Vilka system för global satellitnavigering finns. Satellitnavigeringssystem

skapelser Satellit navigation föddes på 50-talet. I det ögonblick då Sovjetunionen lanserade den första konstgjorda jordsatelliten, observerade amerikanska forskare under ledning av Richard Kershner signalen som kom från den sovjetiska satelliten och fann att på grund av Dopplereffekten ökar frekvensen av den mottagna signalen när satelliten närmar sig och minskar som den rör sig bort. Kärnan i upptäckten var att om du vet exakt dina koordinater på jorden, blir det möjligt att mäta satellitens position, och vice versa, genom att veta den exakta positionen för satelliten, kan du bestämma dina egna koordinater.

Denna idé förverkligades efter 20 år. Den första testsatelliten skickades upp i omloppsbana den 14 juli 1974 av USA, och den sista av alla 24 satelliter som behövdes för att helt täcka jordens yta lanserades i omloppsbana 1993, vilket innebär att Global Positioning System eller förkortat GPS kom in i service. Det blev möjligt att använda GPS för att exakt rikta missiler till stationära och sedan rörliga föremål i luften och på marken. Dessutom, med hjälp av ett system inbyggt i satelliter, blev det realistiskt att bestämma kraftfulla kärnladdningar på planetens yta.

Till en början utvecklades GPS - globalt positioneringssystem som ett rent militärt projekt. Men efter att ett jetplan från Korean Airlines med 269 passagerare ombord som invaderade sovjetiskt luftrum sköts ner 1983, godkände USA:s president Ronald Reagan delvis användning av navigationssystemet för civila ändamål. Onoggrannheten reducerades med en speciell algoritm.

Sedan dök det upp information om att vissa företag dechiffrerade algoritmen för att minska noggrannheten och framgångsrikt kompenserade för denna del av felet, och år 2000 avbröts denna förgrovning av noggrannheten genom ett dekret från USA:s president.

1. Satellitnavigeringssystem

Satellitnavigeringssystem- ett integrerat elektroniskt-tekniskt system, bestående av en kombination av mark- och rymdutrustning, utformat för att bestämma platsen (geografiska koordinater och höjd), samt rörelseparametrar (hastighet och rörelseriktning, etc.) för mark, vatten och luftföremål.

1.1 Vad är GPS?

GPS-satellitnavigeringssystemet utvecklades ursprungligen av USA för militärt bruk. Ett annat välkänt namn för systemet är "NAVSTAR". Det redan kända namnet "GPS" är en förkortning för Global Positioning System, vilket översätts som Global Navigation System. Detta namn kännetecknas helt av syftet med systemet - tillhandahålla navigering över hela världen. Inte bara på land utan även till sjöss och i luften. Med hjälp av GPS-systemets navigationssignaler kan alla användare bestämma sin nuvarande plats med hög noggrannhet.

Denna noggrannhet beror till stor del på de åtgärder som vidtogs av den amerikanska regeringen år 2000 för att göra GPS-systemet tillgängligt och öppet för civila användare. Minns att tidigare med Special behandling selektiv åtkomst (SA - Selective Availability), förvrängningar infördes i den överförda signalen, vilket minskade positioneringsnoggrannheten till 70-100 meter. Sedan 1 maj 2000 har detta läge inaktiverats och noggrannheten har ökat till 3-10 meter.

Faktum är att denna händelse gav en kraftfull impuls till utvecklingen av hushålls GPS-navigeringsutrustning, minskade dess kostnader och aktivt populariserade den bland vanliga användare. För närvarande GPS-mottagare olika typer används aktivt inom alla områden av mänsklig aktivitet, allt från konventionell navigering till personlig kontroll och spännande spel, som " Geocaching". Enligt resultaten från många studier har användningen av GPS-navigeringssystem en stor ekonomisk effekt på världsekonomin och ekologin - trafiksäkerheten ökar, trafiksituationen förbättras, bränsleförbrukningen minskar och mängden skadliga utsläpp till atmosfären minskar.

Den europeiska ekonomins växande beroende av GPS-systemet, och, som ett resultat, av den amerikanska administrationen, tvingade Europa att börja utveckla sitt eget navigationssystem - Galilleo. Nytt system på många sätt liknar ett GPS-system.

2. GPS-systemets sammansättning

2.1 Rymdsegment

Rymdsegmentet i GPS-systemet består av en omloppskonstellation av satelliter som sänder ut navigeringssignaler. Satelliterna är placerade i 6 omloppsbanor på en höjd av cirka 20 000 km. Satelliternas rotationsperiod är 12 timmar och hastigheten är cirka 3 km/s. På en dag gör alltså varje satellit två fullständiga varv runt jorden.

Den första satelliten sköts upp i februari 1978. Dess storlek med öppen solpaneler var 5 meter och vikt - mer än 900 kg. Det var satelliten för den första modifieringen av GPS-I. Under de senaste 30 åren har flera modifieringar av GPS-satelliter förändrats i omloppsbana: GPS II-A, GPS II-R, GPS IIR-M. Under moderniseringsprocessen reducerades satelliternas vikt, stabiliteten hos klockan ombord förbättrades och tillförlitligheten ökade.

GPS-satelliter sänder tre navigationssignaler på två frekvenser L1 och L2. Den "civila" C/A-signalen, sänd på L1-frekvensen (1575,42 MHz), är tillgänglig för alla användare och ger en positioneringsnoggrannhet på 3-10 meter. En "militär" P-kod med hög precision sänds vid frekvenserna L1 och L2 (1227,60 MHz) och dess noggrannhet är en storleksordning högre än den "civila" signalen. Användningen av en signal som sänds vid två olika frekvenser gör det också möjligt att delvis kompensera för jonosfäriska fördröjningar.

