Какого сигнала глонасс не существует

GPS и ГЛОНАСС: что это, как работает и в чем разница

На сегодняшний день навигация – вещь нужная и весьма популярная. За последние несколько лет навигационные чипы в мобильных гаджетах и другой электронике стали привычным делом. Существуют GPS и ГЛОНАСС навигационные системы, давайте разберемся, что представляет собой каждая из них и изучим принципы работы.

Что такое GPS?

GPS (расшифровывается как Global Positioning System, система глобального позиционирования) – система спутниковой навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84. Данная система позволяет определять местоположение и скорость объектов практически в любой точке планеты (за исключением приполярных областей).

Разработка GPS началась в 1950-е годы прошлого века для Министерства обороны США, однако сейчас технология используется не только военными, но и в повседневной жизни. В то время СССР запустил первый искусственный спутник Земли и американские ученые, наблюдавшие за этим событием, заметили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала возрастает при приближении спутника и снижается при увеличении его дистанции. Они пришли к выводу, что при наличии информации о своих точных координатах на Земле можно измерить положение и скорость спутника, а зная, где находится спутник – вычислить собственную скорость и координаты.

Система GPS состоит из искусственных спутников, которые вращаются на средней орбите Земли (спутниковая система NAVSTAR, разработанная в США), и наземных станций мониторинга, объединенных в общую сеть. Спутники непрерывно передают на Землю навигационный сигнал, включающий «псевдослучайный код», данные эфемерид (прогнозируемые координаты и параметры движения спутника на определенный момент времени) и альманаха (данные для вычисления приблизительного местоположения спутника). Этот сигнал принимают абонентские GPS-устройства, которые на основании полученных сведений вычисляют свою геопозицию.

Один из недостатков технологии GPS заключается в низкой скорости передачи данных (до 50 бит/с) из-за чего процесс вычисления координат может занимать несколько минут. Кроме того, система GPS неэффективна для определения координат устройства, которое находится в помещении, на территории, окруженной высокими строениями, в лесах и парках, туннелях и т.д.

Что такое A-GPS?

Для устранения этих проблем и получения возможности определять координаты любого мобильного устройства была создана технология A-GPS (Assisted GPS). При ее использовании GPS-приемник получает данные не со спутников, а из внешних источников (как правило, это сети сотовых операторов), причем распознавание сигнала A-GPS занимает менее 2 секунд.

Авторами идеи создания A-GPS стали инженеры Джими Сеннота и Ральф Тейлор, которые в 1981 году запатентовали свою разработку. Система была представлена в октябре 2001 года в США, где начала использоваться по сети службы спасения 911.

A-GPS состоит из встроенного GPS приемника и сетевых компонентов мобильной сети. Для A-GPS предусмотрено два режима: A-GPS Online (основной) и A-GPS Offline (вспомогательный). Первый позволяет получить информацию о координатах спутников при необходимости быстрого определения геопозиции, если GPS-приемник не функционировал более 2 часов. Второй режим ускоряет время «горячего» и «холодного» старта GPS-приемника. A-GPS-приемник обновляет альманах, эфемериды и список видимых спутников.

Несмотря на свою эффективность, технология A-GPS имеет ряд минусов, в частности, функция ускоренного старта не работает вне зоны действия сотовой сети. Некоторые приемники с поддержкой A-GPS объединены с радиомодулем GSM и не могут стартовать, если последний отключен. При этом A-GPS приемник может стартовать без покрытия GSM (GPRS). При старте модули A-GPS потребляют мало трафика (5-7 КБ), но в случае потери сигнала потребуется повторная синхронизация, что повлечет за собой повышенные энергозатраты, особенно при нахождении в роуминге.

Что такое ГЛОНАСС?

В настоящее время в мире существуют две спутниковые навигационные системы – описанная выше GPS и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). По сути последняя является российским вариантом GPS. По аналогии с GPS ГЛОНАСС определяет трехмерные координаты (широта, высота, долгота) по всему миру.

Начало разработки на то время советской спутниковой системы датируется декабрем 1976 года. В октябре 1982 года с выводом на орбиту ГЛОНАСС спутника «Ураган» началось первое тестирование системы. Изначально она задумывалась для военных нужд, но впоследствии стала использоваться и для гражданских целей. Сейчас ГЛОНАСС приемниками оснащаются гражданские/военные корабли и самолеты, общественный транспорт, автомобили экстренных служб и т.д. Сигналы ГЛОНАСС принимают не только GPS-приемники, бортовые навигаторы, но и мобильные телефоны. Данные о положении, скорости и направлении движения через сеть GSM-оператора отправляются на сервер сбора данных.

