Milyen globális műholdas navigációs rendszerek léteznek. Műholdas navigációs rendszer

alkotásait műholdas navigáció az 50-es években született. Abban a pillanatban, amikor a Szovjetunió felbocsátotta az első mesterséges földműholdat, Richard Kershner vezette amerikai tudósok megfigyelték a szovjet műholdról érkező jelet, és megállapították, hogy a Doppler-effektus miatt a vett jel frekvenciája a műhold közeledtével növekszik, majd csökken távolodik. A felfedezés lényege az volt, hogy ha pontosan ismeri a koordinátáit a Földön, akkor lehetővé válik a műhold helyzetének mérése, és fordítva, a műhold pontos helyzetének ismeretében meg tudja határozni saját koordinátáit.

Ez az ötlet 20 év után valósult meg. Az első tesztműholdat 1974. július 14-én állította pályára az Egyesült Államok, a földfelszín teljes lefedéséhez szükséges 24 műhold közül az utolsót 1993-ban állította pályára, így került a globális helymeghatározó rendszer vagy röviden GPS. szolgáltatás. Lehetővé vált, hogy a GPS segítségével pontosan célozzák a rakétákat álló, majd mozgó tárgyakra a levegőben és a földön. Emellett a műholdakba épített rendszer segítségével reálissá vált a bolygó felszínén elhelyezkedő erős nukleáris töltések meghatározása.

Kezdetben a GPS-t - globális helymeghatározó rendszert - tisztán katonai projektként fejlesztették ki. Ám miután 1983-ban lelőtték a Korean Airlines 269 utassal a szovjet légteret megszálló repülőgépét, Ronald Reagan amerikai elnök engedélyezte a navigációs rendszer polgári célú részleges használatát. A pontosságot egy speciális algoritmus csökkentette.

Aztán megjelentek az információk, hogy egyes vállalatok megfejtették a pontosság csökkentésére szolgáló algoritmust, és sikeresen kompenzálták a hiba ezen összetevőjét, majd 2000-ben az Egyesült Államok elnökének rendelete eltörölte a pontosság eldurvulását.

1. Műholdas navigációs rendszer

Műholdas navigációs rendszer- integrált elektronikus-technikai rendszer, amely földi és űrberendezések kombinációjából áll, és amely a hely (földrajzi koordináták és tengerszint feletti magasság), valamint a mozgási paraméterek (sebesség és mozgás iránya stb.) meghatározására szolgál a talaj, a víz, ill. levegő tárgyak.

1.1 Mi az a GPS?

A GPS műholdas navigációs rendszert eredetileg az Egyesült Államok katonai felhasználásra fejlesztette ki. A rendszer másik jól ismert neve "NAVSTAR". A már megszokott „GPS” név a Global Positioning System (Global Positioning System) rövidítése, melynek fordítása Globális Navigációs Rendszer. Ezt a nevet teljes mértékben jellemzi a rendszer célja - navigáció biztosítása az egész világon. Nem csak a szárazföldön, hanem a tengeren és a levegőben is. A GPS rendszer navigációs jelei segítségével bármely felhasználó nagy pontossággal meghatározhatja aktuális tartózkodási helyét.

Ez a pontosság nagyrészt az Egyesült Államok kormányának 2000-ben tett lépéseinek köszönhető, hogy a GPS-rendszert elérhetővé és nyitottá tegye a polgári felhasználók számára. Emlékezzen erre korábban különleges bánásmód szelektív hozzáférés (SA - Selective Availability), torzítások kerültek a továbbított jelbe, így a helymeghatározási pontosság 70-100 méterre csökkent. 2000. május 1. óta ez a mód le van tiltva, és a pontosság 3-10 méterre nőtt.

Valójában ez az esemény erőteljes lendületet adott a háztartási GPS-navigációs berendezések fejlesztésének, költségcsökkentésnek és aktív népszerűsítésnek a körében. hétköznapi felhasználók. Jelenleg GPS vevők különböző típusok aktívan használják az emberi tevékenység minden területén, a hagyományos navigációtól a személyes vezérlésig és az izgalmas játékokig, mint pl. Geocaching". Számos tanulmány eredménye szerint a GPS-navigációs rendszerek használatának nagy gazdasági hatása van a világgazdaságra és az ökológiára - növekszik a közlekedésbiztonság, javul a közlekedési helyzet, csökken az üzemanyag-fogyasztás, csökken a légkörbe kerülő káros kibocsátások mennyisége.

Az európai gazdaság növekvő függősége a GPS-rendszertől, és ennek eredményeként az Egyesült Államok kormányától, arra kényszerítette Európát, hogy megkezdje saját navigációs rendszerének, a Galilleo-nak a fejlesztését. Új rendszer sok tekintetben hasonló a GPS-rendszerhez.

2. A GPS rendszer összetétele

2.1 Űrszegmens

A GPS-rendszer űrszegmense navigációs jeleket kibocsátó műholdak orbitális konstellációjából áll. A műholdak 6 pályán helyezkednek el, körülbelül 20 000 km-es magasságban. A műholdak forgási ideje 12 óra, sebessége pedig körülbelül 3 km/s. Így egy nap alatt minden műhold két teljes fordulatot tesz a Föld körül.

Az első műholdat 1978 februárjában bocsátották fel. Mérete nyitott napelemek 5 méter volt, súlya pedig több mint 900 kg. Ez volt a GPS-I első módosításának műholdja. Az elmúlt 30 évben a GPS műholdak számos módosítása megváltozott a pályán: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. A korszerűsítés során csökkent a műholdak tömege, javult a fedélzeti óra stabilitása, és nőtt a megbízhatóság.

A GPS műholdak három navigációs jelet továbbítanak két L1 és L2 frekvencián. Az L1 frekvencián (1575,42 MHz) továbbított "civil" C/A jel minden felhasználó számára elérhető, és 3-10 méteres helymeghatározási pontosságot biztosít. A nagy pontosságú "katonai" P-kódot L1 és L2 (1227,60 MHz) frekvencián továbbítják, és a pontossága egy nagyságrenddel nagyobb, mint a "polgári" jelé. A két különböző frekvencián továbbított jel használata lehetővé teszi az ionoszférikus késések részleges kompenzálását is.

