глонасс что это такое в часах
Система ГЛОНАСС что это и как работает?
ГЛОНАСС– это российская разработка, которая обеспечивает точное позиционирование объекта в пространстве с минимальной погрешностью. Для определения координат используется специальное оборудование, которое при поддержке наземной инфраструктуры связывается с сетью спутников, выведенных на околоземную орбиту.
Система предназначена для обслуживания военных и «гражданских» пользователей. Для работы глобальной сети используется наземное оборудование и спутники — сегодня их 24. С конечными пользователями они взаимодействуют через клиентские устройства — навигаторы,трекеры, «маяки» и так далее.Спутники ГЛОНАСС Спутники, которые используются в ГЛОНАСС:
Чтобы определить гео-координаты с достаточной степенью точности, достаточно соединения хотя бы с четырьмя спутниками. Система устанавливает долготу и широту, высоту объекта и время, в которое сняты эти параметры, сообщение с показателями отправляется на принимающие клиентские устройства. Они, сопоставляя время отправки и получения, определяют дистанцию до спутников и, благодаря этому — местонахождение объекта, на котором установлены. Так осуществляется мониторинг движущейся техники, устанавливаются координаты. Погрешность измерений отличается на 10 и более метров, в зависимости от климатических факторов, ограничений по безопасности, качества техники для приема и других факторов. Пользовательские устройства принимают два типа сигналов — FDMA и CDMA. Они, в свою очередь, могут быть открытыми и защищенными, особо точными, передавать сообщения в разных сигнальных форматах.
ГЛОНАСС-мониторинг по принципу измерения практически аналогичен второму глобальному комплексу — GPS. Однако разница между ними есть. В первую очередь это положение группировок. Спутники у американской Navistar расположены по шести плоскостям, орбиты вращения у них круговые. Благодаря этому в каждой точке земного шара обеспечен прием минимум с 6 из 24 аппаратов, из-за чего говорят о большей точности GPS. Конкретный показатель зависит от многих факторов, поэтому для повышения качества измерений разумно использовать обе системы.
Отслеживание местоположения стационарных и перемещающихся объектов — основная практическая функция системы. Ее можно применять для определения местоположения пользователей, находящихся в местах, где не работают мобильные телефоны. Расходы на эксплуатацию устройств, поддерживающих систему ГЛОНАСС, минимальны — она бесплатна. Мониторинг — контроль положения и перемещения движущихся объектов — используют в государственном, оборонном секторе, а также в бизнес-целях, для оптимизации работы транспорта предприятий, компаний, служб логистики и грузоперевозок. Устройства для связи с ГЛОНАСС устанавливают на частные и коммерческие автомобили. Во втором случае предприятие-владелец автопарка получает доступ к гибкому и современному инструменту оптимизации транспортных расходов.Основные функции мониторинговой бизнес-системы: сквозное слежение за транспортом, движущимся по коммерческим маршрутам — определение местоположения, отклонений от заданного пути, простоев; определение технического состояния транспорта из автопарка компании и фиксация расхода топлива в режиме «реального времени» с помощью специальных датчиков, синхронизируемых с глобальной системой; организация непрерывного диспетчерского контроля за работой автопарка; защита транспорта от угона, повышение безопасности перевозки пассажиров и грузов и так далее.
GPS и ГЛОНАСС: что это, как работает и в чем разница
На сегодняшний день навигация – вещь нужная и весьма популярная. За последние несколько лет навигационные чипы в мобильных гаджетах и другой электронике стали привычным делом. Существуют GPS и ГЛОНАСС навигационные системы, давайте разберемся, что представляет собой каждая из них и изучим принципы работы.
Что такое GPS?
GPS (расшифровывается как Global Positioning System, система глобального позиционирования) – система спутниковой навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84. Данная система позволяет определять местоположение и скорость объектов практически в любой точке планеты (за исключением приполярных областей).
Разработка GPS началась в 1950-е годы прошлого века для Министерства обороны США, однако сейчас технология используется не только военными, но и в повседневной жизни. В то время СССР запустил первый искусственный спутник Земли и американские ученые, наблюдавшие за этим событием, заметили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала возрастает при приближении спутника и снижается при увеличении его дистанции. Они пришли к выводу, что при наличии информации о своих точных координатах на Земле можно измерить положение и скорость спутника, а зная, где находится спутник – вычислить собственную скорость и координаты.
