Спутниковые системы позиционирования и навигации, изначально разрабатывавшиеся для военных нужд, в последнее время находят широкое применение в гражданской сфере. GPS/ГЛОНАСС мониторинг транспорта, наблюдение за нуждающимися в опеке людьми, контроль перемещений сотрудников, слежение за животными, отслеживание багажа , геодезия и картография – это основные направления использования спутниковых технологий.

В настоящее время существует две глобальных системы спутникового позиционирования, созданных в США и РФ, и две региональных, охватывающих Китай, страны Евросоюза и еще ряд стран Европы и Азии. В России доступен ГЛОНАСС мониторинг и GPS мониторинг.

Системы GPS и ГЛОНАСС

GPS (Global Position System, Глобальная система позиционирования) – это спутниковая система, разработка которой началась в Америке с 1977 года. К 1993 программу развернули, а к июлю 1995 – добились полной готовности системы. В настоящее время космическая сеть GPS состоит из 32 спутников: 24 основных, 6 резервных. Они вращаются вокруг Земли по средневысокой орбите (20 180 км) в шести плоскостях, по четыре основных спутника в каждой.

На земле расположена главная контрольная станция и десять станций слежения, три из которых передают спутникам последнего поколения корректировочные данные, а те распределяют их на всю сеть.

Разработка системы ГЛОНАСС (Глобальной навигационной спутниковой системы) начата еще в СССР в 1982 году. О завершении работ заявили в декабре 2015 года. Для работы ГЛОНАСС требуется 24 спутника, для покрытия территории и РФ достаточно 18, а общее число спутников, находящихся в данный момент на орбите (включая резервные) – 27. Они также движутся по средневысокой орбите, но на меньшей высоте (19 140 км), в трех плоскостях, по восемь основных спутников в каждой.

Наземные станции ГЛОНАСС расположены в России (14), Антарктиде и Бразилии (по одной), намечается развертывание ряда дополнительных станций.

Предшественником системы GPS была система Transit, разработанная в 1964 году для управления запуском ракет с подводных лодок. Она могла определить местонахождение исключительно неподвижных объектов с точностью до 50 м, а единственный спутник находился в поле видимости всего один час в сутки. Программа GPS ранее носила названия DNSS и NAVSTAR. В СССР создание навигационной спутниковой системы велось с 1967 года в рамках программы «Циклон».

Основные отличия системs мониторинга ГЛОНАСС от GPS:

  • американские спутники движутся синхронно с Землей, а российские – асинхронно;
  • разная высота и количество орбит;
  • разный угол их наклона (около 55° для GPS, 64,8° для ГЛОНАСС);
  • разный формат сигналов и рабочие частоты.

    • Преимущества системы GPS

  • GPS – старейшая из существующих систем позиционирования, приведена в полную готовность раньше российской.
  • Надежность обусловлена использованием большего числа резервных спутников.
  • Позиционирование происходит с меньшей погрешностью, чем у ГЛОНАСС (в среднем 4 м, а для спутников последнего поколения – 60–90 см).
  • Множество устройств поддерживает систему.


Преимущества системы ГЛОНАСС

  • Положение асинхронных спутников на орбите более стабильное, что облегчает управление ими. Регулярное внесение корректив не требуется. Данное преимущество важно для специалистов, а не потребителей.
  • Система создана в России, поэтому обеспечивает уверенный прием сигнала и точность позиционирования в северных широтах. Это достигается за счет большего угла наклона спутниковых орбит.
  • ГЛОНАСС – это отечественная система, и останется доступной для россиян в случае отключения GPS.

    • Недостатки системы GPS

  • Спутники вращаются синхронно вращению Земли, поэтому для точного позиционирования требуется работа корректирующих станций.
  • Низкий угол наклона не обеспечивает хорошего сигнала и точного позиционирования в полярных областях и высоких широтах.
  • Право управления системой принадлежит военным, а они могут искажать сигнал или вообще отключить GPS для гражданских лиц или для других стран в случае конфликта с ними. Поэтому хотя GPS для транспорта точнее и удобнее, а ГЛОНАСС – надежнее.

    • Недостатки системы ГЛОНАСС

  • Разработка системы началась позже и до недавнего времени велась со значительным отставанием от американцев (кризис, финансовые злоупотребления, хищения).
  • Неполный комплект спутников. Продолжительность службы российских спутников ниже, чем американских, они чаще нуждаются в ремонте, поэтому точность навигации в ряде областей снижается.
  • Спутниковый мониторинг транспорта ГЛОНАСС дороже, чем GPS из-за высокой стоимости устройств, адаптированных к работе с отечественной системой позиционирования.
  • Недостаток программного обеспечения для смартфонов, КПК. Модули ГЛОНАСС проектировали для навигаторов. Для компактных портативных устройств на сегодняшний день более распространенный и доступный вариант – это поддержка GPS-ГЛОНАСС или только GPS.


Резюме

Системы GPS и ГЛОНАСС являются взаимодополняемыми. Оптимальное решение – это спутниковый GPS-ГЛОНАСС мониторинг. Устройства с двумя системами, например, GPS-маркеры с ГЛОНАСС-модулем «М-Плата» обеспечивают высокую точность позиционирования и уверенную работу. Если для позиционирования исключительно по ГЛОНАСС погрешность в среднем составляет 6 м, а для GPS – 4 м, то при использовании двух систем одновременно она снижается до 1,5 м. Но такие приборы с двумя микрочипами стоят дороже.

ГЛОНАСС разработана специально для российских широт и потенциально способна обеспечить высокую точность, из-за ее недоукомплектованности спутниками реальное преимущество пока на стороне GPS. Плюсы американской системы – это доступность и широкий выбор устройств с поддержкой GPS.

Модель КА Глонасс-М на выставке CeBIT 2011

«Глонасс-М» (наименование по ОКР: «Ураган-М» , Индекс ГРАУ: 11Ф654М , 14Ф113 ) - серия российской глобальной навигационной системы ГЛОНАСС 2-го поколения, разработанная и выпускаемая ОАО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва. От спутников серии «Глонасс» (1-е поколение) отличаются гарантированным сроком активного существования (7 лет). Эти излучают, в отличие от аппаратов предыдущего поколения, уже по 2 сигнала для гражданских потребителей, что позволяет существенно повысить точность местоопределения.

30 июля 2015 года было объявлено о завершении производства спутников серии «Глонасс-М». Им на замену придут аппараты следующего поколения: «Глонасс-К» и «Глонасс-К2».

Тактико-технические данные

  • масса - 1415 кг,
  • гарантированный срок активного существования - 7 лет,
  • особенности - 2 сигнала для гражданских потребителей,
  • по сравнению со спутниками предшествующего поколения («Глонасс») точность определения местоположения объектов повышена в 2,5 раза,
  • мощность СЭП - 1400 Вт,
  • начало лётных испытаний - 10 декабря 2003 года.
  • отечественная бортовая ЦВМ на базе микропроцессора с системой команд VAX 11/750(К1839)

Аварии и происшествия

  • В июле 2010 года в Ульяновской области в аварию попал состав, перевозивший . Перевозимая ракета предназначалась для проведения 2 сентября запуска с трёх навигационных спутников «Глонасс-М».
  • Запуск ракеты-носителя «Протон-М», произведённый 5 декабря 2010 года, в 15 часов 13 минут (мск) окончился неудачей. После старта «Протон-М» изменил заданной траектории полёта и ещё до отделения ушёл по тангажу на 8 градусов и ракета вышла на незамкнутую орбиту. Ко времени отделения разгонного блока ДМ-3 (11С861-03) с 3 спутниками «ГЛОНАСС-М», который прошёл в штатном режиме, он уже находился на нештатной траектории полёта, а затем и вовсе вышел из зоны радиовидимости российских средств слежения. Телеметрии с разгонного блока после его отделения от «Протона» специалисты так и не получили. Остатки разгонного блока ДМ с тремя спутниками «Глонасс-М» упали в Тихом океане в районе Гавайских островов. Полный ущерб от потери спутников оценивался в $90 млн., при этом страхованием была покрыта только примерно тридцатая часть ущерба – страховая сумма составила $3,5 млн. Страхованием занималась страховая компания «Страховой центр „Спутник“», спутники были перестрахованы на $3,3 млн в страховой компании «Русский страховой центр».
  • 2 июля 2013 года ракета-носитель «Протон-М» с разгонным блоком ДМ-03 (11С861-03) и тремя российскими навигационными космическими аппаратами «Глонасс-М» - «Ураган-М» №48, «Ураган-М» №49, «Ураган-М» №50 , стартовавшая с Байконура, упала на первой минуте старта. Ни один из потерянных спутников не был застрахован из-за дефицита выделяемых Роскосмосом на эту статью средств, а также из-за решения не страховать серийные спутники.