A GPS IIR-M műholdak legújabb módosításában egy új „civil” L2C jelet valósítottak meg, amelynek célja, hogy növelje GPS pontosság mérések.

A navigációs jelek azonosítása a „pszeudozaj kódnak” megfelelő szám alapján történik, amely minden műhold esetében egyedi. A GPS rendszer műszaki specifikációja eredetileg 32 kódot tartalmazott. A rendszer fejlesztési szakaszában és működésének kezdeti időszakában azt tervezték, hogy a működő műholdak száma nem haladja meg a 24-et. Az új GPS-műholdakhoz az üzembe helyezéskor ingyenes kódokat osztottak ki. Ez a mennyiség pedig elegendő volt a rendszer normális működéséhez. Jelenleg azonban már 32 műhold kering a pályán, ebből 31 működik, és navigációs jelet továbbít a Föld felé.

A műholdak „redundanciája” lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy kiszámítsa a pozíciót olyan körülmények között, ahol az égbolt „láthatóságát” sokemeletes épületek, fák vagy hegyek korlátozzák.

2.2 Földi szegmens

A GPS rendszer földi szegmense 5 irányító állomásból és egy fő irányító állomásból áll, amelyek az Egyesült Államok katonai bázisain találhatók - a Csendes-óceáni Kwajalein és Hawaii szigeteken, az Ascension-szigeten, az Indiai-óceáni Diego Garcia szigeten és Colorado Springsben áttértek arra 1.ábra.A távfelügyeleti állomások feladatai közé tartozik a GPS műholdakról érkező navigációs jelek vétele és mérése, a különféle hibák kiszámítása és ezeknek az adatoknak a vezérlőállomásra történő továbbítása. A kapott adatok együttes feldolgozása lehetővé teszi a műholdak pályáinak adott pályától való eltérésének, a fedélzeti órák időeltolódásának, valamint a navigációs üzenetek hibáinak kiszámítását. A GPS műholdak állapotának figyelése szinte folyamatosan történik. A navigációs adatok „letöltése”, amely az egyes műholdak előre jelzett pályáiból és órakorrekcióiból áll, 24 óránként történik, abban a pillanatban, amikor az a vezérlőállomás hozzáférési zónájában van.

A földi GPS állomások mellett számos magán és nyilvános hálózatok nyomkövetés, amely a GPS-navigációs jelek mérését végzi a légkör paramétereinek és a műholdak röppályáinak finomítása érdekében.

1. kép

2.3 Felhasználói felszerelés

A felhasználói berendezés olyan navigációs vevőegységet jelent, amely a GPS-műholdak jelét használja az aktuális pozíció, sebesség és idő kiszámításához. A felhasználói felszerelések "háztartási" és "professzionális" csoportokra oszthatók. Ez a felosztás sok szempontból feltételes, mivel néha meglehetősen nehéz meghatározni, hogy egy GPS-vevőt melyik kategóriába kell besorolni, és milyen kritériumokat kell alkalmazni. A GPS-navigátorok egész osztálya használható túrázáshoz, autós utazáshoz, horgászathoz stb. Léteznek légi és tengeri navigációs rendszerek, amelyek gyakran összetett navigációs rendszerek részét képezik. Az utóbbi időben széles körben elterjedtek a GPS-chipek, amelyeket PDA-kba, telefonokba és más mobileszközökbe integrálnak.

Ezért a navigációban b O A GPS-vevők felosztása "kód" és "fázis" vevőkre terjedt el. Az első esetben a navigációs üzenetekben továbbított információk alapján számítják ki a pozíciót. Ebbe a kategóriába tartozik a legtöbb olcsó GPS-navigátor, amelyek ára 100-2000 dollár.

A GPS-navigációs vevők második kategóriája nemcsak a navigációs üzenetekben található adatokat használja, hanem a vivőjel fázisát is. A legtöbb esetben drága egy- és kétfrekvenciás (L1 és L2) geodéziai vevőkről van szó, amelyek több centiméteres vagy akár milliméteres relatív pontossággal képesek helyzetet számítani. Ez a pontosság RTK módban érhető el, a GPS-vevő méréseinek és a bázisállomás adatainak együttes feldolgozásával. Az ilyen eszközök ára több tízezer dollár is lehet.

3. Munkahelyi GPS-navigátor A

Az egész GPS-rendszer alapelve egyszerű, és már régóta használják navigációra és tájékozódásra: ha tudja a pontos helyét hivatkozási pontés a távolságot, akkor rajzolhatsz egy kört (3 dimenziós esetben egy gömböt), amelyen a pozíciód pontjának kell lennie. A gyakorlatban, ha a fenti távolság, pl. sugár elég nagy, akkor a kör ívét egy egyenes szakaszra cserélheti. Ha több ilyen vonalat rajzol, amelyek különböző referenciapontoknak felelnek meg, akkor a metszéspontjuk jelzi az Ön helyét. A GPS-ben az ilyen benchmark szerepét két tucat műhold tölti be, amelyek mindegyike a saját pályáján mozog a Föld felszíne felett ~ 17 000 km-es magasságban. Mozgásuk sebessége igen nagy, ennek ellenére a pálya paramétereit és pillanatnyi elhelyezkedését a fedélzeti számítógépek nagy pontossággal ismerik.Minden GPS-navigátor fontos része a hagyományos, fix frekvencián működő vevő és folyamatosan „ hallgatni” a műholdak által sugárzott jeleket. Mindegyik műhold folyamatosan bocsát ki rádiójelet, amely adatokat tartalmaz a pályája paramétereiről, a fedélzeti berendezések állapotáról és a pontos időről. Mindezen információk közül a pontos fedélzeti időadatok a legfontosabbak: a GPS-vevő a beépített processzorával kiszámítja a jel küldése és vétele közötti időtartamot, majd megszorozza a rádióhullámok terjedési sebességével, stb. megtudja a távolságot a műhold és a vevő között.

Ma arról fogunk beszélni, hogy mi az a GPS, hogyan működik ez a rendszer. Figyeljünk ennek a technológiának a fejlődésére, funkcionális jellemzőire. Szó lesz arról is, hogy az interaktív térképek milyen szerepet játszanak a rendszer működésében.

