Какой систему навигации используют спутниковые системы радары навигационные системы автомобилей

Спутниковая система навигации

Спутниковая система навигации — комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты) и времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

Содержание

Основные элементы

Основные элементы спутниковой системы навигации:

Принцип работы

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния 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 приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём 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.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, 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. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:

Применение систем навигации

Кроме навигации, координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях:

Современное состояние

В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:

Принадлежит министерству обороны США. Этот факт, по мнению некоторых государств, является её главным недостатком. Устройства поддерживающие навигацию по GPS являются самыми распространёнными в мире. Также известна под более ранним названием NAVSTAR.

ГЛОНАСС

Принадлежит министерству обороны России. Система, по заявлениям разработчиков наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с GPS. После 1996 года спутниковая группировка сокращалась и к 2002 году практически полностью пришла в упадок. Была полностью восстановлена только в конце 2011 года. Отмечается малая распространенность клиентского оборудования. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.

Бэйдоу

Развёртываемая Китаем подсистема GNSS предназначена для использования только в этой стране. Особенность — небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите. В настоящий момент выведено на орбиту Земли восемь навигационных спутников. Согласно планам, к 2012 году она сможет покрывать Азиатско-Тихоокеанский регион, а к 2020 году, когда количество спутников будет увеличено до 35, система «Бэйдоу» сможет работать как глобальная. Реализация данной программы началась в 2000 году. Первый спутник вышел на орбиту в 2007-ом.

Galileo

Европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году.

IRNSS

Индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в этой стране. Первый спутник был запущен в 2008 году.

Первоначально японская QZSS была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. Первый запуск спутника для QZSS был запланирован на 2008 г. В марте 2006 японское правительство объявило, что первый спутник не будет предназначен для коммерческого использования и будет запущен целиком на бюджетные средства для отработки принятых решений в интересах обеспечения решения навигационных задач. Только после удачного завершения испытаний первого спутника начнётся второй этап и следующие спутники будут в полной мере обеспечивать запланированный ранее объём услуг.

Основные характеристики систем навигационных спутников

55 (63)

11ч 58 мин

Технические детали работы систем

Рассмотрим некоторые особенности основных действующих систем спутниковой навигации (GPS и ГЛОНАСС):

100 м) для гражданского применения и другой высокой точности (

Дифференциальное измерение

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т. н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет точность порядка 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются. Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до десяти сантиметров. Дифференциальная поправка пересылается либо с геостационарных спутников, либо с наземных базовых станций, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.

В настоящее время (2009 год) существуют бесплатные американская система WAAS, европейская система EGNOS, японская система MSAS основанные на нескольких передающих коррекции геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).

Запланировано создание системы коррекции для ГЛОНАСС под названием СДКМ.

См. также

Примечания

Ссылки

Международный форум по спутниковой навигации Мероприятие, посвящённое вопросам спутниковой навигации

Мобильный ГИС для предприятий лесного хозяйства GPS навигация, контроль лесоустроительных данных по спутниковым снимкам, карта лесхоза, таксационное описание в мобильном телефоне.

Источник

Разница между спутниковыми системами GPS и ГЛОНАСС

Сейчас спутниковый мониторинг в основном осуществляют две мировые системы позиционирования ‒ американская GPS и российская ГЛОНАСС. Они похожи по характеристикам и работают по одному принципу. Разница между ГЛОНАСС и GPS – в стране разработки и особенностях расположения спутников.

Спутниковые системы мониторинга

Сравнивать две системы сложно, так как они эксплуатируются разное время. ГЛОНАСС начали разрабатывать в СССР, в 1982 году, когда на орбиту был запущен первый спутник «Ураган». Но из-за технических проблем и недостатка финансирования проект развивался медленно и был заморожен.

ГЛОНАСС вернулась в строй в 2000-х и начала развиваться. Министерство обороны США запустило проект GPS в 1993 году, он быстро приобрел планетарный масштаб.

Спутниковые системы

Сферы применения

Системы слежения посредством спутника были военной разработкой. Предполагалось использовать их для точного наведения вооружения на цель. Однако более широкое применение GPS и ГЛОНАСС получили среди гражданского населения. Купить навигационное оборудование может любой человек.

