Глонасс в автомобиле как пользоваться


Для чего нужна и как работает система ГЛОНАСС на авто

Главная / Статьи / Система ГЛОНАСС на автомобиль — не роскошь, а необходимость

Система ГЛОНАСС на автомобиль помогает решать целый ряд важных задач. К ним относятся эффективность эксплуатации транспортного средства, безопасность в пути, навигация, предотвращение правонарушений. Изначально она предназначалась для использования в силовых структурах, однако с каждым годом все больше востребована в бизнесе. Более того, ГЛОНАСС на авто устанавливают владельцы личного транспорта.

Одно из преимуществ данного оборудования — его универсальность. Оно может устанавливаться на легковые автомобили, грузовые транспортные средства, микроавтобусы и автобусы, сельскохозяйственную и строительную спецтехнику.

В чем заключается работа системы ГЛОНАСС в автомобиле

Что собой представляет и как работает ГЛОНАСС на автомобиле? Система включает ряд устройств, которые посредством спутниковой связи получают информацию о месторасположении, технических параметрах объекта и передают данные пользователю в формате таблиц, графических изображений, цифр, текста. Она разработана отечественными специалистами и выходит на связь с российскими спутниками.

На сегодняшний день на три околопланетные орбиты выведено по восемь спутников — итого 24 аппарата. Покрытие ГЛОНАСС распространяется на всю территорию нашей страны и около двух третей земного шара. Грамотно построенное взаимодействие спутниковых аппаратов, специализированного наземного оборудования, устройств приема-передачи сигналов позволяет достигать достаточно высокой точности данных.

Принцип действия оборудования несложный. Вот как работает система ГЛОНАСС на авто:

  • навигационные устройства посылают запросы на спутники, расположенные на околопланетных орбитах;
  • спутниковые аппараты дают ответ. Чем большее количество спутников откликнется, тем более точным получается позиционирование в пространстве;
  • получение данных о месторасположении и времени поступления ответного сигнала со спутников;
  • анализ полученной информации принимающим устройством;
  • обработка информации, расчет координат точки нахождения принимающего устройства, а соответственно — объекта;
  • повторение указанных выше действий, что позволяет определить точку в пространстве, а также вектор движения и скоростной режим транспортного средства.

Знания того, как работает на авто система ГЛОНАСС, мало. Водители и диспетчеры должны учитывать факторы, влияющие на корректность работы системы. Например, чем выше скоростной режим, тем ниже точность координатного позиционирования. При движении автомобиля в тоннеле связь со спутниковыми устройствами пропадает. Во время езды в пасмурную погоду или в городском пространстве с высотками сигнал может отражаться от различных объектов. Если ответный сигнал послали спутниковые аппараты, расположенные только в одном направлении, погрешность может увеличиваться.

Для чего нужна система ГЛОНАСС в вашем автомобиле

Практически каждый водитель знает, что такое ГЛОНАСС в автомобиле. Данная система эффективно помогает как рядовому автомобилисту, так и предпринимателю, специализирующемуся на логистике. Вот только часть ответов на вопрос, для чего нужен ГЛОНАСС в автомобиле:

  • ориентирование на местности. С помощью навигационных приборов вы можете построить оптимальный маршрут с учетом загруженности автомагистрали и других факторов, а также получить пошаговый инструктаж по удобному перемещению. Электронные карты постоянно обновляются, поэтому информация всегда актуальная;
  • мониторинг работы каждой единицы транспорта компанией. Это позволяет избежать потерь топлива, оптимизировать маршруты, избежать простоев, предотвратить недобросовестные действия водителей и сторонних лиц;
  • определение точного места нахождения транспортного средства в случае его угона. Поскольку оборудование устанавливается в потайных местах и работает в многочастотном режиме, обмануть его злоумышленник не сможет;
  • оперативное реагирование в случае внештатных ситуаций, в том числе вызов представителей правоохранительных органов, спасательных и медицинских служб.

Система совместима с англоязычным оборудованием, а потому ее можно использовать и за рубежом.

Как пользоваться системой ЭРА ГЛОНАСС в автомобиле

Одним из ключевых аспектов дорожного движения является безопасность. Ее повышению в значительной степени способствует система ГЛОНАСС на авто. Система мгновенного реагирования ЭРА-ГЛОНАСС включает такие компоненты:

  • устройство для передачи данных соответствующим службам;
  • мобильное устройство с сим-картой», настроенной на связь со всеми операторами;
  • антенна — для усиления сигнала при нахождении объекта на сложных участках;
  • принимающее устройство ГЛОНАСС;
  • специальные сенсоры, реагирующие на удары, перевороты;
  • микрофон и динамик — для общения с диспетчерской службой;
  • тревожная кнопка для экстренного сигнала оперативным службам.

Рассмотрим, как пользоваться ГЛОНАСС в автомобиле, на примере аварийной ситуации:

  • после срабатывания сенсоров или при нажатии кнопки на диспетчерский пункт единого центра мгновенного реагирования приходит соответствующий сигнал;
  • диспетчер выходит на связь с лицом, управляющим транспортным средством или передает данные в службы быстрого реагирования;
  • выезд спасательных бригад на место аварии. Подтверждение не требуется — службы получают оперативную информацию о точном месте, где произошло происшествие.

Как известно, большинство трагических последствий ДТП наступают в результате опоздания помощи пострадавшим. Зная, как пользоваться ГЛОНАСС в автомобильном транспорте, можно избежать серьезных последствий.

Нужно ли устанавливать систему ГЛОНАСС в своем автомобиле и для чего

Большинство владельцев транспорта уже знают, для чего система ГЛОНАСС в автомобиле, и насколько она помогает в сложных ситуациях. На сегодняшний день установка данного оборудования является добровольной — до конца 2019 года еще сохраняется право продажи автотранспорта без данного оборудования. Однако действует закон, согласно которому с 2018 года оборудованием ГЛОНАСС оснащаются все новые транспортные средства (как отечественного, так и зарубежного производства), продаваемые на территории нашей страны. Помимо этого, в обязательном порядке необходимо оснастить ГЛОНАСС:

  • новые авто, приобретенные в зарубежной стране и привезенные на территорию РФ;
  • транспортные средства, выпущенные не более трех десятилетий назад, которые были приобретены за границей и привезены в нашу страну;
  • коммерческие машины;
  • автомобили, перевозящие грузы;
  • транспорт для пассажирских перевозок.

Установка оборудования должна выполняться специализированной службой, имеющей разрешительный документ на осуществление данной деятельности.

После установки необходимо ее протестировать в специализированной лаборатории. Добровольный монтаж возможен на подержанный автотранспорт. Однако следует учесть, что в данном случае оборудование не будет срабатывать в автоматическом режиме.