A GPS története

A globális helymeghatározó rendszer, vagyis a koordináták meghatározásának története az Egyesült Államokban kezdődött még a távoli 50-es években, amikor az első szovjet műholdat felbocsátották az űrbe. Az indítást figyelő amerikai tudósok egy csoportja észrevette, hogy a műhold távolodásával egyenletesen változtatta jelfrekvenciáját. Az adatok mélyreható elemzése után arra a következtetésre jutottak, hogy egy műhold segítségével részletesebben, annak elhelyezkedésével és a kibocsátott jellel pontosan meg lehet határozni az ember helyzetét és sebességét a Földön, valamint fordítva, a pályán lévő műhold sebessége és elhelyezkedése a pontos személy koordinátáinak meghatározásakor. A hetvenes évek végére az amerikai védelmi minisztérium saját céljaira dobta piacra a GPS-rendszert, majd néhány év múlva már polgári használatra is elérhetővé vált. Hogyan működik most a GPS rendszer? Pontosan úgy, ahogy akkoriban működött, ugyanazon elvek és alapok szerint.

műholdas hálózat

A Föld körüli pályán több mint huszonnégy műhold sugároz horgony rádiójeleket. A műholdak száma változó, de a zavartalan működés érdekében mindig van a megfelelő számú pályán, ráadásul ezek egy része tartalékban is van, hogy ha az első meghibásodik, akkor átvegyék a funkcióikat. Mivel mindegyik élettartama megközelítőleg 10 év, új, továbbfejlesztett változatok kerülnek forgalomba. A műholdak hat pályán forognak a Föld körül 20 ezer km-nél kisebb magasságban, összefüggő hálózatot alkot, amelyet GPS-állomások irányítanak. Ez utóbbiak trópusi szigeteken helyezkednek el, és az Egyesült Államok fő fókuszpontjához kapcsolódnak.

Hogyan működik a GPS-navigátor?

Ennek a hálózatnak köszönhetően megtudhatja a helyét, ha kiszámítja a műholdak jelterjedési késleltetését, és ezen információk alapján határozza meg a koordinátákat. Hogyan működik most a GPS rendszer? Mint minden navigációs hálózat az űrben, ez is teljesen ingyenes. Nagy hatékonysággal működik minden időjárási körülmény között és a nap bármely szakában. Az egyetlen vásárlás, amit meg kell vásárolnia, az maga a GPS-navigátor vagy egy olyan eszköz, amely támogatja a GPS-funkciókat. Valójában a navigátor elve egy régóta használt egyszerű navigációs sémán alapul: ha pontosan tudja a tereptárgy szerepére leginkább megfelelő jelölő objektum helyét, és attól a távolságot Öntől, rajzoljon egy kört. amelyen ponttal jelölje meg a helyét. Ha a kör sugara nagy, cserélje ki egy egyenesre. Rajzolj több ilyen csíkot a lehetséges helyedről a jelölők felé, a vonalak metszéspontja jelzi a koordinátáidat a térképen. A fenti műholdak ebben az esetben csak ezeknek a jelölő objektumoknak a szerepét töltik be, amelyek távolsága körülbelül 18 ezer km az Ön helyétől. Bár nagy sebességgel keringenek, helyzetüket folyamatosan figyelik. Minden navigátor rendelkezik egy GPS-vevővel, amely a kívánt frekvenciára van programozva, és közvetlen kölcsönhatásban van a műholddal. Minden rádiójel tartalmaz bizonyos mennyiségű kódolt információ, amely a műhold műszaki állapotára, a Föld pályáján elfoglalt helyére és az időzónára vonatkozó megállapításokat tartalmaz ( pontos időpont). Egyébként a pontos időre vonatkozó információk a legszükségesebbek a koordináták adatainak megszerzéséhez: a rádiójel visszatérése és vétele közötti idő folyamatos számítását megszorozzák magának a rádióhullámnak a sebességével, és rövid távú számítások esetén kiszámítja a navigációs készülék és a pályán lévő műhold közötti távolságot.

Szinkronizálási nehézségek

A navigáció ezen elve alapján feltételezhető, hogy a koordináták pontos meghatározásához csak két műholdra lehet szüksége, amelyek jelei alapján könnyen megtalálhatja a metszéspontot, és végül - a helyet. hol vagy. De sajnos, technikai okokból egy másik műhold használatára van szükség jelölőként. A fő probléma a GPS-vevő órája, amely nem teszi lehetővé a megfelelő szinkronizálást a műholdakkal. Ennek oka az idő megjelenítésének különbsége (a navigátoron és a térben). A műholdak drága, jó minőségű atom alapú órákkal rendelkeznek, amivel rendkívül pontosan tudják tartani az időt, míg a hagyományos vevőkészülékek egyszerűen nem használhatják az ilyen kronométereket, mivel a méretek, a költségek és a működés bonyolultsága nem tenné lehetővé mindenhol a használatát. Már egy kis, 0,001 másodperces hiba is több mint 200 km-rel oldalra tolhatja a koordinátákat!

Harmadik jelző

Ezért a fejlesztők úgy döntöttek, hogy elhagyják a kvarcórák szokásos technológiáját a GPS-navigátorokban, és más utat választanak, pontosabban - három, illetve ugyanannyi vonalat használnak a későbbi metszéspontokhoz két műholdas tereptárgy helyett. A probléma megoldása egy zseniálisan egyszerű megoldáson alapul: amikor a három kijelölt marker összes vonala metszi egymást, még az esetleges pontatlanságokkal is, egy háromszög alakú zóna jön létre, amelynek középpontja a középpontja. - Ön tartózkodási helyét. Lehetővé teszi továbbá a vevő és mindhárom műhold közötti időbeli különbség észlelését (amelynél a különbség azonos lesz), ami lehetővé teszi a vonalak metszéspontjának pontos középpontban történő korrigálását, más szóval - ez határozza meg a GPS koordináták.