I den senaste modifieringen av GPS IIR-M-satelliterna implementeras en ny "civil" L2C-signal, designad för att öka GPS-noggrannhet mätningar.

Identifiering av navigationssignaler utförs med numret som motsvarar "pseudobruskoden", unik för varje satellit. Den tekniska specifikationen för GPS-systemet innehöll ursprungligen 32 koder. I utvecklingsstadiet av systemet och den första perioden av dess drift var det planerat att antalet fungerande satelliter inte skulle överstiga 24. Gratiskoder tilldelades för nya GPS-satelliter i driftsättningsskedet. Och denna mängd räckte för systemets normala funktion. Men för närvarande finns det redan 32 satelliter i omloppsbana, varav 31 är i drift, och sänder en navigeringssignal till jorden.

Satelliternas "redundans" tillåter användaren att beräkna positionen under förhållanden där himlens "synlighet" begränsas av höghus, träd eller berg.

2.2 Marksegment

GPS-systemets marksegment består av 5 kontrollstationer och en huvudkontrollstation belägen vid amerikanska militärbaser - på öarna Kwajalein och Hawaii i Stilla havet, på Ascension Island, på ön Diego Garcia i Indiska oceanen och i Colorado Springs konverterade de till Figur 1. Övervakningsstationernas uppgifter inkluderar att ta emot och mäta navigationssignaler som kommer från GPS-satelliter, beräkna olika typer av fel och sända dessa data till kontrollstationen. Den gemensamma bearbetningen av mottagna data gör det möjligt att beräkna satellitbanornas avvikelse från de givna banorna, tidsförskjutningar av de ombordvarande klockorna och fel i navigationsmeddelanden. Övervakning av status för GPS-satelliter sker nästan kontinuerligt. "Nedladdningen" av navigationsdata, bestående av förutspådda banor och klockkorrigeringar för var och en av satelliterna, utförs var 24:e timme, i det ögonblick då den är i kontrollstationens åtkomstzon.

Förutom markbundna GPS-stationer finns det flera privata och offentliga nätverk spårning, som utför mätningar av GPS-navigeringssignaler för att förfina atmosfärens parametrar och satelliters banor.

Bild 1

2.3 Användarutrustning

Användarutrustning avser navigationsmottagare som använder signalen från GPS-satelliter för att beräkna aktuell position, hastighet och tid. Användarutrustning kan delas in i "hushåll" och "professionell". På många sätt är denna uppdelning villkorad, eftersom det ibland är ganska svårt att avgöra vilken kategori en GPS-mottagare ska tilldelas och vilka kriterier som ska användas. Det finns en hel klass av GPS-navigatorer som används för vandring, bilresor, fiske, etc. Det finns flyg- och sjöfartsnavigeringssystem, som ofta ingår i komplexa navigationssystem. På senare tid har GPS-chips använts flitigt, som är integrerade i handdatorer, telefoner och andra mobila enheter.

Därför, i navigering b O Uppdelningen av GPS-mottagare i "kod"- och "fas"-mottagare har blivit mer utbredd. I det första fallet används information som sänds i navigationsmeddelanden för att beräkna positionen. Denna kategori inkluderar de flesta billiga GPS-navigatorer, som kostar $ 100-2000.

Den andra kategorin av GPS-navigeringsmottagare använder inte bara data som finns i navigationsmeddelandena, utan också fasen för bärarsignalen. I de flesta fall är dessa dyra enkel- och dubbelfrekvens (L1 och L2) geodetiska mottagare som kan beräkna en position med en relativ noggrannhet på flera centimeter eller till och med millimeter. Denna noggrannhet uppnås i RTK-läge, genom att gemensamt bearbeta GPS-mottagarens mätningar och basstationsdata. Kostnaden för sådana enheter kan vara tiotusentals dollar.

3. Arbeta med GPS-navigator A

Grundprincipen bakom hela GPS-systemet är enkel och har länge använts för navigering och orientering: om du vet den exakta platsen för någon referenspunkt och avståndet till det, då kan du rita en cirkel (i det 3-dimensionella fallet, en sfär), på vilken punkten för din position ska vara placerad. I praktiken, om ovanstående avstånd, dvs. radien är tillräckligt stor, då kan du ersätta cirkelbågen med ett rakt linjesegment. Om du ritar flera sådana linjer som motsvarar olika referenspunkter, kommer punkten för deras skärningspunkt att indikera din plats. I GPS spelas rollen av sådana riktmärken av två dussin satelliter, som var och en rör sig i sin egen bana på en höjd av ~ 17 000 km över jordens yta. Hastigheten på deras rörelse är mycket hög, men parametrarna för omloppsbanan och deras nuvarande position är kända för omborddatorer med hög noggrannhet. En viktig del av alla GPS-navigatorer är en konventionell mottagare som arbetar med en fast frekvens och konstant " lyssnar” på signalerna som sänds av dessa satelliter. Var och en av satelliterna sänder ständigt ut en radiosignal, som innehåller data om parametrarna för dess omloppsbana, tillståndet för utrustningen ombord och den exakta tiden. Av all denna information är korrekt tidsdata ombord den viktigaste: GPS-mottagaren, med hjälp av sin inbyggda processor, beräknar tidsintervallet mellan att skicka och ta emot en signal och multiplicerar det sedan med hastigheten för utbredning av radiovågor, och så vidare. tar reda på avståndet mellan satelliten och mottagaren.