Система ГЛОНАСС

Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) - советская/российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации (китайская система спутниковой навигации Бэйдоу на данный момент функционирует как региональная).

ГЛОНАСС предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара, на основании указа Президента РФ, предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой орбит 19400 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации . Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им бо́льшую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Роскосмос и ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем». Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом постановлением Правительства РФ в июле 2009 года был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы». В 2012 году федеральным сетевым оператором в сфере навигационной деятельности определено Некоммерческое Партнёрство «Содействие развитию и использованию навигационных технологий».

История развития

Модель КА Глонасс-К на выставке CeBIT

Официально начало работ по созданию ГЛОНАСС было положено в декабре 1976 года специальным постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР. Данный проект являлся продолжением развития отечественной навигационной спутниковой системы, начатой программой «Циклон».

Сроки работ по созданию системы неоднократно сдвигались, первые лётные испытания были начаты 12 октября 1982 года запуском на орбиту первого спутника «Ураган» 11Ф654 и двух массо-габаритных макетов 11Ф654ГВМ. В последующих шести запусках на орбиту выводились по два штатных аппарата и одному макету. Применение макетов являлось следствием неготовности электронной части спутников. Только 16 сентября 1986 года с восьмого по счёту запуска были выведены сразу три штатных аппарата. Два раза в 1989 году вместе с двумя спутниками «Ураган» на орбиту выводились пассивные геодезические аппараты «Эталон», которые использовались для уточнения параметров гравитационного поля и его влияния на орбиты КА «Ураган».

4 апреля 1991 года в составе ГЛОНАСС в двух орбитальных плоскостях оказалось одновременно 12 работоспособных спутников системы и 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию Министерством обороны России. В этом же году США вывели на орбиту последний 24-й спутник (первый спутник США вывели на орбиту в 1974 году). После чего стали проводиться запуски в третью орбитальную плоскость. 14 декабря 1995 года после 27-го запуска «Протона-К» с «Ураганами» спутниковая группировка была развёрнута до штатного состава - 24 спутника.

Всего с октября 1982 г. по декабрь 1998 г. на орбиту были выведены 74 КА «Ураган» и 8 массо-габаритных макетов. В период развёртывания системы 6 «Ураганов» оказались утерянными из-за отказов разгонного блока 11С861. Согласно оценкам, проведённым в 1997 году, на развёртывание ГЛОНАСС было потрачено около 2,5 млрд долларов.

В дальнейшем вследствие недостаточного финансирования, а также из-за малого срока службы, число работающих спутников сократилось к 2001 году до 6.

В августе 2001 года была принята федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система», согласно которой полное покрытие территории России планировалось уже в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков РН и вывести на орбиту 18 спутников - таким образом, к концу 2009 года группировка вновь насчитывала бы 24 аппарата.

В 2002 году был осуществлён переход на обновлённую версию геоцентрической системы координат ПЗ-90 - ПЗ-90.02.

С 2004 года запускаются новые КА “Глонасс-М”, которые транслируют два гражданских сигнала на частотах L1 и L2.

В 2007 году проведена 1-я фаза модернизации наземного сегмента, вследствие чего увеличилась точность определения координат. Во 2-й фазе модернизации наземного сегмента на 7 пунктах наземного комплекса управления устанавливается новая измерительная система с высокими точностными характеристиками. В результате этого к концу 2010 года увеличится точность расчёта эфемерид и ухода бортовых часов, что приведёт к повышению точности навигационных определений.

В конце марта 2008 года совет главных конструкторов по российской глобальной навигационной спутниковой системе (ГЛОНАСС), заседавший в Российском научно-исследовательском институте космического приборостроения, несколько скорректировал сроки развёртывания космического сегмента ГЛОНАСС. Прежние планы предполагали, что на территории России системой станет возможно пользоваться уже к 31 декабря 2007 года; однако для этого требовалось 18 работающих спутников, некоторые из которых успели выработать свой гарантийный ресурс и прекратили работать. Таким образом, хотя в 2007 году план по запускам спутников ГЛОНАСС был выполнен (на орбиту вышли шесть аппаратов), орбитальная группировка по состоянию на 27 марта 2008 года включала лишь шестнадцать работающих спутников. 25 декабря 2008 года количество было доведено до 18 спутников.

На совете главных конструкторов ГЛОНАСС план развёртывания системы был скорректирован с той целью, чтобы на территории России система ГЛОНАСС заработала хотя бы к 31 декабря 2008 года. Прежние планы предполагали запуск на орбиту двух троек новых спутников «Глонасс-М» в сентябре и в декабре 2008 года; однако в марте 2008 года сроки изготовления спутников и ракет были пересмотрены, чтобы ввести все спутники в эксплуатацию до конца года. Предполагалось, что запуски состоятся раньше на два месяца и система до конца года в России заработает. Планы были реализованы в срок.

29 января 2009 года было объявлено, что первым городом страны, где общественный транспорт в массовом порядке будет оснащён системой спутникового мониторинга на базе ГЛОНАСС, станет Сочи. На тот момент ГЛОНАСС-оборудование производства компании «М2М телематика» было установлено на 250 сочинских автобусах.

В ноябре 2009 года было объявлено, что Украинский научно-исследовательский институт радиотехнических измерений (Харьков) и Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения (Москва) создадут совместное предприятие. Стороны создадут систему спутниковой навигации для обслуживания потребителей на территории двух стран. В проекте будут использованы украинские станции коррекции для уточнения координат систем ГЛОНАСС.

2 сентября 2010 года общее количество спутников ГЛОНАСС было доведено до 26 - группировка была полностью развёрнута для полного покрытия Земли.

В 2011 году была модернизирована система наземного комплекса управления. Результатом программы модернизации стало увеличение точности навигационных определений системы ГЛОНАСС в 2-2,5 раза, что составляет порядка 2,8 м для гражданских потребителей.

26 февраля того же года был запущен первый КА Глонасс-К, в котором реализованы дополнительные сигналы в формате CDMA и тестируется новый открытый сигнал в диапазоне L3.

С 2012 до 2020 года на развитие ГЛОНАСC из бюджета РФ выделено 320 миллиардов рублей. В этот период планируется изготовить 15 спутников «Глонасс-М» и 22 «Глонасс-К».

В июле 2012 года было возбуждено дело по факту необоснованного расходования и хищения более 6,5 миллиардов рублей, выделенных на развитие спутниковой системы. 13 мая 2013 года было возбуждено ещё одно уголовное дело по статье «Мошенничество в особо крупном размере» по выявленному факту злоупотребления полномочиями и хищения 85 млн рублей.

В 2014 году начались работы над обеспечением совместимости российской и китайской навигационных систем ГЛОНАСС и «Бэйдоу».