В случае аварийной ситуации работа ГЛОНАСС в автомобиле прошлых лет выпуска будет активироваться только после нажатия кнопки «СОС».

Инновация: ГЛОНАСС - прошлое, настоящее и будущее: GPS World

Альтернатива и дополнение к GPS

Обзор истории программы ГЛОНАСС, ее текущего состояния и обзор планов на ближайшее будущее спутниковой группировки, ее навигационных сигналов и сети наземной поддержки.

Английские версии документов управления интерфейсом GLONASS CDMA теперь доступны. Смотрите дальнейшее чтение.

Ричард Лэнгли

октября12 июля 1982 года в Советском Союзе запущен первый спутник ГЛОНАСС. Будь то в ответ на разработку GPS или просто для того, чтобы выполнить требование системы с аналогичными возможностями для своих вооруженных сил, Советский Союз начал разработку Глобальной навигационной спутниковой системы или Глобальной навигационной спутниковой системы в 1976 году всего через три года после этого. начало программы GPS. Первый испытательный спутник с кодовым названием Kosmos 1413 сопровождался двумя фиктивными или балластными спутниками с одинаковой приблизительной массой, поскольку Советский Союз уже планировал запускать по три спутника ГЛОНАСС одновременно со своими мощными ракетами, чтобы сэкономить на затратах на запуск.

Но из-за неудачных запусков и характерно короткого срока службы спутников были запущены еще 70 спутников, прежде чем в начале 1996 года была достигнута полностью заполненная совокупность из 24 функционирующих спутников (обеспечивающих полную оперативную способность или FOC). К сожалению, полная совокупность была недолговечный. Экономические трудности России после распада Советского Союза повредили ГЛОНАСС. Фонды были недоступны, и к 2002 году созвездие сократилось до всего семи спутников, и только шесть были доступны во время операций по обслуживанию! Но судьба России обернулась, и при поддержке российской иерархии ГЛОНАСС возродился.Запускались более долгоживущие спутники, целых шесть в год, и медленно, но верно возвращалось полное созвездие из 24 спутников. И 8 декабря 2011 года FOC был снова достигнут и впоследствии был более или менее поддержан - система даже работала иногда с запасными частями на орбите.

Несмотря на то, что приемники GPS / ГЛОНАСС, предназначенные только для ГЛОНАСС и геодезического класса, существуют уже более десяти лет, производители обратили внимание на возрождение ГЛОНАСС и начали выпускать чипы и приемники с возможностью ГЛОНАСС для потребительского рынка.В 2011 году Garmin выпустила портативные приемники, поддерживающие как GPS, так и ГЛОНАСС. В том же году различные производители сотовых телефонов начали предлагать возможности ГЛОНАСС со своими встроенными модулями позиционирования. Ранние приемники GPS / ГЛОНАСС проложили путь к мульти-GNSS приемникам, которые мы имеем сегодня, с их способностью отслеживать не только спутники GPS и ГЛОНАСС, но и европейские системы Galileo и китайские системы BeiDou, а также японские квази-спутники. Зенитная спутниковая система (не говоря уже о спутниках спутниковых систем дополнения).

Я задокументировал развитие ГЛОНАСС в этой колонке еще в июле 1997 года, а группа авторов из Открытого акционерного общества «Российские космические системы» обсуждала планы модернизации ГЛОНАСС в статье за ​​апрель 2011 года. Обновление просрочено. Итак, в этой статье я кратко рассмотрю историю программы ГЛОНАСС, обсудю ее текущее состояние и расскажу о планах на ближайшее будущее спутниковой группировки, ее навигационных сигналов и сети наземной поддержки.

РАННЕ ЛЕТ, НАСТОЯЩИЙ ДЕНЬ

Во время холодной войны информации о ГЛОНАСС было мало.Помимо общих характеристик спутниковых орбит и частот, используемых для передачи навигационных сигналов, министерство обороны Советского Союза мало что обнаружило. Тем не менее, профессора Питера Дэйли и его ученики из Университета Лидса предоставили некоторые подробности о структуре сигналов. С появлением гласности и перестройки и в результате распада Советского Союза информация о ГЛОНАСС стала более доступной. В конце концов, русские выпустили Документ управления интерфейсом (ICD).В этом документе, аналогичном по структуре космическим сегментам / пользовательским интерфейсам навигации Navstar GPS ICD-GPS-200, описывается система, ее компоненты, а также структура сигнала и навигационное сообщение, предназначенные для гражданского использования. Последняя версия была опубликована в 2016 году, но пока эта версия доступна только на русском языке.

Спутники и сигналы. К настоящему моменту запущено шесть моделей спутников ГЛОНАСС (также известных как Ураган, русский язык для урагана). Россия (фактически бывший Советский Союз) запустила первые 10 спутников под названием Блок I в период с октября 1982 года по май 1985 года.В период с мая 1985 г. по сентябрь 1986 г. он отправил шесть спутников Block IIa, а в период с апреля 1987 г. по май 1988 г. - 12 спутников Block IIb, из которых шесть были потеряны из-за отказов ракет-носителей. Четвертой моделью был Блок IIv (v - английская транслитерация третьей буквы русского алфавита). К концу 2005 года русские развернули 60 блоков IIv. Каждое последующее поколение спутников содержало усовершенствования оборудования, а также увеличивало срок службы.

Опытный спутник ГЛОНАСС-М (для модернизации) был запущен в декабре1, 2001, вместе с двумя Block IIv с первыми двумя серийными спутниками ГЛОНАСС-М, включенными в триплетный запуск 10 декабря 2003 г. и 26 декабря 2004 г. Два спутника ГЛОНАСС-М были включены в триплетный запуск декабря 25, 2005. Новый дизайн предложил множество улучшений, включая лучшую бортовую электронику, увеличенный срок службы, гражданский сигнал L2 и улучшенное навигационное сообщение. Как и в более ранних версиях, на космическом корабле ГЛОНАСС-М по-прежнему использовался герметичный герметичный цилиндр для электроники.

РИСУНОК 1. Изображение с Решетневских информационных спутниковых систем, производителя спутников ГЛОНАСС, в честь 35-летия запуска первого спутника ГЛОНАСС в 1982 году («35 лет службы миру»).