Egy frekvencia

Azt is meg kell jegyezni, hogy minden műhold ugyanazon a frekvencián küld információkat a készülékére, és ez meglehetősen szokatlan. Hogyan működik a GPS-navigátor, és hogyan érzékel minden információt helyesen, ha minden műhold folyamatosan és egyidejűleg küld neki információt? Minden nagyon egyszerű. A műhold adói önmaguk meghatározásához szabványos információkat is küldenek a rádiójelben, amely titkosított kódot tartalmaz. Jelenti a műhold maximális jellemzőit, és bekerül a készülék adatbázisába, amely lehetővé teszi a műhold adatainak ellenőrzését a navigátor adatbázisával. Még nagy számban a hatótávolságon belüli műholdak nagyon gyorsan és egyszerűen azonosíthatók. Mindez leegyszerűsíti a teljes sémát, és lehetővé teszi kisebb és gyengébb vevőantennák használatát a GPS-navigátorokban, ami csökkenti a költségeket, valamint csökkenti az eszközök kialakítását és méreteit.

GPS térképek

A GPS-térképek külön töltődnek le készülékére, mivel Ön maga befolyásolja a költözni kívánt terület kiválasztását. A rendszer csak az Ön koordinátáit állapítja meg a bolygón, és a térképek funkciója az, hogy a képernyőn újra létrehozza a koordinátákat tartalmazó grafikus változatot, amely lehetővé teszi a terepen való navigálást. Hogyan működik ebben az esetben a GPS? Ingyenes, továbbra is ebben az állapotban marad, egyes online boltokban (és nem csak) továbbra is fizetik a kártyákat. Gyakran külön alkalmazásokat hoznak létre a térképekkel való munkavégzéshez egy GPS-navigátorral rendelkező eszközhöz: fizetős és ingyenes. A térképek sokfélesége kellemes meglepetést okoz, és lehetővé teszi, hogy az A pontból B pontba vezető utat a lehető leginformatívabban és minden kényelemmel felszerelje: milyen látnivalók mellett halad el, a legrövidebb út az úticélhoz, hangsegéd jelzi az irányt és egyebeket.

Kiegészítő GPS felszerelés

A GPS-rendszer nem csak arra szolgál, hogy a helyes irányba mutasson. Lehetővé teszi egy objektum nyomon követését, amely tartalmazhat úgynevezett jeladót vagy GPS nyomkövetőt. Magából a jelvevőből és egy gsm, 3gp vagy más kommunikációs protokollon alapuló adóból áll, amely információt továbbít egy objektum helyéről. szolgáltató központok ellenőrzés gyakorlása. Számos iparágban használják őket: biztonsági, egészségügyi, biztosítási, szállítási és sok más területen. Vannak olyan autókövetők is, amelyek kizárólag az autóhoz csatlakoznak.

Utazzon gond nélkül

Napról napra a térkép és az állandó iránytű jelentései egyre messzebbre nyúlnak a múltba. Modern technológiák lehetővé teszi az ember számára, hogy minimális idő-, erőfeszítés- és pénzveszteséggel egyengesse az útját, miközben a legizgalmasabb és legérdekesebb helyeket látja. Amiről egy évszázaddal ezelőtt még csak képzelet volt, az mára valósággá vált, és ezt szinte mindenki ki tudja használni: a katonaságtól a tengerészeken és repülőgép-pilótákon át a turistákig és a futárokig. Mostanra egyre nagyobb népszerűségnek örvend ezeknek a rendszereknek a kereskedelmi, szórakoztató, reklámiparban való alkalmazása, ahol minden vállalkozó fel tudja mutatni magát a világ globális térképére, és egyáltalán nem lesz nehéz megtalálni. Reméljük, hogy ez a cikk mindenkinek segített, aki érdeklődik a GPS iránt - hogyan működik, mi alapján határozzák meg a koordinátákat, mik az erősségei és gyengeségei.

Sok autótulajdonos használ navigátort autójában. Egyesek azonban nem tudnak két különböző műholdrendszer – az orosz GLONASS és az amerikai GPS – létezéséről. Ebből a cikkből megtudhatja, mi a különbség köztük, és melyiket kell előnyben részesíteni.

Hogyan működik a navigációs rendszer

A navigációs rendszer elsősorban egy objektum (jelen esetben egy autó) helyzetének és sebességének meghatározására szolgál. Néha meg kell határozni más paramétereket is, például a tengerszint feletti magasságot.

Ezeket a paramétereket úgy számítja ki, hogy beállítja a távolságot maga a navigátor és a Föld körüli pályán lévő műholdak között. Általános szabály, hogy eredményes munka a rendszert négy műholddal kell szinkronizálni. Ezen távolságok változtatásával meghatározza a tárgy koordinátáit és a mozgás egyéb jellemzőit. A GLONASS műholdak nincsenek szinkronban a Föld forgásával, ami hosszú időn keresztül biztosítja stabilitásukat.

Videó: GlonaSS vs GPS

Mi a jobb a GLONASS vagy a GPS, és mi a különbség?

A navigációs rendszerek elsősorban katonai célú felhasználásukat feltételezték, és csak ezután váltak elérhetővé az átlagpolgárok számára. Nyilvánvalóan a katonaságnak saját állama fejlesztéseit kell használnia, mert egy külföldi navigációs rendszert az ország hatóságai kikapcsolhatnak, ha konfliktushelyzet. Sőt, Oroszországban a GLONASS rendszer mindennapi életben való alkalmazását kérik a katonai és köztisztviselők részéről.

A mindennapi életben egy hétköznapi autósnak egyáltalán nem kell aggódnia a navigációs rendszer kiválasztása miatt. Mind a GLONASS, mind a mindennapi használatra megfelelő navigációs minőséget biztosít. Oroszország északi területein és más, az északi szélességi körökben található államokban a GLONASS műholdak hatékonyabban működnek, mivel pályájuk magasabban van a Föld felett. Vagyis az Északi-sarkon, a skandináv országokban a GLONASS hatékonyabb, és ezt a svédek már 2011-ben felismerték. Más régiókban a GPS valamivel pontosabb a helymeghatározásban, mint a GLONASS. Alapján orosz rendszer A GPS hibák differenciálkorrekciója és monitorozása 2-8 méter, a GLONASS hibák 4-8 ​​méter között mozgott. De a GPS a hely meghatározásához 6-11 műholdat kell fogni, a GLONASS 6-7 műholdra elegendő.