Гражданское применение системы ГЛОНАСС стартовало в 1993 году, в 1995 году на орбиту было запущено 24 спутника, а в 2010 году их число возросло до 26. На разработку системы в период с 2012 по 2020 годы российское правительство выделило 320 млрд рублей, направленных в том числе на создание 15 спутников «Глонасс-М» и 22 спутников «Глонасс-К». Работа над системой ГЛОНАСС была завершена в декабре 2015 года.

Спутники ГЛОНАСС вращаются на высоте 19,1 тыс. км над Землей. Приемники ГЛОНАСС позволяют определить горизонтальные (с точностью 50-70 м) и вертикальные координаты (70 м), вектор скорости (с точностью 15 см/сек), время с точностью 0,7 мкс. Система использует два типа навигационных сигналов – открытые с обычной точностью и защищенные с повышенной точностью. Первые могут принимать любые приемники ГЛОНАСС, а вторые – исключительно авторизованные пользователи, к примеру, оборудование ВС РФ.

Основным отличием ГЛОНАСС от GPS является то, что спутники в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка космических аппаратов ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования.

Что такое ЭРА-ГЛОНАСС?

«ЭРА-ГЛОНАСС» – российская система экстренного реагирования при авариях и других чрезвычайных ситуациях на дороге, позволяющая в кратчайшие сроки проинформировать о происшествии службы экстренного реагирования. «ЭРА-ГЛОНАСС» работает на базе спутниковой системы ГЛОНАСС. В эксплуатацию комплекс был введен в 2015 году, а с 1 января 2017 года автопроизводители обязаны устанавливать данную систему на свои транспортные средства, выходящие на российский рынок. Данная система сокращает время реагирования при авариях и чрезвычайных ситуациях, что приводит к снижению числа смертельных исходов, травматизма на дорогах и повышению грузовых/пассажирских перевозок.

«ЭРА-ГЛОНАСС» включает в себя два компонента: инфраструктуру оператора (навигационно-информационная платформа, сеть передачи данных, сеть мобильного оператора) и устройства, которыми оборудуются транспортные средства. В случае дорожно-транспортного происшествия (система распознает различные типы столкновения – лобовое, боковое или удар сзади), устройство определяет степень тяжести аварии, местоположение пострадавшего автомобиля на основе данных спутников систем ГЛОНАСС и/или GPS, устанавливает связь с системой «ЭРА-ГЛОНАСС» и передает информацию об аварии. Сигнал обладает приоритетным статусом и передается через любого мобильного оператора с максимально сильным в данном месте сигналом. При этом, если сеть перегружена телефонными звонками, они могут быть прерваны для передачи сигнала.

Для вызова помощи вручную в автомобилях с поддержкой «ЭРА-ГЛОНАСС» предусмотрена кнопка SOS, позволяющая связаться со специалистом колл-центра и сообщить об аварии. В случае подтверждения информации голосом или при отсутствии ответа оператор направляет службы экстренного реагирования (спасателей, карету Скорой помощи и ГИБДД). Система автоматически совершает вызов при срабатывании одной или нескольких подушек безопасности.

Система развернута в 83 субъектах РФ, для связи с экстренными центрами приема зарезервированы телефонные коды 941-949 и выделена первая серия номеров (941-111-1ххх). Деятельность контакт-центра обеспечивает «дочка» «Ростелекома» – «Ростелеком Контакт-центр».

Аналогом «ЭРА-ГЛОНАСС» является общеевропейская система eCall, с которой первая технологически совместима. Аналоги российской системы существуют и в других странах мира. В США это Е911, которая была запущена в 2001 году, в Японии – действующая с 1980-х годов интеллектуальная транспортная система (ECall), предназначенная для полной автоматизации управления дорожным движением, в Бразилии – SIMRAV. В Казахстане ведутся работы над проектом «ЭВАК» (экстренный вызов при авариях и катастрофах), который планируется запустить в 2018 году.

�� Смотрите также:

• Космические скорости: насколько быстро нужно лететь, чтобы покинуть Землю, планетную систему и галактику?
• Виды футбола: 15 популярных разновидностей игры, о которых вы могли даже не слышать.
• Человек с расставленными руками Леонардо да Винчи: в чем смысл картины?

�� Мы в Telegram и YouTube, подписывайтесь!

Новости и публикации компании СБС

Система ГЛОНАСС за последние годы стала уже обыденным, а в некоторых случаях даже обязательным инструментом спутниковой навигации. Отечественный комплекс ГЛОНАСС лежит на принципах передачи данных со спутников, к которому открыт доступ всем пользователям нашей страны и территории ближнего зарубежья. На данный момент отечественная система считается одной из 2-х прогрессивных мировых систем, имеющих свободный доступ к навигационным услугам.
Какие же отличия ГЛОНАСС от GPS?

