Системы ГЛОНАСС, GPS, Galileo, Beidou. | Василий иванович Шевелев. Работа №277707

Министерство образования, науки и молодежной политики Краснодарского края

государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Краснодарского края

«Краснодарский архитектурно – строительный техникум»

(ГБПОУ КК КАСТ)

 

 

 

Методический материал по Учебной дисциплине ОП.12

Спутниковые навигационные системы

Тема

Раздел 1. Основные сведения о глобальных навигационных спутниковых системах

Лекция, 2+2 часа

 

Системы ГЛОНАСС, GPS, Galileo, Beidou. Характеристики, конструкция навигационных систем.

Системы дифференциальной коррекции (Дополнения глобальных навигационных спутниковых систем).

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель Шевелев Василий Иванович

Краснодар 2021 г

 

Навигационные системы ГЛОНАСС, GPS, Galileo характеристики, конструкция навигационных систем

Глоба́льная навигацио́нная спу́тниковая систе́ма (ГЛОНА́СС) —  полностью функционирующая на сегодня система глобальной спутниковой навигации.

Система ГЛОНАСС, имевшая изначально военное предназначение, была запущена одновременно с системой предупреждения о ракетном нападении (СПРН) в 1982 году для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования, например. Дополнительно система транслирует гражданские сигналы, доступные в любой точке земного шара, предоставляя навигационные услуги на безвозмездной основе и без ограничений.

Основой системы являются 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой орбит 19 100 км..

Спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им бо́льшую стабильность. Таким образом, группировка космических аппаратов (КА) ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования.

Развитием проекта ГЛОНАСС занимается «Роскосмос», АО «„Информационные спутниковые системы“ имени академика М. Ф. Решетнёва» и АО «Российские космические системы»[3]. 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 ПАО «Навигационно-информационные системы». В 2012 году федеральным сетевым оператором в сфере навигационной деятельности было определено некоммерческое партнёрство «Содействие развитию и использованию навигационных технологий».

Спутники ГЛОНАСС находятся на средневысотной круговой орбите на высоте 19 400 км[2] 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 плохо ловится.

 

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°

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

Используются два типа навигационных сигналов: открытые с обычной точностью и защищённые с повышенной точностью. Навигационное сообщение открытого сигнала транслируется непрерывно со скоростью 50 бит/c Эфемериды обновляются каждые 30 минут с использованием измерений наземного контрольного сегмента.

Система ГЛОНАСС обеспечивает определение местонахождения объекта с точностью — до 0,6 метра с дальнейшим доведением до 10 см.

Состав группы космической навигационной системы ГЛОНАСС (по состоянию на 5 февраля 2020 года):

Всего в составе ОГ ГЛОНАСС: 28 КА

Используются по целевому назначению: 22 КА

На этапе ввода в систему: -

Временно выведены на техобслуживание: 4 КА

На исследовании главного конструктора: -

Орбитальный резерв: 1 КА

На этапе лётных испытаний: 1 КА

Самый старый из действующих спутников был запущен в 2006 году (на 5 февраля 2020 года находится в орбитальном резерве).

 

Спу́тниковая систе́ма навига́ции (англ. Global Navigation Satellite System, GNSS, ГНСС) — GPS (англ. Global Positioning System — система глобального позиционирования, читается Джи Пи Эс) — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84. Позволяет почти при любой погоде определять местоположение в любом месте Земли (исключая приполярные области) и околоземного космического пространства

Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США, при этом в настоящее время доступна для использования для гражданских целей.

Основной принцип использования системы — определение местоположения путём измерения моментов времени приёма синхронизированного сигнала от навигационных спутников антенной потребителя

Первоначально глобальная система позиционирования разрабатывалась как сугубо военный проект (во-первых, это делалось в интересах соблюдения режима секретности, во-вторых, коммерческие структуры не усматривали в этом проекте больших дивидендов на перспективу от вывода программного продукта на гражданский рынок товаров и услуг, а в-третьих, суммы военных заказов позволяли подрядчикам не задумываться о функционале двойного назначения). Но после того, как в 1983 году вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза «Боинг-747» рейса KE007 «Корейских авиалиний» был сбит возле острова Сахалин, то, поскольку причиной была названа дезориентация экипажа в пространстве, президент США Рональд Рейган  разрешил использование системы навигации для гражданских целей во всем мире. Во избежание военного применения системы точность была уменьшена специальным алгоритмом.

Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. В 2000 году это загрубление точности отменил своим указом президент США Билл Клинтон.

Спутниковая группировка системы NAVSTAR обращается вокруг Земли по круговым орбитам с одной высотой и периодом обращения для всех спутников. Круговая орбита с высотой около 20 200 км (радиус орбиты около 26 600 км) является орбитой суточной кратности с периодом обращения 11 часов 58 минут; таким образом, спутник совершает два витка вокруг Земли за одни звёздные сутки (23 часа 56 минут). Наклонение орбиты (55°) является также общим для всех спутников системы. Единственным отличием орбит спутников является долгота восходящего узла, или точка, в которой плоскость орбиты спутника пересекает экватор: данные точки отстоят друг от друга приблизительно на 60 градусов.

Точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 6—8 метров при хорошей видимости спутников и использовании алгоритмов коррекции. На территории США, Канады, Японии, КНР, Европейского Союза и Индии имеются станции  передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1—2 метров на территории этих стран. При использовании более сложных дифференциальных режимов точность определения координат можно довести до 10 см.

Точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом. Однако даже точности в 10 см недостаточно для ряда задач геодезии, в частности, для привязки к местности границ смежных земельных участков. При ошибке в 10 см площадь участка в 600 м² может уменьшиться или увеличиться на 10 м². В настоящее время для геодезических работ всё чаще применяют GPS приёмники, работающие в режиме RTK. В таком режиме приёмник получает как сигнал со спутников, так и сигналы с наземных базовых станций. Режим RTK обеспечивает в реальном времени точность порядка 1 см в плане и 2 см по высоте.

Всего в составе GPS: 32 космических аппарата

Используются по целевому назначению: 31 космический аппарат

Временно выведены на техобслуживание: — 1 космический аппарат

«Галиле́о» (Galileo) — совместный проект спутниковой системы навигации Европейского союза и Европейского космического агентства, является частью транспортного проекта Трансевропейские сети (англ. Trans-European Networks). Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач. В последнее время всё больше производителей ССН-оборудования интегрируют в свои спутниковые приёмники и антенны возможность принимать и обрабатывать сигналы со спутников «Галилео», этому способствует достигнутая договорённость о совместимости и взаимодополнении с системой NAVSTAR GPS третьего поколения. Финансирование проекта будет осуществляться в том числе за счёт продажи лицензий производителям приёмников.

Помимо стран Европейского Союза, в проекте участвуют: Китай, Израиль, Южная Корея, Украина. Кроме того, ведутся переговоры с представителями Аргентины, Австралии, Бразилии, Чили, Индии, Малайзии. Ожидалось, что «Галилео» войдёт в строй в 2014—2016 годах, когда на орбиту будут выведены все 30 запланированных спутников (24 операционных и 6 резервных). Но на 2018 год спутниковая группировка «Галилео» так и не достигла необходимого количества аппаратов. Компания Arianespace заключила договор на 10 ракет-носителей «Союз» для запуска спутников, начиная с 2010 года. Космический сегмент будет обслуживаться наземной инфраструктурой, включающей в себя три центра управления и глобальную сеть передающих и принимающих станций.

В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система «Галилео» не контролируется национальными военными ведомствами, однако в 2008 году парламент ЕС принял резолюцию «Значение космоса для безопасности Европы», согласно которой допускается использование спутниковых сигналов для военных операций, проводимых в рамках европейской политики безопасности. Разработку системы осуществляет Европейское космическое агентство. Общие затраты оцениваются в 4,9 млрд евро.

Спутники «Галилео» выводятся на круговые геоцентрические орбиты высотой 23 222 км (или 29 600 км от центра Земли), проходят один виток за 14 ч 4 мин 42 с и обращаются в трёх плоскостях, наклонённых под углом 56° к экватору. Долгота восходящего узла каждой из трёх орбит отстоит на 120° от двух других. На каждой из орбит при полном развёртывании системы будет находиться 8 действующих и 2 резервных спутника. Эта конфигурация спутниковой группировки обеспечит одновременную видимость из любой точки земного шара по крайней мере четырёх аппаратов. Временна́я погрешность атомных часов, установленных на спутниках, составляет одну миллиардную долю секунды, что обеспечит точность определения места приёмника около 30 см на низких широтах. За счёт более высокой, чем у спутников GPS, орбиты, на широте Полярного круга будет обеспечена точность до одного метра.

