GPS, Глонасс, Galileo… Кто в
наше время не слышал этих заклинаний,
особенно во время прошлогоднего
чудесного возрождения отечественной
навигации, живо напомнившего о временах
"кукурузы - царицы полей"?
Избалованному возможностями
современных навигационных сервисов
потребителю кажется, что они появились
еще бог весть когда - наверное, сразу
после полета Юрия Гагарина. Меж тем и
GPS, и Глонасс - относительно молодые
системы, развернутые практически
одновременно - в начале 1990-х годов.
Только разработка Соединенных Штатов
быстро получила толчок к коммерческому
развитию, а наша наполовину развалилась
при распаде сверхдержавы.
Кстати,
изначально предполагалось, что название
Global Positioning System (GPS) будет
относиться к любым спутниковым системам
позиционирования. А американскую службу
официально именовали NAVSTAR (Navigation
System Using Time and Ranging). Но
поскольку она оказалась единственной
полностью развернутой глобальной
спутниковой системой, NAVSTAR стала
называться GPS NAVSTAR, а чаще просто
GPS.
Хотя американской
навигационной системой пользуются во
всем мире, ее главный ко зырь -
высокоточное наведение оружия - остается
в руках Пентагона. Вдоба вок
Министерство обороны США мо жет от
ключить сигнал со спутников для всех
граж данских пользователей во всем мире
(вклю чая пассажирские самолеты и
корабли) или выборочно для какого-то
географического региона[Достаточно
крупного региона. Например, можно
отключить сигнал для китайских
потребителей, сохранив работу
гражданских GPS-приемников на территории
США. А вот Мексику полностью "отрубить"
уже не получится; правда, там сигнал
можно глушить локально с помощью
наземных средств/авиации.]. Разумеется,
подобная си туация другие страны не
устраивает. Те, у кого есть выход в
космос (Россия, Европа, Индия, Китай,
Япония), разрабатывают или
совершенствуют собственные системы
спутникового позиционирования. В меж
дународных документах все эти службы,
включая GPS, обозначаются как GNSS
(Global Navigation Satellites System -
глобальные навигационные спутниковые
системы, ГНСС).
Теперь, когда мы
разобрались в терминологии, перейдем к
общему устройству глобальных спутниковых
служб на примере американской NAVSTAR и
российской Глонасс. Эти навигационные
системы имеют много общего (что
неудивительно - ведь создавались они в
одно и то же время).
Общие черты
можно проследить в назначении,
номинальном составе и принципе работы.
Есть, конечно, и масса отличий, которые
дают дополнительные преимущества при
использовании разных навигационных
систем гражданскими пользователями.
Назначение
ГНСС
предназначены для определения не только
местоположения, но и скорости движения,
а также точного времени морских,
воздушных, сухопутных и прочих
потребителей. NAVSTAR и Глонасс -
системы двойного назначения,
разрабатывались по заказу и под
контролем военных. Поэтому первое и
главное назначение у них стратегическое.
Все действующие ныне спутники
передают два вида сигналов: стандартной
точности для гражданских пользователей и
высокой точности для военных (этот
сигнал закодирован, доступ к нему может
предоставить только министерство
обороны). Навигационные системы являются
независимыми (полностью автономными) и
беззапросными (пользовательская
аппаратура только принимает сигнал, не
посылая запрос на спутник), используют
сигналы на основе псевдошумовых
последовательностей, применение которых
дает высокую помехозащищенность и
надежность при невысокой мощности
излучения передатчиков.
Состав
Навигационные
системы GPS NAVSTAR и Глонасс состоят из
трех основных компонентов: подсистемы
космических аппаратов, подсистемы
контроля и управления, а также
навигационной аппаратуры
потребителей.
Спутники, разбитые
на группы, вращаются в своих орбитальных
плоскостях на неизменной средневысотной
орбите, на постоянном расстоянии от
поверхности Земли (около 20 тысяч
километров). Для получения сигнала в
любое время, в любой точке земного шара
и в сотне километров от поверхности[Это
ограничение для гражданских
потребителей. Военные могут пользоваться
GPS и на больших высотах. В США, кстати,
действуют ограничения на продажу
навигационной аппаратуры, работающей на
больших скоростях и высотах.] при
используемой геометрии требуется 24
спутника (это справедливо и для GPS, и
для Глонасс[Орбитальная группировка
Глонасс сейчас неполна и насчитывает
лишь шестнадцать спутников, из которых
используются тринадцать.]). Орбиты 24
аппаратов образуют "сетку" над
поверхностью Земли, благодаря чему над
горизонтом всегда гарантированно
находятся минимум четыре спутника, а
созвездие построено так, что, как
правило, одновременно доступно не менее
шести.
У полностью развернутой
спутниковой системы имеются также
резервные устройства, по одному в каждой
плоскости (у GPS плоскостей шесть, у
Глонасс - три). В случае выхода из строя
основного спутника вместо него могут
быть оперативно задействованы резервные.
Резервные спутники не бездействуют и
тоже участвуют в работе системы, улучшая
точность позиционирования и обеспечивая
достаточную избыточность. Они могут быть
использованы и для улучшения покрытия
какого-то отдельного региона.
Спутники в ограниченных пределах
могут быть перегруппированы по команде с
Земли, но в связи с небольшим запасом
топлива на борту делается это только в
исключительных случаях. Обычно в течение
срока службы происходит лишь небольшая
коррекция движения. На борту спутника
размещено несколько (три-четыре)
эталонов времени и час тоты ("атомные
часы"), но работает всегда только один
эталон.
Подсистема контроля и
управления состоит из центра и сети
вспомогательных станций (чем шире они
разбросаны, тем лучше). В задачи
подсистемы входит котроль правильности
функционирования спутников, уточнение
параметров орбит и выдача на спутники
временных программ, команд управления и
навигационной информации. При движении
спутника в зоне видимости станции та
осуществляет наблюдение за аппаратом,
принимает навигационные сигналы,
производит первичную обработку данных и
отправляет их в центр управления. Там
происходит дальнейшая обработка
информации и вычисляются
координатные/корректирующие данные,
подлежащие загрузке в бортовой компьютер
спутника. При этом используется наземный
эталон времени и частоты (более точный)
для синхронизации бортовых "атомных
часов" спутников.