Atomikellojen kehittämisen myötä vuonna 1960 tuli mahdolliseksi käyttää tarkasti synkronoitujen koodattujen signaalilähettimien verkkoa navigointitarkoituksiin. Vuonna 1964 Yhdysvaltain ilmavoimat alkoivat kehittää ja testata näennäissatunnaisilla kohinakoodeilla moduloitujen laajakaistaisten signaalien käyttöä paikannukseen. Vuonna 1973 ilmavoimien ohjelmat yhdistettiin yhteiseksi tekninen ohjelma"Navstar-GPS". Mutta järjestelmä otettiin täysin käyttöön vasta vuonna 1995. Nykyään GPS (Global Positioning System) sisältää yli 30 keinotekoiset satelliitit Maapallo. Noin 100 yritystä valmistaa 600 erilaista vastaanottolaitetta, joita käytetään monenlaisilla ihmisen toiminnan aloilla: lentoliikenteestä rakentamiseen ja maatalouteen. GPS-tuotteiden maailmanlaajuiset myyntimarkkinat ovat noin 20 miljardia dollaria.
GPS on suunniteltu kolmen sijaintikoordinaatin erittäin tarkkaan määrittämiseen, jotka muodostavat erilaisten liikkuvien kohteiden nopeus- ja aikavektorit. Yhdysvallat tarjoaa järjestelmän vakiotila siviili-, kaupalliseen ja tieteelliseen käyttöön ilman erityismaksua. Avaruussegmentin muodostaa 31 avaruusaluksen kiertorataryhmä, jotka sijaitsevat 6 pyöreällä kiertoradalla, joiden korkeus on noin 20 tuhatta km. Avaruusaluksen kiertoaika on 12 tuntia.
SNS GLONASS
Kotimaisen keskikiertoradan navigointijärjestelmän lentokokeet alkoivat lokakuussa 1982 Cosmos 1413 -satelliitin laukaisulla. Vuonna 1995 GLONASS SNS:n käyttöönotto 24 avaruusaluksen koko joukkoon saatiin päätökseen.
GLONASS-järjestelmää voidaan perustellusti kutsua Venäjän omaisuudeksi, koska vain kahdella maalla maailmassa - USA:lla ja Venäjällä - oli varaa tällaiseen. Valitettavasti venäläisten avaruusalusten toiminta-aika kiertoradalla oli lyhyempi kuin amerikkalaisilla, joten huonon rahoituksen olosuhteissa GLONASS-satelliittien laivasto pieneni 10-12 yksikköön huolimatta siitä, että kiertoradalla tarvittava vähimmäismäärä avaruusaluksia oli luotettavasti. määrittää esineiden sijainti on 18 avaruusalusta. Asiaa pahensi venäläisten vastaanottimien puute tavallisen kuluttajan saatavilla. Tämän seurauksena Yhdysvallat hyötyi vastaavasta GPS-järjestelmät, ja Venäjä kärsi tappioita. SISÄÄN viime vuodet tilanne alkoi muuttua parempaan suuntaan: venäläisiä avaruusaluksia, joiden käyttöikä on pidempi (7-9 vuotta), lähetetään kiertoradalle; vuoteen 2007 mennessä tehtiin päätös nostaa avaruuskonstellaatio vaadittuun vähimmäismäärään 18 avaruusalusta; Olemme myös perustamassa vastaanottolaitteiden tuotantoa.
Toisen sukupolven GLONASS SNS:n päätarkoitus on maan päällä olevien liikkuvien kohteiden globaali operatiivinen navigointi: maa (maa, meri, ilma) ja matalan kiertoradan avaruus. Eli mikä tahansa esine (laiva, lentokone, auto tai vain jalankulkija) missä tahansa paikassa missä tahansa ajanhetkellä pystyy määrittämään liikkeensä parametrit muutamassa sekunnissa - kolme koordinaattia ja kolme nopeuden komponenttia vektori.
GLONASS käyttää avaruusaluksia pyöreillä geosentrisillä kiertoradoilla, joiden korkeus on 19 100 km maanpinnan yläpuolella. Avaruusaluksen kiertoaika on 11 tuntia 15 minuuttia. Atomitaajuusstandardien käytön ansiosta avaruusaluksen aika- ja taajuusstandardeissa järjestelmä varmistaa kiertorataryhmän lähettämien radiosignaalien keskinäisen synkronoinnin. Liikkuva kohde vastaanottaa signaaleja vähintään neljältä radionäkyvältä satelliitilta ja sitä käytetään vähintään neljän pseudoetäisyyden ja radiaalisen pseudonopeuden mittaamiseen. Kustakin avaruusaluksesta saadut mittaustulokset ja ”efemeriditiedot” mahdollistavat kolmen koordinaatin ja kolmen nopeusvektorin komponentin määrittämisen sekä kohteen aika-asteikon poikkeaman suhteessa avaruusaluksen aika-asteikkoon.
8.8. Kohteiden koordinaattien määrityksen tarkkuus
Pohjimmiltaan kohteiden koordinaattien määrittämisen tarkkuus GPS:n ja GLONASSin avulla on suunnilleen sama. GPS-järjestelmän signaalit lähetetään taajuuksilla 1227 MHz ja 1575 MHz ja GLONASS - 1250 MHz ja 1600 MHz ja ne on koodattu järjestämään niin sanottu "selektiivinen (selektiivinen) pääsy". Molemmat signaalit käyttävät kahta koodia. Ensimmäistä niistä kutsutaan "helposti havaittavaksi" GPS:ssä ja "standarditarkkoksi" GLONASSissa. GPS:n toista koodia kutsutaan "suljetuksi" (GLONASSissa - " korkean tarkkuuden") ja se on tarkoitettu valtuutettuun käyttöön.
