Sistemas de navegación por satélite GLONASS y GPS. Parte 1
E. Povalyaev, S. Khutornoy
Traemos a su atención una serie de artículos sobre los sistemas de navegación por radio satelital Glonass (sistema global de navegación por satélite) y GPS (Sistema de posicionamiento global). El primer artículo de la serie trata los temas de construcción y funcionamiento de los sistemas, la estructura y funciones de los equipos de consumo (receptores), algoritmos para resolver un problema de navegación y perspectivas para el desarrollo de sistemas.
Desde la antigüedad, los viajeros se han preguntado: ¿cómo determinar su ubicación en la Tierra? Los antiguos navegantes se guiaban por las estrellas que indicaban la dirección del movimiento: conociendo la velocidad media y el tiempo de viaje, era posible navegar en el espacio y determinar la distancia al destino final. Sin embargo, las condiciones meteorológicas no siempre estuvieron en manos de los investigadores, por lo que no fue difícil desviarse del rumbo. Con la llegada de la brújula, la tarea se ha simplificado enormemente. El viajero ya dependía menos del clima.
La era de la radio abrió nuevas posibilidades para el hombre. Con el advenimiento de las estaciones de radar, cuando fue posible medir los parámetros de movimiento y la ubicación relativa de un objeto mediante el haz de radar reflejado desde su superficie, surgió la cuestión de la posibilidad de medir los parámetros de movimiento de un objeto a partir de la señal emitida. . En 1957, en la URSS, un grupo de científicos dirigido por V.A. Kotelnikova confirmó experimentalmente la posibilidad de determinar los parámetros de movimiento de un satélite terrestre artificial (AES) a partir de los resultados de las mediciones del desplazamiento de frecuencia Doppler de la señal emitida por este satélite. Pero, lo más importante, se estableció la posibilidad de resolver el problema inverso: encontrar las coordenadas del receptor a partir del desplazamiento Doppler medido de la señal emitida por el satélite, si se conocen los parámetros de movimiento y las coordenadas de este satélite. Cuando se mueve en órbita, el satélite emite una señal de cierta frecuencia, cuyo valor se conoce en el lado receptor (consumidor). La posición del satélite en cada momento del tiempo es conocida, más precisamente, se puede calcular en base a la información contenida en la señal del satélite. El usuario, midiendo la frecuencia de la señal que le llegó, la compara con la de referencia y así calcula el desplazamiento de frecuencia Doppler debido al movimiento del satélite. Las mediciones se realizan de forma continua, lo que permite componer una especie de función de cambio de frecuencia Doppler. En un momento determinado, la frecuencia se vuelve igual a cero y luego cambia de signo. En el momento en que la frecuencia Doppler es igual a cero, el consumidor se encuentra en una línea normal al vector de movimiento del satélite. Usando la dependencia de la pendiente de la curva de frecuencia Doppler de la distancia entre el consumidor y el satélite y midiendo el tiempo cuando la frecuencia Doppler es igual a cero, es posible calcular las coordenadas del consumidor.
Así, un satélite artificial de la Tierra se convierte en una estación de referencia para la radionavegación, cuyas coordenadas cambian en el tiempo debido al movimiento del satélite en órbita, pero que pueden calcularse con antelación para cualquier instante de tiempo gracias a la información de efemérides incrustada en la señal de navegación del satélite.
En 1958-1959 en la Academia de Ingeniería de la Fuerza Aérea de Leningrado (LVVIA) ellos. AF Mozhaisky, el Instituto de Astronomía Teórica de la Academia de Ciencias de la URSS, el Instituto de Electromecánica de la Academia de Ciencias de la URSS, dos institutos de investigación marina y Gorky NIRFI llevaron a cabo investigaciones sobre el tema "Sputnik", que luego se convirtió en la base para construir el primer sistema doméstico de navegación por satélite de órbita baja "Cicada". Y en 1963 se comenzó a trabajar en la construcción de este sistema. En 1967, se puso en órbita el primer satélite de navegación doméstico Kosmos-192. Un rasgo característico de los sistemas de radionavegación por satélite de la primera generación es el uso de satélites de órbita baja y el uso de la señal de un satélite actualmente visible para medir los parámetros de navegación de un objeto. Posteriormente, los satélites del sistema Cicada fueron equipados con equipos de recepción para detectar objetos en peligro.
En paralelo, tras el exitoso lanzamiento del primer satélite terrestre artificial por parte de la URSS, en EE.UU. se trabaja en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins relacionado con la posibilidad de medir los parámetros de la señal emitida por el satélite Las mediciones se utilizan para calcular los parámetros del movimiento del satélite en relación con el punto de observación terrestre. La solución del problema inverso es cuestión de tiempo.
Sobre la base de estos estudios, en 1964, se creó en los EE. UU. el sistema de radionavegación por satélite Doppler de la primera generación "Transit". Su objetivo principal es el apoyo a la navegación para el lanzamiento de misiles balísticos Polaris desde submarinos. El director del Laboratorio de Física Aplicada R. Kershner es considerado el padre del sistema. El sistema estuvo disponible para uso comercial en 1967. Al igual que en el sistema Cicada, en el sistema Transit las coordenadas de la fuente se calculan a partir del cambio de frecuencia Doppler de la señal de uno de los 7 satélites visibles. Los sistemas AES tienen órbitas polares circulares con una altura sobre la superficie terrestre de ~ 1100 km, el período de revolución de los satélites Transit es de 107 minutos. La precisión del cálculo de las coordenadas de la fuente en los sistemas de primera generación depende en gran medida del error en la determinación de la velocidad de la fuente. Entonces, si la velocidad de un objeto se determina con un error de 0,5 m, esto, a su vez, conducirá a un error al determinar las coordenadas de ~ 500 m, para un objeto estacionario, este valor se reduce a 50 m.
Además, el funcionamiento continuo no es posible en estos sistemas. Debido al hecho de que los sistemas son de órbita baja, el tiempo durante el cual el satélite está en el campo de visión del consumidor no excede de una hora. Además, el tiempo entre el paso de varios satélites en la zona de visibilidad del usuario depende de la latitud geográfica en la que se encuentre, y puede oscilar entre 35 y 90 minutos. Reducir este intervalo aumentando el número de satélites es imposible, porque todos los satélites emiten señales en la misma frecuencia.
En consecuencia, los sistemas de navegación por satélite de la segunda generación tienen una serie de desventajas significativas. En primer lugar, la precisión insuficiente para determinar las coordenadas de los objetos dinámicos. Otra desventaja es la falta de continuidad en las medidas.
Uno de los principales problemas que surgen al crear sistemas satelitales que proporcionan determinaciones de navegación para varios satélites es la sincronización mutua de las señales (escalas de tiempo) de los satélites con la precisión requerida. La falta de coincidencia de los generadores de referencia de los satélites en 10 ns conduce a un error al determinar las coordenadas del consumidor 10–15 m. El segundo problema al que se enfrentaron los desarrolladores al crear sistemas de navegación por satélite de órbita alta fue la determinación y predicción de alta precisión de los parámetros de la órbita del satélite. El equipo receptor, midiendo los retrasos de las señales de diferentes satélites, calcula las coordenadas del consumidor.
Para estos fines, en 1967, la Marina de los EE. UU. desarrolló un programa que lanzó el satélite TIMATION-I, y en 1969, el satélite TIMATION-II. Se utilizaron osciladores de cristal a bordo de estos satélites. Al mismo tiempo, la Fuerza Aérea de EE. UU. estaba ejecutando su programa de código de pseudo ruido (PRN) de banda ancha paralela. Las propiedades de correlación de dicho código hacen posible utilizar una frecuencia de señal para todos los satélites, con separación de código de señales de diferentes satélites. Más tarde, en 1973, los dos programas se fusionaron en uno bajo el nombre de "Navstar-GPS". En 1996, se completó el despliegue del sistema. Actualmente hay 28 satélites activos disponibles.
