ГЛОНАСС сделают такой же точной, как и систему навигации GPS. Что точнее глонасс или gps
ГЛОНАСС сделают такой же точной, как и систему навигации GPS / Хабр
Президент РФ поручил «Роскомосу» сделать навигационную спутниковую систему ГЛОНАСС такой же точной, как и американская GPS. Для того, чтобы добиться такого результата, оператору сети придется снизить погрешность определения координат в три раза. А для этого на орбиту необходимо запустить новое поколение космических аппаратов (КА) «Глонасс-К2». Эти системы в состоянии учитывать помехи, которые возникают при прохождении сигнала через верхние слои атмосферы.
Поручение конструкторам ГЛОНАСС президент Владимир Путин дал в сентябре 2017 года, на заседании Военно-промышленной комиссии РФ. Все это время конструкторы работали над созданием КА нового поколения. Первым из них станет «Глонасс-К2», который и разрабатывается в ИСС. Этот спутник будет оснащен электронной начинкой, которая не попала под санкции Европы или США. Правда, защита эскизного проекта аппарата задерживается. Она должна была состояться еще осенью прошлого года, вместо этого спутник будет проходить защиту только в этом году.
«Программа повышения точностных характеристик космического аппарата — новое поручение «Роскосмоса»», — заявил генеральный директор ИСС Николай Тестоедов.
Сейчас орбитальная группировка навигационной системы Глонасс состоит из 25 спутников. При прохождении через верхние слои земной атмосферы навигационный сигнал искажается, причем возникающая ошибка не учитывается в самом сигнале. Она не корректируется и приемным оборудованием. Правда, наземные станции ГЛОНАСС «умеют» вносить соответствующие поправки.
Новые спутники в состоянии учитывать искажение, причем поправка будет встроена в сам сигнал. В результате пользователи смогут получать более точные данные о своем местоположении. А это позволит увеличить точность позиционирования при помощи ГЛОНАСС в три раза, причем для коррекции будет использоваться лишь «чисты» спутниковый сигнал.
Эксперты считают, что учет ионосферной поправки делает навигационную систему GPS самой точной в мире. Причем сами спутники, которые формируют эту систему, по качеству и функциональности либо такие же, либо хуже, чем у ГЛОНАСС.
«Нестабильность земной ионосферы вносит одну из самых значительных погрешностей в определение координат. Переотражение радиоволн вызывает задержку сигнала. Для решения этой проблемы предназначены поправки, учитывающие изменения ионосферы под влиянием солнечных вспышек, звездного ветра, магнитных штормов и других факторов. Используя эти данные, КА «Глонасс-К2» с новым эталоном времени и новым типом сигналов будут способны конкурировать с западными аналогами по точности навигации», — комментирует ситуацию независимый эксперт в сфере навигационных технологий Андрей Лысенко.
Запуск первого спутника «Глонасс-К2» состоится не ранее 2020-2021 года. Изначально он будет проходить летные испытания, которые продлятся полгода или год, а затем на орбиту будет выведен второй аппарат. Кроме спутников с электроникой, не попавшей под санкции, в производстве находятся еще два «Глонасс-К2», которые имеют в своем составе импортную электронно-компонентную базу. Начинку для них закупили еще до запрета на поставки в Россию западной электроники категории Space и Military. Другими словами, она полностью устойчива к радиации и другим внешним факторам. Полностью систему модернизируют к 2030-м годам.
ГЛОНАСС — российская спутниковая система навигации. Ее основа — 24 спутника, которые движутся над поверхностью Земли сразу в трех орбитальных плоскостях с наклоном каждой орбитальной плоскости в 64,8°. Высота орбит составляет 19400 км. Отличие от американской системы в том, что спутники ГЛОНАСС в орбитальном движении не имеют резонанса с вращением Земли. Это, в свою очередь, обеспечивает им большую стабильность. Группировка космических аппаратов ГЛОНАСС не требует никаких дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования.
Развитием проекта ГЛОНАСС занимается Роскосмос, АО «Информационные космические системы» имени академика М. Ф. Решетнёва и АО Российские космические системы.
habr.com
уязвимости GPS и ГЛОНАСС / Блог компании Positive Technologies / Хабр
Изображение: 2Tales, Flickr
Сейчас приемник GPS/ГЛОНАСС есть не только в каждом смартфоне, но даже в тех устройствах, которые не особенно перемещаются — в промышленных установках, в датчиках телеметрии, в банкоматах. Кроме того, такие приемники обеспечивают навигацию в автоматически управляемых системах, от городского транспорта до военных дронов. Системы глобального позиционирования настолько глубоко проникли во все сферы нашей жизни, что большинство людей пользуются ими, не задумываясь о том, насколько им можно доверять.