Idag kommer vi att prata om vad GPS är, hur detta system fungerar. Låt oss uppmärksamma utvecklingen av denna teknik, dess funktionella funktioner. Vi kommer också att diskutera vilken roll interaktiva kartor spelar i driften av systemet.

GPS historia

Historien om uppkomsten av ett globalt positioneringssystem, eller bestämning av koordinater, började i USA redan på det avlägsna 50-talet när den första sovjetiska satelliten sköts upp i rymden. Ett team av amerikanska forskare som övervakade uppskjutningen märkte att när satelliten flyttade iväg ändrade den sin signalfrekvens jämnt. Efter en djupgående analys av data kom de till slutsatsen att med hjälp av en satellit, mer detaljerat, dess plats och den emitterade signalen, är det möjligt att exakt bestämma platsen och hastigheten för en person på jorden, liksom som vice versa, hastigheten och platsen för en satellit i omloppsbana när man bestämmer den exakta personens koordinater. I slutet av sjuttiotalet lanserade det amerikanska försvarsdepartementet GPS-systemet för sina egna syften, och några år senare blev det tillgängligt för civilt bruk. Hur fungerar GPS-systemet nu? Precis som det fungerade på den tiden, enligt samma principer och grunder.

satellitnät

Mer än tjugofyra satelliter i jordens omloppsbana sänder ankarradiosignaler. Antalet satelliter varierar, men det finns alltid rätt antal i omloppsbana för att säkerställa oavbruten drift, plus att en del av dem är i reserv så att om den första misslyckas kommer de att ta över deras funktioner. Eftersom livslängden för var och en av dem är cirka 10 år lanseras nya, uppgraderade versioner. Satelliter roterar i sex banor runt jorden på en höjd av mindre än 20 tusen km, det bildar ett sammankopplat nätverk, som styrs av GPS-stationer. De sistnämnda är belägna på tropiska öar och är anslutna till den huvudsakliga kontaktpunkten i USA.

Hur fungerar en GPS-navigator?

Tack vare detta nätverk kan du ta reda på platsen genom att beräkna signalutbredningsfördröjningen från satelliterna och använda denna information för att bestämma koordinaterna. Hur fungerar GPS-systemet nu? Som alla navigationsnätverk i rymden är det helt gratis. Den fungerar med hög effektivitet i alla väderförhållanden och när som helst på dygnet. Det enda köpet du bör ha är själva GPS-navigatorn eller en enhet som stöder GPS-funktioner. Egentligen är navigatorns princip baserad på ett länge använt enkelt navigeringsschema: om du vet exakt platsen för markörobjektet som är mest lämplig för rollen som ett landmärke och avståndet från det till dig, rita en cirkel där markera din plats med en prick. Om cirkelns radie är stor, ersätt den med en rak linje. Rita flera sådana remsor från din möjliga plats mot markörerna, skärningspunkten för linjerna kommer att indikera dina koordinater på kartan. Ovanstående satelliter i det här fallet spelar bara rollen som dessa markörobjekt med ett avstånd på cirka 18 tusen km från din plats. Även om de kretsar i hög hastighet övervakas deras position ständigt. Varje navigator har en GPS-mottagare, som är programmerad till önskad frekvens och är i direkt interaktion med satelliten. Varje radiosignal innehåller en viss mängd kodad information, som inkluderar uttalanden om satellitens tekniska tillstånd, dess placering i jordens omloppsbana och tidszonen ( exakt tid). Förresten, information om den exakta tiden är den mest nödvändiga för att få data om dina koordinater: den pågående beräkningen av tidslängden mellan återkomst och mottagning av radiosignalen multipliceras med hastigheten på själva radiovågen, och med korttidsberäkningar beräknas avståndet mellan din navigationsenhet och satelliten i omloppsbana.

Synkroniseringssvårigheter

Baserat på denna navigeringsprincip kan det antas att för att exakt bestämma dina koordinater kanske du bara behöver två satelliter, baserat på signalerna för vilka det kommer att vara lätt att hitta skärningspunkten, och i slutändan - platsen där du är. Men tyvärr, tekniska skäl kräver användning av en annan satellit som markör. Huvudproblemet är GPS-mottagarens klocka, som inte tillåter tillräcklig synkronisering med satelliterna. Anledningen till detta är skillnaden i visning av tid (på din navigator och i rymden). Satelliter har dyra högkvalitativa atombaserade klockor, vilket gör att de kan hålla tiden med extrem noggrannhet, medan konventionella mottagare helt enkelt inte kan använda sådana kronometrar, eftersom dimensionerna, kostnaden och komplexiteten för driften inte skulle tillåta dem att användas överallt. Även ett litet fel på 0,001 sekunder kan förskjuta koordinaterna med mer än 200 km åt sidan!

Tredje markören

Så utvecklarna bestämde sig för att lämna kvar den vanliga tekniken för kvartsklockor i GPS-navigatorer och ta en annan väg, för att vara mer exakt - att använda tre respektive samma antal linjer för efterföljande korsning istället för två satellitlandmärken. Lösningen på problemet är baserad på en genialiskt enkel utväg: när alla linjer från de tre angivna markörerna skär varandra, även med möjliga felaktigheter, skapas en zon i form av en triangel, vars centrum tas som mitten. - din plats. Det låter dig också upptäcka skillnaden i tid mellan mottagaren och alla tre satelliterna (för vilka skillnaden kommer att vara densamma), vilket gör att du kan korrigera skärningen av linjerna exakt i mitten, med andra ord - detta bestämmer din GPS-koordinater.

