Господа, в этой теме мне хотелось бы изложить материал, который возможно будет интересен определённому кругу лиц. Данный материал предназначен для тех, кто хотел бы разобраться и понять как работают системы спутниковой навигации, какая система лучше и точнее ГЛОНАСС или GPS. Материал возможно будет полезен и тем, кто считает что он всё знает и поможет им разобраться в нюансах отличия двух систем.
Весь материал - это компиляция букв из интернета в последовательности в которой задумал автор, связки мыслей, которых нет в интернете дописаны автором. Автор не претендует на истину в последней инстанции, поэтому просит всех, кто желает, добавлять и обсуждать информацию по теме. Интересные выкладки и дополнения будут добавлены в основной текст.
Предположительно предполагается весь материал изложить в следующей последовательности:
1. Что такое спутиковая навигация и принципы работы
1.1. История создания спутниковых навигационных систем
2. Спутниковые системы разных стран мира
3. Принцип работы системы GPS
4. Принцип работы системы ГЛОНАСС
4.1. Дифференциальные поправки
5. Преимущества и недостатки системы ГЛОНАСС и GPS
6. Погрешность или точность системы спутниковой навигации
5.1. точность системы спутниковой навигации GPS
5.2. точность системы спутниковой навигации ГЛОНАСС
7. Переносные (индивидуальные) приборы спутниковой навигации
6.1. Приборы GPS
6.2. Приборы ГЛОНАСС
6.3. Приборы ГЛОНАСС/ GPS
8. Картография
Всю информацию буду выкладывать по частям, чтобы осмыслить её самому, и дать возможность высказаться другим.
1. Что такое спутниковая навигация и принципы работы
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— 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.
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;
Дополнительные опции: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.
Принцип работы: 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. Каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, на основе атомных часов, находящихся на спутнике. 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.
1.1. История создания спутниковых навигационных систем
США
Идеи использования космических аппаратов для навигации подвижных объектов в США, как свидетельствует профессор Стэндфордского университета Б. Паркинсон, в прошлом руководитель программы Navstar ВВС США, начали развиваться после запуска в СССР в 1957 г. первого искусственного спутника Земли (ИСЗ). Тогда же перед лабораторией прикладной физики университета Джона Хопкинса была поставлена задача слежения за советским ИСЗ посредством приема его сигнала на наземном пункте с известными координатами, выделения доплеровского сдвига несущей частоты передатчика ИСЗ и дальнейшего расчета параметров движения спутника. Обратная задача расчета координат приемника на основе обработки принятого сигнала и координат ИСЗ представлялась очевидной и естественной.
В 1960 г. были разработаны атомные часы. Благодаря этому стало возможным использовать для целей навигации сеть точно синхронизированных передатчиков, передающих кодированные сигналы. Измерение приемником соответствующих временных задержек позволяло рассчитать координаты приемника.
В интересах навигационного обеспечения пуска с подводных лодок баллистических ракет Polaris в 1964 г. была создана спутниковая радионавигационная система первого поколения Transit. Для коммерческого использования эта система была предоставлена в 1967 г. Ее достоинства и открывающиеся перед пользователями возможности были быстро оценены, и число гражданских потребителей вскоре существенно превысило число военных. Координаты потребителя рассчитывались на основе приема и выделения доплеровского сдвига частоты передатчика одного из 6–7 космических аппаратов (КА). Система позволяла получить достаточно высокую точность определения координат лишь для медленно движущихся и стационарных объектов.
Кроме того, в 1964 г. ВВС США начали программу разработки и испытаний возможностей использования для целей место определения широкополосных сигналов, модулированных псевдослучайными шумовыми (PRN) кодами. Свойство корреляционного разделения таких сигналов обусловило возможность использования несколькими передатчиками одной несущей частоты. В 1973 г. программы ВВС и ВМС США были объединены в общую Навигационную технологическую программу, позднее превратившуюся в программу Navstar-GPS. Спутники системы Navstar стали оборудовать стандартами частоты с наибольшей достижимой степенью точности — сначала кварцевым и рубидиевым, затем цезиевым и водородным стандартами. В ходе экспериментов были подобраны оптимальные высоты орбит спутников. В результате высота увеличилась с 925 до 13 тыс. км, а затем — до 20 тыс. км. Изменилась также несущая частота передатчиков: с 400 МГц до 1227 МГц и 1575 МГц. К 1995 г. система была полностью развернута.
В настоящее время космическая группировка Navstar-GPS насчитывает 24 рабочих спутника и 4 спутника в резерве, расположенных на шести круговых орбитах высотой примерно 20 тыс. км, наклонением 55° и равномерно разнесенных по долготе через 60°. За то время, которое ушло на развертывание системы, примерно 60 фирм создали более 400 типов приемной аппаратуры различного назначения для применения как в военной, так и в гражданской областях. По прогнозам, общий мировой рынок продаж продуктов GPS к 2002 г. составит $16 млрд.
Россия
Развитие отечественной спутниковой радионавигационной системы также началось с запуска в Советском Союзе 4 октября 1957 г. первого ИСЗ в связи с необходимостью слежения за ним. Первое же научно-обоснованное предложение об использовании ИСЗ для навигации было сформулировано в период проведения в Ленинградской военно-воздушной инженерной академии (ЛВВИА) им. А. Ф. Можайского с 1955 по 1957 гг. исследований возможностей радиоастрономических методов для самолетовождения. Научные основы спутниковой навигации были существенно развиты в процессе выполнения исследований по теме «Спутник» (1958–1959 гг.), которые осуществляли ЛВВИА им. А. Ф. Можайского, Институт теоретической астрономии АН СССР, Институт электромеханики АН СССР, два морских НИИ и Горьковский НИРФИ. Работы проводились с участием крупных специалистов по аналитической механике и расчетам орбит. Основное внимание при этом уделялось вопросам повышения точности навигационных определений, обеспечения глобальности, круглосуточного применения и независимости от погодных условий.