En la URSS, las pruebas de vuelo del sistema de navegación por satélite de órbita alta Glonass comenzaron en 1982 con el lanzamiento del satélite Kosmos-1413. El principal desarrollador y creador del sistema en su conjunto y del segmento espacial es NPO Applied Mechanics (Krasnoyarsk), y para naves espaciales de navegación - PA "Polyot" (Omsk). El desarrollador líder de complejos de ingeniería de radio es RNIIKP; El Instituto Ruso de Radionavegación y Tiempo fue designado responsable de la creación de un complejo temporal, un sistema de sincronización y equipos de navegación para los consumidores.
El sistema Glonass está diseñado para la navegación operativa global de objetos en movimiento en la superficie. SRNSS fue desarrollado por orden del Ministerio de Defensa. En cuanto a su estructura, Glonass, al igual que el GPS, se considera un sistema de doble acción, es decir, puede usarse tanto para fines militares como civiles.
El sistema como un todo incluye tres partes funcionales (en la literatura profesional estas partes se denominan segmentos) (Fig. 1).
Figura 1. Segmentos de los sistemas de navegación de órbita alta Glonass y GPS
De estas tres partes, la última, el equipo de usuario, es la más numerosa. El sistema GLONASS no requiere solicitudes, por lo que la cantidad de consumidores del sistema no importa. Además de la función principal, las definiciones de navegación, el sistema permite la sincronización mutua de alta precisión de los estándares de frecuencia y tiempo en objetos terrestres remotos y la referenciación geodésica mutua. Además, se puede utilizar para determinar la orientación de un objeto en función de las medidas tomadas de cuatro receptores de señales de satélites de navegación.
En el sistema Glonass, las naves espaciales de navegación (NSV) se utilizan como estación de referencia de radionavegación, girando en una órbita geoestacionaria circular a una altitud de ~ 19100 km (Fig. 2). El período de revolución de un satélite alrededor de la Tierra es, en promedio, de 11 horas y 45 minutos. La vida útil del satélite es de 5 años, tiempo durante el cual los parámetros de su órbita no deben diferir de los valores nominales en más del 5%. El satélite en sí es un contenedor hermético con un diámetro de 1,35 my una longitud de 7,84 m, dentro del cual se colocan varios tipos de equipos. Todos los sistemas funcionan con paneles solares. La masa total del satélite es de 1415 kg. El equipo a bordo incluye: un transmisor de navegación a bordo, un temporizador (reloj), un complejo de control a bordo, un sistema de orientación y estabilización, etc.
Figura 2. Segmento espacial de los sistemas GLONASS y GPS
Figura 3. Segmento del complejo de control terrestre del sistema GLONASS
Figura 4. Segmento del complejo de control terrestre del sistema GPS
El segmento del complejo de control terrestre del sistema GLONASS realiza las siguientes funciones:
Para sincronizar las escalas de tiempo de varios satélites con la precisión requerida, se utilizan a bordo del NSC estándares de frecuencia de cesio con una inestabilidad relativa del orden de 10-13. El complejo de control terrestre utiliza un estándar de hidrógeno con una inestabilidad relativa de 10-14. Además, el GCC incluye medios para corregir las escalas de tiempo de los satélites en relación con la escala de referencia con un error de 3 a 5 ns.
El segmento de tierra proporciona soporte de efemérides para los satélites. Esto significa que los parámetros del movimiento del satélite se determinan en tierra y los valores de estos parámetros se predicen para un período de tiempo predeterminado. Los parámetros y su pronóstico se incluyen en el mensaje de navegación transmitido por el satélite junto con la transmisión de la señal de navegación. Esto también incluye correcciones de frecuencia de tiempo de la escala de tiempo a bordo del satélite en relación con el tiempo del sistema. La medición y predicción de los parámetros de movimiento del satélite se llevan a cabo en el Centro Balístico del sistema en base a los resultados de las mediciones de trayectoria de la distancia al satélite y su velocidad radial.
Americano sistema GPS a su manera funcionalidad similar al sistema doméstico Glonass. Su objetivo principal es una determinación de alta precisión de las coordenadas del consumidor, los componentes del vector de velocidad y la vinculación a la escala de tiempo del sistema. Similar al doméstico, el sistema GPS fue desarrollado para el Departamento de Defensa de los Estados Unidos y está bajo su control. Según el documento de control de la interfaz, los principales desarrolladores del sistema son:
Al igual que el sistema Glonass, el GPS consta de un segmento espacial, un complejo de comando y medición basado en tierra y un segmento de consumidores.
Como se mencionó anteriormente, la constelación GPS consta de 28 naves espaciales de navegación. Todos ellos están en órbitas circulares con un período de revolución alrededor de la Tierra, igual a 12 horas. La altura de la órbita de cada satélite es ~ 20000 km. Los NSC del sistema GPS experimentaron una serie de mejoras que afectaron su desempeño en general. En mesa. 1 se dan breves características nave espacial utilizada en el sistema.
Tabla 1. Características de las naves espaciales utilizadas en el sistema GPS
| tipo NKA | Masa en órbita | Potencia de las fuentes de energía, W | Período estimado de existencia activa | Año de lanzamiento del primer NSC |
| Bloque-I | 525 | 440 | - | 1978 |
| Bloque-II | 844 | 710 | 5 | 1989 |
| Bloque-IIR | 1094 | 1250 | 7,5 | 1997 |
| Bloque-IIF | - | - | 14–15 | 2001–2002 |
Tabla 2. Características comparativas de los sistemas GLONASS y GPS
| Índice | GLONASS | GPS |
| El número de naves espaciales en la constelación orbital completa. | 24 | 24 |
| Número de planos orbitales | 3 | 6 |
| Número de naves espaciales en cada avión. | 8 | 4 |
| Inclinación orbital | 64,8º | 55º |
| Altura de la órbita, km | 19 130 | 20 180 |
| Período orbital del satélite | 11 h 15 min. 44 segundos | 11 h 58 min. 00 s |
| Sistema coordinado | PZ-90 | WGS-84 |
| Peso de la nave espacial de navegación, kg | 1450 | 1055 |
| Potencia paneles solares, W | 1250 | 450 |
| Plazo de existencia activa, años | 3 | 7,5 |
| Medios para poner en órbita una nave espacial | "Protón-K/DM" | Delta 2 |
| El número de naves espaciales que se muestran en un lanzamiento. | 3 | 1 |
| puerto espacial | Baikonur (Kazajistán) | cabo Cañaveral |
| Tiempo de referencia | UTC (SU) | UTC (NO) |
| Método de acceso | AMDF | CDMA |
| Frecuencia de carga: L1 L2 |
1598,0625-1604,25 7/9 L1 |
1575,42 60/77 L1 |
| Polarización | mano derecha | mano derecha |
| tipo de secuencia PN | secuencia m | código de oro |
| Número de elementos de código: CALIFORNIA PAG |
511 51 1000 |
1023 2.35x1014 |
| Velocidad de codificación, Mbps: CALIFORNIA PAG |
0,511 5,11 |
1,023 10,23 |
| Nivel de interferencia de radio dentro del sistema, dB | -48 | -21,6 |
| Estructura del mensaje de navegación | ||
| Tasa de transferencia, bps | 50 | 50 |
| Tipo de modulación | BPSK (Mánchester) | BPSK NRZ |
| Longitud de supertrama, mín. | 2.5 (5 fotogramas) | 12,5 (25 fotogramas) |
| Longitud del marco, s | 30 (15 líneas) | 30 (5 líneas) |
| Longitud de línea, s | 2 | 6 |
Al diseñar el sistema en su conjunto y el SV en particular, se presta mucha atención a los problemas de funcionamiento autónomo. Por lo tanto, la nave espacial de primera generación (Bloque-I) aseguró el funcionamiento normal del sistema (es decir, sin errores significativos en la determinación de las coordenadas) sin la intervención del segmento de control durante 3-4 días. En los dispositivos Block-II, este período se amplió a 14 días. EN nueva modificación NSC Blok-IIR permite la operación autónoma durante 180 días sin ajustar los parámetros de la órbita desde el suelo, utilizando solo un complejo autónomo para la sincronización mutua de los satélites. Se supone que los dispositivos Block-IIF deben usarse en lugar del Block-IIR gastado.