En frekvens

Det bör också noteras att alla satelliter skickar information till din enhet på samma frekvens, och detta är ganska ovanligt. Hur fungerar en GPS-navigator och hur uppfattar den all information korrekt om alla satelliter kontinuerligt och samtidigt skickar information till den? Allt är ganska enkelt. För att bestämma sig själva skickar sändarna på satelliten även standardinformation i radiosignalen, som innehåller en krypterad kod. Den rapporterar satellitens maximala egenskaper och läggs in i din enhets databas, som sedan låter dig kontrollera data från satelliten med navigatorns databas. Även med i stort antal satelliter inom räckvidd mycket snabbt och enkelt kan de identifieras. Allt detta förenklar hela schemat och tillåter användning av mindre och svagare mottagningsantenner i GPS-navigatorer, vilket minskar kostnaderna och minskar designen och dimensionerna på enheter.

GPS-kartor

GPS-kartor laddas ner separat till din enhet då du själv påverkar valet av det område dit du vill röra dig. Systemet fastställer bara dina koordinater på planeten, och kartornas funktion är att återskapa på skärmen en grafisk version på vilken koordinaterna appliceras, vilket gör att du kan navigera i terrängen. Hur fungerar GPS i det här fallet? Gratis, det fortsätter att vara i denna status, kort i vissa onlinebutiker (och inte bara) betalas fortfarande. Ofta skapas separata applikationer för att arbeta med kartor för en enhet med en GPS-navigator: både betalda och gratis. Mångfalden av kartor överraskar glatt och låter dig lägga upp vägen från punkt A till punkt B så informativt som möjligt och med alla bekvämligheter: vilka sevärdheter du kommer att passera, den kortaste vägen till din destination, röstassistent anger riktningen och andra.

Ytterligare GPS-utrustning

GPS-systemet används för mer än att bara peka dig i rätt riktning. Den låter dig spåra ett objekt, som kan innehålla en så kallad beacon, eller en GPS-spårare. Den består av själva signalmottagaren och en sändare baserad på gsm, 3gp eller andra kommunikationsprotokoll för att överföra information om var ett objekt befinner sig i servicecenter utövar kontroll. De används i många branscher: säkerhet, medicinsk, försäkring, transport och många andra. Det finns även bilspårare som ansluter exklusivt till bilen.

Resa utan problem

För varje dag som går går kartans och den permanenta kompassens betydelse längre och längre in i det förflutna. Modern teknik låt en person bana väg för sin resa med minimal förlust av tid, ansträngning och pengar, samtidigt som du ser de mest spännande och intressanta platserna. Det som var en fantasi för ungefär ett sekel sedan har blivit verklighet idag, och nästan alla kan dra nytta av det: från militären, sjömän och flygpiloter till turister och kurirer. Nu blir användningen av dessa system för den kommersiella, underhållnings-, reklamindustrin stor popularitet, där varje entreprenör kan peka sig själv på den globala kartan över världen, och det kommer inte att vara svårt att hitta honom alls. Vi hoppas att den här artikeln har hjälpt alla som är intresserade av GPS - hur det fungerar, på vilken grund bestäms koordinaterna, vilka är dess styrkor och svagheter.

Många bilägare använder navigatorer i sina bilar. Vissa av dem är dock inte medvetna om att det finns två olika satellitsystem – det ryska GLONASS och det amerikanska GPS. Från den här artikeln kommer du att lära dig vad som är deras skillnader och vilken som bör föredras.

Hur navigationssystemet fungerar

Navigationssystemet används främst för att bestämma platsen för ett objekt (i detta fall en bil) och dess hastighet. Ibland krävs det också att bestämma några andra parametrar, till exempel höjd över havet.

Hon beräknar dessa parametrar genom att ställa in avståndet mellan själva navigatorn och var och en av flera satelliter som befinner sig i jordens omloppsbana. Som regel för effektivt arbete systemet behöver synkroniseras med fyra satelliter. Genom att ändra dessa avstånd bestämmer den objektets koordinater och andra egenskaper hos rörelsen. GLONASS-satelliter är inte synkroniserade med jordens rotation, vilket säkerställer deras stabilitet under en lång tidsperiod.

Video: GlonaSS vs GPS

Vad är bättre GLONASS eller GPS och vad är deras skillnad

Navigationssystem antog i första hand deras användning för militära ändamål och blev först då tillgängliga för vanliga medborgare. Självklart måste militären använda utvecklingen av sin egen stat, eftersom ett utländskt navigationssystem kan stängas av av myndigheterna i detta land i händelse av konfliktsituation. Dessutom efterlyser de i Ryssland användning av GLONASS-systemet i vardagen av militärer och tjänstemän.

I vardagen bör en vanlig bilist inte alls oroa sig för valet av ett navigationssystem. Både GLONASS och ger navigeringskvalitet tillräcklig för dagligt bruk. I de norra territorierna i Ryssland och andra stater som ligger på nordliga breddgrader fungerar GLONASS-satelliter mer effektivt på grund av att deras banor är högre över jorden. Det vill säga, i Arktis, i de skandinaviska länderna är GLONASS mer effektivt, och det insåg svenskarna redan 2011. I andra regioner är GPS något mer exakt än GLONASS vid positionsbestämning. Enligt ryska systemet differentiell korrigering och övervakning av GPS-fel varierade från 2 till 8 meter, GLONASS-fel från 4 till 8 meter. Men GPS, för att bestämma platsen måste du fånga från 6 till 11 satelliter, GLONASS räcker för 6-7 satelliter.

