Глобальные навигационные спутниковые системы в том виде, в котором они существуют и используются сейчас, зародились в начале 1970‐х годов, когда Советский Союз и США практически в одно время начали разработку систем ГЛОНАСС и GPS( Global Positioning System) 1. В настоящее время каждая из этих систем имеет на орбите полноценную орбитальную группировку навигационных космических аппаратов, которые обеспечивают предоставление услуг в глобальном масштабе.
Принцип работы глобальных навигационных спутниковых систем основан на измерении расстояния от антенны на объекте, координаты которого необходимо получить, до спутников, положение которых известно с большой точностью. Высокие эксплуатационные характеристики системы достигаются путем скоординированного функционирования трех основных сегментов:
• Космический сегмент – созвездие спутников, находящихся в нескольких орбитальных плоскостях, формирующих и передающих значительный объем радионавигационных сигналов( в настоящее время система ГЛОНАСС имеет 24 спутника, а система GPS – 32).
• Наземный сегмент – центр управления, командно-измерительный комплекс, сеть контрольных базовых станций, – выполняет задачи управления спутниками, загрузки, коррекции и синхронизации данных.
• В пользовательский сегмент входит разнообразная аппаратура наземных, морских, авиационных и космических потребителей, предназначенная для приема и декодирования спутниковых сигналов, обработки измерений и предоставления информации пользователю.
Орбитальная структура системы спутников строится таким образом, чтобы для большинства потребителей постоянно были видны как минимум четыре спутника. Их взаимное расположение обеспечивает необходимые точностные характеристики сигнала. При использовании трех спутников определение координат затруднено из-за ошибок, вызванных расхождением времени спутников и аппаратуры пользователя, поэтому необходим четвертый показатель, учитывающий смещение по времени. Типичное количество доступных потребителю спутников обычно достигает 6 – 10 в системе ГЛОНАСС и 8 – 12 – в системе GPS.
Возможность аппаратуры потребителя совмещать информацию ГЛОНАСС и GPS позволяет довести количество види‐
1
Полное название – NAVSTAR GPS( англ. NAVigation Satellites providing Time And Range – навигационные спутники, обеспечивающие измерение времени и расстояния, Global Positioning System – глобальная система позиционирования), однако чаще всего американская система спутниковой навигации именуется просто GPS. мых спутников до 15‐ти ~ 20‐ти, что значительно повышает скорость определения координат и способно увеличить точность позиционирования до нескольких сантиметров. Поэтому интеграция спутниковых систем выгодна конечному потребителю, особенно для решения задач, требующих скоростное и высокоточное позиционирование.
Технические характеристики российской навигационной спутниковой системы
Спутниковая группировка ГЛОНАСС развернута в трех орбитальных плоскостях, разнесенных относительно друг друга на 120 ° по абсолютной долготе восходящего узла( рис. 1). На каждой из орбит равномерно распределены по восемь спутников, совершающих за сутки около двух оборотов вокруг Земли. Орбиты являются близкими к круговым, имеют условные номера 1, 2 и 3, возрастающие по направлению вращения Земли. Нумерация позиций спутников производится по порядку их последовательности на орбите в определенный момент
Количество спутников 24 Высота орбиты
19100 км Количество плоскостей 3 Большая полуось Период
25420 км 11 ч 15 мин 44 с
Наклонение 64, 8 °
Рис. 1. Структура и параметры орбитальной группировки системы ГЛОНАСС
Основное предназначение ГЛОНАСС – глобальная и оперативная навигация наземных, морских, воздушных и низкоорбитальных космических объектов. Термин « глобальная оперативная навигация » означает, что подвижной объект, оснащенный приемной навигационной аппаратурой, может в любом месте приземного пространства и в любой момент времени определить параметры своего движения – три координаты и три составляющие вектора скорости. Система находится в ведомстве Министерства Обороны РФ и имеет статус системы двойного – военного и гражданского – назначения. Федеральными органами исполнительной власти, ответственными за ее использование, поддержание и развитие, являются Министерство обороны РФ и Федеральное космическое агентство.
11