Система GPS состоит из искусственных спутников, которые вращаются на средней орбите Земли (спутниковая система NAVSTAR, разработанная в США), и наземных станций мониторинга, объединенных в общую сеть. Спутники непрерывно передают на Землю навигационный сигнал, включающий «псевдослучайный код», данные эфемерид (прогнозируемые координаты и параметры движения спутника на определенный момент времени) и альманаха (данные для вычисления приблизительного местоположения спутника). Этот сигнал принимают абонентские GPS-устройства, которые на основании полученных сведений вычисляют свою геопозицию.
Один из недостатков технологии GPS заключается в низкой скорости передачи данных (до 50 бит/с) из-за чего процесс вычисления координат может занимать несколько минут. Кроме того, система GPS неэффективна для определения координат устройства, которое находится в помещении, на территории, окруженной высокими строениями, в лесах и парках, туннелях и т.д.
Что такое A-GPS?
Для устранения этих проблем и получения возможности определять координаты любого мобильного устройства была создана технология A-GPS (Assisted GPS). При ее использовании GPS-приемник получает данные не со спутников, а из внешних источников (как правило, это сети сотовых операторов), причем распознавание сигнала A-GPS занимает менее 2 секунд.
Авторами идеи создания A-GPS стали инженеры Джими Сеннота и Ральф Тейлор, которые в 1981 году запатентовали свою разработку. Система была представлена в октябре 2001 года в США, где начала использоваться по сети службы спасения 911.
A-GPS состоит из встроенного GPS приемника и сетевых компонентов мобильной сети. Для A-GPS предусмотрено два режима: A-GPS Online (основной) и A-GPS Offline (вспомогательный). Первый позволяет получить информацию о координатах спутников при необходимости быстрого определения геопозиции, если GPS-приемник не функционировал более 2 часов. Второй режим ускоряет время «горячего» и «холодного» старта GPS-приемника. A-GPS-приемник обновляет альманах, эфемериды и список видимых спутников.
Несмотря на свою эффективность, технология A-GPS имеет ряд минусов, в частности, функция ускоренного старта не работает вне зоны действия сотовой сети. Некоторые приемники с поддержкой A-GPS объединены с радиомодулем GSM и не могут стартовать, если последний отключен. При этом A-GPS приемник может стартовать без покрытия GSM (GPRS). При старте модули A-GPS потребляют мало трафика (5-7 КБ), но в случае потери сигнала потребуется повторная синхронизация, что повлечет за собой повышенные энергозатраты, особенно при нахождении в роуминге.
Что такое ГЛОНАСС?
В настоящее время в мире существуют две спутниковые навигационные системы — описанная выше GPS и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). По сути последняя является российским вариантом GPS. По аналогии с GPS ГЛОНАСС определяет трехмерные координаты (широта, высота, долгота) по всему миру.
Начало разработки на то время советской спутниковой системы датируется декабрем 1976 года. В октябре 1982 года с выводом на орбиту ГЛОНАСС спутника «Ураган» началось первое тестирование системы. Изначально она задумывалась для военных нужд, но впоследствии стала использоваться и для гражданских целей. Сейчас ГЛОНАСС приемниками оснащаются гражданские/военные корабли и самолеты, общественный транспорт, автомобили экстренных служб и т.д. Сигналы ГЛОНАСС принимают не только GPS-приемники, бортовые навигаторы, но и мобильные телефоны. Данные о положении, скорости и направлении движения через сеть GSM-оператора отправляются на сервер сбора данных.
Гражданское применение системы ГЛОНАСС стартовало в 1993 году, в 1995 году на орбиту было запущено 24 спутника, а в 2010 году их число возросло до 26. На разработку системы в период с 2012 по 2020 годы российское правительство выделило 320 млрд рублей, направленных в том числе на создание 15 спутников «Глонасс-М» и 22 спутников «Глонасс-К». Работа над системой ГЛОНАСС была завершена в декабре 2015 года.