История возникновения

Впервые комплекс запустили в работу еще в 1976 году, когда был сформирован план СССР по включению его в оборонный проект «Циклон». ГЛОНАСС с самого начала проектировалась под военные задачи и в 1982 году стартовала вместе с системой оповещения о ракетном ударе.

В 1986 году первые несколько наших спутниковых аппаратов были развернуты на орбите. А в 1991 году их количество выросло уже до 12. Согласно официальной версии комплекс запустили в использование только в конце сентября 1993 года, а в 2001-м по программе развития ГЛОНАСС утверждена правительством с присвоением статуса государственной важности. Почти сразу после первого этапа обновления бортового клиентского оборудования и расширения численности навигационных космических аппаратов существенно увеличилась точность определения реального местоположения. Очередной этап усовершенствования был ориентирован на увеличение точности местонахождения вместе с реализацией стандарта связи CDMA. Помимо этого целью такой модернизации стала возможность совместить ГЛОНАСС с похожей китайской национальной спутниковой системой – «Бэйдоу» (Beidou). Финальные тесты готового решения проводились в 2015 году. На сегодняшний момент все права и обязанности по расширению и модернизации системы закреплены за такими предприятиями как Роскосмос, акционерное общество «Российские космические системы» и «Информационные спутниковые системы».

Как работает наш российский комплекс.

Сейчас ГЛОНАСС применяется не только для военных целей, но и по большей части в коммерческом деле. Для работы комплекса применяются бортовые наземные устройства и спутники. На сегодняшний момент их насчитывается 27 единиц. Из них 24 применяется по их прямому назначению, два находятся на исследовании главного конструктора, а последний – в орбитальном резерве. С конечными потребителями они взаимодействуют через пользовательское оборудование – абонентские терминалы (АТТ), блоки навигации, gps трекеры или gps маяки и тому подобное.

Спутниковые аппараты, входящие в орбитальную группировку, работают на высоте 19.4 тыс. км. от земли и направлены по 3-м орбитальным плоскостям под углом 64.8 градусов.
Такое положение дает возможность для охвата наибольшей площади полярной зоны, на территории которой расположена немалая часть нашей страны. Чтобы более точно определить местоположение объекта, необходимо подключиться хотя бы к 4 спутникам.

Дальше глобальная система определяет такие параметры как географические координаты, размеры объекта, а также точную дату и время, в которое были зафиксированы все эти значения. Затем информация транслируется в виде сообщения на пользовательское оборудование, которое сравнивает время когда это сообщение было отправлено и когда получено, устанавливает расстояние до спутниковых объектов в том числе и геолокацию.
Таким образом могут устанавливаться координаты для мониторинга транспортных средств. Отклонение измерений может быть на 10 и более метров, в зависимости от погодных условий эксплуатации, качества самого принимающего устройства и других факторов. Спутниковые пользовательские терминалы могут принимать 2 вида сигналов – Frequency Division Multiple Access (FDMA) и Code Division Multiple Access (CDMA), которые бывают как открытым, так и закодированным, особо точными и транслировать информацию на разных сигнальных протоколах.

Что отличает ГЛОНАСС от GPS

ГЛОНАСС-мониторинг по принципу измерения схож с другим вариантом международной системы геолокации – NAVSTAR, которую чаще всего у нас называют GPS (Global Positioning System). Но несмотря на сходство эти комплексы имеют отличия. И принципиальное отличие это, так называемое, позиционирование группировок. Означающее, что спутниковые аппараты американской системы развернуты по 6-ти орбитальным плоскостям с радиальной траекторией вращения и это дает возможность в любой точке планеты обеспечить прием сигнала как минимум от 6 из 24 спутников, поэтому говорят, что точность у GPS лучше. Но у западного аналога точность геолокации будет напрямую зависеть от многих естественных причин, именно из-за этого фактора для качественного спутникового сигнала лучше применять обе эти глобальные системы.

траектории движения спутников GPS

траектории движения спутников ГЛОНАСС

Остальные отличительные особенности ГЛОНАСС:

• В своем орбитальном движении стабильность спутниковых аппаратов ГЛОНАСС лучше, так как отсутствует резонанс по отношению к вращению Земли, настраивать их работу не требуется в течение всего срока использования;
• невысокая стоимость пользовательских бортовых устройств, что ощутимо сказывается на рентабельности в коммерческом использовании;
• степень защищенности наших спутников от помех выше поскольку возможно использование других рабочих частот с распределением радиосигнала, позволяя уменьшить риск потери связи и ухудшения сигнала от различных естественных препятствий и иных сооружений;
• учет пользовательских потребностей согласно текущих правил и требований законодательства.

С помощью постоянной модернизации точность геолокации ГЛОНАСС близка к точности GPS, а в некоторых случаях даже может улучшить ее показатели.