7 декабря 2015 года было объявлено о завершении создания системы ГЛОНАСС. Готовая система была направлена на заключительные испытания Минобороны РФ.

Навигация

Спутники ГЛОНАСС находятся на средневысотной круговой орбите на высоте 19400 км с наклонением 64,8° и периодом 11 часов 15 минут. Такая орбита оптимальна для использования в высоких широтах (северных и южных полярных регионах), где сигнал GPS ловится плохо. Спутниковая группировка развёрнута в трёх орбитальных плоскостях, с 8 равномерно распределёнными спутниками в каждой. Для обеспечения глобального покрытия необходимы 24 спутника, в то время как для покрытия территории России необходимы 18 спутников. Сигналы передаются с направленностью 38° с использованием правой круговой поляризации, мощностью 316-500 Вт (EIRP 25-27 dBW).

Для определения координат приёмник должен принимать сигнал как минимум четырёх спутников и вычислить расстояния до них. При использовании трёх спутников определение координат затруднено из-за ошибок, вызванных неточностью часов приёмника.

Навигационные сигналы

FDMA-сигналы

Используются два типа навигационных сигналов: открытые с обычной точностью и защищённые с повышенной точностью.

Сигналы передаются методом расширения спектра в прямой последовательности (DSSS) и модуляцией через двоичную фазовую манипуляцию (BPSK). Все спутники используют одну и ту же псевдослучайную кодовую последовательность для передачи открытых сигналов, однако каждый спутник передаёт на разной частоте, используя 15-канальное разделение по частоте (FDMA). Сигнал в диапазоне L1 находится на центральной частоте 1602 МГц, а частота передачи спутников определяется по формуле 1602 МГц + n × 0,5625 МГц, где n это номер частотного канала (n =−7,−6,−5,…0,…,6, ранее n =0,…,13). Сигнал в диапазоне L2 находится на центральной частоте 1246 МГц, а частота каждого канала определяется по формуле 1246 МГц + n ×0.4375 МГц. Противоположно расположенные аппараты не могут быть одновременно видны с поверхности Земли, поэтому 15 радиоканалов достаточно для 24 спутников.

Открытый сигнал генерируется через сложение по модулю 2 трёх кодовых последовательностей: псевдослучайного дальномерного кода со скоростью 511 кбит/c, навигационного сообщения со скоростью 50 бит/c, и 100 Гц манчестер-кода. Все эти последовательности генерируются одним тактовым генератором. Псевдослучайный код генерируется 9-шаговым сдвиговым регистром с периодом 1 мс.

Навигационное сообщение открытого сигнала транслируется непрерывно со скоростью 50 бит/c. Суперкадр длиной 7500 бит требует 150 секунд (2,5 минуты) для передачи полного сообщения и состоит из 5 кадров по 1500 бит (30 секунд). Каждый кадр состоит из 15 строк по 100 бит (2 секунды на передачу каждой строки), 85 бит (1,7 секунды) данных и контрольных сумм и 15 бит (0,3 секунды) на маркер времени. Строки 1-4 содержат непосредственную информацию о текущем спутнике и передаются заново в каждом кадре; данные включают эфемериды, смещения тактовых генераторов частот, а также состояние спутника. Строки 5-15 содержат альманах; в кадрах I-IV передаются данные на 5 спутников в каждом, а в кадре V - на оставшиеся четыре спутника.

Эфемериды обновляются каждые 30 минут с использованием измерений наземного контрольного сегмента; используется система координат ECEF (Earth Centered, Earth Fixed) для положения и скорости, и также передаются параметры ускорения под действием и . Альманах использует модифицированные кеплеровы элементы и обновляется ежедневно.

Защищённый сигнал повышенной точности предназначен для авторизованных пользователей, таких как Вооружённые силы РФ. Сигнал передаётся в квадратурной модуляции с открытым сигналом на тех же самых частотах, но его псевдослучайный код имеет в десять раз большую скорость передачи, что повышает точность определения координат. Хотя защищённый сигнал не зашифрован, формат его псевдослучайного кода и навигационных сообщений засекречен. По данным исследователей, навигационное сообщение защищённого сигнала L1 передаётся со скоростью 50 бит/c без использования манчестер-кода, суперкадр состоит из 72 кадров размером по 500 бит, где каждый кадр состоит из 5 строк из 100 бит и требует 10 секунд для передачи. Таким образом, всё навигационное сообщение имеет длину 36 000 бит и требует для передачи 720 секунд (12 минут); предполагается, что дополнительная информация используется для повышения точности параметров солнечно-лунных ускорений и коррекции частоты тактовых генераторов.

CDMA-сигналы

C середины 2000-х годов готовится введение сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением.

Формат и частоты новых сигналов окончательно не определены. По предварительным данным разработчиков, в спутниках Глонасс-К2 будут использоваться три открытых и два зашифрованных сигнала в формате CDMA.

Открытый сигнал L3OC передаётся на частоте 1202,025 МГц, использует двоичную фазовую манипуляцию BPSK(10) для пилотного и информационного сигналов; псевдослучайный дальномерный код транслируется с частотой 10,23 миллионов импульсов (чипов) в секунду и модулируется на несущей частоте через квадратурную фазовую манипуляцию QPSK, при этом пилотный и информационный сигналы разнесены по квадратурам модуляции: информационный сигнал находится в фазе, а пилотный - в квадратуре. Информационный сигнал дополнительно модулирован 5-битным кодом Баркера, а пилотный сигнал - 10-битным кодом Ньюмана-Хоффмана.

Открытый сигнал L1OC и защищённый сигнал L1SC передаются на частоте 1600,995 МГц, а открытый сигнал L2OC и защищённый сигнал L2SC - на частоте 1248,06 МГц, перекрывая диапазон сигналов формата FDMA. Открытые сигналы L1OC и L2OC используют мультиплексирование с разделением по времени для передачи пилотного и информационного сигналов; используется модуляция BPSK(1) для информационного и BOC(1,1) для пилотного сигналов. Защищённые широкополосные сигналы L1SC и L2SC Шаблон: Неи АИ2 для пилотного и информационного сигналов, и передаются в квадратуре по отношению к открытым сигналам; при таком типе модуляции пик мощности смещается на края частотного диапазона и защищённый сигнал не мешает открытому узкополосному сигналу, передающемуся на несущей частоте.

Модуляция BOC (binary offset carrier, двоичный сдвиг несущей) используется в сигналах систем Galileo и модернизированной GPS; в сигналах GLONASS и стандартной GPS используется двоичная фазовая манипуляция (BPSK), однако и BPSK и QPSK являются частными случаями квадратурной амплитудной модуляции (QAM-2 и QAM-4).

Навигационное сообщение сигнала L3OC передаётся со скоростью 100 бит/c. Один кадр размером 1500 бит передаётся за 15 секунд и включает 5 текстовых строк, каждая длиной 300 бит (3 секунды). В каждом кадре содержатся эфемериды текущего спутника и часть системного альманаха для трёх спутников. Суперкадр состоит из 8 кадров и имеет размер 12000 бит, таким образом на получение альманаха для всех 24 спутников требуется 120 секунд (2 минуты). В будущем суперкадр может быть расширен до 10 кадров или 15000 бит (150 секунд или 2,5 минуты на передачу) для поддержки работы 30 спутников. В каждой строке передаётся системное время.Секунда координации UTC учитывается удлинением (с заполнением нулями) либо укорачиванием последней строки месяца на длительность одной секунды (100 бит), укороченные строки отбрасываются аппаратурой приёмника.