Система использует систему координат Galileo Terrestrial Reference Frame (GTRF), связанную с международной земной системой координат

Каждый аппарат «Галилео» весит около 675 кг, его габариты со сложенными солнечными батареями составляют 3,02×1,58×1,59 м, а с развёрнутыми — 2,74×14,5×1,59 м, энергообеспечение равно 1420 Вт на солнце и 1355 Вт в тени. Расчётный срок эксплуатации спутника превышает 12 лет.

Действующие спутниковые системы

GPS

 — 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 РФ

. Разработка системы официально началась в 1976 г., полное развёртывание системы завершилось в 1995 г. После 1996 года спутниковая группировка сокращалась и к 2002 году пришла в упадок. Была восстановлена к концу 2011 г. В настоящее время на орбите находится 27 спутников, из которых 22 используется по назначению

[2]

. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.

Galileo

 — 

европейская

 система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. По состоянию на ноябрь 2016 года на орбите находится 16 спутников, 9 действующих и 7 тестируемых. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году

[3]

.

DORIS

 — 

французская

 навигационная система. Принцип работы системы связан с применением 

эффекта

Допплера

. В отличие от других спутниковых навигационных систем основана на системе стационарных наземных передатчиков, приёмники расположены на спутниках. После определения точного положения спутника система может установить точные координаты и высоту маяка на поверхности Земли. Первоначально предназначалась для наблюдения за океанами и дрейфом материков.

Действующие региональные спутниковые системы[

IRNSS

 — 

индийская

 навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в Индии. Первый спутник был запущен в 

2008 году

. Общее количество спутников системы IRNSS — 7.

QZSS

 — 

японская

 

квази

-зенитная спутниковая система (

Quasi-Zenith

Satellite

System

, 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 QZSS-спутник был запущен в 2010 г. Предполагается создание группировки из трёх спутников, находящихся на 

геосинхронных орбитах

, а также собственной 

системы дифференциальной коррекции

.

 

BeiDou (BDS) - лучшая система спутниковой навигации в Китае, которая управляется исключительно CNSA. Считается, что идея такого масштабного проекта впервые была задумана в 1980-х годах китайским правительством в ответ на американские достижения в области военно-космических технологий.

Бэйдоу получил свое название от астеризма Большой Медведицы, группы ярких звезд, расположенных в созвездии Большой Медведицы.

Как и GPS, ГЛОНАСС, Galileo и другие навигационные системы, которые в настоящее время разрабатываются, конечной целью BeiDou является предоставление своих услуг во всем мире с большей точностью (по сравнению с другими GNSS).

Чтобы достичь этого, весь проект был тщательно организован в три этапа; первый этап (BeiDou-1) начался в 2000 году, второй этап в 2007 году и третий заключительный этап в 2015 году.

Ожидается, что навигационная спутниковая система BeiDou начнет действовать в глобальном масштабе примерно в 2020 году. Проще говоря, BeiDou является китайской версией GPS, но в региональном масштабе (по крайней мере, на данный момент). Это всего лишь вторая региональная навигационная система, работающая в Азии, другая - NAVIC (принадлежит Индии). Если все пойдет хорошо, китайская компания BeiDou будет конкурировать с ГЛОНАСС и GPS на глобальном уровне. Сравнение орбит различных спутниковых систем, включая BeiDou-2 (COMPASS)