Чтобы работа системы стала безукоризненной, будет разумно подбирать себе качественную аппаратуру от проверенных и известных поставщиков. Хороший пример тому является известная на российском и зарубежном рынке компания под названием Омникомм , которая является крупнейшим производителем и поставщиком клиентского ПО и передового GPS ГЛОНАСС оборудования. Данную продукцию и решения в России и республики Беларусь официально представляет компания «СтройБизнесСервис» и дает пожизненную гарантию на это навигационное оборудование.

Использование ГЛОНАСС в индустрии

Мониторинг, идентификация местонахождения стационарных или мобильных объектов является неотъемлемой частью комплекса. Спутниковый мониторинг, например, можно использовать для того, чтобы определить геопозицию пользователей, находящихся в зонах с плохой или отсутствующей мобильной связью.

Мониторинг транспорта это комплексная система контроля стационарных и контроль местоположения движущихся объектов, имеющая широкое применение в государственном, оборонном секторе и в различных сферах коммерческой деятельности для оптимизации работы корпоративного автотранспорта, например: таксопарки, каршеринг, техника сельхоз предприятия, строительная и спецтехника, авиа/железнодорожный, водный транспорт и т.п..
Бортовые терминалы для контакта со спутниками монтируют на гражданский либо коммерческий транспорт. В коммерческом варианте владелец предприятия, где происходит эксплуатация автомобилей, получает открытый доступ к прогрессивному способу оптимизации транспортных издержек. Тем более что наше постоянно меняющееся законодательство требует исполнения новых правил, чтобы определенные категории транспортных единиц были оснащены блоками спутниковой навигации АСН ГЛОНАСС или GPS ГЛОНАСС , помогающие определять дислокацию машин в режиме реального времени.

Важными задачами мониторинга транспорта в коммерческой деятельности является, так называемый, сквозной контроль за объектами, движущимися по заданным маршрутам.
Грубо говоря, мониторинг транспортных средств позволяет получать ключевые показатели бизнеса в одном окне:

• определение местонахождения, отклонения автомобиля от заданного маршрута, простои в работе техники;
• определение фактического расхода горючего в формате online с использованием соответствующих топливных датчиков;
• контроль соблюдения скоростного ограничения и стиля вождения;
• организация диспетчерской службы для постоянного мониторинга парка автомобилей предприятия;
• выявление технического состояния транспортных средств компании;
• защита от кражи, улучшение безопасности движения на дороге при транспортировке людей и грузов и многое другое.

ЭРА-ГЛОНАСС обязательный инструмент оперативного реагирования

Наш отечественный спутниковый комплекс наряду с зарубежными аналогами давно является неотъемлемой частью мониторинга транспорта. Его огромный потенциал широко применяется практически в каждой индустрии, где есть свой транспортный парк. К одному из наиболее важных навигационных инструментов относится ЭРА-ГЛОНАСС. Это наш российский автоматический комплекс, который сейчас необходим для неотложного вызова служб спасения в опасных случаях. Система нацелена на улучшение уровня безопасности на дороге и сокращение летальности при ДТП.

Такой результат достигается за счет уменьшения времени оповещения экстренных служб. Ведь своевременно оказанная медицинская помощь дает возможность максимально снизить риск для здоровья, а главное уменьшить смертность при несчастных случаях на дороге.

Российский спутниковый комплекс имеет сходство с европейской спутниковой разработкой под названием eСall и, технологически, даже совместима с ней.

Все современные автомобили, которые выходят с конвейера завода-изготовителя, обязательно должны быть оборудованы приборами для экстренной связи со службами спасения. Оборудование ЭРА ГЛОНАСС это готовый к оснащению набор, в который входит: микрофон, динамик, модем, навигационный терминал, антенна спутниковой навигации и специальный блок интерфейса с двумя кнопками.

Основная клавиша – это кнопка SOS, другая кнопка служит для активации режима самодиагностики (требуется проверять работоспособность системы в рамках проведения техосмотра).

Принцип действия системы или что происходит в случае аварии либо нажатии тревожной кнопки:

• специальные сенсоры, которыми оснащен автомобиль, срабатывают во время ДТП или удара машины о препятствие. Подача сигнала спасения возможна и при самостоятельном нажатии на клавишу SOS. Система также активируется при опрокидывании транспортного средства и т.п.;
• бортовой модуль активируется и автоматически регистрируется в сотовой сети благодаря установленному SIM-чипу и совершает вызов на телефон службы 112, выставляется специальная метка вызова, что звонок является приоритетным;
• диспетчер ЭРА ГЛОНАСС принимает входящий звонок и выясняет все обстоятельства случившегося у находящегося в машине человека;
• в случае отсутствия возможности обратной связи, диспетчер уточняет, что сигнал не является ложным и передает вызов оперативно-спасательной службе;
• оператор устанавливает местоположение объекта, сколько людей в машине, какова была скорость во время происшествия, физические перегрузки, данные об автомобиле и т.п.;
• информация транслируется через сотовые вышки и попадает в центр обработки данных;

Весь процесс приема, обработки и передачи экстренной информации занимает считанные минуты, что является решающим значением.

