Сегодня в мире существует семь систем спутниковой навигации, наиболее известные из которых — ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США), схожие между собой по характеристикам и принципу работы и имеющие лишь некоторые отличия. Сможет ли ГЛОНАСС полностью заменить GPS в РФ, читайте в статье.
Что такое GPS и ГЛОНАСС
∟ Плюсы и минусы ГЛОНАСС
∟ Плюсы и минусы GPS
Что будет, если отключат GPS в России
Сможет ли ГЛОНАСС полностью заменить GPS?
Что такое GPS и ГЛОНАСС
С помощью спутниковых систем навигации (Global Navigation Satellite System, сокращенно GNSS (ГНСС), возможно определение местоположения любых наземных, водных или воздушных объектов, а также установка скорости и направления движения транспортного средства, оборудованного приемником сигнала.
Видеообзор GPS навигатор Регистратор HD Радар ТВ
Обе системы спутникового мониторинга изначально разрабатывались для военных целей. Работы над созданием отечественной Глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) стартовали в 1976 году, а затем их интенсивность снизилась из-за недостаточного финансирования. Полностью система была запущена лишь к концу 2016 года.
В начале 2000-х использовалось шесть спутников, а через десять лет их численность возросла до 26. По состоянию на середину июня 2023 года российская орбитальная группировка (ОГ) ГЛОНАСС, как отмечается на официальном сайте прикладного потребительского центра Роскосмоса, насчитывает 25 спутников, из которых по назначению используются 24 и готовится к вводу еще один спутник.
В США активная разработка собственной навигационной системы, получившей название Global Positioning System (GPS), началась в 1986 году. При этом американское оборонное ведомство на семь лет раньше сняло ограничения в использовании спутниковой навигации гражданскими лицами.
Принцип работы ГНСС заключается в отправке орбитальными спутниками на Землю сигнала для точного определения географических координат объектов, который считывают принимающие устройства. Для обеспечения глобального позиционирования достаточно 24 спутников, выведенных на орбиту в разных плоскостях.
Российская и американская системы геопозиционирования различаются высотой расположения и количеством орбит, синхронизацией с Землей (спутники GPS движутся в соответствии с вращением планеты, а спутники ГЛОНАСС — нет), разными рабочими частотами и кодировкой сигнала, а также углом наклона космических аппаратов.
Что такое GPS и ГЛОНАСС
Фото: piqsels.com
Плюсы и минусы ГЛОНАСС
Отечественная навигационная система покрывает полностью всю территорию Российской Федерации, а также около трех четвертей всего земного шара. Спутники располагаются вокруг Земли в трех плоскостях — по восемь в каждой, и для точного определения местоположения необходим сигнал как минимум от четырех космических аппаратов.
USB ГЛОНАС ПРИЕМНИК GPS для Навигации в Машине ( USB Антена для Навигации в Машину)
Благодаря тому, что движение спутников ГЛОНАСС по орбите асинхронно вращению Земли, их работа более стабильна, чем у спутников GPS, но зато они быстрее выходят из строя. Координаты российская система геопозиционирования определяет с погрешностью до двух — шести метров.
К числу плюсов ГЛОНАСС можно отнести потенциал роста (на орбиту выведены еще не все спутники), а также стабильную работу и высокую точность определения координат в северных широтах, что было по достоинству оценено специалистами из Швеции и Норвегии.
А неоспоримым минусом российской навигационной системы является слишком большая погрешность по сравнению с другими системами геолокации при установлении местоположения объекта в южных широтах.
Плюсы и минусы GPS
Американская орбитальная группировка состоит из 32 спутников, расположенных по шесть в четырех плоскостях, а погрешность определения координат составляет от двух до четырех метров. GPS работает практически в любой точке планеты, за исключением околополярных областей.
Самым большим недостатком GPS, по мнению экспертов, можно назвать отсутствие сигнала от спутников в северных широтах.
Плюсы и минусы ГЛОНАСС
Фото: piqsels.com
Что будет, если отключат GPS в России
GPS доступна пользователям из всех стран мира. Технически полное отключение отдельно взятой страны от этой навигационной системы невозможно, но Соединенные Штаты в силах существенно ограничить ее эффективность.