Проведенные работы позволили перейти в 1963 г. к ОКР над первой отечественной низкоорбитальной системой, получившей название «Цикада». В 1992 г. генеральный конструктор космических систем навигации и связи академик М. Ф. Решетнев писал о решении этой задачи: «Полномасштабные работы по созданию отечественной навигационной спутниковой системы были развернуты в середине 60-х годов, а 27 ноября 1967 г. на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192».
Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), были начаты в октябре 1982 г. запуском спутника «Космос-1413», а в 1995 г. было завершено ее развертывание до штатного состава. Были выведены на заданные орбиты 24 космических аппарата (КА), разработаны комплексы самолетной, наземной и морской аппаратуры.
Основным заказчиком и ответственным за испытания и управление системой являлись Военно-космические силы (ВКС) РФ, а затем РВСН, в состав которых позднее вошли ВКС.
2. Спутниковые системы разных стран мира
В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:
NAVSTAR - Global Positioning System (глобальная система позиционирования). Принадлежит министерству обороны США, что считается другими государствами её главным недостатком. Более известна под названием GPS. Единственная полностью работающая спутниковая навигационная система.
ГЛОНАСС: ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система — российская спутниковая система навигации, предназначена для определения с помощью портативных носимых спутниковых приборов-навигаторов местоположения и скорости движения морских, воздушных и сухопутных объектов, в том числе и людей с точностью до метра. Принадлежит министерству обороны России. Является попыткой восстановить функционировавшую с 1982 года советскую систему навигации. Находится на этапе повторного развёртывания спутниковой группировки (оптимальное состояние орбитальной группировки спутников, запущенных в СССР, было в 1993—1995 гг.). Современная система, по заявлениям разработчиков наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с NAVSTAR. Однако в настоящее время эти утверждения проверить невозможно ввиду недостаточности спутниковой группировки и отсутствия доступного клиентского оборудования.
GALILEO: (Galileo) — европейский проект спутниковой системы навигации, находящийся на этапе создания спутниковой группировки. Европейская система предназначена для решения навигационных задач для любых подвижных объектов с точностью менее одного метра. Ныне существующие GPS-приёмники не смогут принимать и обрабатывать сигналы со спутников Галилео, хотя достигнута договорённость о совместимости и взаимодополнению с системой NAVSTAR GPS третьего поколения. Так как финансирование проекта будет осуществляться в том числе за счёт продажи лицензий производителям приёмников, следует так же ожидать, что цена на последние будет несколько выше сегодняшних. Ожидается, что Галилео войдёт в строй в 2013, когда на орбиту будут выведены все 30 запланированных спутников (27 операционных и 3 резервных). Космический сегмент будет дополнен наземной инфраструктурой, включающей в себя два центра управления и глобальную сеть передающих и принимающих станций. Но главное – она сразу строится как превосходящая по точности сигнала и американскую GPS, и наш ГЛОНАСС, поскольку будет давать погрешность точности сигнала - 0,3 м против 2 м у американцев и 10 м у России. Российская ГЛОНАСС, таким образом, приобретает еще одного серьезного конкурента. В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система Галилео не контролируется ни государственными, ни военными учреждениями. Разработку осуществляет «ЕКА» - . Европейское космическое агентство (European Space Agency) 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.
БЭЙДОУ: (кит. beidou, буквально — Северный Ковш, китайское название созвездия Большой Медведицы) Развёртываемая в настоящее время Китаем подсистема GNSS (Global navigation satellite system- Глобальная Навигационная Спутниковая Система), предназначенная для использования только в этой стране. Особенность — небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите.
Бэйдоу — на 2000 г. включала в себя 2 спутника, расположенных на геостационарной орбите, и обеспечивала определение географических координат в Китае и на соседних территориях. Архитектура «Бэйдоу» предусматривает наличие 5 спутников на геостационарной орбите и 30 спутников на орбите средней дальности. Первый спутник системы, рассчитанный на орбиту средней дальности, был запущен в прошлом году, на сегодня он находится в рабочем состоянии, однако до сих пор не вышел на заданное положение. Кроме того, КНР имеет в распоряжении 3 работающих геостационарных спутника.
ДРУГИЕ: Отметим, что ввод в строй Бэйдоу вызывает мало оптимизма у трех других владельцев систем навигации, в том числе и России, так как с одной стороны это некоторый удар по национальному престижу страны, а с другой - работающая глобальная спутниковая группировка, покрывающая весь земной шар, представляет собой угрозу национальной безопасности той или иной страны. Именно последний момент сейчас беспокоит больше других давнего политического и экономического оппонента Китая - Японию, которая открыто выразила свою озабоченность в связи с развертыванием Бэйдоу, а позже заявила о планах по развертыванию собственной локальной группировки Квази-Зенит, спутники которой будут расположены на высокоэллиптической орбите над азиатско-тихоокеанским регионом.
? На сегоднешний день - это невозможно. 
, Falcon, что и требовалось доказать.