Azt is meg kell jegyezni, hogy a GPS-rendszer 8 évvel korábban jelent meg, és a 90-es években komoly szakadékba került. Az elmúlt évtizedben pedig a GLONASS szinte teljesen csökkentette ezt a különbséget, és 2020-ra a fejlesztők ígérete szerint a GLONASS semmiben sem marad alább a GPS-nél.

A legtöbb modern egy kombinált rendszerrel van felszerelve, amely támogatja az orosz és az amerikai műholdas rendszert. Ezek az eszközök a legpontosabbak, és a legkisebb hibájuk van az autó koordinátáinak meghatározásában. A vett jelek stabilitása is nő, mert egy ilyen eszköz több műholdat „lát”. Másrészt az ilyen navigátorok árai sokkal magasabbak, mint az egyrendszerű társaik. Érthető - két chip van beléjük építve, amelyek képesek jeleket fogadni minden műholdtípustól.

Videó: GPS és GPS + GLONASS vevők tesztje Redpower CarPad3

Így a legpontosabb és legmegbízhatóbb navigátorok a kétrendszerű eszközök. Előnyeik azonban egy jelentős hátránnyal járnak - a költségekkel. Ezért a választás során gondolkodnia kell - szükség van-e ilyen nagy pontosságra a mindennapi használat során? Ezenkívül egy egyszerű autórajongó számára nem nagyon fontos, hogy melyik navigációs rendszert használja - orosz vagy amerikai. Sem a GPS, sem a GLONASS nem engedi, hogy eltévedjen, és elvigye a kívánt úti célhoz.

A cikk áttekinti a GPS műholdas helymeghatározó rendszer (angol Global Positioning System) működési elvét, összetételét és jellemzőit.
A Global Positioning System (GPS) navigációs rendszer a NAVSTAR komplexum része, amelyet az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma fejleszt, implementál és üzemeltet. A NAVSTAR komplexum (NAVIGation Satellites provide Time And Range - navigációs rendszer az idő és hatótávolság meghatározására) fejlesztését még 1973-ban kezdték meg, és már 1978. február 22-én megtörtént a komplexum első próbaindítása, majd márciusban. 1978-ban megkezdte működését a NAVSTAR komplexum. Az első tesztműholdat 1974. július 14-én bocsátották fel, a teljes földi lefedettséghez szükséges 24 műhold közül az utolsót 1993-ban. A hadsereg polgári része műholdas hálózat A NAVSTAR-t a GPS rövidítéseként szokták emlegetni, és a rendszer kereskedelmi üzemeltetése jelenlegi formájában 1995-ben kezdődött.
Több mint 20 évvel a GPS-rendszer tesztindítása és 5 évvel a GPS globális helymeghatározó rendszer kereskedelmi üzembe helyezése után, 2000. május 1-jén az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma törölte a GPS-rendszer használatára vonatkozó különleges feltételeket. addig. Az amerikai hadsereg kikapcsolta az interferenciát (SA - szelektív elérhetőség), amely mesterségesen csökkenti a polgári GPS-vevők pontosságát, majd a koordináták meghatározásának pontossága háztartási navigátorokkal legalább ötszörösére nőtt. Miután az amerikaiak felmondták a szelektív hozzáférési rendszert, a koordináták meghatározásának pontossága a legegyszerűbb polgári módszerrel GPS navigátor 5 és 20 méter között van (a magasságot 10 méteres pontossággal határozzák meg), és az adott ponton a jelek vételének körülményeitől, a látható műholdak számától és számos egyéb okból függ. A fenti ábrák 6-8 műhold jelének egyidejű vételére vonatkoznak. A legtöbb modern GPS-vevő 12 csatornás vevővel rendelkezik, amely lehetővé teszi 12 műhold információinak egyidejű feldolgozását. A NAVSTAR-on alapuló navigáció katonai alkalmazása nagyságrenddel nagyobb (több milliméteres) pontosságot biztosít, és titkosított P (Y) kóddal látja el. Az L1 használatával továbbított C/A kódú (standard pontosságú) információkat szabadon, ingyenesen, felhasználási korlátozások nélkül terjesztik.

A GPS-rendszer alapját a Föld körül 6 körkörös pályapályán (egyenként 4 műhold) 20180 km magasságban mozgó navigációs műholdak képezik. A GPS műholdak 12 óra alatt keringik körbe a Földet, súlyuk keringési pályán mintegy 840 kg, méreteik 1,52 m szélesek és 5,33 m hosszúak, beleértve a napelemek 800 watt teljesítményt produkál. 24 műhold biztosítja a GPS navigációs rendszer 100%-os működőképességét bárhol a világon. A NAVSTAR rendszerben az egyidejűleg működő műholdak lehetséges maximális száma 37. Jelenleg 32 műhold kering a pályán, 24 elsődleges és 8 tartalék műhold meghibásodás esetén.

Az orbitális konstellációt a Schriver légibázison található Master Control Station (MCS) figyeli. Colorado, USA. Globális szinten vezérli a GPS-navigációs rendszert. A Schriever légibázis ad otthont az Egyesült Államok 50. Űrparancsnokságának, az Egyesült Államok Légierő-parancsnokságának egy részlegének.

A GPS rendszer földi része tíz nyomkövető állomásból áll, amelyek a Csendes-óceán Kwajalein és Hawaii szigetén, az Ascension-szigeten, az Indiai-óceáni Diego Garcia szigeten, valamint Colorado Springsben, a Canaverel-fokon találhatók, pc. Florida stb. A földi állomások száma folyamatosan növekszik, minden nyomkövető állomás GPS-vevőket használ az összes műhold navigációs jeleinek passzív követésére. A megfigyelőállomásokról származó információkat az MCS fő vezérlőállomás dolgozza fel, és a műhold efemeriszének frissítésére használják. Az előre jelzett pályákból és órakorrekciókból álló navigációs adatok minden műholdra 24 óránként letöltődnek.