El sistema Glonass utiliza la división de frecuencia de las señales (FDMA) emitidas por cada satélite: dos señales codificadas por cambio de fase. La frecuencia de la primera señal se encuentra en el rango L1 ~ 1600 MHz, y la frecuencia de la segunda señal se encuentra en el rango L2 ~ 1250 MHz. Los valores nominales de las frecuencias de operación de las señales de radio transmitidas en las bandas L1 y L2 están determinados por la expresión:
f k1 = f 1 + kD f 1
f k2 = f 2 + kD f 2 k = 0,1,...,24, (1)
donde k = 0,1,...,24 - números de letras (canales) de frecuencias operativas de satélites;
f1 = 1602 MHz; D f 1 \u003d 9/16 \u003d 0.5625 MHz;
f2 = 1246 MHz; Df2 = 7/16 = 0,4375 MHz.
Para cada satélite, las frecuencias operativas de las señales en las bandas L1 y L2 son coherentes y se forman a partir de una referencia de frecuencia. La relación de las frecuencias operativas de la portadora de cada satélite:
re f k1 / re f k2 = 7/9.
El valor nominal de la frecuencia del generador embarcado, desde el punto de vista de un observador situado en la superficie de la Tierra, es de 5,0 MHz.
En el rango L1, cada satélite del sistema Glonass emite 2 portadoras a la misma frecuencia, desfasadas entre sí 90º (Fig. 5).
Figura 5. Diagrama vectorial de señales portadoras de GLONASS y GPS
Una de las portadoras sufre una modulación por desplazamiento de fase de 180º. La señal moduladora se obtiene mediante la suma módulo 2 de tres señales binarias (Fig. 6):
Figura 6. Estructura de la señal GLONASS
La señal en el rango L1 (similar al código C/A en GPS) está disponible para todos los usuarios dentro del rango de visibilidad de la nave espacial. La señal en la banda L2 está destinada a necesidades militares y su estructura no se revela.
El mensaje de navegación se forma en forma de líneas continuas, cada una con una duración de 2 s. En la primera parte de la cadena (intervalo de 1,7 s) se transmiten los datos de navegación, y en la segunda (0,3 s), la marca de tiempo. Es una secuencia pseudoaleatoria abreviada que consta de 30 símbolos con una frecuencia de reloj de 100 bps.
Los mensajes de navegación de los satélites del sistema Glonass son necesarios para que los consumidores definan la navegación y planifiquen las sesiones de comunicación con los satélites. Según su contenido, los mensajes de navegación se dividen en información operativa y no operativa.
La información operativa se refiere al satélite de cuya señal se recibió. La información operativa incluye:
El tiempo de enlace de la información de efemérides y las correcciones de frecuencia-tiempo, que tienen una multiplicidad de media hora desde el comienzo del día, le permiten determinar con precisión las coordenadas geográficas y la velocidad del satélite.
La información no operativa contiene un almanaque que incluye:
La elección de la "constelación" óptima de la nave espacial y la predicción del desplazamiento Doppler de la frecuencia portadora se obtienen analizando el almanaque del sistema.
Los mensajes de navegación de los satélites del sistema Glonass se estructuran en forma de supertramas con una duración de 2,5 minutos. Una supertrama consta de cinco tramas con una duración de 30 s. Cada cuadro contiene 15 líneas con una duración de 2 s. De los 2 s de duración de la línea, los últimos 0,3 s los ocupa la marca de tiempo. El resto de la línea contiene 85 símbolos de información digital transmitida a una frecuencia de 50 Hz.
Como parte de cada cuadro, se transmite la cantidad total de información operativa y parte del almanaque del sistema. El almanaque completo está contenido en la supertrama completa. En este caso, la información de la supertrama contenida en las líneas 1 a 4 se refiere al satélite del que proviene (parte operativa) y no cambia dentro de la supertrama.
El sistema GPS utiliza señalización por división de código (CDMA), por lo que todos los satélites emiten señales en la misma frecuencia. Cada satélite GPS emite dos señales codificadas por cambio de fase. La frecuencia de la primera señal es L1 = 1575,42 MHz y la segunda - L2 = 1227,6 MHz. La señal de frecuencia portadora L1 está modulada por dos secuencias binarias, cada una de las cuales está formada por la suma módulo 2 del código de determinación de distancia y los datos del sistema y de navegación transmitidos, generados a una velocidad de 50 bit/s. A la frecuencia L1, se transmiten dos componentes en cuadratura, manipulados bifásicamente con secuencias binarias. La primera secuencia es la suma de módulo 2 del código de distancia precisa P o el código secreto Y y los datos de navegación. La segunda secuencia es también la suma módulo 2 del código grueso C/A (abierto) y la misma secuencia de datos de navegación.
La señal de radio en la frecuencia L2 es manipulada bifásicamente por una sola de las dos secuencias consideradas anteriormente. La elección de la secuencia moduladora se realiza por orden de la Tierra.
Cada satélite utiliza sus propios códigos de telémetro C/A y P(Y), lo que permite separar las señales de los satélites. En el proceso de formación de un código P(Y) de rango preciso, se forman simultáneamente marcas de tiempo de señal de satélite.
La división estructural de la información de navegación de los satélites GPS se realiza en supertramas, tramas, subtramas y palabras. Una supertrama se forma a partir de 25 tramas y tarda 750 s (12,5 min). Una trama se transmite durante 30 s y tiene un tamaño de 1500 bits. La trama se divide en 5 subtramas de 300 bits cada una y se transmite en un intervalo de 6 s. El comienzo de cada subtrama denota una marca de tiempo correspondiente al inicio/final del siguiente intervalo de 6 s del tiempo del sistema GPS. Una subtrama consta de 10 palabras de 30 bits. En cada palabra, los 6 bits menos significativos son los bits de control.
En las subtramas 1, 2 y 3, se transmiten datos sobre los parámetros de corrección del reloj y datos de efemérides de la nave espacial con la que se establece la comunicación. El contenido y la estructura de estos subfotogramas siguen siendo los mismos en todas las páginas del superfotograma. Las subtramas 4 y 5 contienen información sobre la configuración y el estado de todos los SC del sistema, almanaques SC, mensajes especiales, parámetros que describen la relación entre la hora del GPS y el UTC, etc.
El segmento de consumidores de sistemas GPS y GLONASS incluye receptores de señales satelitales. Al medir los parámetros de estas señales, se resuelve el problema de navegación. El receptor se puede dividir en tres partes funcionales:
Desde la salida del dispositivo alimentador de antena (antena), la señal ingresa a la parte de radiofrecuencia (Fig. 7). La tarea principal de esta parte es amplificar la señal de entrada, filtrado, conversión de frecuencia y conversión de analógico a digital. Además, la parte de radiofrecuencia del receptor recibe la frecuencia de reloj de la parte digital del receptor. Desde la salida de la parte de radiofrecuencia, las lecturas digitales de la señal de entrada se alimentan a la entrada del correlador digital.