Между тем уже есть множество примеров, подтверждающих, что подобные системы уязвимы к разнообразным атакам, включая spoofing, то есть подмену сигнала. Более 5 лет назад иранские военные смогли посадить американский беспилотник, используя данную технику. А в конце 2016 года темой многих СМИ стали искажения GPS и ГЛОНАСС в центре Москвы, около Кремля: навигаторы вдруг показывали своим пользователям, что они находятся в аэропорту Внуково. Мы решили выяснить, действительно ли нужно обладать возможностями спецслужб, чтобы спровоцировать подобные сбои.
Принципы глобального позиционирования
Для начала уточним, что сейчас в мире есть не одна и даже не две системы глобального позиционирования. Кроме общеизвестной американской GPS, существует российская ГЛОНАСС, европейская Galileo, китайская BeiDou, японская QZSS, индийская IRNSS, а также система SBAS в составе практически каждой из них. Все вместе они называются GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Однако полное мировое покрытие на данный момент обеспечивают только первые две. QZSS и IRNSS работают только в определенных частях земного шара, и полное покрытие не планируется. Но все эти системы подвержены одним и тем же уязвимостям, так как используют один и тот же принцип работы и сходные технологии передачи сигналов со спутников. Мы рассмотрим эти уязвимости на примере GPS.Системы глобального позиционирования работают на основе спутников, которые передают сигналы точного времени (на каждом из них установлены атомные часы), а также свое местоположение. Структура сообщений выглядит так:
Приемник получает сигнал от нескольких таких спутников с различной задержкой, в зависимости от расстояния до каждого из спутника. Таким образом, решая систему уравнений, можно определить расстояние до каждого из них, а затем, зная координаты спутников, вычислить свое местоположение.
Используя эти знания, можно сгенерировать сигнал с заданными параметрами координат и времени. Об этом уже позаботились добрые люди, и теперь любой желающий может бесплатно собрать из исходников приложение, позволяющее генерировать такие сигналы. А затем, используя трансивер SDR (Software Defined Radio), злоумышленник может отправить такой сигнал на устройство пользователя вместо реального сигнала GPS, то есть произвести подмену координат и времени. Таким образом, нужно всего 350 $ на SDR плюс любой ноутбук, чтобы получить «навигационное оружие». Ниже приведены примеры атак, которые оно позволяет проводить.
Управление дронами. Гражданские квадрокоптеры имеют в своей программе запрещенные координаты объектов, над которыми им нельзя летать, — например, аэропортов и стадионов. Используя вышеописанное «навигационное оружие», можно убедить квадрокоптер, что он оказался во Внуково, в результате чего он не сможет лететь дальше и сядет. Предполагается, что именно такой защитой от дронов объясняются сбои GPS вокруг Кремля.
Искривление пространства. В одном из наших экспериментов GPS spoofing продолжался несколько дней. После этого Google проиндексировал окружающие нас точки доступа Wi-Fi и базовые станции сотовых операторов, в результате чего он теперь считает, что наш бизнес-центр находится в Китай-городе (на самом деле он находится в 7 км от Китай-города).
Здесь опять-таки стоит подчеркнуть, что для подобных атак не нужно быть спецслужбой. В 2016 году подобные техники массово «пошли в народ» благодаря игре с дополненной реальностью Pokémon Go. В Интернете появились пособия, в которых доходчиво объясняется, как с помощью GPS spoofing можно «искривлять карту» и ловить покемонов, не выходя из дома.
Машина времени. Более неожиданные последствия принесли наши эксперименты по изменению времени. Устройства компании Apple безоговорочно и без ведома пользователя переводят время согласно сигналу GPS, подставив прошлый год. В итоге телефоны теряют историю звонков, SSL-сертификаты оказываются недействительными, многие сайты и почта перестают работать. А «умные» часы стоимостью более 500 $ просто отправились в гарантийный ремонт, после того как получили GPS-время из прошлого года. Кстати, время можно переводить не только в прошлое, но и в будущее — что тоже приведет к разнообразным сбоям.
Подобные атаки могут угрожать не только пользовательским гаджетам. Например, системы автоматической фиксации превышения скорости «Автодория», которые вычисляют среднюю скорость всех автомобилей методом замера времени проезда определенного участка дороги, используют GPS как для синхронизации времени между двумя устройствами, так и для подсчета расстояния между ними. Поэтому не составляет большого труда вывести эту систему из строя с помощью вышеописанной «машины времени». Еще большую опасность представляет подделка сигнала спутников в случае промышленных систем синхронизации — в энергетике или в добывающей промышленности. Например, для подсчета электроэнергии или для выбора схем энергоснабжения на различных участках используется синхронизация времени по данным той же системы GPS. Обман такой системы всего на несколько секунд приведет к тому, что система недосчитает мегаватты электроэнергии.Изображение: Ricardo Diaz, FlickrЧто делать
Для защиты от подобных атак мы рекомендуем использовать комбинированные приемники GPS/ГЛОНАСС/Galileo/BeiDou, а также резервные источники времени (например, NTP) и альтернативные системы навигации (например, ориентацию по базовым станциям и Wi-Fi) для проверки достоверности сигнала спутника. Ну а простым путешественникам не стоит забывать о существовании классических бумажных карт, дорожных указателей и разговорчивых местных жителей.Авторы: Павел Новиков, Артур Гарипов
habr.com
Что выбрать - ГЛОНАСС или GPS
В мире, в настоящее время существуют две системы глобальной спутниковой навигации – ГЛОНАСС (GLONASS) и GPS (NAVSTAR). Глонасс – это спутниковая российская система навигации. GPS — американская. Что выбрать — ГЛОНАСС или GPS?