Устройство остается активированным еще час (это указано в общем техническом требовании к устройству). В течение этого времени есть возможность повторно связаться с пострадавшими и уточнить другие детали происшествия. Через час устройство автоматически выйдет из сети и войдет в режим ожидания.

Спутниковый мониторинг транспорта и спецтехники: коммерческая польза, открытость ведения бизнеса и общая безопасность

• Свою максимальную эффективность комплекс ГЛОНАСС показывает при внедрении его для нужд организаций или предприятий, чтобы существенно сэкономить свои материальные расходы. Имея небольшую рыночную стоимость устройств и оборудования, будет экономически выгодно устанавливать систему на корпоративном транспорте.
  При этом стоимость этого телематического оборудования вкупе с технической поддержкой непрерывно оптимизируется, что усиливает коммерческую притягательность ГЛОНАСС мониторинга. А компании, организации и другие транспортные предприятия для своих задач могут найти максимальную выгоду прогрессивной спутниковой системы:
• автоматическое определение пути следования, место дислокации, скорость передвижения ТС. При помощи терминалов, трекеров или «маячков» обеспечивается наиболее полный контроль сохранности авто, предупреждение во время отклонения от маршрутов, задержки и простои в работе, несоблюдение водителями или сотрудниками режима труда, от нецелевого использования служебного транспорта, несоблюдение скорости и многое другое;
• моментальная обработка информации с одновременным сохранением дает возможность оперативно среагировать на внештатную ситуацию и получить в любой момент и любом месте онлайн доступ к развернутому анализу события, тем самым улучшая логистические процессы, а значит поднять профит предприятия;
• опционально устанавливаемые датчики уровня топлива отслеживают и фиксируют количество расходуемого топлива. Бортовая аппаратура ГЛОНАСС устанавливает все места заправки автомобиля, что дает возможность прекратить все сливы горючего и топливные хищения среди шоферов, подмены его бензином или ДТ плохого качества и уменьшить до минимума издержки по корпоративному транспорту;
• руководители организаций, собственники транспортных услуг и т.д. имеют прозрачную информацию о безопасности водителей и транспортировке грузов, стабильную связь с ними и другие плюсы.

Обратившись к официальному представителю Omnicomm, компании «СтройБизнесСервис» , вы получите развернутую информацию о всех плюсах внедрения ГЛОНАСС для своих задач и сможете воспользоваться наиболее выгодными решениями мониторинга транспорта.

Сигналы глобальных навигационных систем

В наши дни в навигации доминируют глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) второго поколения: GPS, ГЛОНАСС, Galileo и Beidou. Они развиваются и управляются разными странами, но очень похожи по своей структуре, техническим решениям и возможностям.

Каждая из систем содержит несколько десятков спутников, которые движутся по круговым орбитам на высоте около 20 000 км и содержат на своем борту высокостабильные часы. Спутники наблюдаются станциями наземного комплекса управления, что позволяет предсказывать положение спутников и уход их часов с точностью в метры и наносекунды.

Каждый из спутников излучает навигационный радиосигнал, формируя его в собственной шкале времени:

Сигнал выступает оберткой, физическим носителем показаний часов спутника. Это способ обеспечить «видимость» этих часов за тысячи километров, несмотря на облака, листву и прочие препятствия.

Структура функции S(t) известна и описана в контрольных документах системы. Имея математическую модель сигнала, приемник определяет заложенное в сигнал время и сравнивает его с собственными часами. Разница сигнального времени и часов приемника связана с расстоянием до спутника, а расстояние до спутника — с местоположением приемника. Собрав наблюдения от нескольких спутников, приемник составляет несложную систему уравнений и определяет где он находится.

Навигационный сигнал принимается на фоне шумов, помех и других сигналов. Мощность этих мешающих воздействий в сотни и более раз превышает мощность самого навигационного сигнала. По этой причине обработка сигнала не сводится к взятию обратной функции. Вместо этого приемник создает локальную копию сигнала на основе его математической модели, а затем подстраивает параметры этой копии до максимального совпадения (корреляции).

Алгоритмы обработки навигационных сигналов определяются математической моделью навигационного сигнала. И на этом шаге современные ГНСС преподносят нам сюрприз. Оказывается, что разные системы используют разные сигналы. Более того, каждый спутник не ограничивается одним типом сигнала, а излучает целый набор. Так на новых спутниках ГЛОНАСС можно выделить до 14 разных навигационных сигналов! А в совокупности по всем системам типов сигналов больше 50.