Все спутники ГЛОНАСС, запущенные с декабря 2005 года, были спутниками ГЛОНАСС-М, за исключением двух спутников ГЛОНАСС-К1 (иногда называемых просто ГЛОНАСС-К), запущенных 26 февраля 2011 года и 30 ноября 2014 года. ГЛОНАСС Спутники -К1 заметно отличаются от своих предшественников.Они легче, используют негерметичный корпус (аналогично GPS-навигаторам), имеют улучшенную стабильность часов и более длительный срок службы 10 лет. Они также включают, впервые, сигналы множественного доступа с кодовым разделением (CDMA) на третьей частоте, сопровождающие унаследованные сигналы множественного доступа с частотным разделением (я буду обсуждать их в ближайшее время). Все спутники ГЛОНАСС были изготовлены ЗАО «Решетневские информационные спутниковые системы», расположенного в Железногорске, недалеко от Красноярска в Центральной Сибири, и названы в честь Михаила Федоровича Решетнева, генерального директора-основателя и главного конструктора.Компания «Решетнев» ранее была известна как Научно-производственное объединение прикладной механики (Научно-производственное объединение «Прикладной механики» или НПО ПМ). Государственная корпорация Роскосмоса по космической деятельности (ранее Федеральное космическое агентство), широко известная как Роскосмос, является правительственным органом, ответственным за ГЛОНАСС.

РИСУНОК 1 включает в себя изображения артистов начальных спутников ГЛОНАСС, ГЛОНАСС-М и ГЛОНАСС-К1.

Спутниковые орбиты ГЛОНАСС расположены в трех плоскостях, отделенных друг от друга в прямом восхождении восходящего узла на 120 градусов, по восемь спутников в каждой плоскости.Спутники в плоскости расположены на равном расстоянии друг от друга, разделенных по аргументу широты на 45 градусов. Спутники в соседних плоскостях сдвинуты в аргументе широты на 15 градусов. Спутники выведены на номинально круговые орбиты с наклоном цели 64,8 градуса и большой полуосью приблизительно 25 510 километров, что дает им период обращения около 675,8 минут. Эти спутники имеют наземные треки, которые повторяются каждые 17 орбит или восемь звездных дней. Плоскости орбит ГЛОНАСС пронумерованы 1–3 и содержат орбитальные щели 1–8, 9–16 и 17–24 соответственно.

РИСУНОК 2 показывает состояние созвездия 17 октября 2017 года. Номер орбитального интервала (также называемый интервалом альманаха) и частотный канал (обсуждается ниже) приведены в скобках. Недавно запущенный ГЛОНАСС 752 был исправен 16 октября 2017 года, что привело к полностью работающей 24-спутниковой группировке. Все спутники являются стандартными спутниками ГЛОНАСС-М, кроме ГЛОНАСС 755, который включает передатчик для новой третьей частоты, а также ГЛОНАСС 701К и 702К. Эти последние два спутника ГЛОНАСС-K1, с 702K, в то время как 701K проходит летные испытания.«К» не является частью официального номера ГЛОНАСС, но был добавлен во избежание двусмысленности. Спутник ГЛОНАСС-М, запущенный 10 декабря 2003 года, также назывался ГЛОНАСС 701. Аналогично, Международная служба GNSS (IGS) называет ГЛОНАСС 701K и 702K как 801 и 802, соответственно. IGS также определяет ГЛОНАСС 751 как ГЛОНАСС 851 для предотвращения путаницы с Космосом 2080, спутником ГЛОНАСС-IIv, запущенным 19 мая 1990 года, и также называется ГЛОНАСС 751. И он определяет ГЛОНАСС 753 как ГЛОНАСС 853 для предотвращения путаницы с Космосом 2140, ГЛОНАСС -IIv ​​спутник запущен 14 апреля 1991 года и также называется ГЛОНАСС 751.

РИСУНОК 2. Состояние созвездия ГЛОНАСС 17 октября 2017 года. Зеленый квадрат обозначает местоположение здорового спутника, а оранжевый - тестовый спутник. Номера орбитальных слотов и частотные каналы приведены в скобках.

Спутники традиционно запускались по три ускорителя «Протон» с космодрома Байконур под Ленинском в Казахстане. Однако, начиная с запуска первого спутника ГЛОНАСС-К1, несколько спутников ГЛОНАСС были запущены по отдельности на ракетах "Союз" с космодрома Плесецк к северу от Москвы.

В отличие от GPS и других GNSS, GLONASS использует FDMA, а не CDMA для своих традиционных сигналов. Первоначально система передавала сигналы в двух полосах: L1, 1602,0–1615,5 МГц, и L2, 1246,0–1256,5 МГц, на частотах, разнесенных на 0,5625 МГц в L1 и на 0,4375 МГц в L2:

L 1 k = 1602. + 0,5625 k (МГц)

L 2 k = 1246. + 0,4375 k (МГц)

Это устройство обеспечивало 25 каналов, так что каждому спутнику в полной 24-спутниковой группировке могла быть назначена уникальная частота (с оставшимся каналом, зарезервированным для тестирования).Некоторые из передач ГЛОНАСС первоначально вызывали помехи радиоастрономам, которые изучают очень слабые естественные радиоизлучения вблизи частот ГЛОНАСС. Радиоастрономы используют полосы частот 1610,6–1613,8 и 1660–1670 МГц для наблюдения спектральных излучений облаков гидроксильных радикалов в межзвездном пространстве, и Международный союз электросвязи (МСЭ) предоставил им статус основного пользователя для этого спектрального пространства. Кроме того, МСЭ выделил полосу 1610–1626,5 МГц операторам спутников мобильной связи, находящихся на низкой околоземной орбите.В результате власти ГЛОНАСС решили сократить количество частот, используемых спутниками, и сместить полосы на несколько более низкие частоты.

В настоящее время система использует только 14 первичных частотных каналов со значениями k в диапазоне от –7 до +6, включая два канала для целей тестирования (в настоящее время –5 и –6). (Канал +7 также использовался в прошлом для целей тестирования.) Как 24 спутника могут обойтись только с 14 каналами? Решение заключается в том, чтобы антиподальные спутники - спутники в одной плоскости орбиты, разделенные на 180 градусов в аргументе широты, - использовали один и тот же канал.Такой подход вполне осуществим, потому что пользователь в любом месте на Земле никогда не будет одновременно получать сигналы от такой пары спутников. Переход на новые частотные присвоения начался в сентябре 1993 года.

Как и унаследованные сигналы GPS, сигналы ГЛОНАСС включают в себя два кода ранжирования псевдослучайных шумов (PRN): ST (для стандартной точности или стандартной точности) и VT (для высокой точности или высокой точности), аналогичные GPS C / A- и P- коды, соответственно (но с половиной скоростей чипирования), модулированные на несущие L1 и L2.