Навигационные глобальные спутниковые системы предназначены для определения местоположения объекта, скорости его движения и высоту над уровнем моря. Потребителями являются воздушные, сухопутные и морские объекты.
Начало работ по созданию системы ГЛОНАСС официально было положено в конце 1976 года по специальному постановлению Совета Министров СССР и ЦК КПСС. Система постоянно активно развивается. В данный момент точность определения координат при помощи системы ГЛОНАСС немного отстает от аналогичных показателей системы GPS. Но, у ГЛОНАССа есть и свои преимущества.
Основным отличием ГЛОНАССа от системы GPS является то, что ее спутники при своем движении по орбитам не имеют т. н. резонанса (или синхронности) с вращением Земли. Это обеспечивает им большую стабильность.
Поэтому, группировке спутников ГЛОНАСС не требуются дополнительные корректировки в течении всего срока их активного существования. Однако, срок службы спутников системы ГЛОНАСС короче, чем у спутников GPS.
Выбор системы
Наиболее эффективным является совместное использование двух систем — навигаторы «Глонасс/GPS» работают более точней и надежней. Как правило, количество видимых спутников ГЛОНАСС над горизонтом России равняется 7-8-ми.
Преимуществом российский системы спутниковой навигации ГЛОНАСС перед американской GPS является наиболее точное позиционирование именно в северных широтах , из-за того, что орбиты ее спутников находятся выше, и их видно лучше, чем спутники GPS.
В навигаторах Garmin eTrex реализована поддержка системы ГЛОНАСС.
Еще статьи на эту тему:
Как закачать карту GPS. На навигаторе, в стандартной комплектации устанавливается базовая карта мира. С ней работать совершенно невозможно – никуда не годится детализация…
Недостатки GPS навигаторов. Чтобы навигатор нормально работал (определял своё местоположение), надо, чтобы в зоне его прямой видимости было минимум четыре спутника (всего их 24). Высота орбит группировки спутников GPS около 20 000 км. Облака, пластик, стекло не станут преградой для сигнала…
Использование GPS навигатора для поездок на велосипеде. В течении последнего десятилетия, GPS (глобальная система позиционирования) стала неотъемлемой частью нашей жизни. Благодаря своим качествам она с успехом стала применяться в туризме. Использование GPS навигатора для поездок на велосипеде позволяет сэкономить время…
Картография в велотуризме. Информация, которая помогает туристу в дороге и быту о туристической инфраструктуре, такой как: кемпинги; туристические стоянки; гостиницы; места, где можно пополнит запас воды и продуктов. Так как путешествуют для того, чтобы многое увидеть, то карты должны содержать информацию…
Перепад высот. Высота над уровнем моря, на котором находится старт минус высота над уровнем моря, на котором находится финиш дают перепад высот участка старт – финиш. Если говорить простым языком, то на сколько старт ниже или выше финиша…
velomasterclass.ru
Ты здесь! » Чем отличается ГЛОНАСС от GPS?
12th Ноябрь 2007
Да, различия есть, и, возможно, я их все даже не знаю, но основные могу описать. Самое главное отличие GPS от ГЛОНАСС – это то, что GPS уже лет 25 работает, а ГЛОНАСС пытается работать, но не получается. О причинах можно долго рассуждать, но вкратце – «А кому у нас это надо?», ведь есть GPS.
Какие ещё отличия?
- Основное отличие – это сигнал и его структура. Как я уже писал, В системе GPS используется кодовое разделение каналов. В системе ГЛОНАСС – частотное разделение каналов (подробнее). Структура сигнала так же различна. Скоро будет подробный пост про структурой сигнала, там я все опишу.
- Для описания движения спутников по орбите используются принципиально разные математические модели. У GPS – это модель в оскулирующих элементах. Эта модель подразумевает, что траектория движения спутника разбивается на участки, на которых движения описывается кеплеровской моделью, параметры которой меняются во времени. В системе ГЛОНАСС используется дифференциальная модель движения. Это означает, что для определения координат спутника на заданный момент времени требуется решить систему дифференциальных уравнений. Для решения этой системы нужны, так называемые, начальные значения – это такое чисто математическое понятие. В случае ГЛОНАСС эти приближения передаются со спутника в составе навигационной информации, поэтому приёмнику они доступны. Задача решения дифференциальных уравнений состоит в численном интегрировании, которое, по сути своей, является трудоёмкой задачей. Думаю тут всё.