Модернизация системы «Глонасс»
Серия КА Год развёр-тывания Состо- Ста-биль-ность час-тоты Сигналы FDMA Сигналы CDMA Совместимые сигналы CDMA
1602 + n× 1246 + n× 1600.995 МГц 1248.06 МГц 1202.025 МГц 1575.42 МГц 1207.14 МГц 1176.45 МГц
«Глонасс» 1982-2005 Выведен

эксплу-атации

 5·10 −13 L1OF, L1SF L2SF
«Глонасс-М» 2003-2016 В эксплу-атации 1·10 −13 L1OF, L1SF L2OF, L2SF
«Глонасс-К1» 2011, 2014 Лётно-конструк-торские испыта-ния 5·10 −14 L1OF, L1SF L2OF, L2SF L3OС
«Глонасс-К2» после 2016 В раз-работке 5·10 −14 L1OF, L1SF L2OF, L2SF L1OC, L1SC L2OC, L2SC L3OC
«Глонасс 2025 На

стадии изучения

 L1OF, L1SF L2OF, L2SF L1OC, L1SC L2OC, L2SC L3OC, L3SC L1OCM L3OCM L5OCM
«O»: открытый сигнал стандартной точности / «S»: шифрованный сигнал высокой точности
«F»: частотное разделение каналов (FDMA) / «С»: кодовое разделение каналов (CDMA)
n = −7,−6,−5,…,0,…,5,6.

Планировалось с 2014 года оснащать спутники Глонасс-М передатчиками сигнала L3OC, впервые введёнными в спутниках Глонасс-К, но эти планы не реализовались.

В спутниках Глонасс-КМ могут быть введены дополнительные передатчики на частоты и модуляцию сигналов, совпадающие с модернизированной GPS (GPS modernization) и Galileo/Compass. В частности,

  • сигнал L1OCM будет использовать модуляцию BOC(1,1) на частоте 1575,42 МГц, которая совпадает с сигналом L1C модернизированной GPS и сигналом E1 систем Galileo/Compass;
  • сигнал L3OCM будет использовать модуляцию BPSK(10) на частоте 1207,14 МГц, которая совпадает с сигналом E5b систем Galileo/Compass;
  • сигнал L5OCM будет использовать модуляцию BPSK(10) на частоте 1176,45 МГц, которая совпадает с сигналом Safety of Life (L5) модернизированной GPS и сигналом E5a системы Galileo.

Данная конфигурация поможет обеспечить широкую совместимость приёмного оборудования и повысит точность и быстроту определения координат для критически важных применений, в первую очередь в авиационной и морской безопасности.

Технические средства

НАП «ГРОТ-М» (НИИКП, 2003 год), один из первых образцов

Первым приёмником, рассчитанным на работу с американской и российской навигационными системами, был профессиональный прибор компании Ashtech GG24, выпущенный в 1995 году.

Первый потребительский спутниковый навигатор, рассчитанный на совместное использование ГЛОНАСС и GPS, поступил в продажу 27 декабря 2007 года - это был спутниковый навигатор Glospace. В России навигационную аппаратуру выпускают более 10 предприятий.

В целях реализации Постановления Правительства РФ от 25 августа 2008 года № 641 «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» НПО Прогресс разработало и выпустило аппаратуру спутниковой навигации ГАЛС-М1, которой уже сегодня могут быть оснащены многие виды военной и специальной техники Вооружённых сил Российской Федерации.

В 2012 году Минтранс России определил технические требования к аппаратуре спутниковой навигации для повышения безопасности перевозок пассажиров автомобильным транспортом, а также транспортировки опасных и специальных грузов.

В мае 2011 года в розничную продажу поступили первые массово производимые ГЛОНАСС/GPS-навигаторы компаний Explay и Lexand. Они были собраны на чипсете MSB2301 тайваньской компании Mstar Semiconductor.

Сегодня модели с поддержкой ГЛОНАСС и GPS есть в продуктовых линейках многих производителей. Доля таких устройств в общем годовом объёме продаж навигаторов достигает 6,6 % (за 8 месяцев 2011 года в России было продано порядка 100 тысяч «двухсистемников»). Сравнительный тест навигатора с ГЛОНАСС/GPS Lexand SG-555 и GPS-навигатора Lexand ST-5350 HD проводила газета Ведомости:

Тест показал, что для поездок по Москве можно обойтись и односистемным навигатором. Но то, что навигаторы «Глонасс/GPS» работают точнее и надёжнее, подтвердилось на практике. Превосходящие характеристики двухсистемных устройств актуальны и в повседневной жизни - например, если вы хотите вовремя перестроиться для поворота на нужную полосу дороги.

Американский производитель мобильных чипов Qualcomm производит семейство микросхем для приёма сигналов GPS и ГЛОНАСС: Snapdragon 2 и 3. В 2011 году объявлен выпуск семейства Snapdragon 4. В настоящее время общее количество моделей устройств с возможностью приёма ГЛОНАСС исчисляется десятками.

Точность

В настоящее время точность определения координат системой ГЛОНАСС несколько отстаёт от аналогичных показателей для GPS.

Согласно данным СДКМна 18 сентября 2012 года, ошибки навигационных определений ГЛОНАСС (при p = 0,95) по долготе и широте составляли 3-6 м при использовании в среднем 7-8 КА (в зависимости от точки приёма). В то же время ошибки GPS составляли 2-4 м при использовании в среднем 6-11 КА (в зависимости от точки приёма).
При использовании обеих навигационных систем происходит существенный прирост точности. Европейский проект EGNOS, использующий сигналы обеих систем, даёт точность определения координат на территории Европы на уровне 1,5-3 метров.

Система ГЛОНАСС определяет местонахождение объекта с точностью до 2,8 метров, но после перевода в рабочее состояние двух спутников коррекции сигнала системы «Луч» точность навигационного сигнала ГЛОНАСС возрастёт до одного метра (ранее система определяла местонахождение объекта лишь с точностью до 5 м).

К 2015 году планируется увеличить точность позиционирования до 1,4 метра, к 2020 году - до 0,6 метра с дальнейшим доведением до 10 см.

Технологии высокоточного позиционирования на основе ГЛОНАСС уже сегодня широко используются в различных отраслях деятельности. Так, специалисты НИИ Прикладной Телематики разработали уникальное для навигационной отрасли решение - систему дистанционного мониторинга состояния сложных инженерных объектов, которая в режиме реального времени отслеживает смещение сооружений дорожно-транспортной инфраструктуры и оползневых геомассивов (в постобработке с точностью до 4-5 мм), позволяя не только оперативно реагировать на возникновение нештатных и чрезвычайных ситуаций, но и заранее их прогнозировать, своевременно определять появление дефектов дорожных сооружений. Система внедрена и успешно отработана на участке федеральной трассы М27 Джубга-Сочи в районе Хостинской эстакады (участок 194-196 км) - наиболее опасном и сложном с точки зрения прочности элементов конструкции.

Станции дифференциальной коррекции

Россия начала работы по размещению станций системы дифференциальной коррекции и мониторинга для повышения точности и надёжности работы навигационной системы ГЛОНАСС за рубежом. Первая зарубежная станция была построена и успешно функционирует в Антарктиде на станции «Беллинсгаузен». Тем самым обеспечены необходимые условия для непрерывного глобального мониторинга навигационных полей космических аппаратов ГЛОНАСС. Текущая сеть наземных станций насчитывает 14 станций в России, одну станцию в Антарктиде и одну в Бразилии. Развитие системы предусматривает развёртывание восьми дополнительных станций на территории России и нескольких станций за рубежом (дополнительные станции будут размещены в таких странах как Куба, Иран, Вьетнам, Испания, Индонезия, Никарагуа Австралия, две в Бразилии, и ещё одна дополнительная будет размещена в Антарктиде).