Figura 7. Estructura generalizada del receptor
En el correlador, el espectro de la señal se transfiere a la frecuencia "cero". Esto se hace multiplicando la señal de entrada del correlador con la oscilación armónica de referencia en los canales en fase y en cuadratura. Además, el resultado de la multiplicación se somete a un procesamiento de correlación al multiplicar con el código de distancia de referencia y acumularse durante el período del código de distancia. Como resultado, obtenemos las integrales de correlación I y Q. Las lecturas de las integrales de correlación se envían al procesador para su posterior procesamiento y cierre de los bucles PLL (bucle de bloqueo de fase) y CVD (circuito de seguimiento de retardo). Las mediciones de los parámetros de la señal en el receptor no se realizan directamente a partir de la señal de entrada, sino a partir de su copia exacta, formada por los sistemas PLL y SSZ. Las integrales de correlación I y Q permiten estimar el grado de "similitud" (correlación) entre las señales de referencia y de entrada. La tarea del correlador, además de la formación de las integrales I y Q, es formar una señal de referencia de acuerdo con las acciones de control (códigos de control) provenientes del procesador. Además, en algunos receptores, el correlador genera las medidas necesarias de las señales de referencia y las transfiere al procesador para su posterior procesamiento. Al mismo tiempo, dado que las señales de referencia en el correlador se forman de acuerdo con los códigos de control provenientes del procesador, las medidas necesarias de las señales de referencia se pueden realizar directamente en el procesador, procesando los códigos de control de manera adecuada, lo cual es hecho en muchos receptores modernos.
¿Qué parámetros de señal mide el correlador (procesador)?
El rango en las mediciones de ingeniería de radio se caracteriza por el tiempo de propagación de la señal desde el objeto de medición hasta el punto de medición. En los sistemas de navegación GPS/GLONASS, la emisión de señales está sincronizada con la escala de tiempo del sistema, más precisamente, con la escala de tiempo del satélite que emite esta señal. Al mismo tiempo, el usuario tiene información sobre la discrepancia entre la escala de tiempo del satélite y el sistema. La información digital transmitida desde el satélite le permite configurar el momento de emisión de un determinado fragmento de la señal (marca de tiempo) por parte del satélite en el tiempo del sistema. El momento de recepción de este fragmento está determinado por la escala de tiempo del receptor. La escala de tiempo del receptor (consumidor) se forma utilizando estándares de frecuencia de cuarzo, por lo que hay una "salida" constante de la escala de tiempo del receptor en relación con la escala de tiempo del sistema. La diferencia entre el momento de recepción de un fragmento de señal, contado en la escala de tiempo del receptor, y el momento de emisión por su satélite, contado en la escala del satélite, multiplicado por la velocidad de la luz, se denomina pseudodistancia. ¿Por qué pseudodistancia? Porque difiere del alcance real en una cantidad igual al producto de la velocidad de la luz y la "salida" de la escala de tiempo del receptor en relación con la escala de tiempo del sistema. Al resolver un problema de navegación, este parámetro se determina junto con las coordenadas del consumidor (receptor).
Las integrales de correlación formadas en el correlacionador permiten rastrear la modulación de la señal del satélite mediante símbolos de información y calcular la marca de tiempo en la señal de entrada. Las marcas de tiempo siguen a intervalos de 6 s para GPS y 2 s para GLONASS y forman una especie de escala de 6 (2) segundos. Dentro de una división de esta escala, los períodos del código de rango forman una escala de 1 ms. Un milisegundo se divide, a su vez, en elementos separados (chips, en terminología GPS): para GPS - 1023, para GLONASS - 511. Por lo tanto, los elementos del código de distancia le permiten determinar la distancia al satélite con un error de ~ 300 m Para una determinación más precisa es necesario conocer la fase del generador de código de distancia. Los esquemas para construir los generadores de referencia del correlador permiten determinar su fase con una precisión de hasta 0,01 periodos, que es una precisión para determinar la pseudodistancia de 3 m.
En base a las mediciones de los parámetros de la oscilación armónica de referencia generada por el sistema PLL, se determinan la frecuencia y la fase de la oscilación de la portadora del satélite. Su desviación con respecto al valor nominal dará un desplazamiento de frecuencia Doppler, por el cual se estima la velocidad del consumidor con respecto al satélite. Además, las medidas de fase de la portadora permiten afinar el alcance al satélite con un error de varios mm.
Para determinar las coordenadas del consumidor, es necesario conocer las coordenadas de los satélites (al menos 4) y la distancia del consumidor a cada satélite visible. Para que el consumidor pueda determinar las coordenadas de los satélites, las señales de navegación emitidas por ellos se modelan mediante mensajes sobre los parámetros de su movimiento. En el equipo del consumidor se seleccionan estos mensajes y se determinan las coordenadas de los satélites en el momento deseado.
Las coordenadas y componentes del vector de velocidad cambian muy rápidamente, por lo tanto, los mensajes sobre los parámetros de movimiento de los satélites contienen información no sobre sus coordenadas y componentes del vector de velocidad, sino información sobre los parámetros de un cierto modelo que se aproxima a la trayectoria de movimiento SC sobre un intervalo de tiempo suficientemente largo (alrededor de 30 minutos). Los parámetros del modelo de aproximación cambian muy lentamente y pueden considerarse constantes durante el intervalo de aproximación.
Los parámetros del modelo de aproximación se incluyen en los mensajes de navegación por satélite. El sistema GPS utiliza el modelo de movimiento Kepleriano con elementos osculadores. En este caso, la trayectoria de vuelo de la nave espacial se divide en segmentos de aproximación con una duración de una hora. En el centro de cada sección, se establece un punto clave en el tiempo, cuyo valor se informa al consumidor de información de navegación. Además, se informa al consumidor de los parámetros del modelo de elementos osculadores en el punto nodal en el tiempo, así como de los parámetros de funciones que aproximan los cambios en los parámetros del modelo de elementos osculadores en el tiempo tanto antes del elemento nodal como después de él.
En el equipo de consumo se asigna un intervalo de tiempo entre el instante de tiempo para el que se debe determinar la posición del satélite y el momento nodal. Luego, utilizando las funciones de aproximación y sus parámetros extraídos del mensaje de navegación, se calculan los valores de los parámetros del modelo de elementos osculadores en el punto de tiempo deseado. En la última etapa, usando las fórmulas usuales del modelo Kepleriano, se determinan las coordenadas y componentes del vector velocidad del satélite.
El sistema Glonass utiliza modelos de movimiento diferencial para determinar la posición exacta de un satélite. En estos modelos, las coordenadas y componentes del vector de velocidad del satélite se determinan mediante la integración numérica de las ecuaciones diferenciales del movimiento de la nave espacial, que tienen en cuenta un número finito de fuerzas que actúan sobre la nave espacial. Las condiciones iniciales de integración se establecen en el momento nodal de tiempo, que se encuentra en el medio del intervalo de aproximación.
Como se mencionó anteriormente, para determinar las coordenadas del consumidor, es necesario conocer las coordenadas de los satélites (al menos 4) y la distancia del consumidor a cada satélite visible, que se determina en el receptor de navegación con una precisión de aproximadamente 1 m Para mayor comodidad, considere el caso "plano" más simple que se muestra en la Fig. . 8.
Figura 8. Determinación de las coordenadas del consumidor
Cada satélite (Fig. 8) se puede representar como un emisor puntual. En este caso, el frente de la onda electromagnética será esférico. El punto de intersección de las dos esferas será aquel en el que se encuentre el consumidor.
La altura de las órbitas de los satélites es de unos 20.000 km. Por lo tanto, el segundo punto de intersección de los círculos puede descartarse debido a información a priori, ya que está lejos en el espacio.
Los sistemas de navegación por satélite permiten al consumidor obtener coordenadas con una precisión de unos 10 a 15 m. Sin embargo, para muchas tareas, especialmente para la navegación en ciudades, se requiere una mayor precisión. Uno de los principales métodos para mejorar la precisión en la determinación de la ubicación de un objeto se basa en la aplicación del principio de las medidas de navegación diferencial conocidas en la radionavegación.
El modo diferencial DGPS (GPS diferencial) le permite establecer coordenadas con una precisión de hasta 3 m en un entorno de navegación dinámico y de hasta 1 m en condiciones estacionarias. El modo diferencial se implementa utilizando un receptor de control GPS llamado estación de referencia. Se encuentra en un punto con coordenadas conocidas, en la misma zona que el receptor GPS principal. Comparando las coordenadas conocidas (obtenidas como resultado de un levantamiento geodésico de precisión) con las medidas, la estación de referencia calcula las correcciones que se transmiten a los consumidores a través de un canal de radio en un formato predeterminado.