- В системе GPS 6 орбитальных плоскостей, и предполагалось по 4 спутника на каждой. Итого – 24 спутника, но они не обеспечивали должного покрытия всего земного шара, да и если какой-нибудь аппарат выходит из строя, то заменить его нечем. Поэтому группировку нарастили до 32 спутников. В этом случае некоторые орбиты имеют до 6 спутников. В системе ГЛОНАСС к расчёту ОГ подошли более серьёзно. В ГЛОНАСС 3 плоскости по 8 спутников (8 теоретически). Это обеспечивает полное покрытие земли и хорошую геометрию. Наши как всегда – рассчитали более хорошую орбиту, но вот доделать всё в целом не смогли. (информация в этом пункте может быть не точной)
Думаю, что это основные отличия и уверен, что есть ещё. Желающих покритиковать или что-то добавить милости просим.
Tags: GPS, Глонасс
Подписаться на блог через RSS или E-mail.
Loading ... Посты по теме:
На главную
This entry was posted
on Понедельник, Ноябрь 12th, 2007 at 10:02 and is filed under GPS, Глонасс, Теория.
You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed.
You can leave a response, or trackback from your own site.
youarehere.ru
Спутниковая навигация: GPS, ГЛОНАСС и другие
На смену бумажным картам местности пришли карты электронные, навигация по которым осуществляется с помощью спутниковой системы GPS. Из данной статьи вы узнаете, когда появилась спутниковая навигация, что представляет из себя сейчас и что ждет ее в ближайшем будущем.
Первые предпосылки
Во время Второй мировой войны у флотилий США и Великобритании появился весомый козырь – навигационная система LORAN, использующая радиомаяки. По окончанию боевых действий технологию в свое распоряжение получили гражданские суда «про-западных» стран. Спустя десятилетие СССР ввела в эксплуатацию свой ответ – навигационная система «Чайка», основанная на радиомаяках, используется по сей день.
Навигационный радиомаяк LORAN в КанадеНо у наземной навигации есть существенные недостатки: неровности земного рельефа становятся преградой, а влияние ионосферы негативно сказывается на времени передачи сигнала. Если между навигационным радиомаяком и судном слишком большое расстояние, погрешность определения координат может измеряться километрами, что недопустимо.
На смену наземным радиомаякам пришли спутниковые навигационные системы для военных целей, первая из которых – американская Transit (другое название NAVSAT) – была запущена в 1964 году. Шесть низкоорбитальных спутников обеспечивали точность определения координат до двух сотен метров.
Сеть навигационных спутников вокруг ЗемлиВ 1976 году СССР запустила аналогичную военную навигационную систему «Циклон», а через три года – еще и гражданскую под названием «Цикада». Большим недостатком ранних систем спутниковой навигации было то, что пользоваться ими можно было лишь короткое время на протяжении часа. Низкоорбитальные спутники, да еще и в малом количестве, были не способны обеспечить широкое покрытие сигнала.
GPS vs. ГЛОНАСС
В 1974 году армия США вывела на орбиту первый спутник новой в то время системы навигации NAVSTAR, которую позже переименовали в GPS (Global Positioning System). В середине 1980-х технологию GPS разрешили использовать гражданским кораблям и самолетам, но на протяжении длительного времени им было доступно в разы менее точное позиционирование, чем военным. Двадцать четвертый спутник GPS, последний требовавшийся для полного покрытия поверхности Земли, запустили в 1993 году.
В 1982 году свой ответ представила СССР – им стала технология ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). Завершающий 24-й спутник ГЛОНАСС вышел на орбиту в 1995 году, но малый срок эксплуатации спутников (три-пять лет) и недостаточное финансирование проекта почти на десятилетие вывели систему из строя. Восстановить всемирное покрытие ГЛОНАСС удалось только в 2010 году.
ГЛОНАСС – изначально советская, а теперь российская альтернатива GPSЧтобы избежать подобных сбоев, и GPS, и ГЛОНАСС сейчас используют 31 спутник: 24 основных и 7 резервных, как говорится, на всякий «пожарный» случай. Летают современные навигационные спутники на высоте порядка 20 тыс. км и за сутки успевают дважды облететь Землю.
Принцип работы GPS
Позиционирование в сети GPS проводится путем измерения расстояния от приемника до нескольких спутников, местоположение которых в текущий момент времени точно известно. Расстояние до спутника измеряется путем умножения задержки сигнала на скорость света.Связь с первым спутником дает информацию лишь о сфере возможных расположений приемника. Пересечение двух сфер даст окружность, трех – две точки, а четырех – единственно верную точку на карте. В роли одной из сфер чаще всего используют нашу планету, что позволяет вместо четырех спутников позиционироваться только по трем. В теории точность позиционирования GPS может достигать 2 метров (на практике же погрешность значительно больше).
Для точного позиционирования нужно минимум три спутника и земной шар (либо четвертый спутник)Каждый спутник отправляет приемнику большой набор информации: точное время и его поправку, альманах, данные эфемерид и параметры ионосферы. Сигнал точного времени требуется для измерения задержки между его отправкой и приемом.