Первый и исследовательский этап навигационной спутниковой системы BeiDou стартовал 30 октября 2000 года с запуска спутника BeiDou-1A. За ним последовали BeiDou-1B и BeiDou-1C, которые были запущены 20 декабря 2000 г. и 25 мая 2003 г. соответственно. Успешное развертывание всех трех спутников BeiDou ознаменовало первоначальный успех проекта. Резервный спутник (BeiDou-4D) также был запущен позднее в случае чрезвычайной ситуации. Интересно отметить, что все четыре спутника BeiDou-1 были размещены на геостационарной орбите (GEO), а не на средней околоземной орбите (MEO), как в случае с GPS и ГЛОНАСС. Используя свои спутники на геостационарной орбите, BeiDou-1 исключил необходимость в большом созвездии спутников, однако он также ограничил максимальную площадь (на Земле), которую он может охватить. Его эффективная зона охвата составляла от 70 ° до 140 ° восточной долготы и от 5 ° до 55 ° северной широты. BeiDou-1 был полностью снят с производства в 2012 году. Сравнение площади, покрытой изображениями BeiDou-1 и BeiDou-2: BeiDou.gov.cn С другой стороны, еще в 2008 году один приемник BeiDou-1 стоил около 2929 долл. США (20 000 юаней), что почти в 10 раз дороже, чем терминал GPS в то время. Цена была безумно высокой, как сообщается, из-за дорогостоящих импортируемых микрочипов. Как только они начали производство чипов внутри страны, их цены упали

Второй этап навигационной системы BeiDou, BeiDou-2, также известный как COMPASS, был представлен в 2007 году как значительное обновление по сравнению с предыдущей системой. До 2008 года китайский навигационный аппарат предоставлял свои услуги только военным и другим соответствующим правительственным учреждениям Китая, но был доступен для гражданского и коммерческого использования. На этом этапе развернуто в общей сложности 19 спутников (два из которых в настоящее время выведены из эксплуатации) с одним спутником, который должен быть запущен в 2019 году. На начальном этапе КОМПАСС обеспечил заявленную точность позиционирования в 25 метров, но после ввода в эксплуатацию большего числа спутников она была существенно улучшена. Новая система полностью вступила в строй в декабре 2011 года и к концу 2012 года открыла свои услуги по определению местоположения и навигации для других стран Азиатско-Тихоокеанского региона. В настоящее время протяженность покрытия "БейДоу" составляет от 55°в.д. до 180°в.д. и от 55° ю.ш. до 55° с.ш. Точность и частоты Как и GPS и Galileo, BeiDou предоставляет свои услуги на двух разных уровнях - свободно доступный сервис для гражданского использования и ограниченный вариант для военных. Гражданская служба имеет точность отслеживания местоположения 10 метров и точность синхронизации часов 10 наносекунд. С другой стороны, ее услуги с ограниченным доступом имеют гораздо более высокую точность отслеживания 10 сантиметров и обладают расширенными возможностями передачи данных. Доступ к каналу ограниченного доступа BeiDou на сегодняшний день предоставляется только китайским и пакистанским вооруженным силам. Сигналы дальнего действия BeiDou основаны на методе множественного доступа с разделением кода (CDMA).

Частотное распределение GPS, Galileo и BeiDou 2 (компас) BeiDou-2 имеет четыре признанных полосы частот: E1, E2, E6 и E5B (показаны красными полосами на рисунке выше). Как видно, все четыре его полосы пересекаются с полосами Галилея. Хотя эти типы перекрытий в определенной степени полезны (он может решить проблемы, связанные с проектированием приемника или наземного терминала), они в основном создают серьезные проблемы, такие как помехи сигнала. Существует высокая вероятность того, что, если обе навигационные системы будут работать одновременно в одинаковых условиях, они будут испытывать сильные помехи, особенно в диапазонах E1 и E2, которые в настоящее время выделены для государственной службы Galileo. Однако во избежание конфликтов такого типа Международный союз электросвязи (МСЭ) имеет универсальный закон «первым пришел - первым обслужен», который предоставляет права на определенную частоту нации, которая начинает вещание в ней первым. Любая последующая страна-пользователь, желающая использовать эту частоту, должна будет получить разрешение от страны-владельца до ее использования. Таким образом, обе стороны могут обеспечить отсутствие помех для их трансляции. Теперь почти наверняка китайская BeiDou-2 начнет передачу в вышеупомянутых спорных полосах перед спутниками Galileo и, таким образом, получит основные права на эти частоты. БейДоу-3

