Глобальные навигационные спутниковые системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС)

Цель работы

Объяснить, что такое ГНСС.

Рассказать о развитии средств навигации: «от компаса до спутниковых навигационных систем(СНС)».

Объяснить общие принципы работы спутниковой навигации(СН).

Описать действующие СНС-GPS и GLONASS, их составляющих (космический и наземный сегменты) и областей применения.

Рассказать, какие СНС готовятся к запуску или находятся в стадии разработки(GALLILEO, COMPASS).

Объяснить сбои СНС:

Во время солнечных вспышек.

Во время геомагнитных возмущений.

Рассказать о факторах, влияющих на ухудшение точности позиционирования.

Спутниковая навигация: понятие, система, действие

ГЛОбамльная НАвигациомнная Спумтниковая Системма(ГЛОНАмСС)-- советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации. Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19100км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российский»

Сколько существует человечество, столько и решается вопрос о том, как определить свое местоположение на суше и на море, в лесу или в городе. На сегодняшний день отпала необходимость ориентироваться, как древние путешественники и мореплаватели по звездам или компасу. Эпоха открытия радиоволн существенно упростило задачу навигации и открыло новые перспективы перед человечеством во многих сферах жизни и деятельности, а с открытием возможности покорения космического пространства совершился огромный прорыв в области определения координат местоположения объекта на Земле. Искусственные спутники Земли стали опорными станциями для радионавигации и на сегодняшний день системы спутниковой навигации стали доступны не только военным или морякам, но и простым людям, частным лицам и компаниям, для которых навигация необходима.

Понятие: Спутниковая система навигации

Спутниковая система навигации -- 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.

Система:

Основные элементы спутниковой системы навигации:

Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы; Наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;

Приёмное клиентское оборудование («спутниковых навигаторов»), используемое для определения координат;

Опционально: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

Действие: Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел -- мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах.

Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве. Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала, каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, в составе своего сигнала используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы.

При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Для получения информации о скорости большинство навигационных приёмников используют эффект Доплера. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д. В реальности работа системы происходит значительно сложнее.

Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению: Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трёх (2-мерная навигация при известной высоте) или четырёх (3-мерная навигация) спутников; (При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью). Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников; Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн может меняться в определённых пределах; Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе; Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.

История и перспективы развития

История развития спутниковых навигационных систем насчитывает уже более 40 лет. Началом развития отечественной спутниковой радионавигационной системы (СРНС), как чаще всего считают, запуск 4 октября 1957 г. в Советском Союзе первого в истории человечества Искуственного Спутника Земли (ИСЗ). Впервые высказывания о необходимости создания такой системы, удовлетворяющей потребности многих ведомств, прозвучали на научно- техническом совете в 1946 г. в выступлениях специалистов Ленинградского Научно-Исследовательского РадиоТехнического Института. В середине 70-х в СССР была создана спутниковая навигационная система «Цикада», а в 60х 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». У имеющихся тогда систем спутниковой навигации, потребителей не устраивали точность результатов и время, необходимое для определения координат - требовалось создание систем следующего поколения. В результате в Советском союзе в начале 80х годов прошлого века и была изобретена Система спутниковой навигации. Родившиеся 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-го. 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. По данным ЦНИИ машиностроения, по состоянию на сегодня в составе орбитальной группировки системы ГЛОНАСС насчитывается 19 космических аппаратов. 14 из них используются по целевому назначению, 3 - на этапе ввода в систему (они были запущены 25.09.2008), 1 - временно выведен на техобслуживание, 1 - на этапе вывода из системы. По прогнозам, до конца 2008 года из системы будут выведены ещё три старых аппарата.

Долговременная программа развития космической навигационной системы реализовывается по следующим укрупненным этапам:

Этап 1 (до 2003 г.). Поддержание КНС ГЛОНАСС на минимально допустимом уровне запусками КА «Глонасс» (рис.), модернизация контура информационного обмена наземного комплекса управления, расширенное оснащение потребителей аппаратурой, работающей по сигналам двух систем: ГЛОНАСС и GPS. Разработка и создание КА «Глонасс-М».

Этап 2 (до 2005г.) Развертывание рабочей орбитальной группировки до 18 единиц на базе КА «Глонасс-М» (рис.) массой 1415 кг. и сроком активного существования 7 лет, что значительно больше, чем у спутников предыдущей серии. Переход в новый частотный диапазон навигационного сигнала. Отработка технологии эфемеридно-временного обеспечения с использованием межспутниковых измерений. Расширение номенклатуры и количества потребителей, работающих по сигналам КНС ГЛОНАСС и GPS. Разработка и создание маломассогабаритного КА «Глонасс-К».