Навигационные спутники оснащаются высокоточными цезиевыми часами, тогда как приемники – куда менее точными кварцевыми. Поэтому для проверки времени осуществляется контакт с дополнительным (четвертым) спутником.
Навигационный чип производства компании LeadtekНо ошибаться могут и цезиевые часы, поэтому их сверяют с размещенными на земле водородными часами. Для каждого спутника в центре управления системой навигации индивидуально рассчитывается поправка времени, которая впоследствии вместе с точным временем отправляется приемнику.
Еще одним важным компонентом системы спутниковой навигации является альманах, который представляет собой таблицу параметров орбит спутников на месяц вперед. Альманах, как и поправка времени, рассчитываются в центре управления.
Туристический навигатор Garmin eTrex 10Передают спутники и индивидуальные данные эфемерид, на основе которых вычисляются отклонения орбиты. А учитывая что скорость света нигде кроме вакуума не постоянна, в обязательном порядке учитывается задержка сигнала в ионосфере.
Передача данных в сети GPS ведется строго на двух частотах: 1575,42 МГц и 1224,60 МГц. Разные спутники транслируют сигнал на одной и той же частоте, но используют кодовое разделение каналов CDMA. То есть сигнал спутника – всего лишь шум, раскодировать который можно только при наличии соответствующего PRN-кода.
Автомобильный навигатор NAVIGON 3300 MaxВышеописанный подход позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость и использовать узкий частотный диапазон. Тем нее менее, иногда GPS-приемникам все равно приходится подолгу искать спутники, что вызвано рядом причин.
Во-первых, приемник изначально не знает, где находится спутник, удаляется он или приближается и какое смещение частоты его сигнала. Во-вторых, контакт со спутником считается удачным только тогда, когда от него получен полный набор информации. Скорость же передачи данных в сети GPS редко превышает показатель 50 бит/с. А стоит сигналу оборваться из-за радиопомех, как поиск начинается заново.
Запущенный в этом году экспериментальный GPS-спутник USA-242 может похвастаться длительным временем работы (более 10 лет) и более точным позиционированием (до полуметра)Будущее спутниковой навигации
Сейчас GPS и ГЛОНАСС широко применяются в мирных целях и, по сути, являются взаимозаменяемыми. Новейшие навигационные чипы поддерживают оба стандарта связи и подключаются к тем спутникам, которые находят первыми.
Американская GPS и российская ГЛОНАСС – далеко не единственные в мире системы спутниковой навигации. К примеру, Китай, Индия и Япония начали развертывать собственные ССН под названием BeiDou, IRNSS и QZSS соответственно, которые будут действовать только внутри своих стран, а потому потребуют сравнительно малого количества спутников.
Но самый большой интерес, пожалуй, вызывает проект Galileo, который разрабатывается Европейским союзом и должен быть запущен на полную мощность до 2020 года. Изначально Galileo задумывалась как сугубо европейская сеть, но о своем желании поучаствовать в ее создании уже заявили страны Ближнего Востока и Южной Америки. Так что в скором времени на рынке глобальных ССН может появиться «третья сила». Если и эта система будет совместима с существующими, а скорей всего так и будет, потребители только выиграют – скорость поиска спутников и точность позиционирования должны вырости.
itc.ua
Точность измерений навигаторов ГЛОНАСС / GPS
Точность измерений с помощью ГЛОНАСС/GPS зависит от конструкции и класса приёмника, числа и расположения спутников (в реальном времени), состояния ионосферы и атмосферы Земли (сильной облачности и т.д.), наличия помех и других факторов.
"Бытовые" GPS-приборы, для "гражданских" пользователей, имеют погрешность измерения в диапазоне от ±3-5м до ±50м и больше (в среднем, реальная точность, при минимальной помехе, если новые модели, составляет ±5–15 метров в плане). Максимально возможная точность достигает +/- 2-3 метра на горизонтали. По высоте – от ±10-50м до ±100-150 метров. Высотомер будет точнее, если проводить калибровку цифрового барометра по ближайшей точке с известной точной высотой, (из обычного атласа, например) на ровном рельефе местности или по известному атмосферному давлению (если оно не слишком быстро меняется, при перемене погоды).
Измерители высокой точности "геодезического класса" – точнее на два-три порядка (до сантиметра, в плане и по высоте). Реальная точность измерений обусловлена различными факторами, например – удаленностью от ближайшей базовой (корректирующей) станции в зоне обслуживания системы, кратностью (числом повторных измерений / накоплений на точке), соответствующим контролем качества работ, уровнем подготовки и практическим опытом специалиста. Такое высокоточное оборудование - может применяться только специализированными организациями, специальными службами и военными.