В эру развития технологий у водителей есть навигатор или видеорегистратор, туристам не обойтись без спутниковых карт в смартфоне. Организации, работающие с пассажирским и грузовым транспортом, обязаны устанавливать GPS-приемник на автобусы, «Газели» и такси.

Навигационные технологии применяются в GPS-детекторах и трекерах для измерения текущей скорости автомобиля и предотвращения нарушений, которые могут зафиксировать полицейские радары и камеры ГИБДД. Мониторинг остается востребованным в горнодобывающей отрасли, при строительстве транспортных путей. Его используют службы, занимающиеся безопасностью граждан, и спасатели.

Функции

Обе системы осуществляют мониторинг, включающий вычисление координат и направления движения. Эти параметры позволяют узнать скорость автомобиля или расход топлива.

Благодаря географическому позиционированию можно ориентироваться в незнакомом населенном пункте или стране. Логистические компании следят за перемещением грузов или соблюдением работниками режима труда и отдыха.

Дополнительными функциями спутниковых систем считают:

Сейчас системы навигации применяют даже для наблюдения за детьми или пожилыми людьми.

Принцип работы

Функционирование приемника, подключенного к ГЛОНАСС/GPS, заключается в отслеживании пространственных координат объекта, соотнесении их с показателем времени и анализе полученных данных. Навигационный модуль получает сигнал от спутников и вычисляет расстояние до них. Для максимальной точности достаточно 4 единиц. На основе сравнения расстояний определяются координаты объекта, отображаемые на карте.

Схема работы системы мониторинга

Отличия GPS и ГЛОНАСС

Водители при выборе навигационного оборудования задумываются о том, какая из спутниковых сетей точнее – GPS или ГЛОНАСС. Для обычного пользователя их отличие почти незаметно.

Количество космических аппаратов

Для покрытия земной поверхности необходимо 24 спутника. Сейчас космическая сеть GPS состоит из 32 единиц, но постоянно работают 26, 6 остаются в резерве.

НА ЗАМЕТКУ. В будущем число спутников GPS должно увеличиться до 48. ГЛОНАСС считает расширение нецелесообразным.

В ведении ГЛОНАСС 27 спутников, но 3 имеют статус резервных. Для слежения за всей территорией России достаточно 18 единиц.

Орбиты спутников GPS и GLONASS

Расположение спутников

Расположение спутников – основное отличие GPS от ГЛОНАСС. Стандартная высота у GPS ‒ 20180 км. Спутники сгруппированы по 4–6 единиц и размещены в 6 плоскостях. Наклон орбиты – около 55º.

Спутники вращаются синхронно относительно Земли, поэтому сигнал необходимо корректировать. Наземные станции передают информацию с поверхности и помогают точно определить координаты. У американской сети одна центральная станция и 10 корректирующих пунктов.

Космическая сеть ГЛОНАСС находится на высоте 19400 км, спутники расположены в 3 плоскостях по 8 единиц с наклоном 64,8º. Движение асинхронно вращению Земли способствует стабилизации орбиты, за счет чего оборудование хорошо управляется с поверхности. Коррекционных станций – 14, они размещены в России и Бразилии, есть база в Антарктиде.

Частота и доступность сигнала

Частота ГЛОНАСС практически такая же, как у GPS. В таблице рассмотрены 2 типа сигналов данных навигационных систем, в чем разница между ними – понять несложно.

ВНИМАНИЕ. Разница диапазонов незначительна, но космические сети используют разные методы кодирования сигнала.

GPS опирается на кодировку CDMA, при которой радиоканалы характеризуются разной последовательностью, но общей полосой частот. Это дает менее защищенный, но стабильный и экономичный сигнал. ГЛОНАСС отличает принцип FDMA, позволяющий усиливать защиту за счет увеличения энергоемкости.

Точность позиционирования

Погрешность ГЛОНАСС при определении координат составляет 3–6 м. Однако разработчики утверждают, что модернизация системы в ближайшее время позволит снизить ее до 10 см.

GPS отличается точным позиционированием. Изначально погрешность составляла 2–4 м, но с появлением корректирующих станций на территории других государств показатель улучшили до 1–2 м. При дальнейшей модернизации планируется определять координаты с точностью 0,5–0,6 м.