Yrittääkseen tehdä GPS:stä ei-vaihtoehtoinen satelliittinavigointijärjestelmä käyttäjille ympäri maailmaa, Valkoisen talon lehdistöpalvelu julkaisi 1. toukokuuta 2000 lausunnon kansallisen GPS-GPS-järjestelmän valikoivan pääsyjärjestelmän käytön lopettamisesta, mutta Yhdysvaltain viranomaiset säilyttivät oikeuden palauttaa se valikoivasti harkintansa mukaan. alueellisella pohjalla. UPS kohteiden koordinaattien määrittämiseen sekä SNS GPS:n että GLONASSin avulla on alueella 5-40 m, UPS nopeuden mittaamiseen on 0,04-0,2 solmua, korkeudet 8-60 m.
On selvää, että joidenkin ongelmien ratkaisemiseksi tällaista tarkkuutta ei voida pitää tyydyttävänä, joten otettiin käyttöön keskikiertoradan satelliittien differentiaalinen toimintatapa. Tämän tilan ydin on, että SNS:n avulla tapahtuvan sijainnin määrittämisen virhe voidaan pienentää kymmeniin senttimetreihin mittaamalla ja lähettämällä nopeasti erityiskorjauksia, jotka vastaanotetaan automaattisesti ja otetaan huomioon SNS-palvelun kuluttajan laitteessa. Korjaukset kannattaa mitata paikallaan olevista kohteista, ja etäisyys ja aika niiden tuomiseksi kuluttajalle eivät saisi ylittää 500 km ja 20 minuuttia (ns. tila- ja ajallinen korrelaatiotaso johtuen). Tällaiset kiinteät esineet osoittautuivat merien ja valtamerten rannikoilla sijaitseviksi radiomajakoiksi. Vastaavien laitteiden asennus on aloitettu Venäjällä. Liikkuminen Pietarin satamaan johtavaa keinotekoista kanavaa pitkin varmistetaan SNS:n differentiaalimoodilla, jonka signaalien korjauksia lähettää Suomenlahden rannalla sijaitseva Shepelevsky-radiomajakka.
SNS:n differentiaalitilan käytön seurauksena tuli periaatteessa mahdolliseksi ohjata mitä tahansa ajoneuvoa(ilma-aluksesta ja autosta laivaan) laitoksen ulkopuolella sijaitsevan operaattorin toimesta.
Projekti Galileo
Euroopan unionin maat ovat alkaneet ottaa käyttöön maailmanlaajuista siviilisatelliittia Galileoa, joka perustuu omiin satelliitteihinsa. Sen oletetaan olevan:
1. riippumaton GPS:stä, mutta vuorovaikutuksessa sen kanssa;
2. hallinnoidaan kansainvälisessä valvonnassa (Yhdysvallat yrittää saada täyden tai osittaisen hallinnan tähän järjestelmään);
3. Tarkempi ja helppopääsyisempi, pystyy nopeasti havaitsemaan ja ilmoittamaan järjestelmäelementtien toimintahäiriöistä;
4. kustannustehokas;
5. avoin muiden kumppanien, erityisesti Venäjän, osallistumiselle (viime aikoina osallistumistamme hankkeeseen ei ole otettu vastaan).
Ensimmäinen avaruusalus laukaistiin vuonna 2004, ja järjestelmän odotetaan alkavan vuonna 2008. Asiantuntijoiden mukaan Galileo-ohjelman työkustannukset vuoteen 2008 asti ovat 2,5-3 miljardia dollaria ja vuotuinen takaisinmaksu vuoden 2008 jälkeen 150-210 miljoonaa dollaria.
Galileon on tarkoitus lähettää yksi julkinen OAS (Open Access Service) -signaali ja yksi tai kaksi valvotun pääsyn CAS (Controlled Access Service) -signaalia. OAS-signaalin on oltava sama kuin GPS ja sen tarkkuus on noin 10 m. Nämä tiedot pysyvät ilmaisina niin kauan kuin GPS on vapaana. CAS-signaalit ovat maksullisia, salattuja, kaupallisen yrityksen ohjaamia, ja ne on tarkoitettu enemmän tarvitseville kuluttajille korkeatasoinen tarkkuus, eheys ja luottamus elämän tukemiseen ja muihin erikoissovelluksiin.
CAS:ssa puolestaan kaksi tasoa on mahdollista. CAS-1 on avoinna yleisölle maksua vastaan, kun taas CAS-2 on saatavilla vain valtion asiakkaille. Järjestelmän oletetaan mahdollistavan sijainninmäärityksen 3-4 metrin tarkkuudella.
Alueen paperikartat on korvattu sähköisillä kartoilla, joilla navigointi tapahtuu GPS-satelliittijärjestelmän avulla. Tästä artikkelista opit, milloin satelliittinavigointi ilmestyi, mitä se on nyt ja mikä sitä odottaa lähitulevaisuudessa.
Ensimmäiset edellytykset
Toisen maailmansodan aikana Yhdysvaltain ja Ison-Britannian laivueilla oli voimakas valttikortti - radiomajakoita käyttävä LORAN-navigointijärjestelmä. Vihollisuuksien päätyttyä "länsimielisten" maiden siviilialukset saivat teknologian käyttöönsä. Vuosikymmen myöhemmin Neuvostoliitto otti käyttöön vastauksensa - radiomajakoihin perustuva Chaika-navigointijärjestelmä on edelleen käytössä.
Mutta maalla navigoinnissa on merkittäviä haittoja: epätasaisesta maastosta tulee este, ja ionosfäärin vaikutus vaikuttaa negatiivisesti signaalin lähetysaikaan. Jos navigointiradiomajakan ja laivan välinen etäisyys on liian suuri, koordinaattien määrittelyvirhe voidaan mitata kilometreissä, mikä ei ole hyväksyttävää.