Koordináták meghatározása és GPS-navigáció.
A GPS-vevő koordinátáinak meghatározásának ötletének alapja az, hogy kiszámítsák a távolságot több műholdtól, amelyek helyét ismertnek tekintik. A GPS-vevő helyének meghatározása az űrben a megfigyelési pont és a műhold távolságának mérésére szolgáló algoritmuson alapul. A hatótávolság a rádiójel műholdtól a vevőig terjedő terjedésének késleltetése közötti távolság kiszámításán alapul. Ha ismeri egy rádiójel terjedési idejét, akkor könnyen kiszámítható az általa megtett út. A vevők passzív módban dolgoznak, és kiszámítják a koordinátáikat, de ez egyáltalán nem jelenti azt, hogy a GPS-vevő koordinátáit a tulajdonoson kívül bárki más ismeri. A GPS rendszer minden műholdja folyamatosan két frekvenciájú rádióhullámokat generál - L1=1575,42MHz és L2=1227,60MHz. Minden GPS-vevőnek saját oszcillátora van, amely ugyanazon a frekvencián működik, és ugyanazon törvény szerint modulálja a jelet, mint a műhold oszcillátora. Így a műholdról vett és egymástól függetlenül generált kód ugyanazon szakaszai közötti késleltetési időből ki lehet számítani a jel terjedési idejét, és ennek következtében a műholdtól való távolságot.
A GPS-műhold távolságának kiszámításakor a fő probléma a műhold és a vevő óráinak szinkronizálásával kapcsolatos. Már egy apró hiba is hatalmas hibához vezethet a távolság meghatározásában. Minden műhold egy nagy pontosságú atomórát hordoz a fedélzetén, amelyet lehetetlen hagyományos GPS-vevőbe építeni. Az időbeli eltérések korrelációja és a hatalmas helymeghatározási hibák elkerülése érdekében a GPS-rendszer bevezette a redundancia elvét a háromdimenziós koordináták meghatározására a Föld felszínén. A GPS-vevő nem három, hanem legalább négy műhold jelét használja fel, és a segédjelek alapján minden szükséges beállítást elvégez az órája működésén. A műhold a navigációs jelek mellett folyamatosan továbbít különféle szolgáltatási információkat. A GPS-vevő fogadja például az efemeriszeket (pontos adatokat a műhold pályájáról), a rádiójel ionoszférában való terjedési késleltetésének előrejelzését, valamint a műhold állapotára vonatkozó információkat (ún. „almanach”, amely tartalmazza 12,5 percenként frissített információk az összes műhold állapotáról és pályájáról). Ezeket az adatokat 50 bit/s sebességgel továbbítják L1 vagy L2 frekvencián.

Jelöljük a GPS rendszer navigációs műholdjainak távolságát A, B és C jelekkel. Tegyük fel, hogy az A távolság egy műholdtól ismert. Ebben az esetben a GPS-vevő koordinátái nem határozhatók meg, mert a műhold köré körülírt A sugarú gömb bármely pontján elhelyezhető. Ha ismert a vevő B távolsága a második műholdtól, akkor a koordináták meghatározása sem lehetséges - az objektum valahol a körön van (kék színnel), amely két gömb metszéspontja. A harmadik műhold ismert C távolsága két pontra csökkenti a koordináták bizonytalanságát (ezt piros pontok jelzik). Ez már elég ahhoz, hogy egyértelműen meghatározzuk a GPS-vevő koordinátáit. Annak ellenére, hogy két koordinátájú pontunk van, csak az egyik van a Föld felszínén, a második pedig, a hamis, vagy mélyen a Föld belsejében, vagy nagyon magasan a felszíne felett található. Így elméletileg a háromdimenziós GPS-navigációhoz elegendő ismerni a vevő és három műhold közötti távolságot, de, mint már említettük, a GPS-vevő nem három, hanem legalább négy műhold jelét használja, és segédjelek alapján minden szükséges beállítást elvégez a navigáció pontosságának javítása érdekében.
A GPS-navigáció hátránya, hogy bizonyos körülmények között előfordulhat, hogy a jel nem jut el a GPS-vevőhöz, így vasbeton épületen belüli lakás mélyén, pincében vagy alagútban szinte lehetetlen meghatározni a pontos tartózkodási helyét. . A GPS működési frekvenciája a deciméteres rádióhullám-tartományba esik, így sűrű fák lombozata alatt, sűrű városi beépítésű területeken vagy erős felhőzet hatására romolhat a műholdak jelvételének szintje, ami befolyásolja a helymeghatározási pontosságot. A mágneses viharok és a földi rádióforrások szintén zavarhatják a normál GPS-vételt. A GPS-navigációhoz készült térképek gyorsan elavulnak és nem biztos, hogy pontosak, ezért nemcsak a GPS-vevő adataiban kell megbíznia, hanem saját szemében is. Külön érdemes megjegyezni, hogy a globális GPS-navigációs rendszer működése teljes mértékben az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumától függ, és nem lehet biztos abban, hogy az Egyesült Államok bármikor nem kapcsolja be az interferenciát (SA - szelektív elérhetőség), vagy akár teljesen kikapcsol. a polgári GPS szektor mind egy adott régióban, mind általánosságban. Már voltak jelentkezők. Szerencsére a GPS-nek van alternatívája a formájában navigációs rendszerek GLONASS (Oroszország) és Galileo (EU), amelyek a jövőben széles körben elterjednek.

A navigáció az objektumok koordináta-idő paramétereinek meghatározása.

Az első hatékony navigációs eszköz a látható égitestek (nap, csillagok, hold) alapján történő helymeghatározás volt. Egy másik legegyszerűbb navigációs módszer a georeferálás, azaz. az ismert tereptárgyak (víztornyok, villanyvezetékek, autópályák és vasutak satöbbi.).

A navigációs és helymeghatározó rendszereket úgy tervezték, hogy folyamatosan figyeljék az objektumok helyzetét (állapotát). Jelenleg a navigációs és helymeghatározó segédeszközök két osztálya létezik: földi és űrbeli.