«Они неоднократно демонстрировали, что у GPS есть возможность не отключения, а так называемого спуфинга. Когда спутники пролетают над какой-то определенной территорией — Ближним Востоком, Югославией, они вносят в свои данные поправку, в результате местоположение пользователя „сдвигается“ на сотни метров», — заявил весной прошлого года в интервью журналистам РБК член-корреспондент Российской академии космонавтики имени К. Э. Циолковского Андрей Ионин.
Если же GPS все же перестанет корректно работать на территории Российской Федерации, россияне, по словам эксперта, смогут переключиться на ГЛОНАСС либо использовать еще две менее известные навигационные системы — китайскую Beidou и европейскую Galileo, чипы которых также установлены во всех потребительских устройствах.
Сможет ли ГЛОНАСС полностью заменить GPS?
У каждой из систем спутниковой навигации имеются свои недостатки и преимущества, и они прекрасно дополняют друг друга: по мнению специалистов, наилучшие результаты геопозиционирования демонстрирует навигационное оборудование, объединяющее в себе обе технологии.
Однако ГЛОНАСС все время совершенствуется и, по мнению доктора технических наук, профессора Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ Сергея Макарова, она способна заменить американский аналог.
«Причины отключения GPS могут быть разными. Где-то система срывается случайно, а какая-то зона покрытия может быть отключена. Но если говорить стратегически, то наша система ГЛОНАСС вполне может заменить систему GPS”, — ранее отметил он в беседе с журналистами „Известий“.
Источник: newizv.ru
Что такое gps tv
GPS (англ. Global Positioning System — система глобального позиционирования, читается Джи Пи Эс) — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение. Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.
Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения моментов времени приема синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной потребителя.
- 1 История
- 2 Техническая реализация
- 3 Орбиты спутников
- 4 Радиочастотные характеристики
- 5 Применение GPS
- 6 Точность
- 7 Недостатки
История [ ]
Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если точно знать свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.
Реализована эта идея была через 20 лет. В 1973 году была инициирована программа DNSS, позже переименованная в Navstar-GPS, а, затем, в GPS. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г., а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом, GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.
Первоначально GPS — глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 году вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту был сбит из-за дезориентации экипажа в пространстве, президент США Рональд Рейган с целью не допустить в будущем подобные трагедии разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Во избежание применения системы для военных нужд точность была уменьшена специальным алгоритмом.
Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. В 2000 г. это загрубление точности отменил своим указом президент США Билл Клинтон.
Техническая реализация [ ]
GPS состоит из трёх основных сегментов: космического, управляющего и пользовательского. Спутники GPS транслируют сигнал из космоса, и все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трём координатам в режиме реального времени.
Космический сегмент состоит из 32 спутников, вращающихся на средней орбите Земли.
Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций, а также наземные антенны и станции мониторинга, ресурсы некоторых из упомянутых являются общими с другими проектами.
Пользовательский сегмент представлен тысячами приемников GPS, находящихся в ведении военных США и десятками миллионов устройств, владельцами которых являются обычные пользователи.
Орбиты спутников [ ]
Спутниковая группировка системы NAVSTAR обращается вокруг Земли по круговым орбитам с одной высотой и периодом обращения для всех спутников. Круговая орбита с высотой порядка 20 200 км является орбитой суточной кратности с периодом обращения 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни звёздные сутки (23 часа 56 минут). Наклонение орбиты (55°) является также общим для всех спутников системы. Единственным отличием орбит спутников является долгота восходящего узла, или точка, в которой плоскость орбиты спутника пересекает экватор: данные точки отстоят друг от друга приблизительно на 60 градусов. Таким образом, несмотря на одинаковые (кроме долготы восходящего узла) параметры орбит, спутники обращаются вокруг Земли в шести различных плоскостях, по 4 аппарата в каждой.
Радиочастотные характеристики [ ]
Спутники излучают открытые для использования сигналы в диапазонах: L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,60 МГц (начиная с Блока IIR-M), а модели IIF будут излучать также на L5 = 1176,45 МГц . Навигационная информация может быть принята антенной (обычно в условиях прямой видимости спутников) и обработана при помощи GPS-приёмника.