Этап 3 (до 2010г.). Развертывание штатной орбитальной группировки на базе маломассогабаритного, более совершенного, негерметичного спутники «Глонасс-К» (рис. нет т.к. только разрабатывается) со существенно большим сроком активного существования до 10 лет, меньшей массой, около 700 кг, что в два раза меньше, чем у «Глонасс-М». Расширение использования межспутниковой радиолинии для решения задач автономного эфемеридно-временного обеспечения, оперативного управления и контроля КА, обеспечения целостности. Создание наземной сети станций мониторинга КНС ГЛОНАСС и функциональных дополнений. Оснащение парка потребителей НАП, работающей по сигналам ГЛОНАСС, GPS, Galileo.

Навигационные спутники этой серии будут выводиться на орбиту либо одиночными запусками ракетой-носителем «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат», либо по шесть аппаратов в одном пакете - ракетой-носителем «Протон» с разгонным блоком «Бриз-М». Кроме того, их выведение на орбиту возможно с помощью индийского носителя GSLV. Так, в 2004 г. в Москве было подписано соглашение с Индией о запуске двух навигационных спутников в 2006-2008 гг. Аппараты «Глонасс-К» создаются на базе более прогрессивной негерметичной платформы, что, по словам специалистов, предъявляет повышенные требования к аппаратуре и элементной базе, которой предстоит работать в условиях открытого космоса. Возможно, какие-то из используемых элементов будут зарубежными, но, поскольку навигационная система российская, она должна в основном работать на наших элементах, на наших приборах. На сегодняшний день разрабатывается технологическая возможность установки навигационного модуля ГЛОНАСС в мобильные телефоны. Телефоны, имеющие GPS-навигаторы, уже существуют и широко используются во всем мире, в том числе и в России. На рынке навигационной аппаратуры уже существует целый ряд приемников GPS/ГЛОНАСС - навигации, они производятся специально для России и имеют самое различное назначение.

Эксперты считают, что главные задачи в нынешний период восстановления и развития ГЛОНАСС это:

- повысить надежность и увеличить сроки постоянного функционирования космических аппаратов «Глонасс» до 20 лет;

- развивать орбитальную группировку до 6 плоскостей с 48 спутниками с целью обеспечения высокоточного позиционирования в условиях закрытой местности (такая программа уже принята США);

- обеспечить радиоэлектронную безопасность и независимость системы;

- рассмотреть вопрос о целесообразности исключения из системы «пассажиров» систему спасения «Коспас», датчики определения местоположения ядерных взрывов, системы межспутниковой связи, которые только занимают место полезной нагрузки.

- А главное - привлечь к работе настоящих специалистов, которые способны доложить всю правду о ГЛОНАСС. ГЛОНАСС является приоритетной из всех космических программ, потому что без нее через несколько лет Россия останется беззащитной. Без ГЛОНАСС асимметричный ответ на американскую ПРО и прочие потенциальные угрозы в принципе невозможен. Поэтому президент так настойчиво требует в максимально короткие сроки возродить ГЛОНАСС.

Принцип работы.

Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приёмников ГЛОНАСС, возможность определения:

* горизонтальных координат с точностью 50-70 м (вероятность 99,7%);

* вертикальных координат с точностью 70 м (вероятность 99,7%);

* составляющих вектора скорости с точностью 15 см/с (вероятность 99,7%) спутниковый навигация космический

* точного времени с точностью 0,7 мкс (вероятность 99,7%).

Эти точности можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод навигации и/или дополнительные специальные методы измерений.

Сигнал ВТ предназначен, в основном, для потребителей Министерства обороны России, и его несанкционированное использование не рекомендуется. Вопрос о предоставлении сигнала ВТ гражданским потребителям находится в стадии рассмотрения.

Для определения пространственных координат и точного времени требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приёме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приёмник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения.

Одновременно с проведением измерений в приёмнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приёмника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Универсального координированного времени (UTC).

ГЛОНАСС сегодня.