Для повышения точности навигации рекомендуется использовать многосистемный Glanas / GPS-приёмник – на открытом пространстве (нет рядом зданий или нависающих деревьев) с достаточно ровным рельефом местности, и подключать дополнительную внешнюю антенну. Для целей маркетинга, таким аппаратам приписывают "двойную надёжность и точность" (ссылаясь на, одновременно используемые, две спутниковые системы, Глонасс и Джипиэс), но реальное фактическое, улучшение параметров (повышение точности определения координат) может составлять величины - лишь до нескольких десятков процентов. Возможно только заметное сокращение времени горячего-тёплого старта и продолжительности измерений.
Качество измерений джипиэс ухудшается, если спутники располагаются на небе плотным пучком или на одной линии и "далеко" – у линии горизонта (всё это называется "плохая геометрия") и есть помехи сигналу (закрывающие, отражающие сигнал высотные здания, деревья, крутые горы поблизости). На дневной стороне Земли (освещённой, в данный момент, Солнцем) - после прохождения через ионосферную плазму, радиосигналы ослабляются и искажаются на порядок сильнее, чем на ночной. Во время геомагнитной бури, после мощных солнечных вспышек - возможны перебои и длительные перерывы в работе спутникового навигационного оборудования.
Фактическая точность джипиэски зависит от типа GPS-приемника и особенностей сбора и обработки данных. Чем больше каналов (их должно быть не меньше 8) в навигаторе, тем точнее и быстрее определяются верные параметры. При получении "вспомогательных данных A-GPS сервера местоположения" по сети Интернет (путём пакетной передачи данных, в телефонах и смартфонах) - увеличивается скорость определения координат и расположения на карте.
WAAS (Wide Area Augmentation System, на американском континенте) и EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services, в Европе) – дифференциальные подсистемы, передающие через геостационарные (на высоте от 36 тыс.км в нижних широтах до 40 тысяч километров над средними и высокими широтами) спутники корректирующую информацию на G P S-приёмники (вводятся поправки). Они могут улучшить качество позиционирования ровера (полевого, передвижного приемника), если поблизости располагаются и работают наземные базовые корректирующие станции (стационарные приёмники опорного сигнала, уже имеющие высокоточную координатную привязку). При этом полевой и базовый приёмник должны одновременно отслеживать одноимённые спутники.
Для повышения скорости измерений рекомендуется применять многоканальный (8-и канальный и более), многосистемный (Glonas / Gps) приёмник с внешней антеной. Должны быть видимы, как минимум, три спутника ГПС и два ГЛОНАСС. Чем их больше, тем лучше результат. Необходима, так же, хорошая видимость небосвода (открытый горизонт).
Быстрый, "горячий" (длительностью в первые секунды) или "тёплый старт" (полминуты или минута, по времени) приёмного устройства - возможен, если он содержит актуальный, свежий альманах. В случае, когда навигатор долго не использовался, приёмник вынужден получать полный альманах и, при его включении, будет производиться холодный старт (если прибор с поддержкой AGPS, тогда быстрее - до нескольких секунд).
Для определения только горизонтальных координат (широта / долгота) может быть достаточно сигналов трёх спутников. Для получения трёхмерных (с высотой) координат - нужны, как минимум, четыре сп-ка.
Подробнее читайте на Интернет-странице сайта:http://www.kakras.ru/doc/glonass-gps-galileo.htmlОпубликовано: 29 ноября 2014 года
kakras.livejournal.com
GPS – История, применение, преимущества и недостатки спутниковой системы
Понятие GPS (полное название – Global Positioning System) определяют по-разному, но смысл эти определения имеют один и тот же. GPS-ом называют спутниковую систему навигации (навигационные спутники), которая способствует обеспечению измерений расстояния и времени. Это система мониторинга, позволяющая практически при любой погоде в любом месте (даже в космическом пространстве поблизости планеты) определить скорость движения объектов и местоположение. Данную систему разработало и реализовало Министерство обороны США. Сегодня она применяется повсеместно.
Основным принципом применения системы является определение местоположения за счет измерения расстояния от спутников с уже известными координатами до определенного объекта. Расстояние обычно вычисляют по тому времени, на которое задерживается распространение сигнала от его посылки спутником вплоть до приема антенной приемника GPS. Из этого следует вывод: для того, чтобы GPS-приемник определил значение трехмерных координат, ему необходимо знать время системы, а также расстояние до этих трех спутников. Поэтому, чтобы определить высоту и координаты приемника, используют сигналы, подаваемые с четырех спутников.
Историческая сводка
В 50-е годы прошлого века возникла идея создания спутниковой системы. Это были как раз те времена, когда в СССР был запущен в космос первый искусственный спутник. В это время в США американские ученые под кураторством Ричарда Кершнера наблюдали за сигналом данного спутника и обнаружили интересное явление: при приближении спутника к Земле увеличивается частота принимаемого сигнала, а при отдалении наоборот – уменьшается, что происходит благодаря эффекту Доплера. Смысл открытия состоит в том, что, зная свои координаты на планете, можно легко определить скорость и положение спутника и наоборот – если знать положение спутника, то можно вычислить свои координаты и скорость движения. После этого и возникла задача по созданию прототипа навигатора.