A földi alapúak közé tartoznak a helyhez kötött, hordozható és hordozható rendszerek, komplexumok, földi felderítő állomások, egyéb navigációs és helymeghatározási eszközök. Működésük alapelve a rádiós levegő vezérlése a pásztázó rádióállomásokhoz csatlakoztatott speciális antennák segítségével, valamint a nyomkövető objektumok rádióadói által kibocsátott vagy maga a komplexum (állomás) által kibocsátott és a nyomkövető objektumról visszavert rádiójelek elkülönítése, ill. az objektumra helyezett speciális címkéből vagy fedélzeti kódérzékelőből (CBD). Amikor ezt a fajta technikai eszközöket információt lehet szerezni a vezérelt objektum helyének, irányának, mozgási sebességének koordinátáiról. Ha a nyomkövető objektumokon speciális jelölés vagy CBD található, a rendszerekhez csatlakoztatott azonosító eszközök nemcsak a megfigyelt objektumok helyének elektronikus térképen történő megjelölését, hanem azok megfelelő megkülönböztetését is lehetővé teszik.

Az űrnavigációs és helymeghatározó rendszerek két típusra oszthatók.

Az űrnavigációs és helymeghatározó rendszerek első típusát a mobil nyomkövető objektumok speciális érzékelőinek használata különbözteti meg - a műholdas navigációs rendszer vevői, például a GLONASS (Oroszország) vagy a GPS (USA). A mobil nyomkövető objektumok navigációs vevői rádiójelet kapnak a navigációs rendszertől, amely tartalmazza a pályán lévő műholdak koordinátáit (efemeridiát) és az időreferenciát. A navigációs vevő processzora a műholdak adatai alapján (legalább három) kiszámítja a hely (vevő) földrajzi szélességi és hosszúsági fokát. Ez az információ (földrajzi koordináták) megjeleníthető mind magán a navigációs vevőn, egy információs kimeneti eszköz (kijelző, monitor) jelenlétében, mind a követési ponton, amikor egy mozgó objektum navigációs vevőjéből rádión továbbítják. kommunikáció (radiális, hagyományos, trönkös, cellás, műholdas).

Az űrnavigációs és helymeghatározó rendszerek második típusát a nyomkövető objektumra telepített rádiójeladókból érkező jelek pályán történő pásztázó vétele (csapágyazása) jellemzi. A rádióadóktól érkező jeleket fogadó műhold általában először felhalmozódik, majd a pálya egy bizonyos pontján információkat továbbít a nyomkövető objektumokról egy földi adatfeldolgozó központba. Ugyanakkor az információszolgáltatási idő némileg megnő.

A műholdas navigációs rendszerek lehetővé teszik:

• folyamatosan figyelni és nyomon követni minden mozgó tárgyat;
• jelenítse meg a diszpécser elektronikus térképén a vezérlő és nyomkövető objektumok koordinátáit, útvonalát és mozgási sebességét (a koordináták és a tengerszint feletti magasság meghatározásának pontosságával 100 m-ig, differenciál üzemmódban pedig 2 ... 5-ig m);
• azonnal reagálni a vészhelyzetekre (az ellenőrzési és nyomon követési objektum várható paramétereinek vagy útvonalának és forgalmi menetrendjének változása, SOS jelzés stb.);
• optimalizálja az útvonalakat és ütemezéseket az irányítási és követési objektumok mozgásához.

Jelenleg a speciális navigációs és helymeghatározó rendszerek funkciói (az előfizetői egységek, kommunikációs terminálok aktuális helyének automatikus nyomon követése a roaming biztosítása és a kommunikációs szolgáltatások biztosítása érdekében) viszonylagos pontossággal teljesíthetők műholdon és mobiltelefonon (ha elérhető bázisállomások helymeghatározó berendezések) rádiókommunikációs rendszerek.

Navigációs és helymeghatározó rendszerek széleskörű bevezetése, megfelelő berendezések széles körű telepítése a hálózatokba sejtes kommunikáció Oroszország a működő adók, járőrök, járművek és egyéb, a belügyi szervek érdeklődésére számot tartó objektumok elhelyezkedésének meghatározása és folyamatos ellenőrzése érdekében jelentősen bővítheti a bűnüldözés lehetőségeit.

A műholdas navigációs rendszerekkel történő helymeghatározás alapelve a műholdak referenciapontként való használata.

A földi vevő szélességi és hosszúsági fokának meghatározásához a vevőnek legalább három műhold jeleit kell vennie, és ismernie kell azok koordinátáit, valamint a műholdak és a vevő közötti távolságot (6.8. ábra). A koordinátákat a Föld középpontjához viszonyítva mérjük, amelynek koordinátája (0, 0, 0).

A műhold és a vevő közötti távolságot a mért jelterjedési időből számítják ki. Ezeket a számításokat nem nehéz elvégezni, hiszen ismert, hogy az elektromágneses hullámok fénysebességgel terjednek. Ha három műhold koordinátái és a vevőtől való távolságuk ismertek, akkor a vevő a térben két lehetséges hely egyikét tudja kiszámítani (6.8. ábra 1. és 2. pontja). Általában a vevő meg tudja határozni, hogy a két pont közül melyik az érvényes, mivel az egyik helyértéknek értelmetlen az értéke.

Rizs. 6.8. Helymeghatározás három műhold jelei alapján

A gyakorlatban az időkülönbség mérések pontosságát befolyásoló generátor órahibájának kiküszöböléséhez ismerni kell a negyedik műhold helyét és távolságát (6.9. ábra).

Rizs. 6.9. Helymeghatározás négy műhold jelei alapján

Jelenleg két műholdas navigációs rendszer – a GLONASS és a GPS – van aktívan használatos.

A műholdas navigációs rendszerek három összetevőből állnak (6.10. ábra):

• űrszegmens, amely mesterséges földi műholdak (más szóval navigációs űrhajó) orbitális konstellációját foglalja magában;
• űrhajók orbitális konstellációjának irányító szegmense, földi irányító komplexum (GCC);
• rendszer felhasználói berendezései.