Как и в случае с GPS, ГЛОНАСС передает высокоточный код на L1 и L2. Но, в отличие от спутников GPS, код стандартной точности ГЛОНАСС также передается на частотах L2, начиная со спутников ГЛОНАСС-М. (Отдельный гражданский код L2C был добавлен к сигналу GPS L2, передаваемому блоком IIR-M и последующими спутниками.) Код GLONASS ST имеет длину 511 чипов со скоростью 511 килочипов в секунду, что дает интервал повторения 1 миллисекунды. VT-код длиной 33 554 432 фишек со скоростью 5.11 мегапикселей в секунду. Кодовая последовательность усекается, чтобы дать интервал повторения 1 секунда. В отличие от спутников GPS, все спутники ГЛОНАСС передают одинаковые коды. Они получают синхронизацию сигналов и частоты от одного из бортовых стандартов атомной частоты (AFS), работающих на частоте 5 МГц. Различные серии спутников ГЛОНАСС, начиная с Блока II и заканчивая сериями ГЛОНАСС-М, имеют по три цезиевых AFS на каждом спутнике. Передаваемые сигналы имеют правую круговую поляризацию, как и сигналы GPS, и имеют сопоставимые уровни сигнала.

Навигационное сообщение. Как и GPS и другие GNSS, сигналы ГЛОНАСС также содержат навигационные сообщения, предоставляющие информацию об орбите спутника, часах и другую информацию. Отдельные навигационные сообщения со скоростью 50 бит в секунду по модулю 2 добавляются к кодам ST и VT. Сообщение ST-кода включает в себя эпоху спутниковых часов и смещения скорости от системного времени ГЛОНАСС; эфемериды спутников, заданные в терминах положения спутника, векторов скорости и ускорения в контрольную эпоху; и дополнительную информацию, такую ​​как биты синхронизации, срок действия данных, работоспособность спутника, смещение системного времени ГЛОНАСС от всемирного координированного времени (UTC), которое поддерживается Национальным институтом метрологии Российской Федерации UTC (SU) в составе Государственной службы времени и частоты. и альманахи (приблизительные эфемериды) всех других спутников ГЛОНАСС.Обратите внимание, что, в отличие от системного времени GPS, например, системное время ГЛОНАСС не имеет целочисленного смещения от UTC, и поэтому скачки в високосные секунды добавляются к системному времени ГЛОНАСС одновременно с добавленными в UTC. Однако обратите внимание, что системное время ГЛОНАСС смещается на три постоянных часа, чтобы соответствовать московскому стандартному времени (MSK, сокращение от Moscow).

Полное сообщение длится 2,5 минуты и непрерывно повторяется между обновлениями эфемерид (номинально раз в 30 минут), но информация эфемерид и часов повторяется каждые 30 секунд.

Власти ГЛОНАСС не опубликовали, по крайней мере, публично, подробности навигационного сообщения с кодом VT. Однако известно, что полное сообщение занимает 12 минут и что эфемериды и информация о часах повторяются каждые 10 секунд.

Геодезическая система. эфемериды ГЛОНАСС относятся к геодезической системе Parametry Zemli 1990 (PZ-90 или, в английском переводе, Parameters of the Earth 1990, PE-90). ПЗ-90 заменил советскую геодезическую систему 1985 года, SGS 85, использовавшуюся ГЛОНАСС до 1993 года.PZ-90 - это наземная эталонная система с ее системой координат, определенной так же, как и у Международной наземной системы координат (ITRF). Первоначальная реализация ПЗ-90 имела точность один или два метра.

Однако, чтобы приблизить систему к ITRF (и геодезической справочной системе GPS WGS 84), были выполнены два обновления PZ-90. Первое обновление, появившееся в PZ-90.02 (ссылаясь на 2002 год), было принято для операций ГЛОНАСС 20 сентября 2007 года и приблизило кадр широковещательных орбит (и, следовательно, полученные координаты приемника) к ITRF и WGS 84.Другая реализация, PZ-90.11, принятая 31 декабря 2013 года, по сообщениям, уменьшила разницу до уровня ниже сантиметра.

ТАБЛИЦА 1 перечисляет определяющие константы и параметры PZ-90.

ТАБЛИЦА 1. Основные геодезические константы и некоторые параметры геодезической системы PZ-90, используемой ГЛОНАСС.

Новые спутники ГЛОНАСС-К передают дополнительные сигналы. ГЛОНАСС-K1 передает сигнал CDMA на новой частоте L3 (1202,025 МГц), а GLONASS-K2, кроме того, будет показывать сигналы CDMA на частотах L1 и L2.

РИСУНОК 3. Круговая матрица отражателей на спутнике ГЛОНАСС-К1, окружающая элементы внутренней антенны навигационного сигнала. Фото из Решетнева Информационные спутниковые системы.

Контрольный сегмент . Подобно GPS и другим GNSS, ГЛОНАСС требует сеть наземных станций для мониторинга и обслуживания спутниковой группировки, а также для определения орбит спутников и поведения их работающих AFS. В сети слежения используются станции только на территории бывшего Советского Союза, дополненные станциями спутниковой лазерной локации для определения орбиты, поскольку все спутники ГЛОНАСС содержат лазерные отражатели (см. РИСУНОК 3).

Наличие неглобальной сети станций слежения для определения спутниковых орбит и поведения AFS приводит к слегка ухудшенной ошибке дальности сигнала в пространстве ГЛОНАСС (SISRE). Недавно был создан ряд станций слежения за рубежом в связи с разработкой российской спутниковой системы дополнения (SBAS), Системы дифференциальной коррекции и мониторинга (SDCM). SDCM будет функционировать аналогично глобальной системе расширения или WAAS, U.S. SBAS и другие SBAS в действии. Добавление к сети слежения заграничных станций SDCM, которая уже включает в себя станции в Антарктике и Южной Америке с появлением большего количества станций, может помочь улучшить SISRE. Роскосмос также использует глобальную сеть IGS и других станций слежения для мониторинга состояния созвездия ГЛОНАСС (см. РИСУНОК 4).

РИСУНОК 4. Глобальная сеть спутникового мониторинга здоровья ГЛОНАСС Роскосмоса с 22 станциями регистрации 18 октября 2017 года, с 13:00 до 14:00 мск.

Производительность. SISRE улучшилось за эти годы и в настоящее время находится на уровне около 1 до 2 метров. Частично это связано с лучшими характеристиками бортовых AFS, которые несут последние спутники ГЛОНАСС-М, по сравнению с первыми спутниками ГЛОНАСС-М. Их относительная однодневная стабильность улучшилась с 10-13 до 2,4 × 10-14. На фиг.5 показан временной ряд последних значений SISRE, определенных Информационно-аналитическим центром для определения местоположения, навигации и синхронизации.Эти уровни ошибок могут приводить к ошибкам позиционирования на основе псевдодальности при использовании широковещательных орбит ГЛОНАСС и тактовых генераторов примерно в два раза хуже, чем обеспечиваемые GPS - хотя в любой данный момент на точность позиционирования также влияют атмосферные эффекты и многолучевое распространение, и они могут доминировать ошибки сигнала в пространстве.

РИСУНОК 5. Суточная среднеквадратичная ошибка ГЛОНАСС в диапазоне сигналов в метрах, определенная Информационно-аналитическим центром определения местоположения, навигации и синхронизации.