Данная идея была реализована лишь спустя 20 лет. Программа DNSS была разработана в 1973 году, немного позже она была переименована в Navstar-GPS, а после получила привычное для нас название GPS. В середине лета 1974 года был выведен на орбиту самый первый тестовый спутник. Последний, 24-й спутник, который закрывал покрытие земной поверхности, запустили на орбиту в 1993 году. Именно тогда GPS-система и была глобально взята на вооружение. В это время появляется возможность использования GPS для того, чтобы запускать ракеты непосредственно на неподвижные объекты, позже начали наводить ракеты и на подвижные объекты не только на земле, но и в воздухе.
Вначале глобальная система позиционирования GPS разрабатывалась для применения в чисто военных целях. Но после инцидента, когда в 1983 году самолет Корейских Авиалиний, на борту которого находились пассажиры, при вторжении в советское воздушное пространство был сбит, тогдашний президент Америки Рональд Рейган позволил частично применять системы навигации также и в гражданских целях. Но при этом американские ученые уменьшили при помощи специального алгоритма точность, чтобы не допустить использования данной системы в военных целях.
После этого появилась информация о том, что некоторыми компания был все-таки расшифрован алгоритм, который уменьшал точность на частоте L1. Поэтому в 2000 году указом президента США было отменено уменьшение точности навигационной системы.
Основа системы, ее ядро, – это спутники, которые движутся по шести круговым траекториям орбиты Земли, высота которых достигает 20180 км. Спутники позволяют улавливать сигналы в таких диапазонах: L2=1227,60 МГц, а также L1=1575,42 МГц, модель IIF может излучать на L5=1176,45 МГц. Навигационные данные принимаются антенной, что происходит в условиях видимости спутников, и обрабатываются посредством приемника GPS.
Без учета ограничений на использование распространяется сигнал, имеющий стандартный код точности (модуляция BPSK(1) – C/A код), который передается в диапазоне L1, а с аппаратов IIR-M – в диапазоне L2. На L1 вначале использовалось загрубение сигнала искусственным путем, но было отключено в мае 2000 года. Тем не менее, методы искусственного загрубения остались окончательно в прошлом в 2007 году. Вскоре планируется запуск аппаратов Блок III с новым сигналом L1C, действующим в диапазоне L1. Этот сигнал будет иметь несколько улучшенную возможность прослеживать путь, обратную совместимость, а также будет совместим в большей степени с сигналами Galileo L1.
Военные пользователи получают дополнительный доступ к сигналам, действующим в диапазонах L1/L2, которые модулируются посредством криптоустойчивого кода P(Y) (модуляция BPSK(10)). С введением в использование устройств IIR-M применяется и новый М-код, в котором применима модуляция ВОС (15,10). Использование данного кода способствует обеспечению функциональной системы, действующей в рамках концепции навигационной войны (Navwar). Передача М-кода осуществляется на частотах L1 и L2. Этот сигнал отличается повышенной устойчивостью к различным помехам, поэтому его хватает для измерения точных координат. M-код имеет еще одну особенность, заключающуюся в возможности передачи для определенной области, диаметр которой достигает несколько сотен километров, при этом мощность сигнала равна свыше 20 дБ. В спутниках IIR-M сигнал M уже доступен, однако при необходимости узконаправленного сигнала необходимо обращаться к помощи спутников GPS-III.
После того, как был запущен блок IIF, была введена частота L5 (1176.45 МГц). Данный сигнал получил название Safety Of Life (переводится как «охрана жизни человека»). L5 на 3 дБ мощнее, нежели гражданский сигнал, а его полоса пропускания шире в 10 раз. Этот сигнал предназначен для применения в критических ситуациях, которые связаны непосредственно с угрозой для жизни людей. Полноценное его использование будет доступно после 2014 года.
Благодаря нахождению на орбите 24-х спутников обеспечивается стопроцентная работоспособность всей системы, причем независимо от положения точки на земном шаре. Однако и они не всегда способны обеспечивать приемлемый расчет позиций и уверенный прием. В связи с этим на случаи сбоев и для того, чтобы увеличить точность позиционирования, на орбите поддерживается несколько большее число спутников.
Наземные станции контроля
Главная контрольная станция находится на авиабазе ВВС Соединенных Штатов. С нее, а также еще с 10 станций осуществляется слежение за группой спутников на орбите. На трех станциях есть возможность посылать радиосигналы частотой 2000-4000 МГц, в которых содержится корректировочная информация. Самые передовые спутники способны распределять среди остальных спутников полученные данные.
Использование GPS
Как уже говорилось, GPS был разработан сугубо для военных целей, но сегодня GPS распространен во всем мире и применяется в гражданских целях. GPS-приемники можно найти в продаже практически во всех магазинах, которые специализируются на продаже электроники. Они встраиваются в смартфоны, онбордеры, мобильные телефоны, КПК. Потребители без проблем могут приобретать программы и устройства, которые позволяют на электронной карте видеть свое местоположение и способствуют прокладыванию маршрутов, учитывая дорожные знаки, пробки и разрешенные повороты. Кроме того, при помощи такого приемника можно найти конкретные улицы и дома, кафе, различные достопримечательности, а также автозаправки и больницы.
