника - 100-120 миллион долларов;
запуск двух спутников будет организован одной ракетой;
способность борьбы с возможными помехами будет существенно усилена и интенсивность сигнал возрастет на 20 дБ;
точность местоопределения составит 1 м без организации дополнительных мер, а такой недостаток GPS системы, как уязвимость от внешнего воздействия будет устранен.
Будут добавлены дополнительные услуги связи, приема и передачи сигналов бедствия и поиска объектов.
В настоящее время исследуются достоинства и недостатки двух вариантов построения орбитальной группировки: 6 плоскостей по 4 спутника на каждой и 3 орбитальные плоскости по 7 спутников. Ожидается, что GPS-III прослужит до 2030 г.
Рис. 1. Схема размещения наземных GPS-приемников.
Российская спутниковая навигационная система ГЛОНАСС.
ГЛОНАСС – глобальная спутниковая навигационная система. В ее состав входит орбитальная группировка из 24 спутников, находящихся на круговых орбитах на высоте 19100км. Спутники расположены в трех орбитальных плоскостях, разнесенных на 1200, в каждой плоскости находиться по 8 НИСЗ, которые удалены друг от друга на 450 по широте. Период спутников 11ч45мин. Такое построение орбитальной группировки позволяет создать оптимальные условия для непрерывного и глобального обеспечения Земли радионавигационными сигналами. Это позволяет пользователю установить свои координаты с ошибкой в 20 метров и скорость с погрешностью 15 см/с.
Эта система прежде всего обеспечивает навигационной информацией различные транспортные средства: эта информация позволяет не только повысить безопасность полета и мореплавания, но и помогает управлять наземным транспортом, повышает оперативность грузоперевозок. Навигационная информация необходима при геодезических работах, составлении земельных кадастров, прокладки коммуникаций. Она необходима геологам при разработке нефтяных и газовых месторождений, в том числе и на прибрежных шельфах, с ее помощью удобно организовывать поисково-спасательные работы.
Система разработана по заказу и находится под управлением Министерства Обороны РФ (Космические войска) и имеет статус системы двойного (военного и гражданского) назначения. Определено также, что федеральными органами исполнительной власти, ответственными за ее использование, поддержание и развитие, являются Министерство обороны РФ и Федеральное космическое агентство.
Высокая устойчивость к помехам делает систему ГЛОНАСС самой надежной системой в мире, заглушить сигналы которой значительно труднее, нежели, например, сигналы GPS. Дело здесь в способе передачи и разделения сигналов. В отличии от американской системы навигации GPS, в которой разделение сигналов происходит по специальным кодам со спутников, но при этом все сигналы передаются на одной частоте. В ГЛОНАСС разделение происходит за счет передачи сигналов на разных частотах.
Основным разработчиком и создателем по системе в целом и по космическому сегменту являются НПО прикладной механики (г. Красноярск), а по НКА - ПО «Полет» (г. Омск).
Головным разработчиком радиотехнических комплексов (подсистем) является РНИИ КП; ответственным за создание временного комплекса, системы синхронизации и навигационной аппаратуры потребителей определен Российский институт радионавигации и времени (РИРВ). К созданию ГЛОНАСС в последующем были подключены и самостоятельно подключились также другие организации.
В ГЛОНАСС применяются навигационные космические аппараты на круговых геоцентрических орбитах с высотой ~19100 км над поверхностью Земли. В настоящий момент эксплуатируются космические аппараты ГЛОНАСС двух модификаций – собственно ГЛОНАСС и спутники модифицированной серии ГЛОНАСС-М. Первый из них был запущен в декабре 2003 года. Обе эти модификации основаны на сходных проектно-конструкторских решениях и на общей космической платформе герметичного исполнения. Использование в бортовых эталонах времени и частоты навигационных космических аппаратов атомных стандартов частоты позволяет обеспечить в системе взаимную синхронизацию навигационных радиосигналов, излучаемых орбитальной группировкой.
Новое поколение спутников GLONASS-K также разрабатывается в НПО ПМ. Масса спутника GLONASS-K в 2 раза меньше, чем спутника GLONASS-M, а срок активного существования составит 10 лет.