Из-за опасений, что системы ГЛОНАСС могут быть использованы в военных целях, госдепартамент США отказал Роскосмосу в выдаче разрешений на строительство на американской территории нескольких российских измерительных станций. Закон о фактическом запрете размещения станций ГЛОНАСС в США был подписан 30 декабря 2013 года. В ответ на это с 1 июня 2014 приостановлена работа на территории Российской Федерации станций для системы GPS. Видимо, это решение касается 19 пока ещё действующих измерительных станций IGS на территории России. Станции IGS не предназначены для функционирования самой системы GPS и имеют в большей степени научное значение. На территории США есть множество подобных станций, передающих данные ГЛОНАСС в режиме реального времени. Данные этих станций находятся в открытом доступе.

Доступность

Значения позиционного геометрического фактора PDOP по системе ГЛОНАСС на земной поверхности (угол места ≥ 5°). Дата: 7 февраля 2016

Информационно-аналитический центр ГЛОНАСС публикует на своём сайте официальные сведения о доступности навигационных услуг в виде карт мгновенной и интегральной доступности, а также позволяет вычислить зоны видимости для данного места и даты. Оперативный и апостериорный мониторинг систем GPS и ГЛОНАСС также осуществляет Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ).

Официально прогнозировалось, что ГЛОНАСС догонит GPS по точности к 2015 году, но по официальным данным на первую половину 2015, точность позиционирования составляла 2,7 м и обещания о её повышении «в два раза» были «перенесены» на конец 2015 года. Однако по состоянию 7 февраля 2016 даже официальный «прогноз точности» указывал точность около 2-4 метров.

При совместном использовании ГЛОНАСС и GPS в совместных приёмниках (практически все ГЛОНАСС-приёмники являются совместными) точность определения координат практически всегда отличная вследствие большого количества видимых КА и их хорошего взаимного расположения.

По сообщению Reuters, сотрудники шведской компании Swepos, обслуживающей общенациональную сеть спутниковых навигационных станций, установили, что ГЛОНАСС обеспечивает более точное позиционирование в северных широтах: «работает немного лучше в северных широтах, потому что орбиты её спутников расположены выше, и мы видим их лучше, чем спутники GPS». Йонссон сообщил, что 90 % клиентов его компании используют ГЛОНАСС в комбинации с GPS.

Постановление правительства Российский Федерации от 27 сентября 2011 года об обязательном оснащении пассажирских транспортных средств модулями ГЛОНАСС/GPS вынуждает использовать систему ГЛОНАСС в России.

Модернизация

  • На 2015-2017 годы намечен запуск усовершенствованного спутника КА «Глонасс-К2», доработанного по результатам испытаний КА «Глонасс-К1». В дополнение к открытому CDMA сигналу в диапазоне L3, появятся открытые и шифрованные сигналы в диапазонах L1 и L2.
  • К 2025 году появится усовершенствованный спутник «Глонасс-КМ», характеристики которого находятся в стадии изучения; предположительно, в новых спутниках будет использоваться до 6 открытых и до 3 зашифрованных сигналов с кодовым разделением.
  • После полного перехода на CDMA-сигналы предполагается постепенное увеличение количества КА в группировке с 24 до 30, что, возможно, потребует отключения сигналов FDMA. Рассматриваются варианты с запуском в будущем дополнительных спутников по высокоэллиптической орбите типа «Молния» или «Тундра», либо по геосинхронной или геостационарной орбите, что должно обеспечить более высокую доступность в отдельных регионах за счёт дифференциальной коррекции сигналов ГЛОНАСС от основных спутников.

Спутники

Разработчик и изготовитель спутников - ОАО ИСС имени академика М. Ф. Решетнёва (до 2008 года «НПО ПМ») (Железногорск, Красноярский край).

Глонасс-М РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М» взорвалась после старта 24 марта 2014 Глонасс-М Выведен на орбиту спутник Глонасс-М № 54 с помощью ракеты-носителя “Союз-2.1б” 14 июня 2014 Глонасс-М Выведен на орбиту спутник Глонасс-М с помощью ракеты-носителя “Союз-2.1б” 1 декабря 2014 Глонасс-К Выведен на орбиту спутник Глонасс-К с космодрома Плесецк с помощью ракеты-носителя “Союз-2.1б” Это второй запуск спутника третьего поколения. 7 февраля 2016 Глонасс-М Выведен на орбиту спутник Глонасс-М с космодрома Плесецк с помощью ракеты-носителя “Союз-2.1б” и разгонного блока «Фрегат»

Текущее состояние

  • Всего в составе ОГ ГЛОНАСС: 28 КА
  • Используются по целевому назначению: 23 КА
  • На этапе ввода в систему: 0 КА
  • Временно выведены на техобслуживание: 1 КА
  • На исследовании главного конструктора: 2 КА
  • Орбитальный резерв: 1 КА
  • На этапе лётных испытаний: 1 КА


Статья о системах ГЛОНАСС и GPS: характеристики спутниковых систем, их особенности и сравнительный анализ. В конце статьи - видео о принциах работы GPS и ГЛОНАСС.

Сейчас сферы влияния поделены между российской ГЛОНАСС, американской GPS (Global Positioning System) и понемногу набирающей обороты китайской BeiDou. Выбор системы для собственного автомобиля может обуславливаться патриотическими мотивами, а может основываться на грамотном взвешивании преимуществ и недостатков этих разработок.

Основы спутниковой связи


Предназначение каждой спутниковой системы – определение точного местонахождения какого угодно объекта. В контексте автомобиля эта задача осуществляется посредством специального устройства, помогающего установить координаты на местности, известного как навигатор.

Спутники, взаимодействующие с конкретной навигационной системой, отправляют ей персональные сигналы, отличные друг от друга. Для четкого определения пространственных координат навигатору достаточно информации от 4 спутников. Таким образом, это не простой автомобильный гаджет, а один из элементов сложного механизма космического позиционирования.

При движении автомобиля координаты непрерывно изменяются. Поэтому навигационная система устроена так, чтобы через некие равные промежутки времени обновлять получаемые данные и заново пересчитывать расстояние.


Преимущество современных систем в том, что они обладают способностью запоминания схемы расположения спутников даже в выключенном состоянии. Это значительно повышает эффективность прибора, когда нет необходимости каждый раз заново отыскивать орбиту спутника. Для автомобилистов, регулярно обращающихся к навигатору, разработчики предусмотрели функцию «горячего старта» - максимально быстрой связи устройства со спутником. При редком использовании навигатора старт будет «холодным», то есть, в этом случае соединение со спутником будет более длительным, занимающим от 10 до 20 минут.

Создание систем


Хотя первым спутником Земли была советская разработка, вначале родилась именно американская GPS . Ученые обратили внимание на перемены в спутниковых сигналах, зависящие от его перемещения по орбите. Тогда они задумались над методикой расчета не только координат самого спутника, но и привязанных к нему земных объектов.

В 1964 году заработала исключительно военная навигационная система под названием TRANZIT, ставшая первой в мире разработкой такого уровня. Она способствовала запуску ракет с подводных лодок, но точность расположения объекта рассчитывала только на расстоянии 50 метров. К тому же объект этот должен был оставаться абсолютно неподвижным.

Стало понятно, что первый и на тот момент единственный в мире навигатор не справляется с задачей постоянного определения координат. Это происходило от того, что проходя по низкой орбите, спутник мог подавать сигналы на Землю только в течение часа.

Следующая, модернизированная версия появилась спустя 3 года вместе с новым спутником Тиматионом-1 и его собратом Тиматионом-2. Совместно они поднялись на более высокую орбиту и объединились в единую систему, названую «Навстар». Начинала она так же, как военная разработка, но затем было принято решение сделать ее общедоступной для нужд гражданского населения.

Эта система функционирует до сих пор, насчитывая в своем арсенале 32 спутника, обеспечивающих полное покрытие Земли. Еще 8 аппаратов имеются в резерве на некий непредвиденный случай. Двигаясь на существенном расстоянии от планеты по нескольким орбитам, спутники завершают оборот почти за сутки.