Maan päällä olevat radiomajakat korvattiin satelliittinavigointijärjestelmillä sotilaallisiin tarkoituksiin, joista ensimmäinen, American Transit (toinen nimi NAVSAT:lle), otettiin käyttöön vuonna 1964. Kuusi matalan kiertoradan satelliittia varmisti jopa kahdensadan metrin koordinaattien määritystarkkuuden.
Vuonna 1976 Neuvostoliitto käynnisti samanlaisen sotilasnavigointijärjestelmän, Cyclone, ja kolme vuotta myöhemmin siviilikäyttöisen järjestelmän nimeltä Cicada. Varhaisten satelliittinavigointijärjestelmien suuri haittapuoli oli, että niitä voitiin käyttää vain lyhyen tunnin ajan. Matalalla kiertoradalla kulkevat satelliitit, eivätkä edes pienet määrät, pystyneet tarjoamaan laajaa signaalin peittoa.
GPS vs. GLONASS
Vuonna 1974 Yhdysvaltain armeija laukaisi kiertoradalle silloisen uuden NAVSTAR-navigointijärjestelmän ensimmäisen satelliitin, joka nimettiin myöhemmin uudelleen GPS:ksi (Global Positioning System). 1980-luvun puolivälissä GPS-tekniikkaa sallittiin käyttää siviililaivoissa ja lentokoneissa, mutta pitkään ne pystyivät tarjoamaan paljon vähemmän tarkan paikantamisen kuin sotilaalliset. Kahdeskymmenesneljäs GPS-satelliitti, viimeinen, joka vaadittiin peittämään kokonaan maan pinnan, laukaistiin vuonna 1993.
Vuonna 1982 Neuvostoliitto esitti vastauksensa - se oli GLONASS (Global Navigation Satellite System) -tekniikka. Viimeinen 24. GLONASS-satelliitti lähti kiertoradalle vuonna 1995, mutta satelliittien lyhyt käyttöikä (kolmesta viiteen vuotta) ja hankkeen riittämätön rahoitus pysäyttivät järjestelmän lähes vuosikymmeneksi. Maailmanlaajuinen GLONASS-peitto oli mahdollista palauttaa vasta vuonna 2010.
Tällaisten vikojen välttämiseksi sekä GPS että GLONASS käyttävät nyt 31 satelliittia: 24 pääsatelliittia ja 7 varasatelliittia, kuten sanotaan, varmuuden vuoksi. Nykyaikaiset navigointisatelliitit lentävät noin 20 tuhannen kilometrin korkeudessa ja onnistuvat kiertämään Maan kahdesti päivässä.
Kuinka GPS toimii
Paikannus GPS-verkossa suoritetaan mittaamalla etäisyys vastaanottimesta useisiin satelliitteihin, joiden sijainti kulloisellakin hetkellä on tarkasti tiedossa. Etäisyys satelliittiin mitataan kertomalla signaalin viive valon nopeudella.
Viestintä ensimmäisen satelliitin kanssa antaa tietoa vain vastaanottimen mahdollisista sijaintipaikoista. Kahden pallon leikkauspiste antaa ympyrän, kolme - kaksi pistettä ja neljä - ainoa oikea piste kartalla. Planeettaamme käytetään useimmiten yhtenä sfääristä, mikä mahdollistaa paikantamisen vain kolmelle satelliitille neljän sijasta. Teoriassa tarkkuus GPS-paikannus voi nousta 2 metriin (käytännössä virhe on paljon suurempi).
Jokainen satelliitti lähettää suuren joukon tietoa vastaanottimelle: tarkka aika ja sen korjaus, almanakka, efemerididata ja ionosfäärin parametrit. Tarkka aikasignaali tarvitaan mittaamaan sen lähettämisen ja vastaanottamisen välistä viivettä.
Navigointisatelliitit on varustettu erittäin tarkoilla cesiumkelloilla, kun taas vastaanottimet on varustettu paljon vähemmän tarkoilla kvartsikelloilla. Siksi ajan tarkistamiseksi otetaan yhteys ylimääräiseen (neljänteen) satelliittiin.
Mutta cesiumkellot voivat myös tehdä virheitä, joten niitä verrataan maahan sijoitettuihin vetykelloihin. Jokaisen satelliitin aikakorjaus lasketaan erikseen navigointijärjestelmän ohjauskeskuksessa, joka myöhemmin yhdessä tarkka aika lähetetty vastaanottajalle.
Yksi vielä tärkeä komponentti satelliittinavigointijärjestelmä on almanakka, joka on taulukko satelliitin radan parametreista tulevalle kuukaudelle. Almanakka, samoin kuin aikakorjaus, lasketaan ohjauskeskuksessa.
Satelliitit välittävät myös yksittäisiä efemeriditietoja, joiden perusteella lasketaan ratapoikkeamat. Ja koska valon nopeus ei ole vakio missään muualla kuin tyhjiössä, signaalin viive ionosfäärissä on otettava huomioon.
Tiedonsiirto GPS-verkossa tapahtuu tiukasti kahdella taajuudella: 1575,42 MHz ja 1224,60 MHz. Eri satelliitit lähettävät samalla taajuudella, mutta käyttävät CDMA-koodijakoa. Eli satelliittisignaali on vain kohinaa, joka voidaan purkaa vain, jos sinulla on asianmukainen PRN-koodi.
Yllä oleva lähestymistapa mahdollistaa korkean melunsietokyvyn ja kapean käytön taajuusalue. Joskus GPS-vastaanottimien on kuitenkin edelleen etsittävä satelliitteja pitkään, mikä johtuu useista syistä.
Ensinnäkin vastaanotin ei aluksi tiedä, missä satelliitti on, onko se poistumassa vai lähestymässä, ja mikä on sen signaalin taajuuspoikkeama. Toiseksi yhteydenotto satelliittiin katsotaan onnistuneeksi vain, kun se vastaanottaa täysi setti tiedot. Tiedonsiirtonopeus GPS-verkossa ylittää harvoin 50 bps. Ja heti kun signaali katkeaa radiohäiriöiden vuoksi, haku alkaa uudelleen.