Спутники GLONASS-К будут передавать 3 сигнала в интересах гражданских потребителей и будут передавать объединенный информационный пакет, который предоставить возможность оказания дополнительных услуг по спасению, поиску и связи в чрезвычайных ситуациях. Всего планируется заказать 27 спутников GLONASS-K. Некоторые сравнительные характеристики спутников ГЛОНАСС представлены в Таблице 2
Таблица 2.
Тип спутника
|
GLONASS
|
GLONASS-M
|
GLONASS-K
|
Первый запуск
|
1982
|
2003
|
2007
|
Дата вывода из эксплуатации
|
2006
|
2013
|
2022
|
Число сигналов для гражданского использования
|
1
|
2
|
3
|
Масса, кг
|
1415
|
1415
|
750
|
Мощность батарей, Вт
|
1000
|
1600
|
1270
|
Срок активного существования, лет
|
3-4.5
|
7.5
|
10-12
|
Точность местоопределения с вероятностью 95%
|
60 м
|
30 м
|
5-8 м
|
Основные изменения свелись, прежде всего, к модификации антенно-фидерного устройства, увеличению проектного срока активного существования до 7 лет и введению второй навигационной частоты для гражданских пользователей. Для запуска этих аппаратов используется ракета-носитель «Протон - К».
Основные принципы работы системы ГЛОНАСС
Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приемников ГЛОНАСС возможность определения:
горизонтальных координат с точностью 50-70 м (вероятность 99,7%);
вертикальных координат с точностью 70 м (вероятность 99,7%);
составляющих вектора скорости с точностью 15 см/с (вероятность 99,7%)
точного времени с точностью 0,7 мкс (вероятность 99,7 %).
Эти точности можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод навигации и/или дополнительные специальные методы измерений.
Сигнал ВТ предназначен, в основном, для потребителей МО РФ, и его несанкционированное использование не рекомендуется. Вопрос о предоставлении сигнала ВТ гражданским потребителям находится в стадии рассмотрения.
Для определения пространственных координат и точного времени требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приеме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приемник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения.
Одновременно с проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приемника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Координированного всемирного времени (UTC).
Хронология запуска и приостановки спутников ГЛОНАСС
Европейская система Галилео
Страны Европейского союза начали развертывание гражданской глобальной СНС «Галилео», опирающейся на свои собственные спутники. Предполагается, что она должна быть:
независимой от GPS, но взаимодействующей с нею;
управляемой под международным контролем (США пытаются установить полный или частичный контроль над этой системой);
более точной и доступной, способной быстро обнаруживать и оповещать о неисправности элементов системы;
рентабельной;
открытой для участия других партнеров, в частности России (в последнее время наше участие в проекте не приветствуется).
Запуск первого КА состоялся в 2004 году, а начало эксплуатации системы ожидается в 2008 году. По оценке специалистов, стоимость работ по программе «Галилео» до 2008 года составит $2,5-3 млрд, а ежегодная окупаемость после 2008 года - $150-210 млн.
Архитектура Galileo включает три основных элемента (рис. 2): космический сегмент, наземную инфраструктуру (комплекс управления) и навигационную аппаратуру потребителей.
|
Рис. 2. Обобщенная архитектура системы Galileo.
|
Космический сегмент базируется на орбитальной группировке из 30 средневысотных спутников (MEO) и обеспечивает глобальное покрытие территории земного шара. Орбитальная группировка Galileo оптимизирована для обслуживания территорий, находящихся в высоких широтах (наклонение и число орбит будут определены в конце 2001 г.). В состав бортовой аппаратуры КА войдет также ретранслятор сигналов радиомаяков, которые используются для проведения поисково-спасательных работ.
Наземная инфраструктура Galileo включает станции телеметрического контроля и управления орбитальной группировкой, объединенные в единую сеть глобального мониторинга. Информация в такой сети будет обрабатываться со столь высоким быстродействием, что это позволит обнаруживать сбои в работе бортового оборудования КА за время, не превышающее 6 с. Планируется также значительно уменьшить время оперативного оповещения пользователей о сбоях в работе навигационных спутников.
Планируется, что «Галилео» будет передавать один общедоступный сигнал OAS (Open Access Service - служба открытого доступа) и один или два сигнала с контролируемым доступом CAS (Controlled Access Service - служба контролируемого доступа). Сигнал OAS должен быть эквивалентен GPS и обеспечивать точность порядка 10 м. Эта информация останется бесплатной до тех пор, пока будет сохраняться бесплатное использование GPS. Сигналы CAS - платные, шифруемые, контролируемые коммерческой компанией и предназначены для потребителей, требующих более высокого уровня точности, целостности и уверенности для жизнеобеспечения и других специальных применений.