Det bör också noteras att GPS-systemet dök upp 8 år tidigare och gick in i en rejäl lucka på 90-talet. Och under det senaste decenniet har GLONASS minskat denna klyfta nästan helt, och 2020 lovar utvecklarna att GLONASS inte kommer att vara sämre än GPS i någonting.

De flesta av de moderna är utrustade med ett kombinerat system som stöder både det ryska satellitsystemet och det amerikanska. Det är dessa enheter som är mest exakta och har det lägsta felet vid bestämning av bilens koordinater. Stabiliteten hos de mottagna signalerna ökar också, eftersom en sådan enhet kan "se" fler satelliter. Å andra sidan är priserna för sådana navigatorer mycket högre än motsvarigheter med ett enda system. Det är förståeligt - två chips är inbyggda i dem, som kan ta emot signaler från varje typ av satellit.

Video: test av GPS och GPS + GLONASS-mottagare Redpower CarPad3

Således är de mest exakta och pålitliga navigatorerna enheter med dubbla system. Men deras fördelar är förknippade med en betydande nackdel - kostnad. Därför, när du väljer, måste du tänka - behövs en sådan hög noggrannhet i dagligt bruk? Dessutom, för en enkel bilentusiast är det inte särskilt viktigt vilket navigationssystem som ska användas - ryskt eller amerikanskt. Varken GPS eller GLONASS låter dig gå vilse och ta dig till önskad destination.

Artikeln överväger principen för drift, sammansättning och funktioner för GPS-satellitpositioneringssystemet (English Global Positioning System).
GPS-navigationssystemet (Global Positioning System) är en del av NAVSTAR-komplexet, som utvecklas, implementeras och drivs av det amerikanska försvarsdepartementet. Utvecklingen av NAVSTAR-komplexet (NAVigation Satellites providing Time And Range – ett navigationssystem för att bestämma tid och räckvidd) påbörjades redan 1973, och redan den 22 februari 1978 gjordes den första provuppskjutningen av komplexet, och i mars 1978 började NAVSTAR-komplexet fungera. Den första testsatelliten lanserades den 14 juli 1974, och den sista av de 24 satelliterna som krävs för full jordtäckning lanserades 1993. Civilt segment av militären satellitnät NAVSTAR kallas vanligtvis förkortningen för GPS, och den kommersiella driften av systemet i sin nuvarande form började 1995.
Mer än 20 år efter testlanseringen av GPS-systemet och 5 år efter den kommersiella driften av GPS Global Positioning System, den 1 maj 2000, upphävde det amerikanska försvarsdepartementet de särskilda villkoren för att använda GPS-systemet som fanns tills dess. Den amerikanska militären stängde av störningar (SA - selektiv tillgänglighet), vilket på konstgjord väg minskar noggrannheten hos civila GPS-mottagare, varefter noggrannheten för att bestämma koordinater med hjälp av hushållsnavigatorer ökade med minst 5 gånger. Efter att amerikanerna avbröt den selektiva åtkomstregimen, var noggrannheten i att bestämma koordinater med den enklaste civila GPS-navigator sträcker sig från 5 till 20 meter (höjden bestäms med en noggrannhet på 10 meter) och beror på förhållandena för att ta emot signaler vid en viss punkt, antalet synliga satelliter och ett antal andra orsaker. Ovanstående siffror motsvarar den samtidiga mottagningen av en signal från 6-8 satelliter. De flesta moderna GPS-mottagare har en 12-kanals mottagare som låter dig bearbeta information från 12 satelliter samtidigt. Den militära tillämpningen av navigering baserad på NAVSTAR ger en storleksordning högre noggrannhet (upp till flera millimeter) och är försedd med en krypterad P (Y)-kod. Information i C/A-kod (standardprecision) som överförs med L1 distribueras fritt, kostnadsfritt, utan användningsbegränsningar.

Grunden för GPS-systemet är navigationssatelliter som rör sig runt jorden i 6 cirkulära banor (4 satelliter i varje), på en höjd av 20180 km. GPS-satelliter kretsar runt jorden på 12 timmar, deras vikt i omloppsbana är cirka 840 kg, deras dimensioner är 1,52 m breda och 5,33 m långa, bl.a. solpaneler producerar 800 watt effekt. 24 satelliter ger 100 % funktionalitet för GPS-navigeringssystemet var som helst i världen. Det maximala antalet satelliter som kan arbeta samtidigt i NAVSTAR-systemet är begränsat till 37. Det finns för närvarande 32 satelliter i omloppsbana, 24 primära och 8 backup i händelse av fel.

Orbitalkonstellationen övervakas från Master Control Station (MCS) belägen vid Schriver Air Force Base, pc. Colorado, USA. Den styr GPS-navigeringssystemet i global skala. Schriever Air Force Base är hem för US 50th Space Command, en division av US Aerospace Forces Command.

Markdelen av GPS-systemet består av tio spårningsstationer belägna på öarna Kwajalein och Hawaii i Stilla havet, på Ascension Island, på ön Diego Garcia i Indiska oceanen och även i Colorado Springs, i Cape Canaverel, st. Florida, etc. Antalet markstationer växer ständigt, alla spårningsstationer använder GPS-mottagare för att passivt spåra navigationssignalerna för alla satelliter. Informationen från observationsstationerna bearbetas vid huvudkontrollstationen MCS och används för att uppdatera satellitens efemeri. Navigationsdata, bestående av förutspådda banor och klockkorrigeringar, laddas ner för varje satellit var 24:e timme.