Преимущества GPS и ГЛОНАСС

Рассматривая особенности ГЛОНАСС или GPS, решить, что лучше, непросто. Каждая из них имеет положительные и отрицательные черты.

ГЛОНАСС

Плюсами GPS считают:

Согласно отзывам, россияне считают преимуществом ГЛОНАСС ее независимость от действий правительства Америки.

Система спутниковой навигации GPS

Недостатки GPS и ГЛОНАСС

НА ЗАМЕТКУ. Модули ГЛОНАСС проектировались для навигационной аппаратуры, поэтому в некоторых телефонах используется исключительно поддержка GPS.

Выбор в пользу двухсистемности

Одновременное использование взаимозаменяемых сетей GPS и ГЛОНАСС позволит добиться следующих результатов:

Таким образом, выбирать между двумя системами нецелесообразно. Предпочтительнее будет навигатор, работающий с GPS и ГЛОНАСС одновременно. Тогда приемник получит доступ сразу к 15–20 спутникам, что обеспечит стабильный уровень сигнала и минимальную погрешность в определении координат.

Источник

Спутниковая система навигации (GNSS)

GNSS – это спутниковая навигационная технология, использующаяся для ориентирования на местности и отслеживания объектов. С ее помощью можно определить координаты независимо от времени суток и погодных условий. Благодаря этой системе всю информацию можно получать без видимых ориентиров за короткое время и с высокой точностью. Спутниковые программы мировых стран работают в рамках ГНСС.

Общая характеристика GNSS

ГНСС, или глобальные навигационные спутниковые системы, передают информацию о расположении, времени и скорости пользующимся определенными приборами пользователям на Земле, в воздухе или космическом пространстве. Чтобы реализовать функции системы, используют спутники, которые выполняют измерение местоположения с точностью до метра.

Предназначение

Изначально технология разрабатывалась для отслеживания военных объектов. Позже для сигнала, получаемого от спутников, нашли применение в обычной жизни. Он облегчает передвижение на земле, в воздухе, водном пространстве. С помощью спутниковых систем выясняют также скорость, направление движения объекта. Еще они обеспечивают определение точного времени.

Функционирование технологии достигается устройствами управления, расположенными на Земле и в космосе. Регулярно специалисты осуществляют оценку точности ГНСС-наблюдений для повышения качества информации.

Принцип работы

Навигационные системы измеряют расстояние от антенны на объекте до спутника, положение которого точно известно. Информация о местонахождении последних внесена в таблицу, которую называют альманахом. Приемник сохраняет данные в памяти и использует их для работы.

Каждый сигнал спутника включает передачу и всего альманаха. Благодаря информации о расстоянии до нескольких спутников и применению геометрических построений оборудование вычисляет положение объекта. Измеряться данные будут с высокой точностью за счет того, что скорость движения радиоволн известна.

Чтобы определить время, которое распространяет радиосигнал, все спутниковые системы излучают сигналы с использованием атомных часов. Они синхронизируются с системным временем. Эта информация позволяет определить координаты антенны.

Основные составляющие

ГНСС состоит из нескольких элементов:

Обзор действующих спутниковых систем навигации

Глобальными спутниковыми системами являются ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США). Разработкой технологий занимаются также страны Европы, Китай, Индия. Их основное оборудование не достигло уровня американских систем, но специалисты трудятся над этим.

Спутниковые системы

Это навигационная система США, работающая с 1978 года. Она выполняет позиционирование, навигацию и синхронизацию, состоит из космического, управляющего и пользовательского сегмента. Систему разработало и реализовало Министерство обороны США. Сейчас она доступна и для обычных граждан – им достаточно только купить телефон на ОС «Андроид» или планшет с GPS-датчиком.

Спутники транслируют сигнал с космоса, приемники используют его для вычисления координат и наблюдения за объектом в режиме реального времени. В технологии применяется 32 спутника, которые вращаются по орбите Земли.

ГЛОНАСС

С помощью системы определяют расположение и скорость движения авиации, морского, наземного и космического транспорта. Испытание оборудования и строительство спутников начали в 1995 году, но недостаточное финансирование не позволило ГЛОНАСС обрести глобальный характер.

Полноценное функционирование началось в 2010 году. Сейчас спутники активно взаимодействуют с GPS. Они подключаются к ближайшим объектам, что увеличивает скорость работы, точность.