В CAS, в свою очередь, возможны два уровня. CAS-1 будет открыт за плату всем желающим, в то время как CAS-2 станет доступен только правительственным потребителям. Предполагается, что система обеспечит определение места с точностью 3-4 м.
Еще о ГЛОНАСС и GPS.
Говоря об нашей и американской навигационных систем можно отметить и следующее:
Спутники NAVSTAR располагаются в шести плоскостях на высоте примерно 20 180 км. Спутники ГЛОНАСС (шифр «Ураган») находятся в трёх плоскостях на высоте примерно 19 100 км. Hоминальное количество спутников в обеих системах — 24. Группировка NAVSTAR полностью укомплектована в апреле 1994-го и с тех пор поддерживается, группировка ГЛОНАСС была полностью развёрнута в декабре 1995-го, но с тех пор значительно деградировала. В настоящий момент идёт её активное восстановление.
Обе системы используют сигналы на основе т. н. «псевдошумовых последовательностей», применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при невысокой мощности излучения передатчиков.
В соответствии с назначением, в каждой системе есть две базовые частоты — L1 (стандартной точности) и L2 (высокой точности). Для NAVSTAR L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. В ГЛОHАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 от 1246,43 до 1256,53. Сигнал в L1 доступен всем пользователям, сигнал в L2 — только военным (то есть, не может быть расшифрован без специального секретного ключа).
Каждый спутник системы, помимо основной информации, передаёт также вспомогательную, необходимую для непрерывной работы приёмного оборудования. В эту категорию входит полный альманах всей спутниковой группировки, передаваемый последовательно в течение нескольких минут. Таким образом, старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка 1-й минуты) — это называется «тёплый старт», но может занять и до 15-ти минут, если приёмник вынужден получать полный альманах — т. н. «холодный старт». Необходимость в «холодном старте» возникает обычно при первом включении приёмника, либо если он долго не использовался.
Отношение руководства России к системе ГЛОНАСС
Глобальная навигационная спутниковая система столь же важна, как ядерное оружие или стратегические запасы энергоресурсов, считает первый вице-премьер Сергей Иванов. «Наличие у государства современной глобальной навигационной спутниковой системы является примерно таким же фактором политики и экономики, как обладание ядерным оружием или стратегическими запасами энергоресурсов», — сказал Иванов, выступая на заседании военно-промышленной комиссии при правительстве РФ, посвященном проблемам развития ГЛОНАСС.
Иванов отметил, что в связи с этим систему ГЛОНАСС следует считать «важнейшей государственной инфраструктурой». «Скажу больше — применение отечественной навигационной системы в стратегических отраслях народного хозяйства должно стать для нас обязательным, непременным условием»,- сказал первый вице-премьер.
Среди проблем развития ГЛОНАСС Иванов назвал вопросы удобства и доступности услуг спутниковой навигации, поддержание спутниковой группировки навигационной системы, а также отсутствие разветвленной системы образования пользователей ГЛОНАСС.
Первый спутник системы ГЛОНАСС был запущен в 1982 году. Система создавалась в интересах министерства обороны, однако она так и не была пущена в строй. В начале этого века Россия начинает постепенно наращивать количество спутников ГЛОНАСС на орбите. Сейчас ГЛОНАСС включает в себя 11 спутников, к концу текущего года их должно стать 18, и вся территория России будет охвачена этой системой.
К 2009 году на орбите будет работать 24 спутника ГЛОНАСС, и тогда ее услугами можно будет воспользоваться по всему миру.
В настоящее время в составе орбитальной группировки системы ГЛОНАСС насчитывается 21 КА. По данным ЦНИИ машиностроения, из этого числа “13 КА используются по целевому назначению, 3 КА находятся на этапе ввода в систему, 3 КА временно выведены на техобслуживание, 2 КА - на этапе вывода из системы”. Наличие в системе 13 КА обеспечивает усредненную доступность по территории России около 66% при максимальном перерыве в навигации в 2,9 ч.
|