Сигнал с кодом стандартной точности (C/A код — модуляция), передаваемый в диапазоне L1 (и сигнал L2C (модуляция BPSK) в диапазоне L2 начиная с аппаратов IIR-M), распространяется без ограничений на использование. Первоначально используемое на L1 искусственное загрубление сигнала (режим селективного доступа — SA) с мая 2000 года отключён. С 2007 года США окончательно отказались от методики искусственного загрубления. Планируется с запуском аппаратов Блок III введение нового сигнала L1C (модуляция BOC(1,1)) в диапазоне L1. Он будет иметь обратную совместимость, улучшенную возможность прослеживания пути и в большей степени совместим с сигналами Galileo L1.
Для военных пользователей дополнительно доступны сигналы в диапазонах L1/L2, модулированные помехоустойчивым криптоустойчивым P(Y)-кодом (модуляция BPSK(10)). Начиная с аппаратов IIR-M введён в эксплуатацию новый М-код (используется модуляция BOC(15,10)). Использование М-кода позволяет обеспечить функционирование системы в рамках концепции Navwar (навигационная война).
М-код передается на существующих частотах L1 и L2. Данный сигнал обладает повышенной помехоустойчивостью, и его достаточно для определения точных координат (в случае с P-кодом было необходимо получение и кода C/A). Ещё одной особенностью M-кода станет возможность его передачи для конкретной области диаметром в несколько сотен километров, где мощность сигнала будет выше на 20 децибел. Обычный сигнал М уже доступен в спутниках IIR-M, а узконаправленный будет доступен только при помощи спутников GPS-III.
C запуском спутника блока IIF введена новая частота L5 (1176.45 МГц). Этот сигнал также называют safety of life (охрана жизни человека). Сигнал на частоте L5 мощнее на 3 децибела, чем гражданский сигнал, и имеет полосу пропускания в 10 раз шире. Сигнал смогут использовать в критических ситуациях, связанных с угрозой для жизни человека. Полноценно сигнал будет использоваться после 2014 года.
Сигналы модулируются псевдослучайными последовательностями (PRN) двух типов: C/A-код и P-код. C/A (Clear access) — общедоступный код — представляет собой PRN с периодом повторения 1023 цикла и частотой следования импульсов 1023 МГц. Именно с этим кодом работают все гражданские GPS-приемники.
P (Protected/precise)-код используется в закрытых для общего пользования системах, период его повторения составляет 2*1014 циклов. Сигналы, модулированные P-кодом, передаются на двух частотах: L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц. C/A-код передается лишь на частоте L1. Несущая, помимо PRN-кодов модулируется также навигационным сообщением.
Применение GPS [ ]
Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные цели, сегодня GPS широко используются в гражданских целях. GPS-приёмники продают во многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в мобильные телефоны, смартфоны, КПК и онбордеры. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.
- Геодезия: с помощью GPS определяются точные координаты точек и границы земельных участков
- Картография: GPS используется в гражданской и военной картографии
- Навигация: с применением GPS осуществляется как морская, так и дорожная навигация
- Спутниковый мониторинг транспорта: с помощью GPS ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением
- Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах, например США это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — Эра-глонасс.
- Тектоника, Тектоника плит: с помощью GPS ведутся наблюдения движений и колебаний плит
- Активный отдых: есть разные игры, где применяется GPS, например, Геокэшинг и др.
- Геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам
Высказывались предложения об интеграции систем Iridium и GPS.
Точность [ ]
Коэффициент корреляции погрешностей двух рядом стоящих GPS приёмников(при работе в кодовом режиме) составляет 0,15—0,4 в зависимости от соотношения сигнал/шум. Чем больше соотношение сигнал/шум, тем больше корреляция. При затенении части спутников и переотражении сигнала корреляция может падать вплоть до нуля и даже отрицательных величин.