Satelliittinavigoinnin tulevaisuus
Nyt GPS:ää ja GLONASSia käytetään laajalti rauhanomaisiin tarkoituksiin, ja ne ovat itse asiassa keskenään vaihdettavissa. Uusimmat navigointisirut tukevat molempia viestintästandardeja ja muodostavat yhteyden niihin satelliitteihin, jotka löydetään ensin.
Amerikkalainen GPS ja venäläinen GLONASS eivät ole kaukana ainoista satelliittinavigointijärjestelmistä maailmassa. Esimerkiksi Kiina, Intia ja Japani ovat alkaneet ottaa käyttöön omia satelliittijärjestelmiään nimeltä BeiDou, IRNSS ja QZSS, jotka toimivat vain heidän maissaan ja vaativat siksi suhteellisen pienen määrän satelliitteja.
Mutta eniten kiinnostaa ehkä Galileo-hanke, jota Euroopan unioni kehittää ja joka pitäisi käynnistää täysi voima vuoteen 2020 asti. Alun perin Galileo suunniteltiin puhtaasti eurooppalaiseksi verkostoksi, mutta Lähi-idän maat ja Etelä-Amerikka. Joten "kolmas voima" saattaa pian ilmaantua globaaleille CLO-markkinoille. Jos tämä järjestelmä on yhteensopiva olemassa olevien kanssa, ja mitä todennäköisimmin tulee olemaan, kuluttajat hyötyvät vain - satelliittien etsintänopeuden ja paikannustarkkuuden pitäisi kasvaa.
39. Sns gps Navstar ja Glonass.
GPS NAVSTAR (GPS).
Koostuu 24 navigointisatelliitista, maanpäällisestä kuluttajalaitteiden ohjaus- ja mittauskompleksista. Se on maailmanlaajuinen jokasään navigointijärjestelmä, joka määrittää kohteiden koordinaatit suurella tarkkuudella kolmiulotteisessa maanläheisessä avaruudessa. GPS-satelliitit sijaitsevat kuudella keskikorkealla kiertoradalla (korkeus 20183) ja niiden kiertoaika on 12 tuntia. Ratatasot sijaitsevat 60°:n välein ja ovat kaltevia päiväntasaajaan nähden 55°:n kulmassa. Jokaisella radalla on 4 satelliittia, kolme pää- ja yksi varasatelliitti. 18 satelliittia on vähimmäismäärä, jotta varmistetaan vähintään 4 satelliitin näkyvyys jokaisessa pisteessä maapallolla. Järjestelmä on suunniteltu tarjoamaan lentokoneiden ja laivojen navigointia ja määrittämään ajan erittäin tarkasti. Siinä on 2 tilaa aluksen sijainnin määrittämiseen: 2D (navigointiparametrien määrittäminen maan pinnalla) ja kolmiulotteinen 3D (Maan pinnan yläpuolella olevien kohteiden navigointiparametrien mittaaminen). Objektin sijainnin löytämiseksi kolmiulotteisessa tilassa on mitattava vähintään 4 satelliitin navigointiparametrit ja kaksiulotteisessa navigoinnissa vähintään 3. Järjestelmä käyttää pseudoetäisyysmittarimenetelmää kohteen sijainnin määrittämiseen ja pseudo-radiaalinopeusmenetelmää kohteen nopeuden määrittämiseen. GPS-satelliitit lähettävät navigointisignaaleja kahdella taajuudella: F1=1575,42 ja F2=1227,60 MHz. Säteilytila – jatkuva pseudokohinamodulaatiolla. Navigointisignaalit ovat suojattua P-koodia (tarkkuuskoodi), joka lähetetään taajuuksilla F1, F2 ja julkisesti saatavilla olevaa C/A-koodia (karkea ja hankintakoodi), joka lähetetään vain taajuudella F1. GPS:ssä jokaisella satelliitilla on oma ainutlaatuinen C/A-koodi ja ainutlaatuinen P-koodi. Tämän tyyppistä satelliittisignaalien erottelua kutsutaan koodierotukseksi. GPS tarjoaa kaksitasoista asiakaspalvelua: tarkkoja määritelmiä(PPS – tarkka paikannuspalvelu) ja standardimääritelmät (SPS – Standard Positioning Service), PPS perustuu tarkkaan P-koodiin ja SPS julkisesti saatavilla olevaan C/A-koodiin. PPS-tason palvelu tarjotaan Yhdysvaltain armeijalle ja liittovaltion viranomaisille, ja SPS tarjotaan tavalliselle siviilikuluttajalle. P- ja C/A-koodien lisäksi satelliitti lähettää säännöllisesti viestin, joka sisältää tietoa satelliitin tilasta, sen efemeridistä, järjestelmän ajasta, ionosfäärin viiveennusteesta ja suorituskykyindikaattoreista. Tärkeimmät massakuluttajan sisäisten laitteiden tarkkuuteen vaikuttavat virhelähteet ovat:
ionosfäärivirheet, jotka johtuvat radioaaltojen etenemisviiveistä ilmakehän ylemmissä kerroksissa, jotka johtavat 20-30 m:n luokkaa paikanmääritysvirheisiin päivällä ja 3-6 m:n öisin;
troposfäärivirheet, jotka aiheutuvat vääristymistä radioaaltojen kulkemisessa ilmakehän alempien kerrosten läpi. Ne eivät ylitä 30 m;
efemeridivirhe, joka johtuu satelliitin lasketun ja todellisen sijainnin välisestä erosta, joka on enintään 3 m;
Virhe satelliitin etäisyyden määrittämisessä ei yleensä ylitä 10 metriä.