Гораздо более высокую точность позиционирования можно получить, используя орбиты и часы ГЛОНАСС, предоставленные IGS и его участвующими аналитическими центрами. Это особенно верно, если измерения фазы несущей используются вместо или в качестве дополнения к измерениям псевдодальности. Сочетание надлежащим образом взвешенных измерений GPS и ГЛОНАСС оказалось полезным с точки зрения доступности, точности и эффективности, особенно для высокоточного позиционирования, выполняемого с использованием кинематического подхода в реальном времени или RTK-подхода.Кроме того, метод точного позиционирования точки (PPP), основанный на реальном времени или последующей обработке двухчастотных измерений фазы несущей с точными спутниковыми эфемеридами и тактовыми данными, продемонстрировал, что кинематическая точность на уровне дециметра возможна с использованием данных ГЛОНАСС или Данные ГЛОНАСС в сочетании с данными GPS. ГЛОНАСС-статические решения PPP за 24 часа достигли точности на миллиметровом уровне.

пользователей. Первоначальное использование ГЛОНАСС гражданскими и военными пользователями в бывшем Советском Союзе, а затем в России, не говоря уже за пределами России, было минимальным.Опытные приемники только для ГЛОНАСС были разработаны для военных, а зарубежные приемники GPS / ГЛОНАСС были разработаны несколькими производителями для научных и других передовых применений. В 1998 году IGS добавила в свою сеть набор приемников, отслеживающих ГЛОНАСС, и с тех пор постоянно увеличивает число таких приемников. Однако потребительское использование ГЛОНАСС как в России, так и за ее пределами только недавно началось с разработки только для ГЛОНАСС и комбинированных чипсетов GPS / ГЛОНАСС. Такие наборы микросхем в настоящее время используются во многих мобильных телефонах и в портативных приемниках GNSS и транспортных средствах навигации.

НОВЫЙ И УЛУЧШЕННЫЙ

Как упоминалось ранее, спутники ГЛОНАСС-К1 включают в себя сигнал CDMA, сопровождающий традиционные сигналы FDMA на новой частоте L3 1202,025 МГц. Частота кодирования кода ранжирования для сигнала CDMA составляет 10,23 мегапикселя в секунду с периодом 1 миллисекунда. Он модулируется на несущей с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK), с синфазным каналом данных и квадратурным пилотным каналом. Набор возможных кодов ранжирования состоит из 31 усеченной последовательности Касами.(Последовательности Касами, представленные Тадао Касами, известным японским теоретиком информации, представляют собой двоичные последовательности длиной 2m - 1, где m - четное целое число. Эти последовательности имеют хорошие значения взаимной корреляции, приближающиеся к теоретической нижней границе. Коды Голда, используемые в GPS являются частным случаем кодов Касами.) Полная длина этих последовательностей составляет 214 - 1 = 16 383 символа, но код ранжирования усекается до длины N = 10 230 с периодом 1 миллисекунда.

Соответствующие символы навигационного сообщения передаются со скоростью 100 бит в секунду с помощью сверточного кодирования с половинной скоростью.Так называемый суперкадр навигационных сообщений (длиной 2 минуты) будет состоять из 8 навигационных кадров (NF) для 24 обычных спутников на первом этапе модернизации ГЛОНАСС и 10 NF (продолжительностью 2,5 минуты) для 30 спутников в будущем. Каждый NF (длиной 15 секунд) включает в себя 5 строк (по 3 секунды каждая). Каждый NF имеет полный набор эфемерид для текущего спутника и часть системного альманаха для трех спутников. Полный системный альманах транслируется в одном суперкадре.

Более легкие, не находящиеся под давлением спутники K1 оснащены двумя цезиевыми и двумя рубидиевыми AFS.Сообщается, что относительная суточная стабильность одной из АФС рубидия на спутнике K1 составляет 4 × 10-14. В результате SISRE для этого спутника составляет около 1 метра. Планы призывают добавить сигнал CDMA к L2 на будущих версиях спутников K1, названных K1 + (см. Ниже).

ГЛОНАСС-К2 Спутники. Эти спутники будут тяжелее спутников K1 и K1 + с более широкими возможностями, включая сигнал CDMA на частоте GPS / Galileo L1 / E1. МКС им. Решетнева сначала построит два спутника К2, а затем начнет массовое производство.Планировалось перейти на спутники К2 гораздо раньше, запустив только два спутника К1, которые сейчас находятся на орбите. Но, видимо, планы изменились из-за санкций, ограничивающих доставку радиационно-стойких электронных компонентов с Запада.

Теперь на МКС Решетнева будут построены еще девять спутников ГЛОНАСС-К1. Не ясно, сколько из них может быть из разновидности K1 +. Спутники ГЛОНАСС-К1 теперь будут переходными спутниками между существующими спутниками ГЛОНАСС-М (включая полдюжины или около того, которые были изготовлены и сохранены на земле для будущего запуска при необходимости) и будущими спутниками ГЛОНАСС-К2.

Один из первых спутников K2 будет принимать пассивный водородный мазер (PHM) AFS. PHM разрабатывался около десяти лет, и многолетние наземные испытания показали надежность и стабильность в течение одного дня 5 × 10-15. Ожидается, что будет способствовать будущей 0,3-метровой SISRE.

Согласно недавнему отчету, спутники ГЛОНАСС-К2 начнут летные испытания в 2018 году, а массовое производство спутников ГЛОНАСС-К2 начнется в сроки 2019–2020 годов.

Улучшенные сети слежения. Развитие SDCM и связанной с ним сети отслеживания уже упоминалось. Сетевые станции SDCM оснащены комбинированными двухчастотными приемниками GPS / ГЛОНАСС, атомными часами с водородным мазером и прямыми линиями связи для передачи данных в режиме реального времени. Как упоминалось ранее, власти ГЛОНАСС рассматривают вопрос о том, может ли дополнительное использование станций SDCM для определения орбиты и часов ГЛОНАСС значительно повысить точность данных вещания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

GPS, самая старая GNSS, продолжает модернизироваться и скоро запустит первый спутник Block III или GPS III.Спутники Block IIR-M и Block IIF уже передают новые сигналы. Galileo запускает современные спутники с самого начала, и BeiDou собирается начать запуск оперативной версии своих спутников BeiDou-3. ГЛОНАСС не стоит превзойти. Он предоставил полезные услуги определения местоположения, навигации и синхронизации, по крайней мере, с 1996 года. Хотя порой уровень обслуживания упал ниже приемлемого уровня, теперь он является надежной системой и, с объявленными улучшениями, будет претендентом в будущем мире GNSS.

ДАЛЬНЕЙШЕЕ ЧТЕНИЕ

«Обновление программы ГЛОНАСС» И. Ревнивых, представленное на 11-м заседании Международного комитета по глобальным навигационным спутниковым системам, Сочи, Россия, 6–11 ноября 2016 г.