В числе действующих космических аппаратов (КА) в настоящее время находится одиннадцать спутников «ГЛОНАСС-М», (один запущен в 2003 году, два -- в 2005, три -- в 2006), имеющих гарантийный срок активного существования 7 лет. Эти спутники излучают, в отличие от аппаратов предыдущего поколения, уже по два сигнала для гражданских потребителей, что позволяет существенно повысить точность местоопределения.

В соответствии с поручением Президента Российской Федерации минимальная группировка из 18 спутников должна быть развёрнута в 2007 году. Полная группировка в составе 24-х спутников в соответствии с федеральной целевой программой «Глобальная навигационная система» должна быть развёрнута в 2010 году.

Спутники «ГЛОНАСС-М» в составе орбитальной группировки будут находиться, как минимум, до 2015 года. Лётные испытания негерметичных спутников нового поколения «ГЛОНАСС-К» с улучшенными характеристиками (увеличенным до 10 лет гарантийным сроком и третьей частотой L-диапазона для гражданских потребителей) должны начаться в 2009 году. Этот спутник будет вдвое легче своего предшественника (примерно 700 кг против 1415 кг у «Глонасс-М»)

В дальнейшем, после развёртывания орбитальной группировки из 24-х КА, для её поддержания потребуется делать по одному групповому пуску в год двух КА «ГЛОНАСС-К» на носителе «Союз», что существенно снизит эксплуатационные расходы.

29 ноября 2006 года министр обороны Сергей Иванов в ходе визита в РИРВ объявил о том, что система ГЛОНАСС в ближайшее время будет доступна и для гражданского использования.

18 мая 2007 года Президент РФ Владимир Путин подписал указ, согласно которому доступ к российской навигационной системе ГЛОНАСС будет предоставляться бесплатно и без ограничений как российским, так и иностранным потребителям.

Спутники ГЛОНАСС будут запускать с космодрома Плесецк.

МОСКВА, 9 апреля -- РИА Новости. Запуск навигационных спутников ГЛОНАСС в будущем будет осуществляться не с Байконура, а с космодрома Плесецк на ракетах-носителях Союз-2, сообщил заместитель командующего Космическими войсками РФ Александр Квасников. «Планируется постепенный перевод запусков космических аппаратов российской глобальной навигационной системы ГЛОНАСС с Байконура на космодром Плесецк. Эти старты планируется осуществлять на модернизированных ракетах-носителях Союз-2», -- сказал Квасников в понедельник, выступая с докладом на международном форуме по спутниковой навигации.

По его словам, перевод запусков с Байконура на Плесецк обеспечит независимость России по выводам на орбиту собственных космических аппаратов.

Как указал заместитель командующего Космическими войсками, сфера применения спутниковых навигаторов ГЛОНАСС в войсках простирается от обеспечения отдельного военнослужащего информацией о его координатах до обеспечения целых войсковых подразделений навигационной информацией.

«С вводом в строй спутников системы ГЛОНАСС на борт ракеты-носителя устанавливается компактный блок, обеспечивающий высокоточные непрерывные траекторные измерения в ходе полета ракеты. Раньше применялся способ, требующий привлечения большого количества людей и средств, основанный на обеспечении контроля полета ракеты наземными пунктами траекторных измерений», -- сказал Квасников.

По его словам, в настоящее время в Космических войсках РФ идут испытания наземной и переносной аппаратуры навигационной системы ГЛОНАСС.

«Ее применение позволит использовать приемники ГЛОНАСС в любых погодных условиях, обеспечивая высокоточную привязку по координатам и времени, особенно на сильно пересеченной и гористой местности», -- отметил заместитель командующего.

Сравнение ГЛОНАСС и GPS.