30 марта 2015 года Национальное космическое управление Китая (CNSA) инициировало третью фазу навигационного спутника BeiDou, когда был запущен первый спутник BDS-3 из космического центра Сичан, расположенного в провинции Сычуань. Всего на этом этапе планируется ввести в эксплуатацию 35 спутников, из которых 19 уже находятся на своих соответствующих орбитах. BeiDou-3 настроен на внедрение новых полос частот; B1C / B1I / B1A (1575,42 МГц), B2a / B2b (1191,795 МГц), B3I / B3Q / B3A (1268,52 МГц), включая тестовую частоту Bs (2492,028 МГц). Из общего числа 35 спутников 27 являются спутниками на средней околоземной орбите (MEO), 5 спутников с наклонной геосинхронной орбитой (IGSO) и 3 спутника на геостационарной орбите (GEO). Эти спутники также имеют возможности SAR (радар с синтезированной апертурой) и SBAS (спутниковая система дополнения), аналогичные GPS и ГЛОНАСС. Коммерческое использование BeiDou Навигационная спутниковая система BeiDou имеет коммерческий успех в Китае. По сообщению China Daily, BDS помогла различным частным и государственным фирмам, таким как China Aerospace Science and Industry Corp и AutoNavi Holdings Ltd, получить доход в размере более 31 миллиарда долларов (200 миллиардов юаней) в 2015 году.

В статье также указывалось, что эта цифра может достичь до 400 млрд юаней к 2020 году. С 2013 года многие производители мобильных телефонов в Китае сделали свои продукты совместимыми с навигационной системой BeiDou. Миллионы коммерческих транспортных средств, тысячи рыболовных судов (в Китае) также были оснащены системой BDS, и в ближайшие годы она с большей вероятностью получит клиентскую базу. Как вы, наверное, знаете, все больше и больше мобильных устройств теперь оснащаются технологиями GPS и ГЛОНАСС для лучшего обслуживания покрытия и определения местоположения, поэтому, вероятно, BeiDou станет вопросом времени.

Чем BeiDou отличается от GPS Спутниковая навигационная система, несомненно, является одной из важных технологий, которую сегодня может иметь любая страна, и она еще более ценна для Китая, учитывая его нынешнюю геополитическую и экономическую позицию по отношению к США. Имея GPS под своим контролем, армия США может эффективно деактивировать свои услуги в любом регионе земного шара, поэтому многие страны разрабатывают свои независимые системы, похожие на GPS. Разница между ними невелика, кроме точности. GPS имеет группировку из 31 спутника, в то время как новый BeiDou будет иметь около 35 спутников. Когда спутниковая навигационная система "БейДоу" будет полностью введена в эксплуатацию (к 2020 г.), ожидается, что она будет предоставлять более точные услуги по определению местоположения, чем GPS. Еще в 2016 году утверждалось, что китайская система достигнет миллиметровой точности (после постобработки), а это значит, что она будет в десять раз точнее, чем самые точные уровни GPS. Территория, охваченная WAAS (Глобальная система дополнения). Изображение предоставлено Федеральной авиационной администрацией США.

В Соединенных Штатах, Канаде и Мексике GPS часто используется с навигационным помощником, известным как система WASS (Wide Area Augmentation), которая значительно повышает точность GPS на североамериканском континенте. Согласно gps.gov, американская система сможет обеспечить точность позиционирования в реальном времени с точностью до нескольких сантиметров и измерять расстояния на миллиметровых уровнях с помощью высококлассных приемников и передовых методов, таких как кинематика в реальном времени. В настоящее время ВВС США вместе с Lockheed Martin работают над GPS III, седьмым поколением спутников GPS. Хотя общеизвестно, что точность GPS по вертикали намного хуже по сравнению с его обслуживанием в горизонтальной плоскости, его уровни точности на обоих компонентах все еще выше, чем у BeiDou (25 метров по горизонтали и 30 метров по вертикали). Однако, согласно статье в китайском журнале "Аэронавтика", BDS может достичь точности лучше 1 см по горизонтали и 3 см по вертикали, что в соответствии с современными стандартами намного лучше, чем глобальная система позиционирования (GPS). Другие системы спутниковой навигации Помимо BeiDou, есть еще несколько спутниковых навигационных систем, которые в настоящее время находятся в стадии строительства или уже работают.