  • Углубленное описание ГЛОНАСС

«ГЛОНАСС» С. Ревнивых, А. Болкунова, А. Сердюкова и О. Монтенбрюка, глава 8 в Справочник Springer по глобальным навигационным спутниковым системам , отредактированный P.J.G. Теуниссен и О.Монтенбрюк, опубликовано Springer International Publishing AG, Cham, Швейцария, 2017.

  • Официальные сайты ГЛОНАСС

Информационно-аналитический центр позиционирования, навигации и синхронизации

Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга

  • Документы интерфейса управления ГЛОНАСС

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС, навигационный радиосигнал в диапазонах L1, L2 , издание 5.1, Российский институт космического приборостроения, Москва, 2008.

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС , Общее описание системы множественного доступа с кодовым разделением , редакция 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС , навигационный сигнал открытого доступа с множественным доступом с кодовым разделением в полосе частот L1 , издание 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС, навигационный сигнал открытого доступа с множественным доступом с кодовым разделением каналов в полосе частот L2 , издание 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС , навигационный сигнал открытого доступа с множественным доступом с кодовым разделением в полосе частот L3 , издание 1.0, ОАО «Российские космические системы», Москва, 2016.

Система управления интерфейсом дифференциальной коррекции и мониторинга Документ, радиосигналы и цифровая структура данных глобальной системы увеличения ГЛОНАСС, Система дифференциальной коррекции и мониторинга, издание , ОАО «Российские космические системы», Москва, 2012.

  • Ранее GPS World Статьи о ГЛОНАСС

«ГЛОНАСС: разработка стратегий на будущее» Ю. Урличича, В. Субботина, Г. Ступака, В. Дворкина, А. Поваляева и С. Карутина в GPS World , Vol. 22, № 4, апрель 2011 г., с. 42–49.

«GPS, ГЛОНАСС и многое другое: обработка множества созвездий в международной службе GNSS» Т. Спрингера и Р. Дача в GPS World , Vol. 21, № 6, июнь 2010 г., стр. 48–58.

«Будущее уже сейчас: GPS + ГЛОНАСС + SBAS = GNSS» Л. Ваннингера в GPS World , Vol. 19, № 7, июль 2008 г., с. 42–48.

«ГЛОНАСС: обзор и обновление» Р. Лэнгли в GPS World , Vol. 8, No. 7, July 1997, pp. 46–50. Исправление: GPS World , Vol. 8, № 9, сентябрь 1997 г., с. 71. Доступно на линии:

«ГЛОНАСС Космический корабль» Н.Л. Джонсон в GPS World , Vol. 5, № 11, ноябрь 1994 г., стр. 51–58.

,

Как работают автоуправляемые автомобили?

Где все автомобили с автоматическим управлением? Это то, что вы, вероятно, говорите себе после того, как многие крупные технологические и автомобильные компании прогнозировали, что к следующему году, в 2020 году, полностью автономные технологии будут внедрены во многих автомобильных парках.

Хотя этот «крайний срок» выглядит так, как будто он не будет соблюден, в последние несколько лет самостоятельные технологии и автономные технологии добились значительных успехов. Совсем недавно автономный полуфургон совершил поездку по U.С. без проблем.

Система автопилота Tesla была самым ярким событием в области технологий самостоятельного вождения, и она была в центре внимания с самого начала. Тесла имеет преимущество первопроходца, заново изобрел структуру и функционирование автомобильной компании. В прошлом году система автопилота Tesla преодолела более миллиардов миль при использовании .

Это значительное количество миль при очень небольшом количестве несчастных случаев по сравнению с водителями-людьми.

Когда технология все еще развивается, возможно, все еще находится в зачаточном состоянии, что такое технология самостоятельного вождения и как работают автомобили, оснащенные этой техникой?

Что такое автоуправляемые автомобили?

Термины «самостоятельное вождение» и «автономный» используются довольно взаимозаменяемо, и они, по сути, таковы.Автономный является более общим, в то время как самостоятельное вождение относится только к транспортным средствам. Тем не менее, в случае автомобилей, эти технические характеристики не имеют значения.

Автомобили с самостоятельным вождением полагаются на аппаратное и программное обеспечение для движения по дороге без участия пользователя. Аппаратное обеспечение собирает данные; программное обеспечение организует и компилирует его. Со стороны программного обеспечения входные данные обычно обрабатываются с помощью алгоритмов машинного обучения или сложных строк кода, которые были обучены в реальных сценариях. Именно эта технология машинного обучения находится в центре технологии самостоятельного вождения.

Поскольку все больше и больше данных обрабатывается с помощью автономных алгоритмов самостоятельного управления, они становятся все лучше и лучше - умнее и умнее. Алгоритмы машинного обучения, по сути, могут научить себя функционировать, предполагая, что им были даны правильные ограничения и цели.

Уровни автономного транспортного средства

Когда мы думаем об автономных или автономных транспортных средствах, мы, вероятно, думаем об автомобиле или полуавтомобиле, который может вести себя полностью без человека.Хотя это автономно, оно не рассказывает всей истории. Этот «полностью автономный» сценарий представляет собой автономный автомобиль уровня уровня 5 000, уровни от 0 до 5 представляют полный спектр вождения, от полностью человеческого, до 5 , полностью компьютер.

Посмотрите на полезную инфографику ниже, чтобы визуализировать эти 5 различных уровней автоматизации.

Источник: Простой доллар

Чтобы объяснить каждую деталь в более конкретном тексте, мы выложили их все ниже.

Уровень 0: Водитель все время полностью контролирует транспортное средство.

Уровень 1: Автоматизированы отдельные средства управления транспортным средством, такие как электронный контроль устойчивости или автоматическое торможение.

Уровень 2 : По меньшей мере, два элемента управления могут быть автоматизированы в унисон, например адаптивный круиз-контроль в сочетании с удержанием полосы движения.

Уровень 3: 75% автоматизации . Водитель может полностью уступить контроль над всеми критически важными для безопасности функциями в определенных условиях.Автомобиль ощущает, когда условия требуют от водителя возврата управления, и обеспечивает «достаточно комфортное время перехода» для этого.

Уровень 4: Транспортное средство выполняет все критически важные для безопасности функции в течение всей поездки, при этом водитель не должен управлять транспортным средством в любое время.

Уровень 5: Транспортное средство включает в себя людей только в качестве пассажиров, взаимодействие с человеком не требуется или невозможно.

ОТНОСИТЕЛЬНО: UBER ПРЕДЛАГАЕТ АВТОМОБИЛЬНЫЕ АВТОМОБИЛИ НАЗАД НА РАБОТУ - НО С ЧЕЛОВЕКАМИ

Какие технологии используются в автомобилях с автономным управлением?

