Российская навигационная система ГЛОНАСС. Принцип работы, сферы применения, основные функции. Преимущества и недостатки технологии.
ГЛОНАСС – это спутниковая система навигации, разработанная в России. Она создана для мониторинга автомобильного, воздушного, железнодорожного и морского транспорта. Доступ к навигационным сигналам предоставляется всем пользователям без ограничений и на безвозмездной основе.
В настоящее время на орбите находятся активные и резервные спутники, которые в любой момент могут заменить вышедший из строя аппарат. Они позволяют определить местоположение автомобиля с точностью до нескольких метров. Планируется, что к 2020 году погрешность в определении координат уменьшится до 0,1 метра.
Навигационная система ГЛОНАСС – это 24 космических аппарата и наземные клиентские устройства. Для получения устойчивого сигнала нужно, чтобы приемник соединился как минимум с 4-мя спутниками – этого хватит, чтобы определить точные координаты объекта. На навигационное устройство приходит сигнал о местонахождении космического аппарата. Приемник сравнивает время отправки сообщения и его поступления, на основании чего определяет свое расстояние до спутника. Такое сравнение позволяет рассчитать позиционирование объекта.
Навигационная система ГЛОНАСС многофункциональна. Она используется для:
Онлайн-мониторинга и определения местоположения транспорта;
Построения и контроля маршрута;
Составления отчетов о движении и стоянках, общем пробеге и пройденном расстоянии за конкретный период времени, расходе топлива, средней и максимальной скорости;
Получения информации о заправках и несанкционированных сливах.
Навигационная система ГЛОНАСС обеспечивает высокую точность информации: достоверность данных составляет 2,8 м. Она работает на территории РФ, покрывая все регионы, исключение составляют приполярные и полярные области.
Среди недостатков технологии стоит отметить частую, хоть и кратковременную потерю связи со спутником, а также влияние особенностей рельефа местности на четкость сигнала.
ГЛОНАСС постоянно совершенствуется: новшества и разработки контролируются Министерством транспорта России, и технология находит применение в разных сферах.
ГЛОНАСС помогает контролировать грузоперевозки и перемещение транспорта, что позволяет автоматизировать бизнес-процессы и эффективнее руководить автопарком.
С помощью GLONASS отслеживается, сколько на самом деле было израсходовано топлива. Благодаря внедрению системы на предприятии удается избежать махинаций с ГСМ и сливов, дисциплинировать водителей и оптимизировать расходы на обслуживание авто.
Терминалы ГЛОНАСС отправляют сигналы диспетчеру об объекте, движущемуся по заданному маршруту с контрольными точками.
Системы находят применение в разбивочных работах, при проведении топографической съемки, используются для развития опорных сетей, расчета точного местоположения конкретных пунктов.
Навигационная система ГЛОНАСС постоянно расширяется. В настоящее время ведутся работы по повышению точности определения координат и снижению погрешностей в расчетах, а также увеличению охвата и совместимости с новыми устройствами навигации.
Механизм работы обеих систем предельно прост: спутники излучают в эфир определенную последовательность кодированной информации, приемное устройство получает её и выдает оператору свои координаты (на основе построения нескольких треугольников по трем известным сторонам – если быть точным). Теоретически для этого достаточно сигналов трех спутников, но практика показывает, что для корректного определения положения объекта в пространстве нужны сигналы минимум четырех (компенсация погрешности).
Первый объект спутниковой группировки ГЛОНАСС был запущен в 1982 году, в настоящее время число спутников системы – 28. Как и любая другая оборонная разработка, изначально она предназначалась исключительно для нужд военных. Определение в реальном времени координат кораблей, самолетов, наземной техники – вот список задач, которые решались данной системой. Габариты и масса – соответствующие. Однако, с развитием полупроводниковых технологий, навигационные модули данной системы становились всё меньше и в наши дни их можно встретить даже в нескольких модельных рядах смартфонов ведущих мировых брендов. Конечно, большинство из них отдает предпочтение GPS, но факт того, что любой пользователь может сам выбрать, какую навигационную систему ему использовать, приятно удивляет.
Так, скромно и незаметно, спутниковая навигация вошла в нашу жизнь. Мы ловим покемонов на улицах, используя координаты виртуальных зверушек и цифровые карты населенных пунктов. Прикидываем расстояния между городами при планировании дальней поездки или используем навигатор как компас, который всегда выведет из леса после охоты или сбора грибов. ГЛОНАСС нашла также и успешное коммерческое использование в жизни простых людей – в частности, при контроле транспортных средств. Рассмотрим это более подробно.
Итак, уровень развития современных технологий позволяет с легкостью установить датчик системы спутниковой навигации на любое транспортное средство. Областей применения несколько, наиболее распространены как средства защиты от угона, а также контроля действий водителя.
В первом случае небольшой навигационный модуль крепится в укромном месте вашего авто. Угнали машину? Идете в полицию, сообщаете о том, что транспортное средство оснащено маячком и ждете, когда ваш автомобиль найдут. А находят довольно оперативно – адекватно обеспечить экранирование сигнала такого устройства очень проблематично. Равно как найти – даже если знать, где искать. Ведь такое устройство не потребляет много энергии и вовсе не обязательно подключать его к аккумулятору машины – достаточно встроенных в прибор батареек.
Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС, GLONASS) — советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Разработка ГЛОНАСС началась в СССР в 1976 году. Изначально система создавалась для военных нужд, но затем нашла гражданское применение. Её используют для управления транспортными потоками на всех видах транспорта, для контроля перевозок ценных и опасных грузов, для контроля рыболовства в территориальных водах, во время поисково-спасательных операций, для проведения геодезических съёмок, при прокладке нефте- и газопроводов, линий электропередач, в строительстве и т. д.
ГЛОНАСС оснащают гражданские и военные суда и самолёты, а также баллистические ракеты. Система в обязательном порядке устанавливается на общественном транспорте и в автомобилях экстренных служб, а в скором времени может быть принят закон, обязывающий оснащать ей все автомобили в стране. С 1 января 2013 года коммерческий и грузовой автотранспорт, эксплуатируемый на территории России, должен быть оснащён системами ГЛОНАСС.
Основная цель ГЛОНАСС — определение местоположения (координат), скорости движения (составляющих вектора скорости), а также определение местоположения воздушных, наземных, морских объектов с точностью до одного метра. То есть любой объект (корабль, самолёт, автомобиль или просто пешеход) в любом месте в любой момент времени способен всего за несколько секунд определить параметры своего движения. Сигналы ГЛОНАСС принимают не только GPS-приёмники, бортовые навигаторы, но и мобильные телефоны. Информация о положении, скорости и направлении движения через сеть GSM-оператора отправляется на сервер сбора данных. Данная система обеспечивает глобальное и непрерывное навигационное обслуживание всех категорий потребителей круглогодично, в любое время суток, вне зависимости от метеорологических условий. В любой точке земного шара потребители имеют доступ к сигналам ГЛОНАСС на безвозмездной основе и без ограничений.
Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19 100 км. Гражданское применение системы ГЛОНАСС началось в 1993 году, к 1995 году на орбиту было запущено 24 спутника. К 2001 году число спутников из-за недостатка финансирования и выхода части из них из строя сократилось до шести. В 2010 году число спутников ГЛОНАСС увеличили до 26, основными являются 24, остальные резервные. В настоящий момент в системе ГЛОНАСС насчитывается 29 космических аппаратов, из которых 24 используются по целевому назначению, один — на этапе лётных испытаний, один — на этапе ввода в систему, три — в орбитальном резерве.
На сегодняшний день существует две системы глобальной спутниковой навигации.
Кроме российской, есть ещё американская система навигации NAVSTAR GPS. Отличие двух систем в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли. Благодаря этому они более стабильны и им не требуют дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования, но при этом срок их службы заметно короче. Спутники ГЛОНАСС вращаются на высоте 19 100 километров над Землёй.
Приёмники ГЛОНАСС позволяют определить:
- горизонтальные координаты с точностью 50–70 м (вероятность 99,7 %),
- вертикальные координаты с точностью 70 м (вероятность 99,7 %),
- вектор скорости с точностью 15 см/с (вероятность 99,7 %),
- точное время с точностью 0,7 мкс (вероятность 99,7 %).
Каждый спутник передаёт сигналы двух видов: открытые с обычной точностью и защищённые с повышенной точностью. Первый вид сигнала доступен любому приёмнику ГЛОНАСС, второй — только авторизованной аппаратуре Вооружённых сил РФ.
GPS (англ. Global Positioning System — система глобального позиционирования, читается Джи Пи Эс) — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположениe во всемирной системе координат WGS 84.
Позволяет в любом месте Земли (не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов.
Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США. GPS состоит из трёх основных сегментов: космического, управляющего и пользовательского. Спутники GPS транслируют сигнал из космоса, и все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трём координатам в режиме реального времени. Космический сегмент состоит из 32 спутников, вращающихся на средней орбите Земли. Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций, а также наземные антенны и станции мониторинга, ресурсы некоторых из упомянутых являются общими с другими проектами. Пользовательский сегмент представлен тысячами приемников GPS. «GPS-приёмник» — это радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника.
GPS-навигатор — устройство, которое получает сигналы глобальной системы позиционирования с целью определения текущего местоположения устройства на Земле. Устройства GPS обеспечивают информацию о широте и долготе, а некоторые могут также вычислить высоту. Аппаратная часть GPS-навигатор:
- GPS-чипсет — набор микросхем, в котором процессор — самая важная часть. Процессор обеспечивает работу всего устройства, а также обрабатывает спутниковый сигнал, поступающий от GPS-модуля, вычисляя координаты.
- GPS-антенна настроена на частоты, на которых передаются данные навигационных спутников.
- Дисплей для отображения информации.
- Оперативная память обеспечивает быстродействие навигатора.
- Память BIOS обеспечивает связь аппаратной и программной части.
- Встроенная Flash-память используется для хранения операционной системы, ПО и пользовательских данных.
Загрузка...