Если попытаться к радионавигации применить модель OSI, то разные системы и сигналы задают разные протоколы физического уровня. Информативный процесс отражается на физический по немного разным правилам. И если мы хотим построить мультисистемный навигационный приемник, мы должны добавить поддержку всех этих протоколов.

Но не спешите расчехлять ваши IDE. У разных сигналов слишком много общего, поэтому писать независимый код под каждый тип сигнала — плохая идея:

1. Поддерживать и тестировать множество реализаций однотипных функций тяжело и дорого, к тому же распухает объем прошивки.
2. При сигнальной обработке часть функций реализуется аппаратно (в ПЛИС или модулях СБИС), а значит мы займем кристалл множеством специализированных каналов, потеряем в гибкости настроек.

Что если попробовать другую крайность: обобщить разные сигналы до одной математической модели, а нюансы разных сигналов описывать параметрами этой модели? К такому подходу моя команда пришла после разработки нескольких навигационных приемников. Сейчас мы используем унифицированные каналы, инициализируя их нужными параметрами при старте слежения за тем или иным сигналом.

Модель традиционных сигналов

Положение потребителя оценивается по задержкам сигналов, поэтому навигационные сигналы специально спроектированы так, чтобы упростить оценку этих задержек на фоне шумов и мешающих факторов.

Согласно формуле Вудворда, чем большую полосу занимает сигнал, и чем больше его спектр сосредоточен на краях выделенного диапазона, тем меньше шумовая ошибка оценки задержки его огибающей. Спутник передает навигационные данные (информацию о своем положении и т.п.) с низкой скоростью, что не приводит к существенному расширению спектра сигнала. Поэтому для увеличения точности оценки задержки сигнала его дополнительно модулируют спектрорасширяющей последовательностью.

Пожалуй самые популярные сигналы, которые можно встретить в каждом смартфоне, — это сигналы GPS L1C/A и ГЛОНАСС L1OF. В этих сигналах в качестве спектрорасширяющей последовательности используются дальномерные коды с периодом в 1 мс и длиной 1023 и 511 символов соответственно. Эти последовательности являются псевдослучайными, формируются с помощью линейных генераторов на сдвиговых регистрах. Модель таких традиционных сигналов, как C/A и OF, проста:

• A = A(t) — амплитуда сигнала, пропорциональная корню из его мощности,
• C = C(t) — модуляция дальномерным кодом, принимает значения +1 и -1, смена значений происходит часто (2 мкс или менее),
• D = D(t) — модуляция символами навигационного сообщения, смена значений происходит редко (2 мс или более), а сами значения заранее не известны приемнику,
• — несущая частота, например, 1575.42 МГц для GPS L1C/A, — начальная фаза.

Обобщаем на новые сигналы

После нескольких десятков лет эксплуатации GPS и ГЛОНАСС с традиционными сигналами встал вопрос о модернизации систем, включая добавление новых сигналов. Задача разработки сигналов возникла и в Galileo с Beidou, создаваемых с нуля. Разработчики стали упражняться в попытках угодить всем потребителям одновременно, героически борясь с конфликтующими требованиями:

• высокая потенциальная точность и низкая ошибка многолучевости;
• простота приемной аппаратуры и низкое энергопотребление;
• минимизация влияния от/на другие радиосистемы;
• постоянство огибающей (высокий КПД усилителя на спутнике) и уплотнение со старыми сигналами;
• использование ранее распределенных под спутниковую навигацию частот;
• чувствительность и помехоустойчивость при большей скорости передачи данных.

Схемы модуляции усложнились. Например, в GPS L2C применили посимвольное уплотнение двух сигнальных компонент, когда они передаются по-очереди: символ от одного, символ от другого. Эта же схема используется в сигналах ГЛОНАСС с кодовым разделением.

В некоторых сигналах применили оверлейные (они же вторичные) коды. С их помощью улучшаются корреляционные свойства сигналов, один сигнал меньше мешает приему другого.

Отдельная хитрость — использование цифровой поднесущей, т.е. умножение сигнала на меандр. Это приводит к расщеплению спектра сигнала, на нем появляются два лепестка. Если использовать новый сигнал на одной несущей со старым, это разнесет их по спектру, и они меньше будут влиять друг на друга. В зависимости от особенностей реализации этот прием называют BOC (binary offset carrier), AltBOC, TMBOC, CBOC, QMBOC и т.д.