El equipo consumidor recibe correcciones diferenciales de la estación de referencia y las tiene en cuenta al determinar la ubicación del consumidor.
Los resultados obtenidos con el método diferencial dependen en gran medida de la distancia entre el objeto y la estación de referencia. La aplicación de este método es más efectiva cuando prevalecen errores sistemáticos debido a causas externas (en relación con el receptor). Según datos experimentales, se recomienda ubicar la estación de referencia a no más de 500 km del objeto.
Actualmente, existen muchos sistemas diferenciales de brechas amplias, regionales y locales.
Como sistemas de amplio alcance, vale la pena señalar sistemas como el WAAS estadounidense, el EGNOS europeo y el MSAS japonés. Estos sistemas utilizan satélites geoestacionarios para transmitir correcciones a todos los usuarios dentro de su área de cobertura.
Los sistemas regionales están diseñados para brindar apoyo a la navegación en secciones individuales de la superficie terrestre. Típicamente, los sistemas regionales se utilizan en grandes ciudades, en carreteras y ríos navegables, en puertos y a lo largo de la costa de los mares y océanos. El diámetro de la zona de trabajo del sistema regional suele ser de 500 a 2000 km. Puede incluir una o más estaciones de referencia.
Los sistemas locales tienen un alcance máximo de 50 a 220 km. Suelen incluir uno estación base. Los sistemas locales generalmente se dividen según la forma en que se utilizan: estaciones diferenciales locales marinas, de aviación y geodésicas.
La dirección general de modernización de los sistemas satelitales GPS y Glonass está asociada con un aumento en la precisión de las definiciones de navegación, una mejora en el servicio brindado a los usuarios, un aumento en la vida útil y confiabilidad del equipo a bordo de los satélites, una mejora en compatibilidad con otros sistemas de ingeniería de radio y el desarrollo de subsistemas diferenciales. La dirección general de desarrollo de los sistemas GPS y Glonass coincide, pero la dinámica y los resultados alcanzados son muy diferentes.
Está previsto que la mejora del sistema GLONASS se lleve a cabo sobre la base de los satélites de nueva generación GLONASS-M. Este satélite tendrá una mayor vida útil y emitirá una señal de navegación en la banda L2 para aplicaciones civiles.
Una decisión similar se tomó en Estados Unidos, donde el 5 de enero de 1999 se anunciaron $400 millones para la modernización del sistema GPS relacionado con la transmisión del código C/A en la frecuencia L2 (1222,7 MHz) y la introducción de la tercera portadora L3 (1176, 45 MHz) en nave espacial que se lanzará a partir de 2005. Está previsto que la señal en la frecuencia L2 se utilice con fines civiles, no directamente relacionados con el peligro para la vida humana. Se propone comenzar a implementar esta solución a partir de 2003. Se decidió utilizar la tercera señal civil en la frecuencia L3 para las necesidades de la aviación civil.
Literatura
Hoy en día, la navegación es algo necesario y muy popular. En los últimos años, los chips de navegación en dispositivos móviles y otros dispositivos electrónicos se han vuelto comunes. Existen sistemas de navegación GPS y GLONASS, veamos qué es cada uno de ellos y estudiemos los principios de funcionamiento.
GPS (Sistema de Posicionamiento Global, Sistema de Posicionamiento Global) es un sistema de navegación por satélite que mide la distancia, el tiempo y determina la ubicación en el sistema de coordenadas mundiales WGS 84. Este sistema le permite determinar la ubicación y la velocidad de los objetos en casi cualquier parte del mundo (a excepción de las regiones polares).
El desarrollo del GPS comenzó en la década de 1950 para el Departamento de Defensa de EE. UU., pero ahora la tecnología no solo la utilizan los militares, sino también en la vida cotidiana. En ese momento, la URSS lanzó el primer satélite artificial de la Tierra, y los científicos estadounidenses que observaron este evento notaron que debido al efecto Doppler, la frecuencia de la señal recibida aumenta a medida que el satélite se acerca y disminuye a medida que aumenta su distancia. Llegaron a la conclusión de que si tiene información sobre sus coordenadas exactas en la Tierra, puede medir la posición y la velocidad del satélite, y sabiendo dónde se encuentra el satélite, puede calcular su propia velocidad y coordenadas.
El sistema GPS consta de satélites artificiales que giran en la órbita terrestre media (sistema de satélites NAVSTAR desarrollado en EE. UU.) y estaciones de seguimiento en tierra combinadas en red común. Los satélites transmiten continuamente a la Tierra una señal de navegación que incluye un "código pseudoaleatorio", datos de efemérides (coordenadas previstas y parámetros de movimiento del satélite en un momento determinado) y un almanaque (datos para calcular la posición aproximada del satélite) . Esta señal es recibida por los dispositivos GPS de los suscriptores, los cuales, en base a la información recibida, calculan su geolocalización.
Una de las desventajas tecnología gps es una tasa de datos baja (hasta 50 bps), por lo que el proceso de cálculo de las coordenadas puede llevar varios minutos. Además, el sistema GPS no es efectivo para determinar las coordenadas de un dispositivo que se encuentra en interiores, en un área rodeada de edificios altos, en bosques y parques, túneles, etc.
Para eliminar estos problemas y poder determinar las coordenadas de cualquier dispositivo móvil Se creó la tecnología A-GPS (GPS asistido). Al usarlo, el receptor GPS no recibe datos de satélites, sino de fuentes externas (por regla general, estas son redes operadores móviles) y tarda menos de 2 segundos en reconocer la señal A-GPS.
Los autores de la idea de crear A-GPS fueron los ingenieros Jimi Sennota y Ralph Taylor, quienes en 1981 patentaron su desarrollo. El sistema se introdujo en octubre de 2001 en Estados Unidos, donde comenzó a utilizarse sobre la red de rescate 911.
A-GPS consta de un receptor GPS incorporado y componentes de red red móvil. Hay dos modos para A-GPS: A-GPS en línea (principal) y A-GPS fuera de línea (auxiliar). El primero le permite obtener información sobre las coordenadas de los satélites si necesita determinar rápidamente la geoposición si el receptor GPS no ha funcionado durante más de 2 horas. El segundo modo acelera los tiempos de inicio "caliente" y "frío" del receptor GPS. El receptor A-GPS actualiza el almanaque, las efemérides y la lista de satélites visibles.
A pesar de su eficacia, la tecnología A-GPS tiene una serie de desventajas, en particular, la función de inicio rápido no funciona fuera de la cobertura de la red celular. Algunos receptores compatibles con A-GPS se incluyen con una radio GSM y no pueden iniciarse si esta última está desactivada. En este caso, el receptor A-GPS puede comenzar sin cobertura GSM (GPRS). Al inicio, los módulos A-GPS consumen poco tráfico (5-7 KB), pero en caso de pérdida de señal, se requerirá una resincronización, lo que implicará un mayor consumo de energía, especialmente en roaming.
Actualmente, hay dos sistemas de navegación por satélite en el mundo: el GPS y el GLONASS (Sistema de navegación global por satélite) descritos anteriormente. De hecho, esta última es la versión rusa del GPS. Por analogía con el GPS, GLONASS determina coordenadas tridimensionales (latitud, altitud, longitud) en todo el mundo.
El comienzo del desarrollo del sistema de satélites soviético en ese momento se remonta a diciembre de 1976. En octubre de 1982, con el lanzamiento del satélite Hurricane a la órbita GLONASS, comenzaron las primeras pruebas del sistema. Inicialmente, fue concebido para necesidades militares, pero luego comenzó a usarse con fines civiles. Ahora los receptores GLONASS están equipados con barcos y aviones civiles / militares, transporte público, automóviles servicios de emergencia etc. Las señales GLONASS son recibidas no solo por los receptores GPS, los navegadores a bordo, sino también Celulares. Los datos sobre la posición, la velocidad y la dirección del movimiento se envían al servidor de recopilación de datos a través de la red del operador GSM.