Рассмотрим некоторые особенности основных систем спутниковой навигации (NAVSTAR и ГЛОНАСС): Обе системы имеют двойное назначение -- военное и гражданское, поэтому излучают два вида сигналов: один с пониженной точностью определения координат (~100 м) для гражданского применения и другой высокой точности (~10-15 м и точнее) для военного применения. Спутники NAVSTAR располагаются в шести плоскостях на высоте примерно 20 180 км. Спутники ГЛОНАСС (шифр «Ураган») находятся в трёх плоскостях на высоте примерно 19 100 км. Hоминальное количество спутников в обеих системах -- 24. Группировка NAVSTAR полностью укомплектована в апреле 1994-го и с тех пор поддерживается, группировка ГЛОНАСС была полностью развёрнута в декабре 1995-го, но с тех пор значительно деградировала. В настоящий момент идёт её активное восстановление. Обе системы используют сигналы на основе т.н. «псевдошумовых последовательностей», применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при невысокой мощности излучения передатчиков. В соответствии с назначением, в каждой системе есть две базовые частоты -- L1 (стандартной точности) и L2 (высокой точности). Для NAVSTAR L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. В ГЛОHАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 от 1246,43 до 1256,53. Сигнал в L1 доступен всем пользователям, сигнал в L2 -- только военным (то есть, не может быть расшифрован без специального секретного ключа). Каждый спутник системы, помимо основной информации, передаёт также вспомогательную, необходимую для непрерывной работы приёмного оборудования. В эту категорию входит полный альманах всей спутниковой группировки, передаваемый последовательно в течение нескольких минут. Таким образом, старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка 1-й минуты) -- это называется «тёплый старт», но может занять и до 15-ти минут, если приёмник вынужден получать полный альманах -- т. н. «холодный старт». Необходимость в «холодном старте» возникает обычно при первом включении приёмника, либо если он долго не использовался. Дифференциальное измерение

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т. н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет точность порядка 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются. Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до десяти сантиметров. Дифференциальная поправка основана на геостационарных объектах (спутниках, наземных базовых станциях), обычно является платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу»). В настоящее время (2006-й год) существует бесплатная европейская система EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services), основанная на двух геостационарных спутниках, дающая высокую точность (до 30 см), но работающая с перебоями и ненадёжно. В Северной Америке её аналогом является система WAAS.

НЕДОСТАКИ GPS-СИСТЕМЫ.

Несмотря на все преимущества, у GPS-систем есть и недостатки. Например, GPS- приемник может быть отключен в любой момент, скажем, из соображений безопасности США. Кроме того, внедрение GPS- технологии подразумевает наличие подробных электронных карт c масштабом до 100 м, которые есть в свободной продаже не в каждой стране. Нельзя не упомянуть то обстоятельство, что при вычислении координат спутниковая система допускает погрешности. Природа этих ошибок различна. Основными источниками ошибок, влияющими на точность навигационных вычислений в GPS-системе, в частности, являются:

-погрешности, обусловленные режимом селективного доступа (Selective availability, S/A). Используя данный режим, Министерство Обороны США намеренно снижает точность определения местонахождения для гражданских лиц. В режиме S/A формируются ошибки искусственного происхождения, вносимые в сигнал на борту GPS-спутников с целью огрубления навигационных измерений. Такими ошибками являются неверные данные об орбите спутника и искажения показаний его часов за счет внесения добавочного псевдослучайного сигнала. Величина среднеквадратического отклонения из-за влияния этого фактора составляет, примерно, 30 м.

-погрешности, связанные с распространением радиоволн в ионосфере. Задержки распространения сигналов при их прохождении через верхние слои атмосферы приводят к ошибкам порядка 20-30 м днем и 3-6 м ночью. Несмотря на то, что навигационное сообщение, передаваемое с борта GPS- спутника, содержит параметры модели ионосферы, компенсация фактической задержки, в лучшем случае, составляет 50%.

-погрешности, связанные с распространением радиоволн в тропосфере. Возникают при прохождении радиоволн через нижние слои атмосферы. Значения погрешностей этого вида при использовании сигналов с С/А- кодом не превышают 30 м.

-эфемеридная погрешность. Ошибки обусловлены расхождением между фактическим положением GPS-спутника и его расчетным положением, которое устанавливается по данным навигационного сигнала, передаваемого с борта спутника. Значение погрешности обычно не боее 3м.

- погрешность ухода шкалы времени спутника вызвана расхождением шкал времени различных спутников. Устраняется с помощью наземных станций слежения или за счет компенсации ухода шкалы времени в дифференциальном режиме определения местоположения.

- погрешность определения расстояния до спутника является статистическим показателем. Он вычисляется для конкретного спутника и заданного интервала времени. Ошибка не коррелированна с другими видами погрешностей. Ее величина обычно не превышает 10 м.

НЕДОСТАТКИ СИСТЕМЫ ГЛОНАСС:

-необходимость сдвига диапазона частот вправо, так как в настоящее время ГЛОНАСС мешает работе как подвижной спутниковой связи, так и радиоастрономии

-при смене эфемерид спутников, погрешности координат в обычном режиме увеличиваются на 25-30м, а в дифференциальном режиме - превышают 10 м;

-при коррекции набежавшей секунды нарушается непрерывность сигнала ГЛОНАСС. Это приводит к большим погрешностям определения координат места потребителя, что недопустимо для гражданской авиации;

-сложность пересчета данных систем ГЛОНАСС и GPS из-за отсутствия официально опубликованной матрицы перехода между используемыми системами координат.