Если всё объединить, получаем обобщенную модель навигационного сигнала:

где в дополнение к введенным ранее функциям

• B = B(t) — модуляция цифровой поднесущей, принимает значения +1 и -1, смена значений происходит часто (половина мкс или менее),
• M = M(t) — П-функция размещения во временном слоте, принимает значения +1 и 0 внутри и вне временного слота соответственно, смена значений происходит часто (половина мкс или менее),
• O = O(t) — модуляция оверлейным кодом, принимает значения +1 и -1, смена значений происходит редко (1 мс или более).

Модели сигналов более простой структуры могут быть получены из общей модели путем исключения лишних множителей или приемом их равными единице.

Сигналы системы GPS

Система GPS сменила уже несколько поколений спутников, сейчас продолжают функционировать аппараты от Block IIA до Block III.

В процессе модернизаций были добавлены гражданские сигналы L2C на второй несущей частоте, военные криптозащищенные M сигналы. С Block IIF начали вводиться сигналы L5 на третьей несущей частоте с полосой 20 МГц, а Block III подарил нам сигналы L1C. Последние со временем могут заменить C/A в наших смартфонах и сделать доступной для гражданских пользователей функцию цифровой подписи для защиты от спуфинговых атак.

Параметры обобщенной модели для сигналов GPS собраны в таблице (кликните для увеличения):

Сигналы системы ГЛОНАСС

Количество модификаций спутников ГЛОНАСС меньше, чем в GPS. Но по разнообразию заявленных сигналов они не отстают. Основными сигналами остаются традиционные сигналы с частотным разделением, но с выводом новых спутников ГЛОНАСС-К2 мы увидим и новые сигналы с кодовым разделением. А там и BOC модуляция, и временное уплотнение, и прочие изыски.

Параметры обобщенной модели для сигналов ГЛОНАСС собраны в таблице (кликните для увеличения):

Сигналы системы Galileo

Галилео изящно вписался в частотный план навигационных систем. Его сигнал E1 по назначению и параметрам близок к L1C GPS и B1C BDS. В тестовом режиме он уже сейчас включает цифровую подпись для защиты от спуфинга. Сигнал E5 использует модуляцию AltBOC и образует самый широкополосный совокупный сигнал из всех существующих, целых 50 МГц. При разработке системы сигнал E6 предполагался коммерческим, по отдельной подписке. Но несколько лет назад его дальномерные коды были открыты, а на днях опубликована и спецификация сообщения C/NAV.

Параметры обобщенной модели для сигналов Galileo собраны в таблице (кликните для увеличения):

Сигналы системы Beidou

Темпы обновления и развития системы Beidou поражают. Сейчас система находится в третьей фазе, за прошлые 2-3 года спутниковая группировка почти полностью обновлена. Сигналы третьей фазы напоминают сигналы Galileo и хорошо дополняют американскую и европейскую системы.

Параметры обобщенной модели для сигналов Beidou собраны в таблице (кликните для увеличения):

Заключение

При всем разнообразии навигационные сигналы современных ГНСС могут быть приведены к общему описанию, что позволяет унифицировать программные и аппаратные блоки, их обрабатывающие. Эта унификация упрощает разработку и тестирование приемника, подсказывает как выстраивать архитектуру программного обеспечения и какие интерфейсы использовать. Упрощаются аналитические расчеты, их достаточно провести для обобщенной модели, а затем редуцировать до требуемого сигнала.

Приведенное в статье описание является высокоуровневым и не затрагивает реализацию блоков обработки таких сигналов. Кроме того, за бортом остался канальный уровень передачи данных (data link layer) с вопросами синхронизации, декодирования и хранения сообщений. Он тоже требует обобщения, но об этом как-нибудь в другой раз.

• Глобальные системы позиционирования
• Беспроводные технологии
• Производство и разработка электроники
• Электроника для начинающих

Какого сигнала глонасс не существует

Нажимая кнопку «Отправить», вы даете согласие на обработку персональных данных в соответствии с Политикой конфиденциальности

Что такое ГЛОНАСС?

ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система, англ. GLONASS) – это российская разработка, которая обеспечивает точное позиционирование объекта в пространстве с минимальной погрешностью. Для определения координат используется специальное оборудование, которое при поддержке наземной инфраструктуры связывается с сетью спутников, выведенных на околоземную орбиту.

Как работает система ГЛОНАСС

Система предназначена для обслуживания военных и «гражданских» пользователей. Для работы глобальной сети используется наземное оборудование и спутники — сегодня их 24. С конечными пользователями они взаимодействуют через клиентские устройства — навигаторы, трекеры, «маяки» и так далее.

Эволюция спутниковой системы ГЛОНАСС в России

• находятся на высоте 19,4 тыс. км;
• развернуты по трем орбитальным плоскостям и наклонены на 64,8 градуса — это сделано для более полного охвата полярной области, в которой находится немалая часть РФ;
• передают сигнал с направленностью в 38 градусов, круговая поляризация правая.