Наиболее известной из этих систем является Galileo. Galileo Европейского Союза - это многомиллиардный проект, который был инициирован с целью обеспечения высокоточной и независимой системы позиционирования для европейских стран с учетом геополитических факторов. Все созвездие Галилео состоит из 26 спутников с шестью дальнейшими развертываниями в течение следующего десятилетия.

Еще одной автономной навигационной системой, состоящей из группировки из четырех спутников (планируется разместить еще три спутника), является IRNSS (сокращение от Индийской региональной навигационной системы) или NAVIC. НАВИК самостоятельно разрабатывается и обслуживается Индийской организацией космических исследований. По-видимому, IRNSS обеспечивает точность позиционирования 10 м (открытый сервис) и 10 см (ограниченный сервис). В отличие от GPS, ГЛОНАСС и Galileo, индийская навигационная система не имеет непосредственных планов предоставлять глобальные услуги. Анимация, изображающая спутниковую орбиту QZSS.

Далее следует японская спутниковая система "Квазизенит" или QZSS. Это спутниковая система дополнения, совместимая с GPS, которая в основном повысит точность и надежность GPS над Японией и ее окрестностями. В настоящее время система QZSS состоит из четырех спутников, но к 2023 году она будет постепенно расширена до семи (по оценкам). Три из четырех его спутников расположены на сильно наклоненных геосинхронных орбитах, на расстоянии около 120 ° друг от друга. Этот высокий наклон позволяет им вращаться по орбите по уникальной асимметричной схеме, известной как аналеммы, и постоянно присутствовать над Японией. Сигналы, передаваемые спутниками QZSS, идентичны старым и модернизированным сигналам GPS (L1C / A, L1C, L2C), что облегчает сотрудничество с американской навигационной сетью.

Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/chto-takoe-navigacionnaya-sputnikovaya-sistema-beidou-chem-ona-otlichaetsya-ot-gps/

 

Системы дифференциальной коррекции

Диаграмма принципа работы спутниковой системы дифференциальных поправок

Системы дифференциальной коррекции (Дополнения глобальных навигационных спутниковых систем, англ. GNSS Augmentation) — методы улучшения характеристик работы навигационной системы, такие, как точность, надежность и доступность, через интеграцию внешних данных в процессе расчета. Применяемое сокращение DGPS (рус. ДГНСС — дифференциальные глобальные спутниковые системы).

Для повышения точности позиционирования навигационной аппаратуры ГНСС на земной поверхности или в околоземном пространстве. Суть большинства методов дифференциальной коррекции заключается в учете навигационной аппаратурой различного рода поправок, получаемых из альтернативных источников. Для различного рода применений источниками корректирующей информации являются УССИ (унифицированные станции сбора измерений)[комм. 1], опорные координаты которых известны с высокой точностью. Как правило методы дифференциальной коррекции обеспечивают поправками ограниченную территорию Земли. Каналами доставки данных дифференциальной коррекции могут быть различными, традиционно это УКВ, сотовая и спутниковая связь.

 

 

Спутниковая система дифференциальной коррекции (SBAS)

Спутниковая система дифференциальной коррекции (англ. SBAS — Satellite Based Augmentation System). Спутниковые вспомогательные системы поддерживают увеличение точности сигнала за счет использования спутниковой трансляции сообщений. Такие системы обычно состоят из нескольких наземных станций, координаты расположения которых известны с высокой степенью точности. Также встречается под названием WADGPS (Wide Area Differential GPS)[1].

Широкозонные ССДК

Принцип работы:

Работу спутниковой системы дифференциальной коррекции (ССДК) можно представить следующим образом:

базовые станции мониторинга системы (RIMS), с заранее определенными координатами определяют координаты, ведут непрерывное слежение за космической группировкой;

далее станции RIMS передают накопленную информацию на контрольно-вычислительные станции (мастер-станции) системы (MCC);

на станциях MCC по данным, принятым со всех обслуживаемых станций мониторинга, определяются погрешности и формируются дифференциальные поправки на некую ограниченную территорию;

вычисленные поправки передаются на станции закладки (передачи данных), равномерно расположенные на обслуживаемой территории;

после этого поправки передаются на геостационарные спутники;

со спутников пользователю.

