Система ГЛОНАСС, что это, как работает и какие дает преимущества?

Что входит в передаваемый сигнал

Прежде всего, терминалом, установленным на транспортном средстве, передается запрос на спутник. Именно так определяются координаты в пространстве. При работе в режиме реального времени через сотового оператора передается также информация с датчиков автомобиля.

В автомобиле устанавливаются датчики:

• расхода топлива;
• нагрузки на оси;
• состояния корпуса;
• температуры.

Если речь идет о ЭРА-ГЛОНАС, обязательно передаются следующие сведения:

1. Координаты аварийного транспорта.
2. Скорость на момент ДТП.
3. Вид сигнала тревоги (сработал датчик, нажата кнопка).
4. Информация о автомобиле (марка, технические характеристики; номер).
5. Наличие и количество ремней безопасности.

Система глонасс, что это, как работает и какие дает преимущества?

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.

Cdma-сигналы

Технология использует не временной и не частотный принцип разделения ресурса. Каждому подключенному устройству, участвующему в передаче данных, выделяется индивидуальный код известный принимающей стороне, которая выделяет его из общего трафика полосы пропускания. Недостаток CDMA – необходимость для обмена информацией в сложном дорогостоящем оборудовании.

Fdma-сигналы

Этот способ применяют не только сотовые операторы. Он широко распространен и в других устройствах связи. Суть состоит в разделении электромагнитного спектра линии по частоте на равные или неравные полосы пропускания, симметричные или асимметричные каналы.

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).

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.

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.

Глонасс для контроля транспорта, как работает мониторинг транспорта

Основными элементами системы являются оборудование для коммуникации со спутниками или для сотовой связи, логическое устройство обработки сложной информации и цифровые карты, на которые проецируется положение отслеживаемого транспортного средства. С помощью передачи сигнала от движущегося объекта к спутникам и, наоборот, периодически обновляются его координаты.

Применяется мониторинг предприятиями для решения вопросов логистики, автоматизации контроля и управления перевозками и подвижным составом.

Основные задачи:

• помощь водителю в прокладывании маршрута;
• отчетность соблюдения графика движения;
• накопление статистической информации;
• определение положения транспорта в случае аварии или угона.

Для чего предназначена система глонасс

Главная цель системы – точное определение координат, движущихся или неподвижных объектов на поверхности земли.

Областей деятельности, в которых требуется измерять расстояния между точками на плане местности, получать представление о размерах больших объектов или отслеживать перемещение транспорта – великое множество. Особенно велика потребность в такой системе для выполнения задач навигации.

На самом деле ГЛОНАСС имеет даже более широкое применение в народном хозяйстве, чем предоставление контроля за транспортными средствами. Да, отслеживание автомобилей, кораблей, самолетов на трассе, маршруте – важнейшая задача системы. Однако, спутниковая навигация используется и в строительстве, и в геологоразведке, и аварийными службами, и службами спасения, при картографировании и обычными пользователями для определения места на карте города. Вот примерный перечень задач:

• построение геодезических сетей;
• кадастровый учет;
• работы по землеустройству;
• научные исследования (сейсмоактивность, геотектоника, вулканизм, археологические и палеонтологические раскопки);
• геомониторинг (техногенные и природные процессы);
• навигация;
• геодезическая поддержка строительных, предупредительных, спасательных работ;
• информационное обеспечение диспетчерских служб;
• автопилотирование.

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

Ну и собственно навигационная аппаратура потребителей принимает и обрабатывает сигналы НКА системы. Получая сигнал от всех видимых аппаратов приёмник выполняет следующие функции (упрощенная схема):

Итак, мы имеем положение каждого аппарата, время распространения сигнала до каждого аппарата. А неизвестными являются наши координаты и разница шкалы времени приёмника с системной шкалой времени, то есть четыре неизвестных. Кстати, вопреки распространённому заблуждению, приёмник определяет координаты не в виде широты, долготы и высоты, а в виде x,y,z — координат в геоцентрической декартовой системе координат, связанной с центром масс планеты.

Понятно, что для определения четырёх неизвестных необходима система уравнений с четырьмя и более уравнениями. Вот поэтому нам и нужно четыре видимых аппарата. Существует возможность определения по трём аппаратам, для этого в систему вводится дополнительное уравнение земного эллипсоида (которое связывает x,y,z классическим уравнением эллипсоида). Но в этом случае и положение наше будет привязано именно к эллипсоиду, то есть о высоте говорить не приходится.

В любом случае результатом решения этой системы уравнений будут наши координаты и положение системной шкалы времени. О последнем иногда забывают, хотя передача точного времени задача не менее актуальная, чем определение координат. На данный момент, посредством ГНСС можно осуществить передачу точного времени в любую точку земного шара с точностью порядка десятка наносекунд, в особых случаях до единиц наносекунд.

В этом конкурентов у них практически нет, все остальные системы передачи точного времени либо значительно дороже, либо значительно хуже. Все мировые лаборатории времени, все национальные эталоны времени и частоты (в том числе и наш) сличаются посредством ГНСС (разумеется, не только ГНСС), что и позволяет вести мировую координированную шкалу времени UTC, TAI и пр. Впрочем, передача времени и частоты, мировые шкалы времени — это отдельный разговор.

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.

Навигационные сигналы

Магнитные волны, посредством которых осуществляется связь, представляют собой непрерывный спектр частот. Специфическая стратегия использования отдельных свойств волнового диапазона с помощью передающего оборудования позволяет организовать множественный доступ в рамках определенного стандарта связи. Всего различают три основных подхода, получивших названия в соответствии с применяемым способом разделения каналов:

• частотный – FDMA;
• временной – TDMA;
• кодовый – CDMA.