Самостоятельные автомобили включают в себя значительное количество технологий.Аппаратное обеспечение внутри этих автомобилей оставалось достаточно стабильным, но программное обеспечение, стоящее за машинами, постоянно меняется и обновляется. Глядя на некоторые основные технологии, мы имеем:

камеры

Элон Маск заявил, что камеры - это единственная сенсорная технология, необходимая для автомобилей с автоматическим управлением, нам просто нужны алгоритмы, чтобы полностью понимать изображения, которые они получают. Изображения с камеры фиксируют все, что нужно для управления автомобилем, просто мы все еще разрабатываем новые способы, позволяющие компьютерам обрабатывать визуальные данные и переводить их в 3D-данные.

Teslas имеет 8 внешних камер , чтобы помочь им понять окружающий их мир.

Радар

Радар

- это одно из основных средств, которое автомобили с автоматическим управлением используют, чтобы «видеть» вместе с LiDar, компьютерными изображениями и камерами. Радар является самым низким разрешением из трех, но он может видеть сквозь неблагоприятные погодные условия, в отличие от LiDAR, который основан на свете. Радар, с другой стороны, основан на радиоволнах, что означает, что он может распространяться через такие вещи, как дождь или снег.

лир

Датчики

LiDAR - это то, что вы увидите поверх вращающихся вокруг самоходных автомобилей. Эти датчики излучают свет и используют обратную связь для создания высокодетализированной трехмерной карты окружающей его области.

LiDAR имеет очень высокое разрешение по сравнению с RADAR, но, как мы упоминали выше, в условиях плохой видимости он имеет ограничения, связанные с освещением.

Другие датчики

Автомобили с автономным управлением также будут использовать традиционное GPS-сопровождение, а также ультразвуковые и инерционные датчики, чтобы получить полное представление о том, что делает автомобиль, а также о том, что происходит вокруг него.В области машинного обучения и технологий самостоятельного вождения, чем больше данных собирается, тем лучше.

Мощность компьютера

Всем автомобилям с автономным управлением и, в основном, всем современным автомобилям, необходим бортовой компьютер для обработки всего происходящего с транспортным средством в режиме реального времени.

Самодвижущимся автомобилям требуется чрезмерная вычислительная мощность, поэтому вместо традиционных процессоров они используют графические процессоры или графические процессоры для своих расчетов. Однако даже самые лучшие графические процессоры начали оказываться недостаточными для экстремальной обработки данных, наблюдаемой в автомобилях с автономным управлением, поэтому Tesla представила чип ускорителя нейронной сети, или NNA.Эти NNA обладают исключительной вычислительной мощностью в режиме реального времени и способны обрабатывать изображения в реальном времени.

Для перспективы между процессорами, графическими процессорами и NNA, это то, сколько гига-операций в секунду они могут обработать, или GOPS:

  • ЦП: 1,5
  • GPU: 17
  • NNA: 2100

NNA являются явным победителем, много раз.

Будущее автономных и автономных транспортных средств

Примерно 93% всех автомобильных происшествий происходят из-за человеческой ошибки.В то время как большая часть общества устойчива к идее самостоятельного вождения автомобилей, простой факт в том, что они уже более безопасны, чем водители-люди. Автомобили с самостоятельным управлением, когда они полностью протестированы и собраны, могут революционизировать нашу туристическую инфраструктуру.

Пройдет еще какое-то время, прежде чем мы увидим автономию уровня , реализованную в автомобилях на дороге, но сейчас уровня 2 становится обычным явлением в современных автомобилях. Следующие уровни будут на нас в ближайшее время.

Если вы хотите увидеть то, что мы обсуждали в этой статье, а также визуальную, анимированную, инфографическую форму, взгляните на инфографику от The Simple Dollar ниже.

Источник: Простой доллар .

Как работает спутниковая навигация GPS?

Реклама

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 23 июня 2019 года.

Let's Get Lost - название джазовой песни 1940-х годов, классно записанный певец и трубач Чет Бейкер. Тогда, получая «Потерянный» был не просто романтической идеей, но все же реалистичной. Сегодня это почти невозможно потеряться, как ни старайся.Если вы едете по автостраде или карабкаетесь на гору Эверест, вы всегда в поле зрения спутников, вращающихся в пространстве это может сказать вам точно, где вы находитесь. Прогуливаясь со смартфоном в кармане, вы иметь свободный доступ к GPS-приемнику (Global Positioning System), который может определить ваше положение в хороший день всего на несколько метров. Принять неправильно сдать машину, и решительный голос - также питание от GPS - будет настаивать на том, чтобы вы свернули налево «Поверните направо» или «Идите прямо», пока не вернётесь отслеживать.Даже ехать на автобусе или поезде, едва можно сойти в неправильном месте. Удобные табло прокручивают название Остановись, ты хочешь задолго до того, как тебе нужно подняться с места. Помимо помогая нам добраться до пункта назначения, спутниковая навигация может сделать все виды других вещей, от отслеживания посылок и выращивания сельскохозяйственных культур до найти потерянных детей и вести слепых. Но как именно это работай? Давайте внимательнее посмотрим!

Фото: заблудиться - дело прошлого, благодаря таким мобильным устройствам со встроенными GPS-приемниками и картографическими приложениями.

Что такое спутниковая навигация?

Спутниковая навигация («сатнав») означает использование портативного радио приемник для приема сигналов скорости света с орбитальных спутников (иногда технически упоминается как космические аппараты или КА), так что вы может выяснить вашу позицию, скорость и местное время. Как правило, это гораздо точнее, чем другие виды навигации, которые приходится бороться с неприятными проблемами, такими как точное хронометраж и плохая погода. Потому что это вещательная система на основе радиосигналов которые достигают всех частей нашей планеты, любое количество людей может использовать его одновременно, где бы они ни находились.

Самая известная спутниковая система, Navstar Global Система позиционирования (GPS) , использует около 24 активных спутников (включая резервные копии). День и ночь, 365 дней в году, они кружатся вокруг Земли раз в 12 часов на орбитальных плоскостях, наклоненных под углом 55 градусов к экватору. Где бы вы ни были, вы обычно видите по крайней мере полдюжины из них, но вам нужны сигналы только от трех или четырех, чтобы определить свою позицию с точностью до нескольких метров.

Фото: спутник NAVSTAR GPS, изображенный во время строительства на Земле в 1981 году.Вы можете понять, насколько большой спутник у инженера, изображенного на некотором расстоянии под ним. Изображение предоставлено Министерство обороны США.

GPS был запущен военными США в 1973 году, и его оригинальные спутники были рассчитаны на 7,5 лет, но ожидается, что последнее поколение будет выживать вдвое дольше. Всего было запущено около 60 спутников Navstar в трех разных поколениях и в нескольких отдельных группах, называемых блоками, хотя многие из них уже вышли на пенсию.На момент написания статьи последний запуск Navstar (первый спутник третьего поколения) был спутником GPSIII SV01 23 декабря 2018 года.