GDGPS

GDGPS — это высокоточная система дифференцированной коррекции GPS, разработанная лабораторией реактивного движения НАСА (JPL) для поддержки требований к позиционированию, времени и определению в реальном времени научных миссий НАСА. Будущие планы НАСА включают использование спутниковой системы слежения и ретрансляции данных (TDRSS) для распространения через спутник сообщений о дифференцированной коррекции в реальном времени.

Система обслуживается спутниками службы коррекции TDRSS (TASS). В основе навигационной технологии GDGPS лежит крупная глобальная инфраструктура, включая систему WAAS и сегмент оперативного управления GPS следующего поколения (OCX).

Используя большую наземную сеть опорных станций, инновационную сетевую архитектуру и программное обеспечение для обработки данных. Система обеспечит субдециметровую (<10 см) точность позиционирования и субнаносекундную точность передачи времени в любой точке мира, на земле, в воздухе и в космосе, независимо от местной инфраструктуры. Полный массив информации о состоянии созвездий ГНСС, экологических данных и вспомогательных продуктов будет доступен в реальном времени.

Полный спектр услуг по увеличению точности, вспомогательных услуг ГНСС (A-GPS), ситуационной оценки и экологического мониторинга будет доступен для GPS, ГЛОНАСС, BeiDou и Galileo — глобально, равномерно, точно и надежно.[4]

Широкозонные (Региональные) ССДК обеспечивающие собственную спутниковую навигационную группировку[править | править код]

ГНСС

 GPS

 ГЛОНАСС

 QZSS

 IRNSS

СДК ГНСС

WAAS (англ. Wide Area Augmentation System); WAGE (англ. Wide Area GPS Enhancement)

СДКМ

EGNOS(англ. European Geostationary Navigation Overlay Service

SNAS (англ. Satellite Navigation Augmentation System)

MSAS(англ. Multi-functional Satellite Augmentation System)

GAGAN(англ. GPS Aided Geo Augmented Navigation)

Эксплуатирующая организация

Федеральное управление гражданской авиации США; Министерством обороны США

Роскосмос

Европейское космическое агентство

Китайское национальное космическое управление

Министерством земли, инфраструктуры, транспорта и туризма

Индийская организация космических исследований

Система координат

WGS 84 (World Geodetic System 1984)[комм. 2]

ПЗ-90 (Параметры Земли 1990)[комм. 2]

GTRF 2000 (Galileo Terrestrial Referenfce Frame 2000)[комм. 2]

CGCS 2000 (China Geodetic Coordinate System 2000)[комм. 2]

JGS (Japanese geodetic system)[комм. 2]

WGS 84

Наземный сегмент (измерительные станции)

WAAS — 20 в США (кроме Аляски); 7 на Аляске; 1 на Гавайях; 1 в Пуэрто-Рико; 5 в Мексике и 4 в Канаде

46 на территории РФ; 3 в Антарктике; 1 в Республике Беларусь; 2 в Казахстане; 1 в Армении

по 1 в Северной и Южной Америках, 6 — в Африке и 22 — в Европе

 

16 измерительных пунктов

 

Космический сегмент (спутники связи)

Спутники связи «Inmarsat 4-F3» — 98°W; «Galaxy 15» — 133°W; «Anik F1R» — 107,3°W

Спутники связи Луч-5А 167° в. д.; Луч-5Б 16° з. д.; Луч-5В 95° в. д.

Спутники связи «Inmarsat 3-F2», «Inmarsat 3-F5» и ARTEMIS

Планируется развертывание системы в составе 35 космических аппаратов к 2020 году, в числе которых: 5 спутников на геостационарной орбите; 3 спутника на наклонной геосинхронной орбите.