Спутники ГЛОНАСС вращаются на высоте 19,1 тыс. км над Землей. Приемники ГЛОНАСС позволяют определить горизонтальные (с точностью 50-70 м) и вертикальные координаты (70 м), вектор скорости (с точностью 15 см/сек), время с точностью 0,7 мкс. Система использует два типа навигационных сигналов – открытые с обычной точностью и защищенные с повышенной точностью. Первые могут принимать любые приемники ГЛОНАСС, а вторые – исключительно авторизованные пользователи, к примеру, оборудование ВС РФ.
Что такое ЭРА-ГЛОНАСС?
«ЭРА-ГЛОНАСС» — российская система экстренного реагирования при авариях и других чрезвычайных ситуациях на дороге, позволяющая в кратчайшие сроки проинформировать о происшествии службы экстренного реагирования. «ЭРА-ГЛОНАСС» работает на базе спутниковой системы ГЛОНАСС. В эксплуатацию комплекс был введен в 2015 году, а с 1 января 2017 года автопроизводители обязаны устанавливать данную систему на свои транспортные средства, выходящие на российский рынок. Данная система сокращает время реагирования при авариях и чрезвычайных ситуациях, что приводит к снижению числа смертельных исходов, травматизма на дорогах и повышению грузовых/пассажирских перевозок.
Для вызова помощи вручную в автомобилях с поддержкой «ЭРА-ГЛОНАСС» предусмотрена кнопка SOS, позволяющая связаться со специалистом колл-центра и сообщить об аварии. В случае подтверждения информации голосом или при отсутствии ответа оператор направляет службы экстренного реагирования (спасателей, карету Скорой помощи и ГИБДД). Система автоматически совершает вызов при срабатывании одной или нескольких подушек безопасности.
Система развернута в 83 субъектах РФ, для связи с экстренными центрами приема зарезервированы телефонные коды 941-949 и выделена первая серия номеров (941-111-1ххх). Деятельность контакт-центра обеспечивает «дочка» «Ростелекома» — «Ростелеком Контакт-центр».
Аналогом «ЭРА-ГЛОНАСС» является общеевропейская система eCall, с которой первая технологически совместима. Аналоги российской системы существуют и в других странах мира. В США это Е911, которая была запущена в 2001 году, в Японии – действующая с 1980-х годов интеллектуальная транспортная система (ECall), предназначенная для полной автоматизации управления дорожным движением, в Бразилии – SIMRAV. В Казахстане ведутся работы над проектом «ЭВАК» (экстренный вызов при авариях и катастрофах), который планируется запустить в 2018 году.
Как работает GPS
Содержание
Содержание
Надо найти библиотеку в 3 часа ночи — пожалуйста, доехать до Рубинштейна «24» — нет проблем, найти север без фокусов с иголкой — запросто. Портативные гаджеты давно заменили бумажные карты и компасы благодаря GPS и ее аналогам. Система спутниковой навигации — популярная тема для споров, обросшая мифами и легендами, как исландское дерево мхом. Попытаемся разобраться во всем по порядку.
Маленький, но уже военный
В 1967 году руководство СССР задумалось о создании системы глобальной навигации. Спустя 9 лет родился «Циклон» — комплекс спутников, снабженных атомными часами, передатчиками и возобновляемым источником питания. Перспективный космический страж не долго сиял золотыми эполетами солнечных батарей. В начале 90-х прекратили выделять ассигнования, несколько спутников сломались и сошли с орбиты. Сменив в 1993 году военную форму на гражданский костюм, Циклон взял новое имя — ГЛОНАСС. В этом же году американцы запустили двадцать четвертый спутник, завершив девятнадцатилетнюю эпопею создания GPS. До этого момента СССР и США шли ноздря в ноздрю, создавая практически идентичные системы, но кризис 1998 года изменил расстановку сил навсегда.
Слухи и факты
Среди форумных забияк бытует мнение, что ГЛОНАСС — плохая система с очень низкой точностью позиционирования, ее работе может помешать даже дерево. Слухи начали распространяться в начале 2000 годов.
Десяток спутников отправились в космос полетать, один сошел с орбиты, их осталось девять.
Девять спутников, в космосе летая, ловили солнца луч, один не смог поймать, их осталось восемь.