Rizs. 6.10. Műholdas navigációs rendszerek összetétele

A GLONASS rendszer űrszegmense 24 navigációs űrhajóból (NSV) áll, amelyek körpályán helyezkednek el, 19 100 km magassággal, 64,5°-os dőléssel és 11 óra 15 perc keringési periódussal három keringési síkban (6.11. ábra). Mindegyik pályasíkon 8 műhold található, amelyeknek egyenletes szélességi eltolódása 45°.

A GPS navigációs rendszer űrszegmense 24 fő műholdból és 3 tartalék műholdból áll. A műholdak hat körpályán keringenek, körülbelül 20 000 km-es magassággal, 55°-os dőlésszöggel, 60°-os időközönként egyenletesen elosztva.

Rizs. 6.11. GLONASS és GPS műholdak pályája

A GLONASS rendszer földi vezérlőkomplexumának szegmense a következő funkciókat látja el:

• efemerisz és idő-frekvencia támogatás;
• rádiónavigációs terepi megfigyelés;
• az NSC rádiótelemetriás monitorozása;
• az NSC parancsnoki és szoftveres rádióvezérlése.

A különböző műholdak időskáláinak a szükséges pontosságú szinkronizálására az NSC fedélzetén 10-13 s nagyságrendű relatív instabilitású cézium frekvenciastandardokat használnak. A földi vezérlőkomplexum 10-14 s relatív instabilitású hidrogénstandardot használ. Ezen túlmenően, a GCC tartalmaz eszközöket a műhold időskáláinak a referenciaskálához viszonyított korrekciójára 3-5 ns hibával.

A földi szegmens efemerisz támogatást nyújt a műholdaknak. Ez azt jelenti, hogy a műhold mozgásának paramétereit a földön határozzák meg, és ezeknek a paramétereknek az értékeit előre meghatározott időtartamra előrejelzik. A paraméterek és előrejelzésük beágyazódik a műhold által a navigációs jel továbbításával együtt továbbított navigációs üzenetbe. Ez magában foglalja a műhold fedélzeti időskálájának a rendszeridőhöz viszonyított idő-frekvencia korrekcióit is. A műhold mozgási paramétereinek mérése és előrejelzése a rendszer ballisztikus központjában történik a műhold távolságának és sugárirányú sebességének pályaméréseinek eredményei alapján.

A rendszer felhasználói berendezése egy rádiótechnikai eszköz, amelyet a navigációs űrhajók rádiónavigációs jeleinek vételére és feldolgozására terveztek, hogy meghatározzák a térbeli koordinátákat, a mozgási sebességvektor összetevőit, és korrigálja a globális navigációs műholdrendszer felhasználói időskáláit.

A vevő határozza meg a fogyasztó helyét, amely az összes megfigyelt műhold közül kiválasztja a navigációs pontosság biztosítása szempontjából legkedvezőbbet. A kiválasztott műholdak hatótávolsága szerint meghatározza a fogyasztó hosszúsági, szélességi és magassági fokát, valamint mozgásának paramétereit: irányt és sebességet. A kapott adatok digitális koordináták formájában jelennek meg a kijelzőn, vagy egy korábban a vevőre másolt térképen jelennek meg.

A műholdas navigációs rendszerek vevői passzívak, pl. nem adnak ki jeleket és nem rendelkeznek fordított kommunikációs csatornával. Ez lehetővé teszi, hogy korlátlan számú fogyasztója legyen a navigációs kommunikációs rendszereknek.

Jelenleg az objektumok mozgásának megfigyelésére szolgáló, műholdas navigációs rendszereken alapuló rendszerek elterjedtek. Egy ilyen rendszer felépítése az ábrán látható. 6.12.

Rizs. 6.12. A monitoring rendszer felépítése

A nyomkövető objektumokra telepített navigációs vevők fogadják a műholdak jeleit és kiszámítják azok koordinátáit. Mivel azonban a navigációs vevőkészülékek passzív eszközök, biztosítani kell egy olyan rendszert, amely a kiszámított koordinátákat továbbítja a rendszer felügyeleti központjába. VHF rádiómodemek, GSM/GPRS/EDGE modemek (2G hálózatok), UMTS/HSDPA protokollon működő harmadik generációs hálózatok, CDMA modemek, műholdas kommunikációs rendszerek stb. szolgálhatnak adatátviteli eszközként az objektum koordinátáin. megfigyelés.

A műholdas navigációs és megfigyelőrendszer megfigyelő központja olyan objektumok megfigyelésére szolgál, amelyekre navigációs és kommunikációs berendezések vannak felszerelve (tartalmazott), annak érdekében, hogy ellenőrizzék annak egyedi paramétereit (hely, sebesség, mozgás iránya) és döntéseket hozzanak bizonyos műveletekről.

A felügyeleti központ szoftveres és hardveres információfeldolgozó eszközöket tartalmaz, amelyek:

• megfigyelési objektumokból származó információk fogadása, feldolgozása és tárolása;
• a megfigyelési objektumok elhelyezkedésére vonatkozó információk megjelenítése a terület elektronikus térképén.

A belügyi szervek navigációs és felügyeleti rendszere a következő feladatokat oldja meg:

• az ügyeletes egység személyzete általi automatizált vezérlés biztosítása a járműszemélyzet elhelyezéséhez;
• a szolgálatban lévő személyzet tájékoztatása a járművek elhelyezkedéséről a vezetői döntések meghozatalához, amikor a felelősségi körben bekövetkező eseményekre történő gyors reagálást szervezik;
• A járművek helyzetével kapcsolatos információk és egyéb szolgáltatási információk grafikus formátumban történő megjelenítése egy automatán munkahely operátor;
• archívum kialakítása és tárolása a járműszemélyzet mozgási útvonalairól szolgáltatásuk során;
• statisztikai jelentések kiadása az erők és eszközök kötelező bevetési normáinak teljesüléséről az ügyelet alatt, az erő- és eszközhasználat hatékonyságának összefoglaló paramétereiről, a felelősségi területek ellenőrzésének mutatóiról.

Az Oroszországi Belügyminisztérium egységeinek gépjárművei fedélzeti berendezéseitől a szolgálatot teljesítő őrök felé történő felügyeleti információk továbbításának magas megbízhatósága és megbízhatósága érdekében tartalék adatátviteli csatornát kell használni. a rendszerből, amely úgy használható