Также коэффициент корреляции погрешностей зависит от геометрического фактора. При PDOP < 1,5 корреляция может достигать значения 0,7. Так как погрешность GPS складывается из многих составляющих, она не может быть представлена в виде нормального белого шума. По форме распределения погрешность есть сумма нормальной погрешности, взятой с коэффициентом 0,6—0,8 и погрешности, имеющей распределение Лапласа с коэффициентом 0,2—0,4. Автокорреляция суммарной погрешности GPS падает до значения 0,5 в течение приблизительно 10 секунд.
Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 6—8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции. На территории США, Канады, Японии, КНР, Европейского Союза и Индии имеются станции WAAS, EGNOS, MSAS и т. д. передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1—2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов, точность определения координат можно довести до 10 см. Точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.
В ближайшее время все аппараты нынешнего стандарта GPS будут заменены на более новую версию GPS IIF, которая имеет ряд преимуществ, в том числе они более устойчивы к помехам.
Но главное, что GPS IIF обеспечивает гораздо более высокую точность определения координат. Если нынешние спутники обеспечивают погрешность 6 метров, то новые спутники будут способны определять местоположение, как ожидается, с точностью не более 60—90 см. Если такая точность будет не только для военных, но и для гражданских применений, то это приятная новость для владельцев GPS-навигаторов.
На октябрь 2011 года на орбиту выведены первые два спутника из новой версии: GPS IIF SV-1 запущен в 2010 году и GPS IIF-2 запущен 16 июля 2011 года.
Всего первоначальный контракт предусматривал запуск 33 спутников GPS нового поколения, но потом из-за технических проблем начало запуска перенесли с 2006 года на 2010 год, а количество спутников уменьшили с 33 до 12. Все они будут выведены на орбиту в ближайшее время.
Повышенная точность спутников GPS нового поколения стала возможной благодаря использованию более точных атомных часов. Поскольку спутники перемещаются со скоростью около 14 000 км/ч (3,874 км/с) (первая космическая скорость на высоте 20 200 км), повышение точности времени даже в шестом знаке является критически важным для трилатерации.
Однако, даже точности в 10 см недостаточно для ряда задач по геодезии, в частности, для привязки к местности границ смежных земельных участков. При ошибке в 10 см площадь участка в 600 кв.м. может уменьшиться или увеличиться на 10 кв.м. А при последовательной привязке 1000 участков границы последнего сдвинутся на 100 метров. Подобная картина, к сожалению, уже имеет место на практике.
Недостатки [ ]
Общим недостатком использования любой радионавигационной системы является то, что при определённых условиях сигнал может не доходить до приёмника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить своё точное местонахождение в глубине квартиры внутри железобетонного здания, в подвале или в тоннеле даже профессиональными геодезическими приемниками. Так как рабочая частота GPS лежит в дециметровом диапазоне радиоволн, уровень приёма сигнала от спутников может серьёзно ухудшиться под плотной листвой деревьев или из-за очень большой облачности. Нормальному приёму сигналов GPS могут повредить помехи от многих наземных радиоисточников, а также (в редких случаях) от магнитных бурь, либо преднамеренно создаваемые «глушилками» (данный способ борьбы со спутниковыми автосигнализациями часто используется автоугонщиками).
Невысокое наклонение орбит GPS (примерно 55) серьёзно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом.
Существенной особенностью GPS считается полная зависимость условий получения сигнала от министерства обороны США.
Теперь Министерство обороны США решило начать полное обновление системы GPS. Оно было запланировано достаточно давно, но начать реализовывать этот проект удалось только сейчас. В ходе обновления старые спутники заменят на новые, которые разработаны и произведены компаниями Lockheed Martin и Boeing. Утверждается, что они смогут обеспечивать точность позиционирования с погрешностью 0,5 метра.
Реализация данной программы займёт некоторое время. В Министерстве обороны США утверждают, что полностью завершить обновление системы удастся только через 10 лет. Количество спутников изменено не будет, их по-прежнему будет 30: 24 работающих и 6 резервных.
| Эта страница использует материалы Википедии. Оригинальная статья располагается на GPS. Список авторов можно увидеть там же на странице истории. Как и на Штурман вики, текст Википедии доступен в соответствие с Creative Commons Licensed. |
Источник: navigator.fandom.com