Над отечественной системой ГЛОНАСС начали работать еще во времена Союза - мощной державы, обладающей выдающимися научными умами. Выведение на орбиту искусственного спутника запустило проектировочные работы системы позиционирования.


Первый советский спутник 1967 года рождения должен был стать единственным, достаточным для расчета координат. Но скоро в космосе появилась целая оборудованная радиопередатчиками система, известная населению как Цикада, военные называли ее Циклоном. Ее задачей стало определение терпящих бедствие объектов, чем она и занималась вплоть до появления ГЛОНАССа в 1982 году.

Советский Союз был разрушен, страна находилась в бедственном положении и не могла изыскать резервы для доведения до ума высокотехнологичной системы. Вся система включала в себя 24 спутника, но из-за финансовых трудностей почти половина из них не функционировала. Поэтому в то время, в 90-х годах, ГЛОНАСС даже близко не могла конкурировать с GPS.

На сегодняшний день российские разработчики намерены догнать и обогнать американских коллег, что уже подтверждает более быстрое обращение вокруг Земли наших спутников. Пусть исторически российская спутниковая система ощутимо отставала от американской, из года в год этот отрыв сокращается.

Преимущества и недостатки


На каком уровне сейчас обе системы? Какую из них предпочесть рядовому обывателю для своих житейских задач?

По большому счету, многим гражданам безразлично, какую именно спутниковую навигацию использует его техника. Они обе доступны без ограничений и взимания платы всему гражданскому населению, в том числе для использования в автомобиле. Если смотреть с технической точки зрения, то шведская спутниковая компания официально заявила о достоинствах ГЛОНАСС, намного качественнее работающей в северных широтах.

Спутники GPS практически не появляются севернее 55-й параллели, а в южном полушарии, соответственно, южнее. Тогда как при угле наклона в 65 градусов и высоте нахождения в 19,4 тыс.км спутники ГЛОНАСС поставляют отличные, стабильные сигналы в Москву, Норвегию и Швецию, что так оценили зарубежные специалисты.

Хотя обе системы имеют большое количество спутников во всех орбитальных плоскостях, другие эксперты все же отдают пальму первенства GPS. Даже при активной программе усовершенствования российской системы на данный момент американцы имеют 27 спутников против 24 российских, что дает большую четкость их сигналам.

Достоверность сигналов ГЛОНАСС составляет 2,8 м по сравнению с 1,8 м у GPS. Однако эта цифра достаточно усреднена, потому что спутники могут выстроиться на орбите таким образом, что показатель погрешности возрастет в несколько раз. Причем такая ситуация может постичь обе спутниковые системы.

По этой причине производители стараются оснастить свои устройства двухсистемной навигацией, принимающей сигналы и GPS, и ГЛОНАСС.

Немаловажную роль играет качество наземного оборудования, получающего и расшифровывающего получаемые данные.


Если говорить о выявленных недостатках обеих навигационных систем, их можно распределить следующим образом:

ГЛОНАСС:

  • смена небесных координат (эфемерид) приводит к неточности определения координат, достигающей 30 метров;
  • достаточно частое, хотя и кратковременное прерывание сигнала;
  • ощутимое влияние особенностей рельефа на четкость получаемых данных.
GPS:
  • получение ошибочного сигнала вследствие многолучевой интерференции и атмосферной нестабильности;
  • существенное отличие гражданской версии системы, имеющей слишком ограниченные возможности по сравнению с военной разработкой.

Двухсистемность


В общей сложности на орбите постоянно крутится более пяти десятков спутников обеих мировых держав. Как уже было сказано, для получения достоверных координат достаточно хорошего «обзора» 4 спутников. На ровном пространстве, в степи или в поле, любой приемник сумеет зафиксировать одновременно до десятка сигналов, тогда как в лесу или горной местности связь стремительно исчезает.

Таким образом, цель разработчиков состоит в том, чтобы каждое принимающее устройство было способно связываться с максимальным количеством спутников. Это снова возвращает к идее совмещения ГЛОНАСС и GPS, что уже практикуют в Америке для служб спасения. Как бы ни складывались отношения государств, человеческая жизнь превыше всего, а двухсистемный чип с большей скоростью и четкостью определит местоположение попавшего в беду человека.

Такой синтез избавит и автомобилистов от неспособности сориентироваться в незнакомой местности из-за того, что навигатор слишком медленно налаживает соединение и слишком долго обрабатывает информацию. Причиной тому служит потеря спутника из-за банальных помех: высокого здания, эстакады или даже крупногабаритной фуры по соседству. Но если автонавигатор будет оснащен двухсистемным чипом, вероятность его «зависания» значительно уменьшится.

Когда подобная практика станет повсеместной, навигатору будет безразлична страна происхождения системы, ведь он сможет одновременно отслеживать до 40 спутников, выдавая фантастически точное определение местонахождения.

Видео о принципах работы GPS и ГЛОНАСС:

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС предназначена для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и других видов потребителей.

История развития ГЛОНАСС

Развитие отечественной навигационной спутниковой системы, как принято считать, началось с запуска в Советском Союзе 4 октября 1957 года первого искусственного спутника Земли. Использовать спутники для навигации в 1957 году впервые предложил проф. В.С. Шебшаевич. Эта возможность была открыта им при исследовании приложений радиоастрономических методов в пилотировании самолетов. После этого в целом ряде советских институтов были проведены исследования, посвященные вопросам повышения точности навигационных определений, обеспечения глобальности, круглосуточного применения и независимости от погодных условий. Все они были использованы в 1963 году во время проведения опытно-конструкторских работ по созданию первой отечественной низкоорбитальной системы «Цикада». 27 ноября 1967 года на орбиту был выведен первый навигационный отечественный спутник «Космос-192» (КА «Циклон»).Он обеспечивал непрерывное излучение радионавигационного сигнала на частотах 150 и 400 МГц в течение всего времени активного существования.

Система «Цикада» была сдана в эксплуатацию в составе четырех спутников в 1979 году. Навигационные спутники были выведены на круговые орбиты высотой 1000 км, с наклонением 83° и равномерным распределением плоскостей вдоль экватора. Система позволяла потребителю в среднем через каждые 1,5–2 часа входить в радиоконтакт с одним из спутников и определять плановые координаты своего места при продолжительности навигационного сеанса до 5-6 минут. Навигационная система «Цикада» использовала беззапросные измерения дальности от потребителя до навигационных спутников. Наряду с совершенствованием бортовых систем спутника и корабельной навигационной аппаратуры серьезное внимание было уделено вопросам повышения точности определения и прогнозирования параметров орбит навигационных спутников.

В дальнейшем спутники системы «Цикада» были дооборудованы приемной измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствие объектов, которые оснащаются специальными радиобуями. Эти сигналы принимаются спутниками системы «Цикада» и ретранслируются на специальные наземные станции, где производится вычисление точных координат аварийных объектов (судов, самолетов и др.). Дооснащенные аппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники «Цикада» образуют системы «Коспас». Совместно с американо-франко-канадской системой «Сарсат» они входят в единую службу поиска и спасения.

Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации. Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потребителей: авиации, морского флота, наземных транспортных средств и космических кораблей. Выполнить требования всех указанных классов потребителей низкоорбитальные системы в силу принципов, заложенных в основу их построения, не могли. Перспективная навигационная спутниковая система второго поколения должна была обеспечить потребителю в любой момент времени возможность определять три пространственные координаты, вектор скорости и точное время.