El uso civil del sistema GLONASS comenzó en 1993, en 1995 se pusieron en órbita 24 satélites y en 2010 su número aumentó a 26. Para el desarrollo del sistema en el período de 2012 a 2020, el gobierno ruso asignó 320 mil millones de rublos. , incluso para la creación de 15 satélites Glonass-M y 22 satélites Glonass-K. El trabajo en el sistema GLONASS se completó en diciembre de 2015.
Los satélites GLONASS giran a una altitud de 19,1 mil km sobre la Tierra. Los receptores GLONASS permiten determinar coordenadas horizontales (con una precisión de 50-70 m) y verticales (70 m), vector de velocidad (con una precisión de 15 cm/seg), tiempo con una precisión de 0,7 µs. El sistema utiliza dos tipos de señales de navegación: abierto con precisión normal y protegido con mayor precisión. El primero puede recibir cualquier receptor GLONASS, mientras que el segundo solo puede recibir usuarios autorizados, por ejemplo, equipos de las Fuerzas Armadas de RF.
ERA-GLONASS es el sistema ruso de respuesta de emergencia en caso de accidentes y otras emergencias en la carretera, que le permite informar al servicio de respuesta de emergencia sobre el incidente lo antes posible. ERA-GLONASS opera sobre la base del sistema de satélites GLONASS. El complejo se puso en funcionamiento en 2015 y, a partir del 1 de enero de 2017, los fabricantes de automóviles deben instalar este sistema en sus vehículos que ingresan al mercado ruso. Este sistema reduce el tiempo de respuesta ante accidentes y emergencias, lo que se traduce en una disminución del número de muertos, heridos en las vías y un aumento del tráfico de mercancías/pasajeros.
"ERA-GLONASS" incluye dos componentes: la infraestructura del operador (plataforma de navegación e información, red de transmisión de datos, red operador móvil) y dispositivos con los que están equipados los vehículos. En caso de accidente (el sistema reconoce Varios tipos colisión - impacto frontal, lateral o trasero), el dispositivo determina la gravedad del accidente, la ubicación del vehículo afectado en base a datos de satélites de los sistemas GLONASS y/o GPS, establece comunicación con el sistema ERA-GLONASS y transmite información sobre el accidente La señal tiene un estado de prioridad y se transmite a través de cualquier operador móvil con la señal más fuerte en este lugar. Sin embargo, si la red está sobrecargada llamadas telefónicas, pueden ser interrumpidos para transmitir la señal.
Los sistemas de monitoreo satelital le permiten rastrear la ubicación del objeto de seguimiento en cualquier parte del mundo. Se logra una precisión sorprendente mediante el uso de los últimos desarrollos tecnológicos, diseñados por los mejores especialistas de todo el mundo.
Dichos sistemas son una nueva palabra en el mundo de la gestión de sistemas de transporte, gracias al uso del monitoreo satelital del transporte, es posible establecer un sistema logístico, reducir los costos de transporte al encontrar rápidamente formas y rutas de salida para entregar bienes al consumidor. .
Estos sistemas de monitoreo fueron desarrollados para la implementación de programas gubernamentales complejos y de suma importancia, lo que indica la confiabilidad de su diseño y operación eficiente. Hoy, tales sistemas están disponibles para los consumidores comunes.
Hoy en día, los sistemas de seguimiento por satélite son utilizados por grandes empresas de logística y transporte. Al mismo tiempo, los costos de adquirir un sistema de monitoreo están justificados: ya se amortizan en varios períodos de uso informados.
Han demostrado su valía en muchas áreas, sus capacidades aumentan cada año y el costo de adquisición se vuelve más asequible no solo para las grandes empresas transnacionales, sino también para las empresas más pequeñas.
Por lo tanto, estos sistemas son utilizados de manera efectiva por pequeñas empresas que brindan servicios de transporte, incluidos los servicios de taxi. Dicho monitoreo en la industria del taxi le permite rastrear de manera rápida y precisa la ubicación del automóvil, lo que ahorra recursos humanos y, con el tiempo, puede automatizar el sistema de servicio de taxi y aumentar la eficiencia.
Nuestros sistemas son lo que necesitas sociedad moderna, algo que hará la vida más segura y los negocios más eficientes.
El sistema Sputnik de NAVEGACIÓN GLOBAL de Rusia (GLONASS) está destinado a la navegación global operativa y al soporte de temporización para un número ilimitado de consumidores terrestres, marítimos, aéreos y espaciales. El sistema se puso en funcionamiento en 1993.
GLONASS es un sistema de propiedad estatal que se desarrolló como un sistema de doble uso para las necesidades del Ministerio de Defensa y los consumidores civiles.
Desde 1996, a propuesta del Gobierno Federación Rusa GLONASS, junto con American GPS, es utilizado por la Organización de Aviación Civil Internacional y la Organización Marítima Internacional.
De acuerdo con el Decreto del Presidente de la Federación Rusa, el acceso a las señales de navegación civil del sistema GLONASS se brinda a los consumidores rusos y extranjeros de forma gratuita y sin restricciones.
Los satélites de nueva generación forman la base de la constelación orbital GLONASS<Глонасс-М>. En un futuro próximo, está previsto comenzar las pruebas de vuelo de naves espaciales de nueva generación.<Глонасс-К>Con especificaciones técnicas comparable con los mejores análogos del mundo.
Las responsabilidades de la gestión y operación del sistema GLONASS están asignadas al Ministerio de Defensa de la Federación Rusa.
El primer satélite GLONASS fue puesto en órbita por la Unión Soviética el 12 de octubre de 1982. El 24 de septiembre de 1993 se puso oficialmente en funcionamiento el sistema con una constelación orbital de 12 satélites. En diciembre de 1995, la constelación de satélites se desplegó en su totalidad: 24 satélites.
Debido a la financiación insuficiente y también a la corta vida útil, el número de satélites operativos se redujo a 6 en 2001.
En agosto de 2001, se adoptó el programa objetivo federal "Sistema de navegación global", según el cual se planeó una cobertura total del territorio de Rusia a principios de 2008, y el sistema habría alcanzado una escala global a principios de 2010. Para solucionar este problema, se planeó durante 2007, 2008 y 2009 realizar seis lanzamientos del vehículo de lanzamiento y poner en órbita 18 satélites, por lo que a finales de 2009 la constelación volvería a contar con 24 vehículos.
A finales de marzo de 2008, el Consejo de Diseñadores Principales del Sistema Mundial de Navegación por Satélite de Rusia (GLONASS), que se reunió en el Instituto Ruso de Investigación de Instrumentación Espacial, ajustó un poco el momento del despliegue del segmento espacial GLONASS. Los planes anteriores suponían que el sistema estaría disponible en Rusia el 31 de diciembre de 2007; sin embargo, esto requirió 18 satélites en funcionamiento, algunos de los cuales lograron desarrollar su recurso garantizado y dejaron de funcionar. Así, si bien en 2007 se cumplió el plan de lanzamiento de satélites GLONASS (seis vehículos entraron en órbita), la constelación orbital al 27 de marzo de 2008 incluía sólo dieciséis satélites operativos. El 25 de diciembre de 2008, el número se incrementó a 18 satélites.
Siguiendo el consejo de los diseñadores principales de GLONASS, el plan para implementar el sistema se ajustó con el objetivo de que el sistema GLONASS funcionara en Rusia al menos el 31 de diciembre de 2008. Los planes anteriores requerían el lanzamiento de dos tripletes de nuevos satélites Glonass-M en órbita en septiembre y diciembre de 2008; sin embargo, en marzo de 2008, se revisaron las fechas de fabricación de satélites y cohetes para garantizar que todos los satélites estén operativos antes de fin de año. Se suponía que los lanzamientos se realizarían dos meses antes y que el sistema funcionaría en Rusia antes de fin de año. Los planes se implementaron a tiempo.