Bestämning av koordinater och GPS-navigering.
Grunden för idén att bestämma koordinaterna för en GPS-mottagare är att beräkna avståndet från den till flera satelliter, vars plats anses vara känd. Att bestämma GPS-mottagarens plats i rymden baseras på algoritmen för att mäta avståndet från observationspunkten till satelliten. Räckvidden baseras på beräkning av avståndet från tidsfördröjningen av utbredningen av en radiosignal från en satellit till en mottagare. Om du känner till utbredningstiden för en radiosignal är vägen den har färdats lätt att beräkna. Mottagare arbetar i passivt läge och beräknar sina koordinater, men det betyder inte alls att koordinaterna för GPS-mottagaren kommer att vara kända för någon annan än dess ägare. Varje satellit i GPS-systemet genererar kontinuerligt radiovågor med två frekvenser - L1=1575.42MHz och L2=1227.60MHz. Varje GPS-mottagare har sin egen oscillator, som arbetar på samma frekvens och modulerar signalen enligt samma lag som satellitens oscillator. Sålunda, från fördröjningstiden mellan samma sektioner av koden som tas emot från satelliten och genereras oberoende, är det möjligt att beräkna signalutbredningstiden och följaktligen avståndet till satelliten.
Det största problemet med att beräkna avståndet till en GPS-satellit är relaterat till synkroniseringen av klockorna på satelliten och i mottagaren. Även ett litet fel kan leda till ett stort fel vid bestämning av avståndet. Varje satellit har en atomklocka med hög precision ombord, som är omöjlig att bygga in i en konventionell GPS-mottagare. För att korrelera tidsfel och undvika enorma positioneringsfel, introducerade GPS-systemet principen om redundans för att bestämma tredimensionella koordinater på jordens yta. GPS-mottagaren använder signalerna från inte tre, utan minst fyra satelliter och, baserat på hjälpsignaler, gör alla nödvändiga justeringar av klockans funktion. Förutom navigationssignaler sänder satelliten kontinuerligt olika serviceinformation. GPS-mottagaren tar till exempel emot efemeris (exakta data om satellitens omloppsbana), en prognos för utbredningsfördröjningen av radiosignalen i jonosfären, samt information om satellitens hälsa (den så kallade "almanackan", innehållande information om status och banor för alla satelliter som uppdateras var 12,5:e minut). Dessa data sänds med 50 bit/s på L1- eller L2-frekvenser.

Låt oss beteckna avståndet till GPS-systemets navigationssatelliter som A, B och C. Låt oss anta att avståndet A till en satellit är känt. I detta fall kan koordinaterna för GPS-mottagaren inte bestämmas, eftersom den kan placeras var som helst i sfären med radie A omskriven runt satelliten. Om mottagarens avstånd B från den andra satelliten är känt, är det inte heller möjligt att bestämma koordinaterna - objektet är någonstans på cirkeln (visas i blått), vilket är skärningspunkten mellan två sfärer. Det kända avståndet C till den tredje satelliten minskar osäkerheten i koordinater till två punkter (indikeras med röda punkter). Detta är redan tillräckligt för att entydigt bestämma koordinaterna för GPS-mottagaren. Trots det faktum att vi har två punkter med koordinater, är bara en på jordens yta, och den andra, falsk, är antingen djupt inne i jorden eller mycket högt över dess yta. Således, teoretiskt, för tredimensionell GPS-navigering räcker det att känna till avstånden från mottagaren till tre satelliter, men, som vi redan har sagt, använder GPS-mottagaren signalerna från inte tre, utan minst fyra satelliter och, baserad på hjälpsignaler, gör alla nödvändiga justeringar för att förbättra navigeringsnoggrannheten.
Nackdelarna med GPS-navigering är att signalen under vissa förhållanden kanske inte når GPS-mottagaren, så det är nästan omöjligt att bestämma din exakta position i djupet av en lägenhet inne i en armerad betongbyggnad, i en källare eller i en tunnel . Driftsfrekvensen för GPS ligger inom decimeterns radiovågsintervall, så nivån på signalmottagningen från satelliter kan försämras under täta lövverk av träd, i områden med tät stadsutveckling eller på grund av tunga moln, och detta kommer att påverka positioneringsnoggrannheten. Magnetiska stormar och markbaserade radiokällor kan också störa normal GPS-mottagning. Kartor designade för GPS-navigering blir snabbt föråldrade och kanske inte är korrekta, så du måste lita på inte bara GPS-mottagarens data utan också dina egna ögon. Det är särskilt värt att notera att driften av det globala GPS-navigationssystemet är helt beroende av USA:s försvarsdepartement och man kan inte vara säker på att USA när som helst inte kommer att slå på störningar (SA - selektiv tillgänglighet) eller till och med stänga av helt. den civila GPS-sektorn både i en viss region och och generellt sett. Det har redan kommit sökande. Som tur är har GPS ett alternativ i form av navigationssystem GLONASS (Ryssland) och Galileo (EU), som borde få stor spridning i framtiden.

Navigation är definitionen av koordinattidsparametrar för objekt.

Det första effektiva sättet att navigera var positionering av synliga himlakroppar (sol, stjärnor, måne). En annan enklaste metod för navigering är georeferencing, dvs. positionering i förhållande till kända landmärken (vattentorn, kraftledningar, motorvägar och järnvägar och så vidare.).

Navigations- och positioneringssystem är utformade för att ständigt övervaka objektens position (tillstånd). För närvarande finns det två klasser av navigations- och positioneringshjälpmedel: terrestra och rymd.