Помимо этого, GPS применяется для следующих целей:
- Спутниковый мониторинг транспортных средств: при помощи GPS можно отслеживать скорость автомобилей, контролировать их движение.
- Геодезия: GPS позволяет определить точные границы земельных участков и координаты.
- Картография: GPS применяется в военной и гражданской картографии.
- Мобильная связь: в 90-х годах появились первые телефоны со встроенным GPS. Некоторые страны применяют эту услугу для определения местонахождения человека, который позвонил 911.
- Навигация: морская и дорожная.
- Тектоника плит: GPS позволяет вести наблюдение колебания и движения тектонических плит.
- Геотегинг: за счет внешних и встроенных GPS-приемников информация привязывается к координатам.
- Активный отдых: GPS применяется в различных приложениях.
Точность GPS-приемников
Нормальная точность GPS-приемников равна примерно 6-8 метрам при наличии параметров хорошей видимости спутников и применении коррекционных алгоритмов. Станции WAAS, расположенные на территории Канады и США, передают поправки для режима, что способствует снижению погрешности на территории данных стран на 1-2 метра. Точность координат достигает 10 см, если использовать дифференциальные режимы более сложного уровня.
Недостатки системы GPS
Самым явным недостатком использования любой такой системы является то, что до приемника при определенных условиях сигнал может и не доходить либо приходить, но со значительными задержками или искажениями. Так, в глубине квартиры, находящейся в железобетонном здании, тоннеле или подвале, определить точное местонахождение практически невозможно.
Большая облачность и плотная листва деревьев также могут ухудшать прием сигнала со спутников. Сигнал GPS могут также исказить помехи, возникающие в результате магнитных бурь, или помехи от наземных источников радиосигнала. В приполярных районах Земли точность ухудшает невысокое наклонение орбит, по которым движутся спутники. Также особенность GPS в том, что эта система находится в полной зависимости от условий предоставления сигнала министерством обороны Соединенных Штатов.
Сейчас удалось реализовать полное обновление GPS-системы, хотя в планах этот проект был достаточно давно. Старые спутники в процессе обновления планируется заменить на новые, разработанные компаниями Boeing и Lockheed Martin. Считается, что эти спутники предоставляют точное позиционирование с погрешностью лишь 0,5 метра. На реализацию данной программы потребуется некоторое время.
Министерство обороны США указывает на то, что полное завершение обновления данной системы возможно только спустя 10 лет. При этом количество спутников останется прежним – 30, из которых 6 резервных и 24 рабочих.
Хронология событий
Разрешение о производстве спутниковой системы навигации – 1973 год.
Испытание системы – 1974-1979 года.
Прием сигнала от станции – 1977 год.
Запуск первой группы спутников (11 штук) – 1978-1985.
Решение о запуске 18 спутников ввиду сокращения финансирования системы – 1979 год.
Возложение на спутники GPS-функции отслеживания ядерных взрывов. Спутники начинают оснащаться сенсорами обнаружения ядерных взрывов – 1980 год.
Последующее сокращение финансирования системы – 1980-1982.
После того, как самолет компании Korean Airline был сбит на территории Советского Союза, власти США решают предоставить сигнал гражданским службам – 1983 год.
Гибель космического челна Space Shuttle «Challenger» притормозила совершенствование программы, поскольку челнок должен был выйти на орбиту в составе второй группы спутников – 1986 год. После этого основным транспортом служила «Дельта» – ракета-носитель.
Принято решение о выпуске на орбиту 24 спутников, поскольку 18 спутников не способны обеспечить бесперебойную работу системы – 1988 год.
Спутники второй группы активированы – 1989 год.
Война в Персидском заливе, а также нехватка военных приемников поспособствовала временному отключению SA (selective availability – определение местоположение вплоть до 100 метров, создаваемая искусственным путем) – 1990-1991 года.
Передано сообщение о первичной готовности программы. Окончательно принято решение о предоставлении сигнала частным лицам и гражданским службам для бесплатного пользования – 1993 год.
Укомплектование спутниковой группировки – 1994 год.
Система приведена в полную готовность (Full Operational Capability) – середина 1995 года.
Для гражданских пользователей отключили SA, благодаря чему возросла точность определения со 100 до 20 метров – 2000 год.
Подписано совместное заявление по обеспечению совместимости и взаимодополняемости GPS 1 и Galileo – 2004 год.
Произошел запуск спутника GPS-IIR-14 с ракетой на борту Delta 7925, отправная точка – мыс Канаверал, США – 2005 год.
Начались российско-американские переговоры относительно сотрудничества по обеспечению взаимного дополнения навигационных космических систем GPS и ГЛОНАСС – 2006 год.
ru.navirec.com
Добавить сайт в избранное
.jpg)
