"Звездные войны" GNSS

 

На написание статьи натолкнула тенденция бурного развития ГЛОНАСС в последний год в России и активное продвижение его на рынок. Рассмотрим развитие ГЛОНАСС и объединение его с GPS.

 

 

Сама история развития спутниковой навигации насчитывает уже более 50 лет. Самым началом считается первый запуск Искусственного Спутника Земли  4 октября 1957 года еще при Советском Союзе. Затем в середине 70-х годов в СССР была создана спутниковая навигационная система «Цикада», а в 60-х годах в США — система «Транзит», которая в дальнейшем претерпела множество изменений и технологических усовершенствований.

 

Эти системы разрабатывались по заказу Министерства Обороны стран и были специализированы для оперативной глобальной навигации наземных передвигающихся объектов. Но лишь в декабре 1976 г. было принято Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О развертывании Единой космической навигационной системы».

 

В то время у системы спутниковой навигации была очень плохая точность определения координат и большое количество времени, необходимого для их вычисления – требовалось создание систем следующего поколения. В результате в Советском Союзе в начале 80-х годов и была изобретена Система спутниковой навигации. Появившиеся системы спутниковой навигации получили название GPS - в США, и ГЛОНАСС - в СССР.

 

В результате первый американский спутник был запущен в феврале 1978 года, а первый советский позже - 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года ГЛОНАСС была официально принята в эксплуатацию. В 1995 году её спутниковая группировка составила 24 аппарата. Впоследствии, из-за недостаточного финансирования, число работающих спутников сократилось.

 

В августе 2001 года была принята федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система», согласно которой полное покрытие территории России планировалось уже в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков ракетоносителей, и вывести на орбиту 18 спутников — таким образом, к концу 2009 года группировка вновь должна насчитывать 24 аппарата. При этом точность определения местоположения пользователей системы достигнет 1–5 м, как у GPS.

 

И вот произошли долгожданные запуски спутников, хотя были и неудачные моменты, когда был запуск трех спутников 5 декабря 2010 года, который закончился их приземлением в Тихий океан. Что самое удивительное в развитии спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС – это жизненный срок спутников. Спутники GPS гораздо дольше эксплуатируются без вывода с орбитальных плоскостей, чем ГЛОНАСС. За все время существования спутниковой навигации Советский Союз, а нынче Россия запустила 113 спутников ГЛОНАСС, а США до сегодняшнего дня всего 61 спутник.

 

За местоположением спутников наблюдает GNSS (комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов). С некоторых пор аналитические центры GNSS России и США решили объединиться. Что может нам дать такое объединение?

 

Если посмотреть на зону покрытия GPS и ГЛОНАСС, то можно увидеть, что они работают в разных орбитальных плоскостях. Точность, которая достигается одним GPS, настолько хороша, что при добавление еще одной системы даст небольшое преимущество. Но если объединить GPS и ГЛОНАСС, то получим более точное значение PDOP (снижение точности по местоположению), рисунок 1 это хорошо показывает.

Рис.1 Эффект ГЛОНАСС на PDOP

 

Значение DOP в диапазоне от 1 до 2 обозначает идеальную точность и рекомендуется к использованию в системах, требующих максимально возможную точность во всё время их работы. А значение DOP в диапазоне от 2 до 3 обозначает отличную точность и она достаточная для использования результатов измерений в достаточно чувствительной аппаратуре и программах.

 

Из рисунка 2 мы видим процентное улучшение значения PDOP.

Рис.2 Процентное улучшение PDOP, используя ГЛОНАСС

 

 

При таком объединении будут заметны  улучшения для широт выше 50 градусов. Достигается это благодаря более высокому орбитальному наклону спутников ГЛОНАСС (приблизительно 64 градуса) по сравнению с наклоном спутников GPS (приблизительно 55 градусов).

 

Таким образом, объединение спутников с точки зрения точности приведет к более устойчивым и надежным решениям.

Ежедневно за передвижением спутников наблюдает наземная станция GNSS. Это необходимо, чтобы избежать ошибок в расчетах местоположения, так как спутники ежедневно могут изменить свое местоположение на 4 минуты, находясь в своей орбитальной плоскости. 

 

До 2003 года за спутниками ГЛОНАСС наблюдали 20 наземных станций международной службы GNSS. В 2003 году их число выросло до 30, а после 2003 года количество наземных станций оставалось неизменным с очень неоднородным их распределением. Например, в западном полушарии было всего несколько станций (рис.3).

 

                   

Рис.3. Текущее распределение международной службы GNSS станций для отслеживания GPS и ГЛОНАСС

 

 

На сегодняшний день увеличение спутников ГЛОНАСС оказало положительное влияние на точность определения орбит и часов, что значительно увеличило интерес к системе ГЛОНАСС. И в последнее время международная служба GNSS стала добавлять спутники ГЛОНАСС в американскую продукцию, так как качество данных получаемых орбит и часов становится сопоставимыми с данными от спутников GPS, хотя еще и остаются моменты, когда ГЛОНАСС не может догнать по точности GPS. Хочется надеяться, что наша система ГЛОНАСС достигнет хорошей точности, а наши спутники со временем превзойдут GPS.