Была выбрана структура спутниковой системы: высота орбиты навигационных спутников составила 20 тыс. км, их общее количество – 24 аппарата. Были решены две проблемы создания высокоорбитальной навигационной системы. Первая проблема - взаимная синхронизация спутниковых шкал времени с точностью до миллиардных долей секунды (наносекунд). Эта проблема была решена с помощью установки на спутниках высокостабильных бортовых цезиевых стандартов частоты с относительной нестабильностью 1*10 -13 и наземного водородного стандарта с относительной нестабильностью 1* 10 -14 , а также создания наземных средств сличения шкал с погрешностью 3-5 нс. Второй проблемой было высокоточное определение и прогнозирование параметров орбит навигационных спутников. Ее решили, учитывая факторы второго порядка малости, таких как световое давление, неравномерность вращения Земли и движение ее полюсов, а также исключая действия на спутник в полете реактивных сил, вызванных не герметичностью двигательных установок и газоотделением материалов покрытий.

Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС , были начаты в октябре 1982 года запуском спутника «Космос-1413». Система ГЛОНАСС была принята в опытную эксплуатацию в 1993 году. В 1995-м развернута орбитальная группировка полного состава (24 спутника) и начата штатная эксплуатация. Система позволяет обеспечить непрерывную глобальную навигацию всех типов потребителей с различным уровнем требований к качеству навигационного обеспечения.

Сокращение финансирования космической отрасли в 1990-х годах привело к деградации орбитальной группировки ГЛОНАСС , снижению ее выходного эффекта. В 2001 году в целях сохранения и развития системы Президентом и Правительством РФ утвержден ряд директивных документов, основным из которых является федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система».

Генеральный конструктор глобальной навигационной системы ГЛОНАСС - Сергей Николаевич Карутин (ТАСС, 21.09.2015).

Структура ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС в расширенной конфигурации включает в себя следующие составные части:

  • Космический комплекс системы ГЛОНАСС, состоящий из орбитальной группировки, средств выведения, наземного комплекса управления.
  • Функциональные дополнения, включая широкозонную систему функционального дополнения ГНСС – систему дифференциальных коррекций и мониторинга, а также региональные и локальные системы мониторинга и дифференциальной навигации.
  • Система высокоточной апостериорной эфемеридно-временной информации.
  • Средства фундаментального обеспечения ГЛОНАСС – системы оперативного определения параметров вращения и ориентации Земли, системы формирования государственной шкалы всемирного скоординированного времени, геодезической основы РФ.
  • Навигационная аппаратура потребителей для гражданского и специального применения.

Головная организация по развитию и использованию системы ГЛОНАСС - АО «Российские космические системы».
Головная организация по космическому комплексу ГЛОНАСС - АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва».
Оператор государственной автоматизированной информационной системы «ЭРА-ГЛОНАСС» - АО «ГЛОНАСС».
Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности - НП «ГЛОНАСС».
Оперативный круглосуточный мониторинг и подтверждение характеристик навигационного поля ГЛОНАСС осуществляет Информационно-аналитический центр координатно-временного и навигационного обеспечения ФГУП ЦНИИмаш.

Состав системы ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС состоит из трех подсистем:

  • подсистемы космических аппаратов (ПКА);
  • подсистемы контроля и управления (ПКУ);
  • навигационной аппаратуры потребителей (НАП).

Подсистема космических аппаратов системы ГЛОНАСС состоит из 24-х спутников, находящихся на круговых орбитах высотой 19100 км, наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120°. В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 спутников с равномерным сдвигом по аргументу широты 45°. Кроме этого, в плоскостях положение спутников сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15°. Такая конфигурация ПКА позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие земной поверхности и околоземного пространства навигационным полем. Как правило, требуется, чтобы в зоне видимости потребителя находились не менее 3-5 навигационных космических аппаратов (НКА). Кроме действующих НКА, на орбите находятся резервные спутники, которые могут быть оперативно введены для замены вышедших из строя.

Подсистема контроля и управления состоит из Центра управления системой ГЛОНАСС и сети станций измерения, управления и контроля, рассредоточенной по всей территории России. В задачи ПКУ входит контроль правильности функционирования ПКА, непрерывное уточнение параметров орбит и выдача на спутники временных программ, команд управления и навигационной информации.

Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС и вычисления собственных координат, скорости и времени.

Принцип работы

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;
  • вертикальных координат;
  • составляющих вектора скорости;
  • точного времени.

Точности определения можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод навигации и/или дополнительные специальные методы измерений.

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 Универсального координированного времени (UTC).

«ЭРА-ГЛОНАСС»

Система «ЭРА-ГЛОНАСС» – отечественный комплекс оперативного реагирования на дорожные происшествия, призванный в автоматическом режиме оповещать службы спасения о произошедших на автотрассах ДТП. Внедрение системы помогает:

  • улучшить ситуацию на дорогах;
  • снизить число автоаварий со смертельным исходом;
  • ускорить прибытие на место происшествия спасателей, медиков и автоинспекторов;
  • обезопасить перевозку пассажиров и грузов.

В опытную эксплуатацию система была запущен в 2014 году. На январь 2018 года устройством оснащены около 1,5 млн автомобилей (по данным официального сайта оператора системы – АО «ГЛОНАСС»).

С 2018 года прекращается государственное финансирование оператора системы «ЭРА – ГЛОНАСС». АО «ГЛОНАСС» полностью перешел на самоокупаемость.

Запуски

  • 1982 - 1993 гг. 53 космических аппарата (КА) ГЛОНАСС, космодром "Байконур"
  • 1994 - 1995 гг. 18 КА ГЛОНАСС
  • 1996 - 1997 гг. запуски не производились
  • 25 декабря 2002 г. 3 КА ГЛОНАСС
  • 10 декабря 2003 г. 2 КА ГЛОНАСС и 1 КА ГЛОНАСС-М
  • 26 декабря 2004 г. 2 КА ГЛОНАСС и 1 КА ГЛОНАСС-М
  • 25 декабря 2005 г. 1 КА ГЛОНАСС и 2 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", ракета-носитель (РН) "Протон-К". Результат успешный
  • 25 декабря 2006 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-К". Результат успешный
  • 26 октября 2007 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, комодром "Байконур", РН "Протон-К". Результат успешный
  • 25 декабря 2007 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-К". Результат успешный
  • 25 сентября 2008 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
  • 25 декабря 2008 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
  • 02 марта 2010 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
  • 02 сентября 2010 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
  • 05 декабря 2010 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Аварийный пуск
  • 26 февраля 2011 г. 1 КА ГЛОНАСС-К, космодром "Плесецк", РН "Союз-2-1Б". Результат успешный
  • 04 ноября 2011 г. 1 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
  • 26 апреля 2013 г. 1 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк", РН "Союз-2-1Б". Результат успешный
  • 02 июля 2013 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур". РН "Протон-М". Аварийный пуск
  • 24 марта 2014 г. 1 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
  • 14 июня 2014 г. 1 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
  • 01 декабря 2014 г. 1 КА ГЛОНАСС-К, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
  • 07 февраля 2016 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
  • 29 мая 2016 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
  • 22 сентября 2017 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
  • 17 июня 2018 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
  • 3 ноября 2018 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный

Применение ГНСС ГЛОНАСС

Основные направления применения ГЛОНАСС на транспорте:

  • сухопутная навигация
  • автомобильный и железнодорожный транспорт
  • морская навигация
  • аэронавигация
  • навигация в космосе

По мере совершенствования глобальных навигационных спутниковых систем появляются новые области их применения, которые, в свою очередь, требуют дальнейшего повышения точности, доступности, оперативности и надежности навигационных услуг:

организация дорожного движения, в том числе по платным дорогам, оплата парковок, анализ дорожно-транспортных происшествий, определение страховых случаев, организация автоматического управления дорожной, строительной и сельскохозяйственной техникой, контроль «деформации» инженерных сооружений, синхронизация систем связи, банковских систем осуществления транзакций, энергетических систем, систем транспортировки нефти и газа, высокоточный мониторинг движения земной поверхности, фундаментальные научные исследования и многое другое.