Markbaserade inkluderar stationära, bärbara och bärbara system, komplex, markspaningsstationer, andra sätt att navigera och positionera. Principen för deras funktion är att styra radioluften med hjälp av speciella antenner anslutna till avsökningsradiostationer, och att isolera radiosignaler som sänds ut av radiosändare av spårningsobjekt eller sänds ut av komplexet (stationen) själv och reflekteras från spårningsobjektet eller från en speciell tagg eller inbyggd kodsensor (CBD) placerad på föremålet. När du använder denna typ tekniska medel det är möjligt att få information om koordinaterna för det kontrollerade objektets plats, riktning och hastighet. Om det finns ett speciellt märke eller CBD på spårningsobjekten, tillåter identifieringsanordningar som är anslutna till systemen inte bara att markera platsen för övervakade objekt på en elektronisk karta, utan också särskilja dem i enlighet därmed.

Rymdnavigering och positioneringssystem är indelade i två typer.

Den första typen av rymdnavigering och positioneringssystem kännetecknas av användningen av speciella sensorer på mobila spårningsobjekt - sasom GLONASS (Ryssland) eller GPS (USA). Navigationsmottagare för mobila spårningsobjekt tar emot en radiosignal från navigationssystemet, som innehåller koordinaterna (ephemeris) för satelliterna i omloppsbana och tidsreferensen. Navigationsmottagarens processor, enligt data från satelliter (minst tre), beräknar den geografiska latitud och longitud för sin plats (mottagare). Denna information (geografiska koordinater) kan visualiseras både på själva navigationsmottagaren, i närvaro av en informationsutmatningsenhet (display, monitor) och vid spårningspunkten, när den sänds från navigationsmottagaren för ett rörligt föremål via radio kommunikation (radiell, konventionell, trunking, cellulär, satellit).

Den andra typen av rymdnavigering och positioneringssystem kännetecknas av att skanna mottagning (bäring) i omloppsbana av signaler som kommer från radiofyrar installerade på spårningsobjektet. En satellit som tar emot signaler från radiofyrar ackumuleras som regel först och sänder sedan vid en viss punkt i omloppsbanan information om spårningsobjekt till ett markdatabehandlingscenter. Samtidigt ökar informationsleveranstiden något.

Satellitnavigeringssystem tillåter:

• utföra kontinuerlig övervakning och spårning av alla rörliga föremål;
• visa på den elektroniska kartan för avsändaren koordinaterna, rutten och hastigheten för rörelse för kontroll- och spårningsobjekt (med en noggrannhet för att bestämma koordinater och höjd över havet upp till 100 m, och i differentialläge - upp till 2 ... 5 m);
• reagera omedelbart på nödsituationer (ändringar i förväntade parametrar vid kontroll- och spårningsobjektet eller i dess rutt- och trafikschema, SOS-signal, etc.);
• optimera rutter och scheman för förflyttning av kontroll- och spårningsobjekt.

För närvarande kan funktionerna hos specialiserade navigations- och positioneringssystem (automatisk spårning av den aktuella platsen för abonnentenheter, kommunikationsterminaler för att säkerställa roaming och tillhandahålla kommunikationstjänster) utföras med relativ noggrannhet via satellit och mobil (om tillgänglig på basstationer positioneringsutrustning) radiokommunikationssystem.

Bred introduktion av navigations- och positioneringssystem, omfattande installation av lämplig utrustning i nätverk cellulär kommunikation Ryssland för att bestämma och ständigt övervaka platsen för operativa sändare, patruller, fordon och andra föremål av intresse för organen för inre angelägenheter, kan avsevärt utöka möjligheterna för brottsbekämpning.

Den grundläggande principen för positionering med hjälp av satellitnavigeringssystem är användningen av satelliter som referenspunkter.

För att bestämma latitud och longitud för en marksänd mottagare måste mottagaren ta emot signaler från minst tre satelliter och känna till deras koordinater och avståndet från satelliterna till mottagaren (Fig. 6.8). Koordinaterna mäts i förhållande till jordens centrum, som har koordinaten (0, 0, 0).

Avståndet från satelliten till mottagaren beräknas utifrån den uppmätta signalutbredningstiden. Dessa beräkningar är inte svåra att utföra, eftersom det är känt att elektromagnetiska vågor fortplantar sig med ljusets hastighet. Om koordinaterna för tre satelliter och avstånden från dem till mottagaren är kända, kan mottagaren beräkna en av två möjliga platser i rymden (punkterna 1 och 2 i fig. 6.8). Vanligtvis kan mottagaren avgöra vilken av de två punkterna som är giltig, eftersom ett lägesvärde har ett meningslöst värde.

Ris. 6.8. Positionsbestämning genom signaler från tre satelliter

I praktiken, för att eliminera generatorns klockfel, som påverkar noggrannheten av tidsskillnadsmätningar, är det nödvändigt att känna till platsen och avståndet till den fjärde satelliten (Fig. 6.9).

Ris. 6.9. Positionsbestämning genom signaler från fyra satelliter

För närvarande finns det två satellitnavigeringssystem - GLONASS och GPS - som används aktivt.

Satellitnavigeringssystem inkluderar tre komponenter (Fig. 6.10):

• rymdsegment, som inkluderar en omloppskonstellation av konstgjorda jordsatelliter (med andra ord, rymdfarkoster);
• kontrollsegment, markkontrollkomplex (GCC) av rymdfarkostens orbitalkonstellation;
• systemanvändarutrustning.