DORIS

Преимущество технологии – в высокоточном определении орбиты и отслеживании маяков. Это система микроволнового слежения, основанная на принципе Доплера. Цель ее работы – измерения для услуг POD и приложений геодезии. Также она способна в один заход определить координаты орбит, осуществить геофизическое моделирование и позиционирование наземных маяков.

Beidou

Это китайская технология для осуществления геодезических, метрологических и других наблюдений за объектом. Оборудование включает около 38 спутников. Планируется, что на полную мощность система выйдет в 2020 году, поэтому ее характеристики стараются улучшить. Обеспечивает геометрическую сеть GNSS-наблюдений.

Galileo

Использование системы распространено среди обычных граждан и служб стран Европы. Отличие от ГНСС США и России в том, что ее не контролируют национальные военные ведомства. Но допускается возможность использовать сигнал для операций для обеспечения политики безопасности.

К сведению. Регулярно выполняется поверка работы оборудования. Оно обеспечивает точность до метра, а временная погрешность составляет миллиардную долю секунды.

В перечисленных технологиях пользуются различными, чаще национальными, системами координат.

Региональные спутниковые навигационные системы

Основное преимущество использования спутниковых ГНСС-технологий заключается в повышенной точности определения местонахождения объектов, скорости движения и времени. Существуют также региональные системы:

Планируется создание трех группировок, посадка которых предполагается на геосинхронные орбиты.

Поддержка ГНСС

Чтобы в айфонах и смартфонах функционировала технология ГНСС, в электронных устройствах должны присутствовать приемники определенного типа:

Включение всех измерений технологии ГНСС не занимает много времени, настройка заключается в подключении к микроконтроллеру или системе на кристалле по соответствующему интерфейсу. В автомобилях эту функцию регистрации выполняет тахограф.

Ключевые параметры GNSS-приемников

Расшифровка требуемых показателей возможна после того, как приемник получит данные о:

Оценка характеристик зависит от TTFF. Этот параметр показывает, за какой период времени приемник найдет сигнал от спутника и определит координаты. Если это новое устройство, оно было отключено или длительное время перевозилось, после включения получить необходимые данные сразу невозможно.

Чтоб улучшить этот показатель и повысить эффективность циклического процесса, производители устанавливают возможность скачать и сохранить альманах и эфемериды по беспроводной сети передачи данных. Это занимает меньше времени, чем если извлекать показания из сигналов ГНСС. Скачивание доступно бесплатно.

К сведению. Такие модули потребляют разное количество энергии. Когда устройство находится в фазе поиска спутников, расходует ее больше. Производители пытаются исправить ситуацию за счет периодического перехода конструкции в режим сна.

Встречаются конфигурации с динамическими характеристиками. Например, он помогает узнать показатели ускорения объекта. Эти элементы часто имеют пару приемных каналов. Их число достигает 88.

Методы ГНСС-наблюдений

Расположение по спутниковым системам определяется с высокой точностью до 15 м. Такие показатели связаны с воздействием атмосферных явлений на распространение радиосигнала, уровнем качества кварцевого генератора в приемнике.

Различаются следующие методы наблюдений: абсолютный, относительный. В первом случае положение приемника определяется по пространственной засечке. При этом нужно знать координаты хотя бы 4 спутников, величину псевдодальности. Точность измерений составляет 3–15 м.

При относительном методе (DGPS) для наблюдений используется 2 приемника. Один находится в месте с известными координатами, другой – на определяемом. При этом рассчитывается псевдодальность, поправка передается на ровер. Метод подходит для решения задач в геодезии.

При обоих методах наблюдения используются постобработка, определение координат в реальном времени. В первом случае необходимы ПК, специальная программа. При определении координат в реальном времени обработка осуществляется сразу, в управляющем микропрограммном обеспечении приемника.

Спутниковая навигация играет стратегическую и коммерческую роль. Технология позволяет увеличить национальную безопасность, быстрее обнаружить «вражеские» стороны. Благодаря функциональности таких технологий больше стран занимается собственными устройствами навигации, чтобы не зависеть от других государств.

В настоящее время GNSS оборудование используется в военной сфере, геодезии и картографии.

Источник