Чем система ГЛОНАСС отличается от GPS

ГЛОНАСС-мониторинг по принципу измерения практически аналогичен второму глобальному комплексу — GPS. Однако разница между ними есть. В первую очередь это положение группировок. Спутники у американской Navistar расположены по шести плоскостям, орбиты вращения у них круговые. Благодаря этому в каждой точке земного шара обеспечен прием минимум с 6 из 24 аппаратов, из-за чего говорят о большей точности GPS. Конкретный показатель зависит от многих факторов, поэтому для повышения качества измерений разумно использовать обе системы.

• отсутствие у спутников резонанса — нет синхронности, поэтому стабильность аппаратов выше, корректировать их не нужно в течение всего срока эксплуатации (но он ниже, чем у американской системы);
• большая, по сравнению с GPS, дешевизна оборудования для поддержки работы системы, что обеспечивает финансовую выгодность для коммерческих пользователей;
• лучшая защита от сбоев благодаря функционированию на других частотах и разделению сигнала — это снижает опасность его потери и ухудшения из-за естественных, архитектурных и технических препятствий;
• учет потребностей российских пользователей, актуального законодательства РФ и так далее.

Где используется ГЛОНАСС мониторинг транспорта

Система ГЛОНАСС широко используется в транспортной отрасли для управления транспортными средствами, контроля их местоположения и повышения безопасности дорожного движения.

Спутниковая система позволяет определять местоположение транспортных средств с высокой точностью, а также получать информацию о скорости и направлении движения. Эта информация может быть передана на центральный сервер, где ее можно использовать для отслеживания и управления транспортными средствами, оптимизации маршрутов и расписания движения.

Отслеживание местоположения стационарных и перемещающихся объектов — основная практическая функция системы. Ее можно применять для определения местоположения пользователей, находящихся в местах, где не работают мобильные телефоны. Расходы на эксплуатацию устройств, поддерживающих систему ГЛОНАСС, минимальны — она бесплатна. Мониторинг — контроль положения и перемещения движущихся объектов — используют в государственном, оборонном секторе, а также в бизнес-целях, для оптимизации работы транспорта предприятий, компаний, служб логистики и грузоперевозок. Устройства для связи с ГЛОНАСС устанавливают на частные и коммерческие автомобили. Во втором случае предприятие-владелец автопарка получает доступ к гибкому и современному инструменту оптимизации транспортных расходов через сайт глонасс.

Система ГЛОНАСС также может быть использована для управления автопарками. На основе данных о местоположении и состоянии транспортных средств можно оптимизировать процессы транспортировки грузов и пассажиров, повысить эффективность использования транспортных средств и сократить расходы на топливо и другие ресурсы.

Таким образом, система ГЛОНАСС является важным инструментом для управления транспортной отраслью и повышения безопасности дорожного движения.

Какие задачи решает спутниковая система глонасс

1. Навигация: определение местоположения автомобилей, лодок, поездов и других транспортных средств;
2. Ориентирование: использование системы для составления карт городов, определения путей и просторных планов;
3. Службы погоды: получение информации о погоде и других атмосферных условиях;
4. Службы автоматизации: использование для управления электронными и автоматизированными системами;
5. Транспортные службы: определение маршрутов, оптимизация транспортировки и т. д.

Основные функции мониторинговой бизнес-системы: сквозное слежение за транспортом, движущимся по коммерческим маршрутам — определение местоположения, отклонений от заданного пути, простоев; определение технического состояния транспорта из автопарка компании и фиксация расхода топлива в режиме «реального времени» с помощью специальных датчиков, синхронизируемых с глобальной системой; организация непрерывного диспетчерского контроля за работой автопарка; защита транспорта от угона, повышение безопасности перевозки пассажиров и грузов и так далее.

внедрение системы глонасс и интеграция с существующими приложениями

Для внедрения системы глонасс и интеграции с существующими приложениями необходимо провести несколько этапов:
1. Подготовить инфраструктуру. Необходимо подключить сервер и организовать доступ к нему из внешней сети. Также необходимо установить необходимое программное обеспечение для работы с системой глонасс.
2. Установить систему глонасс. Необходимо сконфигурировать систему и привязать ее к существующим приложениям.
3. Проверить работоспособность системы глонасс. Необходимо проверить правильность настроек и проверить взаимодействие системы глонасс с существующими приложениями.
4. Запустить систему глонасс. После того, как все проверки будут пройдены, можно запустить систему глонасс и проверить ее работоспособность в реальной среде.
5. Обслуживание и обновление системы. Необходимо регулярно обновлять и поддерживать систему, чтобы она могла правильно функционировать.