Ris. 6.10. Sammansättning av satellitnavigeringssystem

Rymdsegmentet i GLONASS-systemet består av 24 navigeringsfarkoster (NSV) placerade i cirkulära banor med en höjd av 19 100 km, en lutning på 64,5 ° och en omloppsperiod på 11 h 15 min i tre omloppsplan (Fig. 6.11). Varje orbitalplan rymmer 8 satelliter med en enhetlig latitudförskjutning på 45°.

Rymdsegmentet i GPS-navigationssystemet består av 24 huvudsatelliter och 3 reservsatelliter. Satelliterna befinner sig i sex cirkulära banor med en höjd av cirka 20 000 km, en lutning på 55°, jämnt fördelade i longitud med 60° intervall.

Ris. 6.11. Banor för GLONASS- och GPS-satelliter

Segmentet av markkontrollkomplexet i GLONASS-systemet utför följande funktioner:

• efemeri och tidsfrekvensstöd;
• övervakning av radionavigering;
• radiotelemetrisk övervakning av NSC;
• kommando- och mjukvaruradiostyrning av NSC.

För att synkronisera tidsskalorna för olika satelliter med erforderlig noggrannhet används cesiumfrekvensstandarder med en relativ instabilitet i storleksordningen 10 -13 s ombord på NSC. Markkontrollkomplexet använder en vätestandard med en relativ instabilitet på 10 -14 s. Dessutom inkluderar GCC organ för att korrigera satellittidsskalor i förhållande till referensskalan med ett fel på 3-5 ns.

Marksegmentet ger efemeristöd för satelliterna. Detta innebär att parametrarna för satellitrörelser bestäms på marken och värdena för dessa parametrar förutsägs under en förutbestämd tidsperiod. Parametrarna och deras prognos är inbäddade i navigationsmeddelandet som sänds av satelliten tillsammans med sändningen av navigationssignalen. Detta inkluderar även tids-frekvenskorrigeringar av satellitens inbyggda tidsskala i förhållande till systemtiden. Mätning och förutsägelse av satellitens rörelseparametrar utförs i systemets ballistiska centrum baserat på resultaten av banamätningar av avståndet till satelliten och dess radiella hastighet.

Systemanvändarutrustningen är en radioteknisk anordning utformad för att ta emot och bearbeta radionavigeringssignaler från rymdfarkoster för att bestämma rumsliga koordinater, komponenter i rörelsehastighetsvektorn och korrigera tidsskalorna för användaren av det globala satellitnavigeringssystemet.

Mottagaren bestämmer platsen för konsumenten, som väljer bland alla observerade satelliter de mest fördelaktiga när det gäller att säkerställa navigeringsnoggrannhet. Enligt avstånden till de valda satelliterna bestämmer den konsumentens longitud, latitud och höjd, såväl som parametrarna för dess rörelse: riktning och hastighet. Den mottagna datan visas på displayen i form av digitala koordinater, eller visas på en karta som tidigare kopierats till mottagaren.

Mottagare av satellitnavigeringssystem är passiva, d.v.s. de avger inga signaler och har ingen omvänd kommunikationskanal. Detta gör att du kan ha ett obegränsat antal konsumenter av navigationssystem.

För närvarande har system för övervakning av objekts rörelser baserade på satellitnavigeringssystem blivit utbredda. Strukturen för ett sådant system visas i fig. 6.12.

Ris. 6.12. Uppbyggnad av övervakningssystemet

Navigationsmottagare installerade på spårningsobjekten tar emot signaler från satelliter och beräknar deras koordinater. Men eftersom navigationsmottagare är passiva enheter, är det nödvändigt att tillhandahålla ett system för att överföra de beräknade koordinaterna till övervakningscentralen i systemet. VHF-radiomodem, GSM/GPRS/EDGE-modem (2G-nätverk), tredje generationens nätverk som arbetar med UMTS/HSDPA-protokollen, CDMA-modem, satellitkommunikationssystem etc. kan fungera som medel för att överföra data om koordinaterna för objektet för observation.

Övervakningscentret för ett satellitnavigerings- och övervakningssystem är utformat för att övervaka objekt på vilka navigations- och kommunikationsutrustning är installerad (innesluten) för att kontrollera dess individuella parametrar (plats, hastighet, rörelseriktning) och fatta beslut om vissa åtgärder.

Övervakningscentret innehåller informationsbearbetningsverktyg för programvara och hårdvara som tillhandahåller:

• mottagning, bearbetning och lagring av information som kommer från observationsobjekt;
• visa på den elektroniska kartan över området information om platsen för observationsobjekt.

Navigations- och övervakningssystemet för organen för inre angelägenheter löser följande uppgifter:

• säkerställa automatiserad kontroll av personalen på tjänsteenheten för placering av fordonsbesättningar;
• förse tjänstgörande personal med information om var fordonen befinner sig för att fatta ledningsbeslut när de organiserar ett snabbt svar på incidenter inom ansvarsområdet;
• visa i ett grafiskt format av information om positionering av fordon och annan serviceinformation på en automatiserad arbetsplats operatör;
• bildande och lagring av ett arkiv om färdvägar för fordonsbesättningar under deras tjänstgöring;
• utfärdande av statistiska rapporter om uppfyllandet av normerna för obligatorisk utplacering av styrkor och medel under tjänstgöringsskiftet, sammanfattande parametrar för effektiviteten i användningen av styrkor och medel, indikatorer för kontroll av ansvarsområden.

För att säkerställa hög tillförlitlighet och tillförlitlighet för överföringen av övervakningsinformation från motorfordonsutrustningen ombord i enheterna vid Rysslands inrikesministerium till vakterna i tjänst, är det nödvändigt att använda en backup-dataöverföringskanal som en del av systemet, som kan användas som