Selektiivisen pääsyn tilavirheen (keinoalkuperäinen virhe, joka on otettu käyttöön ennen vuotta 2000 karkeiden navigointimittausten vuoksi) neliökeskiarvo oli noin 30 m. Myös PDOP-vyöhykkeiden (Position dilution of precision) esiintyminen on huomioitava. järjestelmässä, jossa ei ole ilmoitettu navigoinnin tarkkuus on varmistettu. Nämä vyöhykkeet esiintyvät 5–15 minuutin sisällä 30–50 pohjoisen leveysasteen alueella. Pääasiallinen tapa parantaa GPS-sijainnin määrittämisen tarkkuutta SPS-tilassa on käyttää differentiaalisen navigointimittauksen periaatetta. Differentiaalimenetelmä (DGPS) toteutetaan käyttämällä sijaintialueelle asennettua referenssiasemaa, jolla on tunnetut koordinaatit. Ohjaus-GPS-vastaanotin sijaitsee asemalla. Vertaamalla tunnettuja koordinaattejaan mitattuihin ohjaus-GPS-vastaanotin tuottaa korjauksia, jotka välitetään radiokanavan kautta kuluttajille. Tässä tapauksessa kuluttajalaitteita on täydennettävä radiovastaanottimella differentiaalikorjausten vastaanottamiseksi. Referenssiasemalta saadut korjaukset kirjataan automaattisesti mittaustuloksiin. Tämän avulla voit määrittää kohteen koordinaatit vertailuaseman alueella 1-5 metrin tarkkuudella DGPS-määritysten tarkkuus riippuu referenssiaseman ominaisuuksista ja etäisyydestä kohteesta. referenssiasema. Tästä syystä on suositeltavaa sijoittaa referenssiasema enintään 500 km:n päähän kohteesta. Merkittävä GPS-järjestelmän tehokkuutta heikentävä ongelma on useiden maapallon alueiden geodeettisten mittausten epätarkkuus. GPS edustaa tunnistettavien kohteiden koordinaatteja WGS-84 World Geographic Systemissä. On olemassa korjauksia siirtymiseen tästä järjestelmästä useisiin muihin geodeettisiin järjestelmiin, mutta ei kaikkiin. Joillakin maapallon alueilla (esimerkiksi Kaakkois-Aasian saarilla), joita kartoitettiin kaukaisessa menneisyydessä, johtuen geodeettisen verkon vertailupisteiden suurista virheistä karttojen koordinaattijärjestelmän ja WGS-84:n välillä. voi olla merkittävä. Korjausten puutteen vuoksi tällaiseen karttaan siirretty aluksen sijainti WGS-84-järjestelmässä saattaa päätyä rantaan.
Neuvostoliiton maailmanlaajuinen satelliittinavigointijärjestelmä GLONASS koostuu 24 satelliitista, epämaallisesta komento- ja mittauskompleksista ja on globaali jokasään navigointijärjestelmä, joka varmistaa kohteiden koordinaattien määrittämisen suurella tarkkuudella kolmiulotteisessa maanläheisessä avaruudessa. GLONASSin täysi toiminta alkoi tammikuussa 1996. GLONASS-satelliitit sijaitsevat kolmella keskikorkealla kiertoradalla (korkeus 29100) ja niiden kiertoaika on 11 tuntia 15 minuuttia. Ratatasot sijaitsevat 120°:n välein ja ovat kaltevia päiväntasaajaan nähden 64,8°:n kulmassa. Jokaisella kiertoradalla on 8 satelliittia. Jokainen satelliitti lähettää tietoja tarkasta sijainnistaan ja tietoa muiden satelliittien sijainnista. GLONASS-satelliitit lähettävät navigointisignaaleja kahdella kantoaaltotaajuudella: F1 ja F2. Kaikkien GLONASS-satelliittien F1-taajuusarvot ovat alueella 1602,6-1615,5 MHz ja eroavat eri satelliiteilta 0,5625 MHz:n kerrannaisella. Vastaavasti F2-taajuusarvot ovat alueella 1246,4-1256,5 MHz ja eroavat eri satelliiteilla 0,4375 MHz:n kerrannaisella. Navigointisignaalit ovat P-koodia, joka lähetetään taajuuksilla F1 ja F2, ja C/A-koodi, joka lähetetään vain taajuudella F1. Toisin kuin GPS, jossa P- ja C/A-koodit ovat erilaiset eri satelliiteille, GLONASSissa ne ovat samat kaikille satelliiteille. Siten toisin kuin GPS:ssä käytetty koodimenetelmä, GLONASS toteuttaa taajuusmenetelmän satelliittinavigointisignaalien erottamiseksi. GLONASS antaa paikan P390 geodeettisessa järjestelmässä. Ero kohteen sijainnin välillä P390:ssä ja WGS-84:ssä ei ylitä 15 m, keskimäärin se on 5 m. GLONASS-järjestelmää voidaan käyttää yhdessä GPS:n kanssa (GPS ja GLONASS globaali navigointisatelliittijärjestelmä - GNSS). Tämä mahdollistaa GPS:ään verrattuna lisäämään havaittujen satelliittien lukumäärän tarkkuutta, parantaa niiden sijainnin geometriaa korkeilla leveysasteilla ja käyttää molempia GLONASS-koodeja massakuluttajan laitteissa, mikä mahdollistaa tarkemman ottaa huomioon GPS:n ionosfäärivirheen.
"VM"-02-04
Käyttö satelliittinavigointijärjestelmä
RF:n asevoimien koordinointiaikatukeen
Kenraalimajuri V.M. BURENOK, teknisten tieteiden tohtori
Kapteeni 1. luokka E.L. KOREPANOV
SATELLIITINAVIGOINTIJÄRJESTELMÄT (SNS) ovat tällä hetkellä käytössä tärkein keino Puolustusvoimien haarojen koordinaattiaikatuki (CSO). Venäjän federaatio ja muut lainvalvontaviranomaiset. KVO:n on suositeltavaa ymmärtää suhteellisen itsenäinen osa operaatioiden (taisteluoperaatioiden) navigointituesta, jonka tarkoituksena on antaa kuluttajille tietoa heidän sijainnistaan, ajasta ja liikeparametreistaan itse navigoinnin ja muun tuen vuoksi: tiedustelu, topografinen geodeettinen, kartografinen, etsintä ja pelastus jne.