En noviembre de 2009, se anunció que el Instituto de Investigación de Mediciones de Ingeniería de Radio de Ucrania (Kharkiv) y el Instituto de Investigación de Instrumentación Espacial de Rusia (Moscú) establecerían una empresa conjunta. Las partes crearán un sistema de navegación por satélite para atender a los consumidores en el territorio de los dos países. El proyecto utilizará estaciones de corrección de Ucrania para aclarar las coordenadas de los sistemas GLONASS.
El 15 de diciembre de 2009, en una reunión entre el primer ministro ruso Vladimir Putin y el jefe de Roscosmos, Anatoly Perminov, se anunció que el despliegue de GLONASS se completaría a finales de 2010.
Con la transición a los satélites Glonass-K, la precisión del sistema GLONASS será comparable a la precisión del sistema de navegación GPS estadounidense NAVSTAR, el único desplegado en el extranjero. sistema de navegación.
02 de septiembre de 2010 la constelación de satélites se repuso con 3 satélites más y el número total de satélites en la constelación se elevó a 26 unidades.
La idea de crear la navegación por satélite nació en los años 50. En el momento en que la URSS lanzó el primer satélite artificial de la Tierra, científicos estadounidenses liderados por Richard Kershner observaron la señal proveniente del satélite soviético y encontraron que debido al efecto Doppler, la frecuencia de la señal recibida aumenta a medida que el satélite se acerca y disminuye a medida que se acerca el satélite. se aleja La esencia del descubrimiento fue que si conoce exactamente sus coordenadas en la Tierra, entonces es posible medir la posición y la velocidad del satélite, y viceversa, conociendo la posición exacta del satélite, puede determinar su propia velocidad y coordenadas. .
Esta idea se realizó después de 20 años. El primer satélite de prueba fue puesto en órbita el 14 de julio de 1974 por los Estados Unidos, y el último de los 24 satélites necesarios para cubrir toda la superficie terrestre fue puesto en órbita en 1993, por lo que el GPS entró en servicio. Se hizo posible usar GPS para apuntar con precisión misiles a objetos estacionarios y luego a objetos en movimiento en el aire y en tierra.
Inicialmente, el GPS, el sistema de posicionamiento global, se desarrolló como un proyecto puramente militar. Pero después de que un intruso en el espacio aéreo fuera derribado en 1983 Unión Soviética un avión de Korean Airlines con 269 pasajeros a bordo, el presidente estadounidense Ronald Reagan autorizó el uso parcial del sistema de navegación para fines civiles. Para evitar el uso del sistema con fines militares, la precisión se redujo mediante un algoritmo especial.
Luego apareció información de que algunas empresas habían descifrado el algoritmo para reducir la precisión en la frecuencia L1 y compensaron con éxito este componente del error. En 2000, este endurecimiento de la precisión fue abolido por un decreto del presidente de los Estados Unidos.
El seguimiento de la constelación orbital se realiza desde el principal estación de control, ubicado en la Base de la Fuerza Aérea Schriever, Colorado, EE. UU. y con la ayuda de 10 estaciones de seguimiento, de las cuales tres estaciones son capaces de enviar datos de corrección a los satélites en forma de señales de radio con una frecuencia de 2000-4000 MHz. La última generación de satélites distribuye los datos recibidos entre otros satélites.
A pesar de que el proyecto GPS originalmente estaba destinado a fines militares, hoy en día el GPS se utiliza cada vez más con fines civiles. Los receptores GPS se venden en muchas tiendas de electrónica y están integrados en teléfonos móviles, teléfonos inteligentes, PDA y dispositivos integrados. A los consumidores también se les ofrece una variedad de dispositivos y productos de software, lo que le permite ver su ubicación en mapa electronico; tener la capacidad de trazar rutas teniendo en cuenta las señales de tráfico, los giros permitidos e incluso los atascos de tráfico; busque en el mapa casas y calles específicas, atracciones, cafeterías, hospitales, gasolineras y otras infraestructuras.
La precisión típica de los receptores GPS modernos en el plano horizontal es de unos 10-12 metros con buena visibilidad de los satélites (igual que la de GLONASS). En Estados Unidos y Canadá existen estaciones WAAS que transmiten correcciones para el modo diferencial, lo que reduce el error a 1-2 metros en estos países. cuando se usan modos diferenciales más complejos, la precisión para determinar las coordenadas se puede aumentar a 10 cm. Desafortunadamente, la precisión de cualquier SNS depende en gran medida de la apertura del espacio, de la altura de los satélites utilizados sobre el horizonte.
El sistema GLONASS es el complejo de navegación más grande que le permite rastrear la ubicación de varios objetos. El proyecto, lanzado en 1982, se está desarrollando y mejorando activamente hasta el día de hoy. Además, se está trabajando tanto en el soporte técnico de GLONASS como en la infraestructura que permita que cada vez más personas utilicen el sistema. Así, si en los primeros años de existencia del complejo la navegación vía satélite se utilizaba principalmente para solucionar problemas militares, hoy GLONASS es una herramienta tecnológica de posicionamiento que se ha vuelto obligatoria en la vida de millones de usuarios civiles.
Debido a la complejidad tecnológica del posicionamiento satelital global, hoy en día solo dos sistemas pueden corresponder completamente a este nombre: GLONASS y GPS. El primero es ruso y el segundo es fruto de los desarrolladores estadounidenses. Desde un punto de vista técnico, GLONASS es un complejo de hardware especializado ubicado tanto en órbita como en tierra.
Para comunicarse con los satélites, se utilizan sensores y receptores especiales que leen señales y forman datos de posición basados en ellas. Para calcular los parámetros de tiempo, se utilizan unos especiales que sirven para determinar la posición de un objeto, teniendo en cuenta la transmisión y el procesamiento de ondas de radio. La reducción de errores permite un cálculo más fiable de los parámetros de posicionamiento.
La gama de tareas de los sistemas globales de navegación por satélite incluye determinar la ubicación exacta de los objetos terrestres. Además de la ubicación geográfica, los sistemas globales de navegación por satélite le permiten tener en cuenta el tiempo, la ruta, la velocidad y otros parámetros. Estas tareas se implementan por medio de satélites ubicados en diferentes puntos sobre la superficie terrestre.
La aplicación de navegación global se utiliza no solo en la industria del transporte. Los satélites ayudan en operaciones de búsqueda y rescate, trabajos geodésicos y de construcción, así como en la coordinación y mantenimiento de otras estaciones y vehículos espaciales. La industria militar tampoco se queda sin el apoyo de un sistema de dichos objetivos que proporciona una señal segura diseñada específicamente para equipos autorizados del Ministerio de Defensa.
El sistema comenzó a funcionar en toda regla solo en 2010, aunque los intentos de introducir el complejo en trabajo activo se han llevado a cabo desde 1995. En muchos aspectos, los problemas estaban asociados con la baja durabilidad de los satélites utilizados.
Por el momento, GLONASS son 24 satélites que operan en diferentes puntos de la órbita. En general, la infraestructura de navegación puede estar representada por tres componentes: el complejo de control (proporciona el control de la constelación en órbita), así como la navegación medios tecnicos usuarios
24 satélites, cada uno de los cuales tiene su propia altura constante, se dividen en varias categorías. Cada hemisferio tiene 12 satélites. Por medio de las órbitas de los satélites, se forma una cuadrícula sobre la superficie de la tierra, debido a las señales de las cuales se determinan las coordenadas exactas. Además, el satélite GLONASS tiene varias instalaciones de respaldo. También están cada uno en su propia órbita y no están inactivos. Sus tareas incluyen expandir la cobertura sobre una región específica y reemplazar los satélites que fallan.