Европейским союзом разрабатывается система спутниковой навигации Galileo. Китай также разрабатывает собственную навигационную систему «Бэйдоу», к концу 2008 года она будет покрывать территорию Китая и большинства сопредельных азиатских стран.

Galileo - система спутниковой навигации, разрабатываемая Европейским союзом. Единая концепция была принята в 1999 году, а первоначальный план развития был одобрен в 2003 году и предусматривал запуск системы в 2008-м.

Однако он был сорван из-за разногласий между правительствами стран ЕС и нежелания частных компаний инвестировать в Galileo. Консорциум частных компаний состоял из EADS, Thales, Inmarsat, Alcatel-Lucent, Finmeccanica, AENA, Hispasat и немецкой группы, включающей Deutsche Telekom и German Aerospace Centre.

В мае 2007 года консорциум вышел из проекта, и руководство Galileo взяла на себя Еврокомиссия. Сейчас из 30 планируемых спутников на орбите находится только один, второй планируется вывести на орбиту 27 апреля 2008 года.

На данный момент ЕС потратил на реализацию проекта около 1 млрд евро

В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система Галилео не контролируется ни государственными, ни военными учреждениями. Разработку осуществляет ЕКА. Общие затраты на создание системы оцениваются в 3,8 млрд. евро. Первый спутник системы Галилео был доставлен на космодром Байконур 30 ноября 2005 года. 28 декабря 2005 года в 8:19 с помощью ракеты-носителя «Союз-ФГ» космический аппарат GIOVE-A (Galileo In-Orbit Validation Element) был выведен на расчётную орбиту высотой более 23000 км с наклонением 56° Масса аппарата 700 кг, габаритные размеры: длина - 1,2 м, диаметр - 1,1 м. Срок активного существования составляет 12 лет. «ЕКА» Европейское космическое агентство (European Space Agency) -- международная организация, созданная в 1975 году с целью объединения усилий по освоению космоса на благо европейцев Галилео.

Влияние ионосферы на характеристики трансионосферных радиосигналов

Электромагнитные волны, распространяющиеся через ионосферу, испытывают самые разнообразные возмущения. Основной характеристикой ионосферы, определяющей изменение параметров радиоволны, является интегральное (полное) электронное содержание I(t) или его производные (по времени и пространству) Iґt (t), I'x (t) и I'y (t) вдоль пути распространения.

Изменения ПЭС можно условно разделить на регулярные и нерегулярные. Регулярные изменения (сезонные, суточные), по крайней мере, для магнитоспокойной среднеширотной ионосферы, описываются моделями, дающими относительные точности прогноза ПЭС до 50 - 80 %. Нерегулярные изменения (вариации) связаны с ионосферными неоднородностями различной природы, спектр которых носит степенной характер.

В результате проведенных в последнее время исследований стало ясно, что возмущения ионосферы во время магнитных бурь сказываются на деградации сигналов и сбоях системы GPS не только на экваторе и в полярной зоне, но даже на средних широтах. Однако вопрос о причинах и конкретных механизмах этого влияния остается в значительной степени открытым.

Основной задачей будущих исследований является изучение физических механизмов многомасштабных вариаций полного электронного содержания в ионосфере во время геомагнитных возмущений околоземного космического пространства, сопровождающихся деградацией сигналов и сбоями спутниковых радиотехнических систем. Эти исследования должны носить комплексный характер с максимальным привлечением ряда независимых экспериментальных средств мониторинга ионосферы (цифровые ионозонды, радары некогерентного рассеяния, ЛЧМ-ионозонды и т.д.).

Точность GPS

Каждый полный набор данных включает ионосферную модель, которая используется в приемнике для аппроксимации задержки фазы сигнала при его прохождении через ионосферу при любом расположении спутников и в любой момент времени. Методы измерение дальности до спутникаС помощью псевдослучайного кода. Псевдодальность - расстояние между антенной приемника и спутником измеренное с помощью псевдослучайного кода. Как говорилось раньше, эти расстояния необходимы для расчета координат. Процедура определения псевдодальности, может быть описана следующим образом.