Koordinaattiaikatiedon kuluttajien erityispiirteiden perusteella voidaan erottaa seuraavat käyttöalueisiin liittyvät KVO-tyypit: KVO paikallaan olevien kuluttajien eduksi saada tarkka virta. maantieteelliset koordinaatit maan pinnan tai kohteen pisteet topografista vertailua, alueen geodeettista tutkimusta, kartoitusta jne. varten; KVO liikkuvien kuluttajien eduksi meri- ja navigointiongelmien ratkaisemiseksi jokiveneet, ilma-alusten lennonvarmistus, liikkuvien maassa liikkuvien ajoneuvojen navigointi sekä korkean tarkkuuden ilma-, meri- ja maa-aseiden, ilmassa tapahtuvien laskeutumisten ja lastin ohjaus; KVO erittäin dynaamisten kuluttajien eduksi, jotta voidaan ratkaista ballistisen ja efemeridiaikaisen tuen ongelmat kantorakettien, yläasteiden, avaruusalusten ja ballististen ohjusten käyttöön;
Kuluttajien KVO toimintansa aikareferenssin ja taajuussynkronoinnin vuoksi.
Venäjällä GLONASS-satelliittinavigointijärjestelmän kuluttajanavigointilaitteiden (CNA) käyttö on säädetty kaikissa asevoimien ja armeijan osissa sekä lähes kaikissa lupaavissa aseissa, jotka muodostavat lakon perustan. Venäjän asevoimien haarojen voima 2000-luvulla. Seuraavaa voidaan huomauttaa SNA:n käytön edut korkean tarkkuuden kohteen tuhoamisen sekä komentojen ja ohjauksen varmistamiseksi: varmistaa iskuaseiden korkean tarkkuuden toimittaessa kiinteitä kohteita, joilla on tunnetut koordinaatit, riippumatta maaston luonteesta ja vuodenajasta, valaistuksesta (vuorokaudenajasta), pilvipeitteestä ja näkyvyydestä (sääolosuhteet), kohteen kokoonpanosta ja sen tutkasta, termistä , visuaalinen ja muu kontrasti; tarkkuusaseilla tapahtuvan iskun valmistelun keston lyhentäminen; suurentamaan erittäin tarkkojen risteilyohjusten ampumaetäisyyttä (koska ei tarvitse poiketa optimaalinen reitti korjausalueiden yli lentämistä varten); kyky koordinoida erittäin tarkasti avaruus-, ilma-, meri- ja maakeinoja aseellisessa sodankäynnissä yhdessä globaali järjestelmä koordinaatit ja aika jne.
Tärkeä osa NAP SNS GLONASSin käyttöä on lentoratamittausten tarjoaminen ballististen ohjusten, kantorakettien ja ylävaiheiden laukaisujen aikana. NAP SNS GLONASSiin perustuvan lentoratamittausjärjestelmän käyttö mahdollistaa sen ominaisuuksien vahvistamisen jälkeen käytännössä luopumisen maapohjaisesta lentoratamittauskompleksista. Säästäen sekä taloudellisia kustannuksia että henkilöresursseja tämä varmistaa globaalin mittauksen, mikä on tärkeää suoritettaessa laukaisuja merilaukaisupaikoista ja laukaisun atsimuuttialueilla, joita olemassa olevin keinoin mittaukset eivät kata.
Analyysi kotimaisen NAP SNS:n nykyisestä nimikkeistöstä, jota käytetään navigoinnin tukemiseen sotilaskuluttajille, osoittaa, että on olemassa useita ongelmia niiden luomisessa ja käytössä.
Ensimmäinen on NAL SNS:n vähäiset toimitusmäärät, joiden seurauksena sotilaskuluttajien todellinen varustelu navigointilaitteilla on muutaman prosentin luokkaa ja teollisesti valmistettu NAP SNS ei tarjoa ratkaisua useimpiin tehtäviin. . Maavoimilla on erityisen akuutti pula erilaisista muunnelmista NAP SNS -sarjoista.
Toinen ongelma on NAP SNS:n epätyydyttävä paino, koko ja tarkkuusominaisuudet. Erityisesti maavoimissa tällä hetkellä käytössä olevan NAP "Period" massa on 16,5 kg, ja vuonna 2003 hyväksytty NAP SNS "Grot" (2,1 kg) ei ole vielä yleistynyt. Ilmavoimien operaatioiden ja taisteluoperaatioiden navigointitukeen käytetyllä NAP SNS:llä on samanlaisia haittoja (esimerkiksi yksikanavainen laite A-724M). Merivoimissa käytettävät matalan kiertoradan satelliittinavigointijärjestelmät eivät täytä merenkulun kuluttajien vaatimuksia navigointituen tarkkuuden, saatavuuden, eheyden ja jatkuvuuden suhteen. NAP SNS GLONASS, jota käytetään strategisissa ohjusvoimissa sijaintialueiden geodeettiseen valmisteluun ja uudentyyppisten ohjusaseiden testaamiseen sekä avaruusjoukoissa navigointiin ja ballistiseen tukeen avaruusalusten ohjauksessa, on haittoja, joiden ydin on vaadittujen ja tosiasiallisesti saavutettujen tarkkuus- ja luotettavuusominaisuuksien välinen ero, menetelmien puute korjaavien tietojen käyttämiseksi laitteiden vakiokoostumuksessa jne.
Kolmas ongelma on tarve rajoittaa rauhan aikana korjaavien tietojen saanti kuluttajille, joilla ei ole siihen oikeutta, sekä operaatioiden ja taisteluoperaatioiden aikana - estää tai vähentää mahdollisen vihollisen differentiaalisen navigointivälineen käyttöä. .