Последние три буквы схожие, в названиях, – это аббревиатура от Division Multiple Access – Разделение Множественного Доступа, а первые характеризуют технологию и понятны без перевода Frequency, Time и Code.

Отличие системы глонасс и системы gps

Спутники GPS синхронизированы с вращением земли, а ГЛОНАСС перемещаются независимо. Аппараты американской системы располагаются ближе к экватору, в то время как российская более полярная. В силу таких орбит ГЛОНАСС превосходит GPS по качеству сигнала на севере.

С 2022 года выводятся усовершенствованные спутники Глонасс-М, позволяющие работать с оборудованием поддерживающем стандарт CDMA.

Система непрерывно совершенствуется, и в ближайшее время ее точность будет повышена до 1 м. В перспективе, с выводом на орбиту новых спутников погрешность позиционирования ГЛОНАСС будет уменьшена до 10 см, в то время как GPS лишь расширяет спутниковую группировку.

В целом в мире используются обе системы одновременно, что позволяет значительно увеличить точность позиционирования. Таким образом, наземному оборудованию удается исправить отдельные недостатки одной системы за счет другой приемом и сопоставлением спутниковой информации из двух источников.

Преимуществаприменениясистемы мониторинга глонасс

Система позволяет с высокой точностью определять свое местоположение или координаты автомобиля в любой момент времени в автоматическом режиме или по запросу, не заменима для прокладки маршрута в незнакомой местности. На основе ГЛОНАСС имеется хорошо отработанная технология оповещения об аварии для экстренного реагирования ЭРА. Имеется возможность отслеживать координаты автомобиля и в случае угона.

ГЛОНАСС обладает повышенной надежностью, как система, созданная, прежде всего, для военных нужд.

Принцип работы глонасс

Не все знают, как спутники способны указать наземному объекту его местоположение. А многие считают, что все дело в том, что сверху космическому аппарату открывается обзор большей территории. Правда значительно более любопытна. Определение координат происходит посредством измерения расстояний от точки до нескольких видимых спутников. Вычисляется результат по времени прохождения сигнала от спутника до позиционируемого приемника.

Чем больше спутников, тем с большей точностью удается вычислить координаты.

Наличие 24 спутников ГЛОНАСС на орбите позволяет распределить их поровну на каждое из полушарий. Таким образом, в любой точке на земле над горизонтом видны как минимум четыре космических аппарата, не считая запасных. Резервные спутники в случае выхода из строя одного из штатных могут быстро его заменить.

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.

Структура систем

Все вы знаете, что такое глобальные навигационные спутниковые системы. Наиболее распространено мнение, что это некоторое количество спутников на околоземной орбите, которые излучают некий сигнал, что позволяет нам определять свои координаты в любой точке земного шара. На самом деле, любая ГНСС содержит как минимум три компонента:

Все остальные компоненты, такие как системы дифференциальных поправок не являются необходимыми, это лишь опции.

На данный момент полностью развернуты и общедоступны только две системы, GPS и ГЛОНАСС. Существует еще не менее четырёх ГНСС, находящихся в разных стадиях развертывания. Поскольку до конца ни одна из них не доведена, говорить мы про них не будем, хотя большая часть сказанного к ним тоже относится.

Требования к системе эра-глонасс – единый стандарт гост р 54620–2022

Согласно нормативам ГОСТ, в автомобилях, вмещающих до 9 человек, то есть в автомобилях категории М1,1 обязательно должно быть установлено оборудование, способное различать и передать данные о типе столкновения при аварии: лобовой, боковой или задний удар, наличие опрокидывания.

Также передатчик таких транспортных средств должен в случае ДТП уметь отправлять необходимые сведения в автоматическом режиме. Другие виды автомобильной техники могут быть оснащены оборудованием лишь с поддержкой ручного режима экстренной связи со спасательной службой.

Шкалы gps, глонасс, utc

Что такое системные шкалы времени я уже рассказал. Так же упоминал мировую координированную шкалу времени UTC. Некоторые путают все эти понятия, я попробую отделить мух от котлет и объяснить в чем отличия. Мировая координированная шкала времени UTC — это аналитическая шкала времени (то есть она не имеет физической реализации, ведётся «на кончике пера»), которая высчитывается путём сличения шкал времени с эталонов времени и частоты всех мировых лабораторий времени.

Соответственно шкалы самих эталонов в этих лабораториях именуются по названию страны или учреждения. Например шкала нашего национального эталона называется UTC(SU) (SU, потому что по этой же шкале живут практически все страны бывшего Советского Союза), шкала американского института стандартов NIST называется UTC(NIST).

В американской военно-морской обсерватории USNO (самая мощная в мире лаборатории времени и частоты) ведётся шкала UTC(USNO), к которой подтягивают центральный синхронизатор системы GPS. Подтягивают, но разница между шкалами всё равно всегда есть, порядка нескольких наносекунд, и эта разница передаётся в навигационном сообщении спутников GPS.

Таким образом, любой GPS приёмник может выдавать как системную шкалу времени, так и шкалу времени UTC(USNO). Аналогично обстоят дела для системной шкалы времени ГЛОНАСС и UTC(SU). Вот только вращение нашей планеты замедляется, и шкалу времени UTC раз в несколько лет корректируют на одну секунду. А системные шкалы времени

не корректируются

и разница между системными шкалами и мировым координированным временем на данный момент составляет 16 секунд.

Всем спасибо за внимание, надеюсь что было интересно.