Из-за недостатка финансирования в 2001 году количество летунов сократилось до шести. В те времена пациент был скорее мертв, чем жив. В 2007 аппаратов стало 18, в 2010 на орбиту вывели 26 штук. Космические скитальцы постоянно падают, срок жизни американского образчика технического искусства — 10 лет, у российского меньше.
Как это работает?
Спутник в космосе — летающая радиостанция, посылающая приветственные сигналы приемникам. Роль приемников играют наши смартфоны и навигаторы. Вопреки расхожему заблуждению, телефон никуда и никакие сигналы не отправляет с помощью супермощной антенны. Для точного вычисления координат необходимо минимум 4 спутника — три передают данные о своем местоположении относительно земли и друг друга, четвертый фиксирует время прохождения сигнала от передатчика к приемнику. Местоположение устройства определяет процессор — он должен быть мощным. Флагманский вычислитель обрабатывает информацию практически мгновенно. Старенький же процессор, как Сусанин, будет долго водить по кустам, кочкам и болотам. Современные устройства умеют принимать сигналы от 12 летающих радиостанций, в скором времени научатся и от всех 24. Чем больше источников информации — тем лучше.
Кроме широко известной GPS и отечественного аналога, существует еще несколько похожих систем навигации — китайский Beidou, европейский Galileo, индийский IRNSS. Но чтобы точно определять координаты, достаточно только одной. Такое многообразие обуславливается лишь страхом пред отключением GPS и необходимостью координировать передвижение войск в случае войны.
Не такой, как все
У ГЛОНАСС, в отличии от GPS, отсутствует привязка к планете. Из-за этого спутники не видят краев и часто падают, сгорая в атмосфере. Точность тоже страдает — 4–8 метров против 2,5 метров у американцев. Зато в России можно пользоваться двумя системами одновременно, получая точность в 1,5 метра. В США такая опция доступна только в некоторых штатах, устройства просто не видят российские спутники. Для точного определения местоположения на территории РФ достаточно 18 спутников на орбите. ГЛОНАСС лучше всего ловит на севере, потому что изначально система создавалась для позиционирования войск в северных регионах страны. GPS info — приложение, помогающее ловить сигналы от двух систем одновременно. Узнать, сколько космических летунов видит конкретное устройство, можно с помощью софта GPS Test.
Почему тупит?
Спутники все время находятся в движении, их траекторию отслеживают наземные станции. Актуальная информация отправляется на гаджеты в альманахах — библиотеках с самыми точными сведениями о местоположении всех доступных спутников. Обновляются альманахи по воздуху через GPRS или Wi-Fi. Если скорость Интернет-соединения низкая, процедура поиска может затянутся на 5–10 минут. В нормальном режиме на обновление уйдет 30 секунд.
Для тех, у кого с интернетом все норм, придумали A-GPS — специальный софт, передающий данные о местоположении спутника с помощью всемирной сети. Используется там, куда не пробиться сигналу от крылатой радиостанции — горы, подвалы, низины. По сути A-GPS — это цифровой репитер, повторяющий сигналы от GPS по другим каналам.
Незаменимые помощники
Акселерометр приходит на помощь спутникам, показывая куда поворачивает телефон, с какой скоростью он движется.
Магнитометр помогает акселерометру понять, где север, чтобы сориентировать в пространстве. Чем больше всяких датчиков в гаджете, тем точнее будут определены координаты.
Датчик компаса помогает определить направление движения. Если он не настроен, точность позиционирования значительно снижается. Чтобы привести его в рабочее состояние, достаточно запустить приложение и откалибровать, следуя инструкции от производителя.
А что в целом?
ГЛОНАСС — ровесник GPS, идеален для северных регионов, об этом хорошо осведомлены Шведы, использующие именно эту систему спутниковой связи. Самый большой минус — низкая точность, компенсируется подключением GPS-спутников через специальное приложение для Android и iOS.
В смартфонах антенна не важна, главное процессор и вспомогательные датчики, топовые устройства не имеют проблем с навигацией. A-GPS и другой софт — отличные костыли, помогающие престарелым устройствам ориентироваться в условиях мегаполисов и бездорожий. Для быстрого и правильного позиционирования навигатор необходимо подключать к 4G или регулярно обновлять информацию с помощью ноутбука, смартфона по Bluetooth.