Спутники связи MTSAT-1R — 140° E и MTSAT-2 145° E

Спутники связи GSAT-8 GSAT-10

Глобальные Сервисы ССДК

Системы SBAS обычно используют только одно созвездие GNSS, например GPS. Глобальные Сервисы ССДК совместимы с несколькими созвездиями GNSS, включая GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou и QZSS и обеспечивают более точное, последовательное и надежное позиционирование, чем ССДК. Услуги коррекции, также доступны по всему миру, системы WAAS, СДКМ, EGNOS и прочие ограничены определёнными регионами. Сервисы используют всемирную сеть базовых станций с избыточностью в инфраструктуре для расчета и предоставления услуг коррекции. Все базовые станции, решения для коррекции и механизмы доставки контролируются глобальной командой сетевых инженеров и ИТ-специалистов для обеспечения надежности позиционирования и вещания по большей части мира. В данных сервисах как правило применяется SDGPS-методика, труднодоступная региональным системам NDGPS (Nationwide DGPS).

Решение

Доступность (охват)

Способ доставки

Горизонтальная точность (RMS)

Вертикальная точность (RMS)

Время инициализации

Дополнительное оборудование

Предоставляемая информация

Глобальные Сервисы ССДК

Абсолютный/Локальный (Быстрый) Предвычесленние эфемерид и времени

Широкозонный средства связи, интернет (Сотовая или спутниковая связи)

3 −5 м, 2 — 50 см (зависит от уровня подписки)

6 — 10 м, 5 см — 1 м (зависит от уровня подписки и средства связи) 

< 1 — < 20 минут (зависит от средства связи)

Доступ к глобальным система связи (интернету)

Эфемеридно-временная информация

SBAS (WAAS, EGNOS и т. д.)

Континентальный

Спутник связи, интернет (в формате SISNeT)

1 м

2 м

Мгновенный

Приемник радио-частот системы

Эфемеридно-временная информация;

информация о целостности навигационного поля;

данные о величине вертикальной ионосферной задержки

Real Time Kinematic (RTK)(Single-Base RTK)

Локальный

Радио

8 мм + 1,0 ppm (2 см при расстоянии 12 км от базовой станции)

15 мм + 1,0 ppm (2,7 см при расстоянии 12 км от базовой станции)

Мгновенный

Радио-модем (с планом передачи данных)

Фазовая

Virtual Reference Station (VRS) (Network RTK)

Региональный

Радио или Сотовая связь

8 мм + 0,5 ppm (2 см или лучше в большинстве сетей)

15 мм + 0,5 ppm (3 см или лучше в большинстве сетей)

Мгновенный

Модем (с планом передачи данных)

Фазовая

Литература

Основная:

1. Г.А. Корецкая. Современная электронно-оптическая аппаратура и спутниковые навигационные системы, Учебное пособие, ФГБОУ ВПО Кузбасский государственный технологический университет им. Т.Ф.Горбачева, Кемерово 2015.

2. В.Е.Дементьев «Современная геодезическая техника и её применение», Москва, Академический проспект,2008

3. Б.Б.Серапинас, Глобальные системы позиционирования, Москва,ИКФ «Католог» 2012.

4. Г.А.Шануров, С.Р.Мельников Геотроника, У1111 «Репрография», МИИГАиК 2013.

5. Загретдинов Р.В. Планирование спутниковых геодезических измерений Учебно-методическое пособие по курсу «Спутниковые методы высшей геодезии»

6. Инструкция по развитию съёмочного обоснования и съёмке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS ГКИНП (ОНТА)-02-262-02.

7. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием ГЛОНАСС / GPS ГКИНП (ОНТА)-01-271-03

8. Руководящий технический материал РТМ 68-13-99,Условные графические изображения в документации геодезического производства.

Дополнительная:

1. Полевое руководство Версия 7.7

2. ГОСТ Р 50828-95 Геоинформационное картографирование.

3. Руководство по созданию топографических карт масштаба 1:25000,1:50000, 1:100000. Москва:Недра,1983 г.

4. Условные знаки топографических карт масштаба 1:10000 Москва: Недра, 1983г.

6. Геоинформатика. Ежеквартальный журнал.

7 Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры: Учебное пособие. Челябинск: АКСВЕЛЛ, 2007. -163 с.

8. А.В. Лысов, А.С. Шиганов Геодезические работы при землеустройстве: Учеб. пособие; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова». Саратов, 2007, 147 с.

9. Антонович К. М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. Т.1.2. М. "Картгеоцентр", 2006г.

10. Дементьев В. Е. Современная геодезическая техника и ее применение. Тверь "Ален", 2006 г.