Представим, что часы на спутнике и приемнике полностью синхронизированы друг с другом. Когда код PRN передается от спутника, приемник воспроизводит точную копию того же кода. После некоторое время, код переданный спутником будет принят приемником. Сравнивая переданный код и его точную копию, приемник может вычислить время нужное для того чтоб код достиг приемника. Умножение времени путешествия на скоростью света дает нам дальность между спутником и приемником . Измерения расстояния по кодуК сожалению, предположение, что приемник и спутниковые часы полностью синхронизированы, не совсем верен. Этот метод вычисления дальности требовал бы очень точной синхронизации часов спутника и приемника. На спутники GPS стоят очень точные атомные часы, очень дорого обеспечить такими часами приемник, так как их цена может достигать 20000 $.

Проблему синхронизации часов решают, рассматривая ошибку часов приемника как дополнительное неизвестное в навигационных уравнениях.

Расстояния между спутником и приемником - сумма общего количества полных циклов плюс дробный цикл между приемником и спутник, умноженный на длину волны несущей. Дальность, определенная с помощью фазы несущей, имеет намного большую точность чем дальность, полученная с помощью кода.

Есть, однако, одна проблема. Несущая это синусоидальная волна, что означает, что все циклы выглядят одинаково. Поэтому, приемник GPS не может отличить один цикл от другого. Другими словами, приемник, сразу при включении, не может определить общее количество полных циклов между спутником и приемником. Он может определить только дробную часть цикла (с точность не менее 2 мм), в то время как полное число циклов остается неизвестным, или неоднозначным.

К счастью, приемник может отслеживать изменение фазы, будучи включенным. Это означает, что начальная неопределенность решается с течением временем. Определение полного числа циклов несущей (длин волн) между антенной и спутником называется разрешением неоднозначности - поиском целого значения числа длин волн. Для измерений в режиме с постобработкой, который используется для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется во время обработки на компьютере. Для измерений в реальном времени, которые используются для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется в течение процесса называемого инициализацией.

Пропуск цикла сигнал - это скачок в целое число циклов в фазе несущей при измерении дальности. Пропадание сигнала может быть вызвано преградой между сигналом и спутником. Радиопомехи, ионосферное возмущение, и высокая динамика приемника - все это также может быть причинной пропадания сигнала. Так же проскальзывания цикла может произойти из-за сбоя приемника. Пропуск цикла может длиться в течение любого времени.

Вам необходимо знать координаты вашей базовой станции как можно точнее, так как точность получаемая в результате дифференциальной коррекции напрямую зависит от точности координат базовой станции. Существует два метода выполнения дифференциальной коррекции, в реальном времени и в постобработке

Я считаю, что развитие СНС хорошо помогает развиваться и стране, которой принадлежит сама СНС. Продолжается активное освоение космического пространства близ нашей планеты. Достижения в области радиоэлектроники действительно значительно помогают не только в военных, но и в гражданских целях. Благодаря СН, допустим, значительно облегчились поиски горных туристов, СН-«помощник» водителя на дорогах и не только. Но как бы то ни было, хорошо в этом есть и плохая сторона…происходит постоянное загрязнение околоземного пространства уже использованными спутниками и их обломками. Нам нужно восполнять наши потребности, не навредив окружающей среде, что у нас получается редко.

Литература

1. ГЛОНАСС: принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. -- 3-е изд., перераб. -- М.: Радиотехника, 2005. -- 688с. -- 1000 экз. -- ISBN 5-93108-076-7

2. Шебшаевич В. С., Дмитриев П. П., Иванцев Н. В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / Под ред. В. С. Шебшаевича. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: Радио и связь, 1993. -- 408с. -- ISBN 5-256-00174-4

3. ИНТЕРФЕЙСНЫЙ КОНТРОЛЬНЫЙ ДОКУМЕНТ (редакция 5.0). КООРДИНАЦИОННЫЙ НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР (2002).-- официальное техническое описание параметров и сигнала ГЛОНАСС. Проверено 14 декабря 2009.

4. ИНТЕРФЕЙСНЫЙ КОНТРОЛЬНЫЙ ДОКУМЕНТ (редакция 5.1). РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ (2008).-- официальное техническое описание параметров и сигнала ГЛОНАСС. Проверено 14 декабря 2009.

5. ГЛОНАСС: Интерфейсный контрольный документ (редакция 5.1).-- Редакция от ФГУП «РНИИ КП». Проверено 14 декабря 2009.

Размещено на Allbest.ru