Путешествуйте чаще, не бойтесь открывать новые места, ведь современные технологии не стоят на месте и в ногу идут с желаниями человека, помогая и упрощая ему жизнь в исследовании неизведанного.
Что не пишут в википедии о глобальных навигационных спутниковых системах
Вдохновлённый серией постов «Теория радиоволн», я решился на аналогичный пост о системах спутникового позиционирования. Я работаю в структуре, которая занимается обеспечением функционирования системы ГЛОНАСС, поэтому постараюсь рассказать о ней и её конкурентах с несколько другой точки зрения. Пост будет именно об их устройстве, попутно хотелось бы развеять несколько мифов.
Постараюсь обойтись без выкладывания прописных истин и сведений, которые любой желающий может почерпнуть в википедии, но порой без них не обойтись, прошу отнестись с пониманием.
Структура систем
Как это работает
Подсистема НКА представляет собой некоторое количество спутников, согласованно движущихся по специально выбранным орбитам. Основное условие при выборе орбит — в любой точке планеты в любой момент времени должно быть видно не менее 4 спутников (почему именно четыре, будет объяснено ниже). На каждом из аппаратов установлены атомные часы — цезиевые, рубидиевые или их комбинация, в зависимости от модификации — синхронизированные с часами на центральном синхронизаторе системы. Синхронизированные — это не значит что они идут синфазно, это значит что известна разница хода часов. Именно центральный синхронизатор и хранит так называемую системную шкалу времени. Наш центральный синхронизатор находится в Подмосковье, американский в Подвашингтонье, что и неудивительно.
Каждый аппарат излучает несущее колебание в двух частотных диапазонах L1 и L2. Все НКА системы GPS излучают на общих частотах, 1575,42 МГц и 1227,60 МГц для L1 и L2 соответственно, а НКА системы ГЛОНАСС излучают на разнесённых частотах, называемых литерами (аппараты, находящиеся на противоположных точках орбиты излучают на одной литере). Разница между литерами составляет 562,5 кГц, для поддиапазона L1 и 437,5 кГц для L2, нулевая литера имеет частоты 1602 МГц и 1245 МГц соответственно.
Несущее колебание модулируется специальной кодовой последовательностью таким образом, что фаза кодового сигнала совпадает с показаниями часов спутника (если кому интересно — модуляция фазовая). В системе GPS каждый аппарат имеет уникальную кодовую последовательность, что позволяет различать их сигналы, несмотря на общую частоту. В ГЛОНАСС же используется частотное разделение, поэтому все аппараты имеют одинаковую кодовую последовательность. Дополнительно сигналы спутников модулируются навигационными сообщениями, которые содержат параметры полиномиальной математической модели движения спутника и модели смещения показаний спутниковых часов относительно системной шкалы времени. 
Структура сигнала космических аппаратов ГЛОНАСС
Навигационные сообщения также содержат параметры ионосферы (позволяет учитывать задержку сигналов в ионосфере), разницу между системной шкалой времени и мировой координированной шкалой времени и много еще всякой другой полезной информации. Упрощенно, подсистема НКА — это сеть синхронизированных, движущихся в пространстве часов, с известными в любой момент координатами.
Наземный комплекс управления — это сеть наземных станций, обеспечивающих определение параметров движения космических аппаратов, параметров хода их часов.На пунктах ведутся измерения параметров вращения планеты, параметров атмосферы, там уточняют характеристики гравитационного поля Земли и обеспечивают хранение мировой системы координат. Функционально в состав НКУ входит немалое количество научно-исследовательских учреждений и лабораторий. Ну и разумеется, именно наземный комплекс все эти данные обрабатывает и закладывает на аппараты, которые уже транслируют их в составе навигационного сообщения.
Наземный комплекс — это и базовые пункты с калиброванными приёмниками, и пункты федеральной астрономо-геодезической сети, и радиоинтерферометры со сверхдлинной базой, и лазерные дальномеры, и множетсво других интересных вещей. Вообще функции наземного комплекса очень разнообразны, его деятельность слишком обширна, чтобы включить её в эту статью. Если кого-то заинтересует — попробую написать статью и об этом.