SNS-vastaanottimien avulla voidaan määrittää maantieteellisten kohteiden koordinaatit, jotka Venäjän federaation valtionsalaisuuksista annetun lain mukaan viittaavat turvaluokiteltuihin tietoihin. Virallisesti tämän laitteen käyttö pitäisi olla kiellettyä kaikilta henkilöiltä ja vain sallittua oikeushenkilöitä asianmukaisella lisenssillä. Tämä rajoitus on kuitenkin kielteinen pelote siviilikuluttajien käyttämästä SNA:ta. Lisäksi kiellosta aiheutuvat Venäjän taloudelliset tappiot ovat mielestämme huomattavasti suuremmat kuin mahdollinen vahinko, joka voi aiheutua henkilöiden SNA-vastaanottimien luvattomasta kohteiden koordinaattien määrittämisestä. Venäjän federaation hallitus antoi 29. maaliskuuta 1999 antamallaan päätöksellä liittovaltion elimille tehtäväksi toimeenpanovaltaa tarkistaa yllä olevat rajoitukset sekä kehittää toimenpiteitä mahdollisten kansallisen turvallisuuden vahingoittumisen ehkäisemiseksi käytön aikana yksilöitä korkean tarkkuuden navigointiapuvälineiden maan alueella.
Neljäs ongelma (ehkä vaikein) on tekninen viive Venäjän teollisuus ulkomailta. Useiden arkkitehtonisten, ohjelmistojen ja matemaattisten kaavioiden mukaan teknisiä ratkaisuja kotimainen kehitys on parempi kuin kehittyneiden ulkomaisten maiden kehitys. Kuitenkin kotimainen mikroelektroniikan tuotantoteknologiaa elementtipohja Nykyaikaisten ja tulevien GLONASS/GPS-navigointilaitteiden tuotantoon tarvittavia topologisia standardeja ei tällä hetkellä ole saatavilla.
Teknisesti monimutkaisten laitteiden, jotka ovat NAP SNS ja toiminnallisia lisäyksiä, kehittäminen on mahdotonta ilman nykyaikaisten sähköisten välineiden ja tekniikoiden käyttöä. Käytetyt elektroniset komponentit määräävät täysin sellaiset laitteiden perusominaisuudet kuin mitat, paino, tehonkulutus.
Tärkeimmät suuntaukset satelliittinavigointijärjestelmien kuluttajille suunnattujen navigointilaitteiden kehittämisessä ovat mikropienentäminen, alentunut energiankulutus ja alemmat kustannukset. Pääasiallinen tapa saavuttaa nämä tavoitteet on käyttää erikoistunutta elementtipohjaa, ensisijaisesti erikoistunutta isoa integroidut piirit(VLSI). Kotimaisen NAP:n tuotantoon tarvittavan alkuainepohjan puute pakottaa valmistajat ostamaan sen ulkomailta. Ulkomaisten sähkö- ja radiotuotteiden käyttö kotimaisissa aseissa ja sotilasvarusteissa on välttämätön toimenpide elektroniikkateollisuuden ja sen suurimman alatoimialan - mikroelektroniikan - kriisitilanteen vuoksi. Tämän prosessin tehostamiseksi puolustusministeri hyväksyi vuonna 2001 ohjeen ulkomaisen valmistuksen elektronisten moduulien, komponenttien ja rakennemateriaalien käyttämisestä järjestelmissä, komplekseissa, aseissa ja sotilasvarusteet ja niiden komponentit.
Ulkomaisten sähköisten radiolaitteiden käyttö kotimaisissa aseissa ja sotilasvarusteissa edellyttää kolmen lisäongelman ratkaisemista: teknisen riippumattomuuden varmistaminen; valtion sotilasstandardien "Climate-7" vaatimusten noudattamisen arviointi; tietoturvan varmistaminen.
Tehokkaimmat tekniset ratkaisut SNS-teknologioiden alalla on tällä hetkellä saavutettu vain GPS-järjestelmälle. Tämän järjestelmän lupaavat vastaanottimet on rakennettu kahden tai kolmen erittäin suuren integroidun piirin pohjalle, mikä mahdollistaa korkean suorituskykyominaisuudet ja alhaiset kustannukset sekä yhdessä GPS:n onnistuneen toiminnan kanssa - ja suuren markkinoiden kysynnän kanssa. Nykyiset GLONASS SNS -signaalivastaanottimet ovat 3-10 kertaa huonompia energiankulutuksen, painon ja koon ominaisuuksiltaan sekä kustannuksiltaan GPS-vastaanottimiin verrattuna.
Ratkaisu nykyaikaisen kotimaisen elementtipohjan luomisen ongelmaan perustuu lupaavien mikroelektronisten teknologioiden käyttöönottoon käyttämällä maailman parhaita saavutuksia tietokoneavusteinen suunnittelu sekä elektronisten komponenttien sarjatuotanto ja niihin perustuvien perusnavigointimoduulien luominen. Liittovaltion kohdeohjelma“Global Navigation System” OJSC “Russian Institute of Radio Navigation and Time” on uskottu VLSI:n, radioelektronisten komponenttien ja NAP:n perusmoduulien sekä GLONASS/GPS SNS:n toiminnallisten lisäysten tuotannon kehittämiseen ja hallitsemiseen. Kotimaiset yritykset, joilla on suurin tieteellinen, tekninen ja teknologinen potentiaali, ovat mukana tämän ongelman ratkaisemisessa toimeenpanijana. Keskeiset kehittämistavoitteet ovat: varmistaminen energiansäästötilat toiminta; minimoidaan ensimmäisen määrityksen aika; laitteiden toimivuuden varmistaminen alhaisilla SNS-signaalien ja häiriöiden tasoilla; varmistaa ensisijaisten radionavigointiparametrien mittausten korkean tarkkuuden ja vakauden.