ГЛОНАСС сегодня

На сегодняшний день космическая группировка системы ГЛОНАСС работает в составе 24 космических аппарата; 23 - это прежнее поколение «Глонасс-М», и один аппарат – это «Глонасс-К» нового поколения. На земле работают шесть аппаратов, то есть в случае необходимости можно дополнять группировку необходимым количеством.

С 2019 года планируется вводить еще одно новое поколение спутника – «Глонасс-К2». Глонасс-К2 будет отличаться от предшественников большей точностью определения пользователями своих координат, достигнутой благодаря новейшим хронометрам и новым типом сигналов с кодовым разделением (CDMA), которые будут передаваться на трёх частотах L-диапазона (L1, L2 и L3). Также планируется поддержка Коспас-Сарсат .

На текущий момент орбитальная группировка состоит из 26 КА, из которых:

  • 24 КА используются по целевому назначению
  • 0 КА на этапе ввода в систему
  • 0 КА временно выведен на техническое обслуживание
  • 0 КА находятся на исследовании Главного конструктора системы
  • 1 КА находится в орбитальном резерве
  • 1 КА находится на этапе лётно-конструкторских испытаний

При этом 14 спутников из группировки работают за пределами срока активного существования, еще 4 спутника преодолеют рубеж в ближайшие полтора месяца.

Автомобильный или туристический навигатор уже давно стал привычным делом для многих водителей и любителей путешествовать. О том, какие преимущества получает человек, у которого на переднем стекле установлен навигатор, говорить не нужно - это умное устройство само подберет оптимальный маршрут, подскажет когда начинать перестраиваться и сколько осталось до ближайшего перекрестка. Благодаря такой функции, как «Дорожные пробки», вы всегда будете знать, по каким маршрутам в данный момент лучше не ехать.

Говорить можно еще много обо всех этих умных опциях, однако мало кто задумывается над тем, какой труд прошлось проделать конструкторским бюро, полчищам инженеров и ученых, чтобы вы могли спокойно ездить даже по незнакомым вам маршрутам и городам.

ГЛОНАСС — Глобальная навигационная спутниковая система

На сегодняшний день есть две глобальных навигационных системы - ГЛОНАСС и GPS. Еще можно вспомнить китайскую региональную навигационную систему Бэйдоу, которая покрывает территорию Китая, Монголии, Индии, Кореи и часть Юго-Восточной Азии, также она немного затрагивает Русский Дальний Восток, Японию, Пакистан и Казахстан.

Готовится к запуску еще ряд региональных программ, например более продвинутая китайская «Компасс» или европейская «Галилео».

Уже давно ведется спор о том, какая из этих систем более точная и надежная. . В принципе, все эти системы геопозиционирования работают по одной схеме, благодаря эффекту допплеровского смещения, а качество приема и точность показаний зависят от количества спутников на орбите.

Мы можем сказать только одно - американская GPS покрывает весь Земной Шар, потому что на орбите на 2013 год был 31 навигационный спутник.

ГЛОНАСС стремится к такому показателю и планируется, что между 2015-2017 годами догонит его и по точности и по площади покрытия. На данный же момент численность спутников составляет 24 штуки, при этом их орбиты ориентированы таким образом, чтобы сигнал лучше всего принимался на территории России.

Планируется также, что ГЛОНАСС и Бэйдоу объединят свои усилия, то есть площадь покрытия и точность увеличатся в разы.

История ГЛОНАСС

Началом создания проекта глобальных систем геопозиционирования можно считать 1957 год, когда был запущен первый советский Спутник. Правда, открытие принадлежит американцам, поскольку они следили за сигналами со Спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Допплера можно определить, приближается ли к вам спутник или отдаляется.

Обычно данный эффект описывают так: достаточно просто определить по звуку свистка поезда, в каком направлении он движется - к вам или от вас.

Эффект Допплера в свое время помог известному астроному Эдвину Хабблу установить, что наша Вселенная состоит из сотен миллиардов галактик, которые разлетаются в разные стороны и Вселенная расширяется.

Понятно, что размышлять о судьбах Вселенной, Большом Взрыве и братьях по разуму очень занимательно, но открытием воспользовались военные желающие создать систему, которая помогла бы определить точное местонахождения любого объекта на поверхности Земли. И американцы и Советы принялись вести исследования в данном направлении. Программа США начала реализоваться в 60-х, в то же время, что и в СССР.

Первый спутник будущей системы ГЛОНАСС был запущен в 1982 году, а к 1991 году это уже была вполне работоспособная система, насчитывающая 12 спутников. Но с падением СССР проект отошел на второй план и на орбите в рабочем состоянии оставалось всего 6 космических аппаратов.

Ну и только с приходом Путина было решено возобновить программу, а в 2007 году уже можно было покупать навигаторы, которые работают как с GPS так и с ГЛОНАСС. В принципе Россия не сильно отстала от США, так как GPS-навигаторы для авто появились только в 2005 году. Хотя военные обеих стран пользовались системами геопозиционирования задолго до того, как они стали доступны широкой общественности.

Следующим шагом в глобальном продвижении ГЛОНАСС стало появление смартфонов, работающих с этой системой. Начиная с iPhone 4S Apple сделала доступной ГЛОНАСС для покупателей. Поддерживают ГЛОНАСС Samsung Galaxy, HTC One, Nokia (а потом и Microsoft Lumia), Sony Xperia, LG, Huawei, Xiaomi, Garmin eTrex и десятки других.

Что точнее GPS или ГЛОНАСС?

Если речь идет о сверх точном определении координат, то обе системы не являются идеальными. Результаты многочисленных испытаний в разных уголках Планеты, показывают, что ГЛОНАСС все же отстает:

  • ГЛОНАСС - погрешность составляет 3-6 метра;
  • GPS - 2-4 метра.

Однако, для автолюбителей такие ошибки не являются слишком уж важными, к тому же навигаторы, предлагаемые в России и Европе, работают с обеими системами, из-за чего их точность возрастает, поскольку одновременно в зоне видимости приемника находится от 12-ти до 15-ти космических аппаратов.

Точность же во многом зависит от количества каналов приема самого навигатора, которое в идеале должно составлять 60, при этом устройство может одновременно ловить сигнал от 12 спутников, плюс сигналы отражающиеся от различных поверхностей.

То есть говорить о том, какая система точнее, сегодня не так уж и важно. Но не стоит забывать о том, что данными системами пользуются военные, и поэтому и в GPS и в ГЛОНАСС предусмотрено 2 уровня сигналов:

  • общедоступные, рассчитанные на гражданских пользователей;
  • шифрованные - используются для нужд армии.

Еще один важный момент. Благодаря тому, что ГЛОНАСС спутники находятся на более высоких орбитах, более точное местоопределение получается в северных широтах. Данный факт был подтвержден в Швеции: «Из-за высокой орбиты наше оборудование лучше видит ГЛОНАСС, чем GPS».

Ну и кроме всего прочего, правительство Российской Федерации поддерживает свою систему геопозиционирования тем, что требует устанавливать модули ГЛОНАСС на пассажирские транспортные средства.

Планируется, что к 2017 году ГЛОНАСС догонит своего американского конкурента по точности. Количество спутников будет доведено до 32, что сделает данную систему полностью автономной в любой точке Земного шара. Добиться большей точности можно будет за счет запуска спутников на высокоэллиптические и геосинхронные орбиты.

К 2020 году погрешность в определении координат будет составлять всего лишь 80 сантиметров. Понятно, что такая точность водителям абсолютно не нужна, зато военные получат массу преимуществ перед своим воображаемым противником.

Хочется надеяться, что ГЛОНАСС, как GPS и все остальные подобные системы будут использоваться только в мирных целях.

Видео, о том как работают навигационные системы, в том числе и ГЛОНАСС.