Сеть станций наземного комплекса управления ГЛОНАСС
Разумеется это сильно упрощенная схема работы навигационных систем, про любой компонент можно рассказывать очень долго. Так что, если кого-то заинтересует, я готов углубиться в любой из аспектов работы ГНСС.
Срыв покровов
Сразу скажу, тут я просто рассмотрю наиболее распространённые вопросы и заблуждения, с которыми сталкиваюсь постоянно. Ну и постараюсь объяснить реальное состояние дел, в меру своей компетентности конечно.
Почему ГЛОНАСС такой плохой?
Наиболее распространенный вопрос.
Начну с того, что ГЛОНАСС не во всём хуже GPS.
Например, в приполюсных областях группировка ГЛОНАСС обеспечивает лучшее покрытие, в силу более оптимальной конфигурации орбитальной группировки. Впрочем в приэкваториальных областях ситуация обратная по той же причине. Ноги растут из военного назначения обеих систем, а военные интересы Советского Союза и США были сконцентрированы именно в этих областях.
Кроме того, частотное разделение сигналов действительно улучшает помехоустойчивость системы ГЛОНАСС. Это же частотное разделение тянет за собой и множество проблем, но факт остаётся фактом — в случае вооружённого конфликта подавить нашу ГНСС будет сложнее.
Сама система непрерывно прогрессирует. Пусть не так быстро как хотелось бы, пусть это сопровождается коррупционными скандалами с какими-то астрономическими суммами, но весь мир признаёт, что ГЛОНАСС стабильно держится на дистанции четырёх-пятилетнего отставания от GPS, и разрыв не увеличивается. Кстати, не надо думать, что GPS сильно дешевле, он тоже стоит чудовищных денег, которые не всегда тратятся как следует.
Так почему же ГЛОНАСС отстаёт? Мало кто знает, что система ГЛОНАСС старше GPS на несколько лет (формально сама система моложе, но её прототипы появились раньше и сама отработка технологии началась раньше). Американцы разумеется наблюдали за её созданием, и создали свою, постаравшись учесть наши ошибки, которые другим способом предугадать было невозможно. Избежав наших системных ошибок, и не останавливая развитие (в отличие от нас, в девяностые вся наша спутниковая группировка едва не оказалась на дне Тихого океана) они превратились из отстающих в опережающих.
Военные коды
Как известно, НКА обеих систем излучают сигналы двух видов: стандартной точности (СТ-код для ГЛОНАСС, C/A для GPS) и высокой точности (аналогично ВТ-код и P/Y-код). СТ-код ГЛОНАСС излучается в обоих частотных диапазонах, а C/A код GPS только в частотном диапазоне L1 (за исключением нескольких НКА новой серии). Сигналы высокой точности излучаются в обоих частотных диапазонах. Различаются эти сигналы кодовой последовательностью, при этом сигналы с кодом высокой точности имеют более широкую полосу, что повышает точность и затрудняет подавление.
Традиционно сигналы высокой точности считаются военными, стандартные сигналы считаются гражданскими. Это только отчасти верно. Кодовая последовательность P-кода и ВТ-кода на данный момент открыта для широкого применения: американцы официально опубликовали свои кодовые последовательности, а заодно и наши (откуда они их узнали, оставим за кадром). Поэтому сейчас любой производитель совершенно свободно может создавать приёмники, принимающие военные сигналы (и создают, вся прецизионная аппаратура принимает все виды сигналов на всех частотах). Особенность в том, что в случае необходимости эти коды меняются по особому алгоритму, разумеется засекреченному. И вот после такой смены кодовых последовательностей только военная аппаратура сможет их принимать, поскольку в неё изначально этот самый алгоритм зашивается.
Более того, в случае необходимости на сигналы стандартной точности накладывается еще и кодирование, которое не мешает принимать эти сигналы, но не позволяет определять положение лучше пары сотен метров в принципе.
Все эти манипуляции могут производиться не глобально, а только над некоторым регионом земного шара, что продемонстрировали американцы во время войны в Ираке, лишив весь Ближний Восток нормального GPS. Аналогично поступали наши во время конфликта с Грузией, что особого резонанса не вызвало, поскольку пользователей ГЛОНАСС в Грузии не сыскать.