Toinen ongelma SNA-kehityksen alalla on laaja valikoima ja erilaisia design kuluttajien navigointilaitteet. Rajallisten taloudellisten resurssien olosuhteissa tämä rajoittaa joukkojen ja merivoimien varustamista määritellyillä kalustoilla ja vaatii toimenpiteitä sen yhtenäistämiseksi. Päätavoitteiden tulisi olla: niiden luomisen, hankinnan, käytön ja teknisen tuen kustannusten vähentäminen; niiden luomiseen tarvittavan ajan lyhentäminen; varmistaa järjestelmien yhteensopivuus ja työkalujen ja niiden vaihdettavuus komponentit; vähentää kustannuksia ja yksinkertaistaa henkilöstön koulutusta työskentelemään navigointilaitteiden kanssa.
Ensimmäisen sukupolven NAP SNS:n näytteet kehitettiin yhdistämisen vaatimukset huomioon ottaen, mutta niissä toteutettiin vain tehtaan sisäinen yhdistäminen. Tällä hetkellä ne ovat käyttäneet resurssinsa loppuun, ovat moraalisesti vanhentuneita ja meidän mielestämme on turha tehdä työtä niiden yhtenäistämiseksi. Vaikuttaa järkevältä kehittää yhtenäisiä perusmallien pohjalta luotuja NAP-sarjoja. NAP-perusmallit ovat näytteitä, joissa on vaadittu vähimmäismäärä rakenteellisesti ja ohjelmistolla toteutettuja teknisiä ratkaisuja, jotka määrittelevät tietyn sovellusalueen. Niiden avulla voit luoda NAP-muutoksia, jotka ottavat huomioon erityiset lisävaatimukset. Jokainen yhtenäinen sarja edustaa perusmallin kehitystä suuntaan tai toiseen. Tällä hetkellä on jo olemassa useita yhtenäisiä NAP SNS -sarjoja.
Ensimmäinen . NAVIS-suunnittelutoimiston kehittämä näyteperhe, joka on suunniteltu ratkaisemaan pääasiassa laivastolle ominaisia suhteellisen ei-toiminnallisia pitkän matkan navigointiongelmia. Luodaan kaksitaajuista muutosta, joka täyttää erittäin tarkan kohteen määrittelyn sekä rannikko- ja lyhyen matkan navigoinnin vaatimukset. Kaksitaajuista muutosta ollaan myös luomassa ratkaisemaan RF-asevoimien topografisen ja geodeettisen tuen ongelmia. Lisäksi tämän tyyppisestä NAP SNS:stä on pienikokoinen puettava versio.
Toinen . KP:n tutkimuslaitoksen kehittämä näyteperhe, joka on suunniteltu ratkaisemaan ongelmia lisääntynyt tarkkuus ja tehokkuus, kuten topografinen ja geodeettinen tuki ohjus- ja tykistöiskuille, liikkuvien moottoroitujen kivääri- ja tankkiyksiköiden sijainnin määrittely, navigointituki ilmassa ja erityisesti erikoisjoukkojen yksiköille.
Kolmanneksi . Compass-suunnittelutoimiston kehittämä NAP-näyteperhe, joka on suunniteltu ratkaisemaan ilmavoimien ongelmia.
Yllämainittujen lisäksi on olemassa yhtenäinen määrä OJSC RIVR:n siviilikuluttajille kehittämiä NAP SNS:itä, joiden ottamista käyttöön RF-asevoimissa harkitaan parhaillaan.
Toisen sukupolven NAL SNS:n pääasiallinen yhdistämistyyppi on NAL:n ja toiminnallisten lisätyökalujen projektien välinen yhdistäminen yhden valmistusyrityksen puitteissa. Yritysten välistä yhdistämistä ei käytännössä käytetä. Tämä johtuu ensisijaisesti ominaisuuksista moderni muotoilu ja NAP-tuotanto valmistusyritysten toimesta, joka perustuu laajennettujen moduulien ja oman suunnittelunsa elementtien käyttöön. Lisäksi kehitysyrityksellä on vaikeuksia siirtää komponenttien valmistukseen tarkoitettuja alkuperäisiä teknologioita muille yrityksille. Poista tämä merkittävä puute vaatii ratkaisun puolustus-teollisessa kompleksissa toteutetun uudistuksen puitteissa.
Tärkeimmät lupaavat suunnat sotilaallisten NAL-näytteiden yhdistämiseen voi olla: toiminnallisten moduulien yhdistäminen, kokonais-, liitäntä- ja asennusmitat;
ulkoisten ja sisäisten protokollien yhdistäminen tiedonvaihto, käyttöliittymä; vakioprosessien ja -toimintojen luettelon ja sisällön yhtenäistäminen perusasioiden valmistelua, valvontaa, testausta ja käyttöönottoa varten tavoitteita navigoinnin apuvälineet; ohjelmistojen yhdistäminen.
Kaikkien yhdistämismuotojen laaja käyttö lisää merkittävästi sotilaallisten kuluttajien navigointiapuvälineiden luomisen ja käytön tehokkuutta.
Yhteenvetona voidaan todeta, että koordinaattiaikatuen tason nostamiseksi sekä GLONASS-järjestelmän mahdollisten kykyjen täysimääräiseksi toteuttamiseksi on tarpeen toteuttaa yhtenäinen valtio ja ennen kaikkea sotilaallinen -tekninen politiikka satelliittinavigointijärjestelmän soveltamisen alalla. On suositeltavaa tehostaa työtä sotilaallisen NAP SNA:n yhtenäisten vaatimusten muodostamiseksi systeemisen interspesifisen tutkimuksen pohjalta, sellaisten standardien käyttöönottoon, jotka määrittelevät kaikki sotilaallisen NAP SNA:n kehittämis- ja soveltamisprosessin pääasiat.
Kommentoidaksesi sinun tulee rekisteröityä sivustolle.