El análogo estadounidense de GLONASS es el sistema GPS, que también comenzó a funcionar en la década de 1980, pero solo a partir de 2000, la precisión en la determinación de las coordenadas hizo posible difundirlo ampliamente entre los consumidores. Hasta la fecha, los satélites gps garantizan una precisión de hasta 2-3 m. Retraso en el desarrollo de las capacidades de navegación. por mucho tiempo se debió a limitaciones de posicionamiento artificial. Sin embargo, su eliminación permitió determinar las coordenadas con la máxima precisión. Incluso si se sincroniza con receptores en miniatura, se logra un resultado correspondiente a GLONASS.
Hay varias diferencias entre los sistemas de navegación. En particular, hay una diferencia en la naturaleza de la disposición y el movimiento de los satélites en órbitas. En el complejo GLONASS, se mueven a lo largo de tres planos (ocho satélites para cada uno), y el sistema GPS permite trabajar en seis planos (alrededor de cuatro por plano). Por lo tanto, el sistema ruso proporciona una cobertura más amplia del área terrestre, lo que también se refleja en una mayor precisión. Sin embargo, en la práctica, la "vida" a corto plazo de los satélites domésticos no permite utilizar todo el potencial del sistema GLONASS. El GPS, a su vez, mantiene una alta precisión debido al número redundante de satélites. Sin embargo, el complejo ruso introduce regularmente nuevos satélites, tanto para uso específico como para apoyo de respaldo.
Además, se utilizan diferentes métodos de codificación de señales: los estadounidenses usan el código CDMA y en GLONASS, FDMA. Al calcular los datos de posicionamiento de los receptores, el sistema satelital ruso proporciona un modelo más complejo. Como resultado, el uso de GLONASS requiere un alto consumo de energía, lo que se refleja en las dimensiones de los dispositivos.
Entre las tareas básicas del sistema está la determinación de las coordenadas de un objeto capaz de interactuar con GLONASS. GPS en este sentido realiza tareas similares. En particular, se calculan los parámetros del movimiento de objetos terrestres, marítimos y aéreos. En unos segundos, un vehículo provisto de un navegador adecuado puede calcular las características de su propio movimiento.
Al mismo tiempo, el uso de la navegación global ya se ha vuelto obligatorio para ciertas categorías de transporte. Si en la década de 2000 la generalización del posicionamiento por satélite estaba relacionada con el control de determinados objetos estratégicos, hoy los barcos y aeronaves, el transporte público, etc. no excluidos.
El sistema puede proporcionar un servicio global continuo a todas las categorías de consumidores sin excepción, independientemente de las condiciones climáticas, territoriales y temporales. Al igual que los servicios del sistema GPS, el navegador GLONASS se proporciona de forma gratuita y en cualquier parte del mundo.
Entre los dispositivos que tienen la capacidad de recibir señales satelitales no solo se encuentran las ayudas a la navegación a bordo y los receptores GPS, sino también los teléfonos celulares. Los datos de ubicación, dirección y velocidad se envían a un servidor especial a través de redes GSM. Un programa especial GLONASS y varias aplicaciones que procesan mapas ayudan a utilizar las capacidades de la navegación por satélite.
La expansión territorial de la navegación por satélite ha supuesto la fusión de ambos sistemas desde el punto de vista del consumidor. En la práctica, los dispositivos GLONASS a menudo se complementan con GPS y viceversa, lo que aumenta la precisión de los parámetros de posicionamiento y tiempo. Técnicamente, esto se implementa mediante dos sensores integrados en un navegador. Con base en esta idea, se producen receptores combinados que funcionan simultáneamente con GLONASS, sistemas GPS y equipos relacionados.
Además de mejorar la precisión de la determinación, tal simbiosis permite rastrear la ubicación cuando los satélites de uno de los sistemas no están capturados. El número mínimo de objetos orbitales, cuya "visibilidad" se requiere para el funcionamiento del navegador, es de tres unidades. Entonces, si, por ejemplo, el programa GLONASS no está disponible, los satélites GPS vendrán al rescate.
La Unión Europea, así como India y China, están desarrollando proyectos de escala similar a GLONASS y GPS. planea implementar el sistema Galileo, que consta de 30 satélites, que logrará una precisión sin igual. En India está previsto el lanzamiento del sistema IRNSS, que operará a través de siete satélites. El complejo de navegación está orientado al uso doméstico. El sistema Compass de los desarrolladores chinos debe constar de dos segmentos. El primero incluirá 5 satélites y el segundo, 30. En consecuencia, los autores del proyecto asumen dos formatos de servicio.
Muchos propietarios de automóviles usan navegadores en sus automóviles. Sin embargo, algunos de ellos no conocen la existencia de dos sistemas satelitales diferentes: el GLONASS ruso y el GPS estadounidense. A partir de este artículo, aprenderá cuáles son sus diferencias y cuál debe preferirse.
El sistema de navegación se utiliza principalmente para determinar la ubicación de un objeto (en este caso, un automóvil) y su velocidad. A veces también se requiere determinar algunos otros parámetros, por ejemplo, la altura sobre el nivel del mar.
Ella calcula estos parámetros estableciendo la distancia entre el propio navegador y cada uno de varios satélites ubicados en la órbita terrestre. Por regla general, la sincronización con cuatro satélites es necesaria para el funcionamiento eficaz del sistema. Al cambiar estas distancias, determina las coordenadas del objeto y otras características del movimiento. Los satélites GLONASS no están sincronizados con la rotación de la Tierra, lo que asegura su estabilidad durante un largo período de tiempo.
Los sistemas de navegación asumieron principalmente su uso con fines militares y solo entonces estuvieron disponibles para los ciudadanos comunes. Obviamente, el ejército necesita utilizar los desarrollos de su propio estado, porque las autoridades de este país pueden desactivar un sistema de navegación extranjero en caso de conflicto. Además, en Rusia piden el uso del sistema GLONASS en la vida cotidiana de los militares y funcionarios públicos.
En la vida cotidiana, un automovilista común no debería preocuparse en absoluto por la elección de un sistema de navegación. Tanto GLONASS como GLONASS brindan una calidad de navegación suficiente para el uso diario. En los territorios del norte de Rusia y otros estados ubicados en latitudes del norte, los satélites GLONASS funcionan de manera más eficiente debido al hecho de que sus trayectorias están más arriba de la Tierra. Es decir, en el Ártico, en los países escandinavos, GLONASS es más eficiente, y los suecos lo reconocieron en 2011. En otras regiones, el GPS es un poco más preciso que GLONASS para determinar la ubicación. De acuerdo con el sistema ruso de corrección diferencial y monitoreo, los errores de GPS oscilaron entre 2 y 8 metros, los errores de GLONASS de 4 a 8 metros. Pero GPS, para determinar la ubicación, necesita capturar de 6 a 11 satélites, GLONASS es suficiente para 6-7 satélites.
También hay que señalar que el sistema GPS apareció 8 años antes y entró en un hueco sólido en la década de los 90. Y durante la última década, GLONASS ha reducido esta brecha casi por completo, y para 2020 los desarrolladores prometen que GLONASS no será inferior al GPS en nada.
La mayoría de los modernos están equipados con un sistema combinado que admite tanto el sistema satelital ruso como el estadounidense. Son estos dispositivos los más precisos y tienen el error más bajo al determinar las coordenadas del automóvil. La estabilidad de las señales recibidas también aumenta, porque dicho dispositivo puede "ver" más satélites. Por otro lado, los precios de dichos navegadores son mucho más altos que los de sus contrapartes de un solo sistema. Es comprensible: tienen incorporados dos chips, capaces de recibir señales de cada tipo de satélite.
Por lo tanto, los navegadores más precisos y confiables son los dispositivos de sistema dual. Sin embargo, sus ventajas están asociadas con un inconveniente importante: el costo. Por lo tanto, al elegir, debe pensar: ¿se necesita una precisión tan alta en el uso diario? Además, para un simple entusiasta de los automóviles, no es muy importante qué sistema de navegación usar: ruso o estadounidense. Ni el GPS ni el GLONASS te permitirán perderte y llevarte al destino deseado.
