Глобальная система спутниковой навигации

Другие названия:

• Глобальная навигационная спутниковая система
• Global Navigation Satellite System
• ГНСС
• GNSS

Глобальная система спутниковой навигации - система, предназначенная для определения местоположения (географических координат) наземных, водных и воздушных объектов. Кроме того, ГНСС также позволяет узнавать скорость и направление движения приёмника сигнала.

В статье ниже будут даны лишь некоторые общие сведения о глобальных навигационных спутниковых системах. Это связано с тем что каждая из них имеет свои особенности. Поэтому если кто-то хочет с GNSS ознакомиться лучше то им надо искать более специализированные статьи или литературу.

Что входит в состав глобальной системы спутниковой навигации

Глобальная система спутниковой навигации состоит из 3-х основных взаимосвязанных сегментов

• Космический сегмент ГНСС состоит из спутников, которые, которые находятся на околоземной орбите (на разных высотах) и посылают сигналы с определенной частотой. Все спутники на орбите называются "орбитальной группировкой".
• Наземный сегмент ГНСС представляет собой сеть станций и антенн, которые предназначены для слежения, управления и контроля за работой спутников. Эти станции постоянно отслеживают параметры работы спутников, корректируют их орбиты и бортовые часы, обновляют передаваемую ими навигационную информацию.
       То есть наземный сегмент обеспечивает надежное и точное функционирование космического сегмента.
• Пользовательский сегемент ГНСС представляет собой все устройства, которые принимают сигнал и обрабатывают сигналы с спутников и тем самым определяют местоположение, которое указывается на карте и/или выдаётся в виде географических координат.
       Существуют приёмники для одной ГНСС или для нескольких (2-х и более, которые сейчас наиболее распространены). Это связано с тем, что у разных спутниковых систем разные структуры сигнала. К тому же частоты радиосигналов также отличаются. К примеру диапазон L1 у ГЛОНАСС имеет несущую частоту 1 600,995 МГц и вид модуляции BPSK (1), BOC (1,1). А диапазон L1 у GPS имеет несущую частоту 1 575,42 МГц и вид модуляции BPSK(1), BPSK(10), ВОС(10, 5), ВОС(1,1), ТМВОС(6, 1, 1/11).

Принцип работы глобальной системы спутниковой навигации

Принцип работы глобальных спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на приёмнике (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью.

Положение и перемещение спутников всегда известно с высокой точностью так как спутники сами отправляют на приёмник данных со своими координатами, которые называется альманахом. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел - мгновенно использует его.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на том, что скорость распространения радиоволн предполагается известной. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, приёмник ГНСС вычисляет координаты антенны, то есть где он находится.

     Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

Для точного определения местоположения нужно как минимум 4 спутника: меньшее количество спутников даёт большую погрешность. А вот большее количество спутников увеличивает точность определения координат.

     Также на повышение точности местоположения (даже если спутников меньше 4-х) может  влиять получения дополнительной информацией о положении: привязка к наземной станции навигации или сотовой связи, к точке доступа Wi-Fi и т.п.

Какие существуют глобальные системы спутниковой навигации

Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) обеспечивают покрытие большей части поверхности Земли. И к ним относят

• Система спутниковой навигации ГЛОНАСС - российская система спутниковой навигации, управляемая Министерством обороны РФ.
       Система ГЛОНАСС предоставляет потребителю два вида услуг: стандартной и высокой точности. Услуги стандартной точности предоставляются всем потребителям для определениях их местонахождения посредством передачи сигналов стандартной точности в L-диапазоне частот.
  
  
• Система спутниковой навигации GPS - американская система спутниковой навигации, управляемая Министерством обороны США. Также известна под более ранним названием NAVSTAR.
       Система GPS предоставляет потребителю два вида услуг: стандартной и высокой точности. Услуга стандартной точности предоставляется всем потребителям для определения их координат. Услуги высокой точности предназначена для использования исключительно вооружёнными силами США, федеральными агентствами США и вооружёнными силами некоторых союзников.
  
  
  

  Кроме того, хочу отдельно ответить что из-за наибольшей распространённости и того что она раньше вышла на гражданский рынок аббревиатурой GPS вообще могут называть любую систему спутниковой навигации.
• Система спутниковой навигации Бэйдоу{BeiDou (COMPASS)} - китайская система спутниковой навигации, управляемая Китайским национальным космическим управлением.
  
• Система спутниковой навигации Galileo - европейская система спутниковой навигации, управляемая Европейским космическим агентством.
       Система Galileo предоставляет потребителю 3 вида услуг: открытая, коммерческая, с регулируемым государственным доступом. Открытая услуга предоставляется всем потребителям для определения их координат. Коммерческая услуга предоставляет высокоточную навигацию и аутентификацию навигационного сигнала. Услуга с регулируемым государством доступом служит для координатно-временного обеспечения регламентированных пользователей (два сигнала PRS c зашифрованными дальномерными кодами).
  
  

Также существуют региональные навигационные спутниковые системы (РНСС) обслуживают пользователей на ограниченной территории, обычно включающей регион из нескольких соседних стран. В какой-то мере они могут помогать глобальным системам спутниковой навигации

• DORIS. Французская навигационная система. Принцип работы системы связан с применением эффекта Доплера. 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.
• QZSS. Японская спутниковая система, осуществляющая навигацию, подвижную связь (аудио, видео), вещание. Предназначена для мобильных приложений, глобального позиционирования, однако предоставляет ограниченную точность, не способна работать автономно
• NAVIC. Зона действия IRNSS ограничена территорией Индии и прилегающей территорией на расстоянии до 1500 км от её границ. Система IRNSS не отличается высокой точностью и не работает самостоятельно.

Факторы влияющие на точность определения местоположения с помощью системы спутниковой навигации

Несмотря на возможную высокую точность определения местонахождения с помощью системы спутниковой навигации существуют различные факторы, которые могут влиять на точность определения местоположения.

Ошибки в определение местоположения могут возникнуть из-за

• сложного рельефа или плотной городской застройки сигналы ГНСС могут быть заблокированы или искажены.
• погрешности в орбитальных параметрах спутников, используются для вычисления их местоположения.
• погрешности в часах спутников и приёмников.
• прохождения сигналов ГНСС через ионосферу и тропосферу, что приводит к их задержке, что вносит ошибки в определение местоположения. Факторы, влияющие на задержку, включают уровень солнечной активности, влажность воздуха, температуру и давление.
• отражения сигналов от близлежащих объектов, таких как здания, деревья или горы, приводит к многолучевому распространению, что искажает принимаемый сигнал и вносит ошибки в позиционирование.