GPS состоит из трех основных компонентов, технически известных как «сегменты»: в космосе есть одна часть, одна часть на земле, и одна часть в вашем кармане. 24 спутника образуют то, что известно как «космический сегмент» GPS, но система также опирается на сложную наземную сеть управления антеннами, мониторы и станции управления («сегмент управления»), сосредоточено на главном посту управления (MCS) на авиабазе Шривер в Колорадо, США (с резервной копией на авиабазе Ванденберг в Калифорния).Помимо космического и контрольного сегментов, другая существенная часть спутника навигация - это «сегмент пользователя» - электронный приемник, который вы держите в руке или носите в своем автомобиле.

Фото: GPS как раньше. В 21 веке большинство смартфонов имеют встроенные GPS-приемники и легко помещаются в карман рубашки. Еще в 1978 году это было самое современное GPS-оборудование, которое вам понадобилось бы для того же: большой ручной приемник, гигантский рюкзак и очень большая антенна! Фото любезно предоставлено ВВС США.

Триангуляция

Поиск местоположения с помощью спутниковых сигналов - высокотехнологичная версия трюка старого навигатора, который называется триангуляция. Предположим, вы идете по лесу, по ровной земле, но ты не знаешь где ты. Если вы можете увидеть ориентир через деревья (может быть, отдаленный холм), и вы можете догадаться, как далеко это вы можете посмотреть на карту и выяснить, что вы должны быть где-то на окружности, радиус которой (расстояние от холма) - это расстояние вы уже догадалисьОдин ориентир не может сузить вашу позицию больше чем это. Но что, если вы вдруг увидите второй ориентир в другое направление. Теперь вы можете повторить процесс: вы должны быть определенное расстояние от этого объекта тоже где-то на втором круге. Соедините эти две части информации вместе, и вы знаете, что должны быть где встречаются два круга - один из двух места на земле. С третьим ориентиром вы можете сузить положение в одной точке. И это суть простая триангуляция (вы найдете более длинное введение в Компас чувак).Триангуляция работает с прямой видимостью и небольшим количеством догадок, с компасом и картой, а также с более изощренными методами, такими как радиосигналы и радар. И это также работает, более изощренно, используя космические спутники.

Фото: сэр Фрэнсис Дрейк (ок. 1540–1596) был вторым человеком, совершившим кругосветное плавание, заканчивая в 1580 году. Первым был Фердинанд Магеллан (1480–1521), португальский исследователь, который плавал по миру с большим мастерством и смелостью. Между 1519 и 1521 годами Магеллан и его команда стали первыми, совершившими кругосветное плавание по планете, доказав, что «плоская Земля» на самом деле была более или менее сферической.Заманчиво представить, насколько проще была бы жизнь Магеллана со спутниковой навигацией, но это неправильно понимает логику вещей. Без понимания Магеллана у нас не было бы технологии спутниковой навигации вообще: чтобы ее построить и заставить ее работать, мы должны были бы знать, что сначала мы жили на круглой Земле!

Трилатерация

Благодаря спутниковой навигации ваши навигационные "ориентиры" космические спутники несутся в небе над головой. Потому что они на расстоянии около 20 000 км (12 600 миль) далеко за пределами атмосферы Земли, и потому что они постоянно движутся (не неподвижно, как наземные ориентиры), находя ваше положение от них немного сложнее.Если вы берете сигнал с одного спутника, и вы знаете, что это 20000 км, вы должны быть где-то на сфере (не круг) радиусом 20000 км, центрированный на этом спутнике. С участием два сигнала, от двух разных спутников, вы должны быть где-то где встречаются две сферы (где-то в круге пересечения). Три сигналы ставят вас в одну из двух точек на этом круге - и это обычно достаточно, чтобы выяснить, где вы находитесь, потому что один из пунктов может быть в воздухе или в середине океана.Но с четырьмя сигналы, вы точно знаете свою позицию. Нахождение вашего местоположения это путь называется трилатерацией .

Как работает GPS

Фото: впечатление художника о 24 спутниках NAVSTAR на орбите вокруг Земли. Фото любезно предоставлено Министерством обороны США.

Все системы спутниковой навигации в целом работают одинаково. Там три части: сеть спутников, станция управления где-то на Земле, которая управляет спутниками, и приемное устройство вы неси с собой.

Каждый спутник постоянно излучает радиоволны сигнал к Земле. Приемник «слушает» эти сигналы и, если он может принимать сигналы от трех или четырех разных спутников, он может выяснить ваше точное местоположение (включая вашу высоту).

Как это работает? Спутники остаются в известных положениях и сигналы распространяются со скоростью света. Каждый сигнал включает в себя информацию о спутнике, откуда он прибыл, и отметке времени, на которой написано покинул спутник.Поскольку сигналы являются радиоволнами, они должны путешествовать со скоростью света. Отмечая, когда приходит каждый сигнал, получатель может выяснить, сколько времени понадобилось, чтобы путешествовать и как далеко он продвинулся Другими словами, как далеко от спутника-отправителя. С тремя или По четырем сигналам приемник может точно определить, где он находится на Земле.

Где в мире ты?

  1. Если ваш спутниковый приемник принимает сигнал от желтого спутника, вы должны быть где-то на желтой сфере.
  2. Если вы также принимаете сигналы от синего и красного спутников, вы должны находиться в черной точке, где сигналы от три спутника встречаются.
  3. Вам нужен сигнал как минимум с трех спутников, чтобы зафиксировать вашу позицию таким образом (и четыре спутника, если вы хотите найти свою высоту). Поскольку спутников GPS намного больше, у вас будет больше шансов найти себя там, где вы оказались.

Как спутники вычисляют расстояние от времени?

Предположим, у вас есть мобильный телефон с поддержкой GPS или спутниковая связь. в твоей машине.Откуда он знает точное расстояние до трех или четыре спутника, которые он использует, чтобы вычислить вашу позицию? Каждый спутник постоянно излучает сигналы, которые, по сути, отметки времени его позиции в то время. Поскольку они переносятся по радиоволнам, сигналы должны распространяться со скоростью света (300 000 км или 186 000 миль в секунду). Теоретически, тогда, если приемник принимает сигналы спустя некоторое время и имеет собственные часы, он знает, сколько времени понадобилось сигналам, чтобы получить от спутника, и как далеко они прошли (потому что расстояние = скорость × время).Это звучит как хорошее, простое решение, но оно порождает еще две проблемы.

Во-первых, сколько времени занимает сигнал, чтобы путешествовать? не мы просто поменяли одну проблему на другую (время на расстояние)? Решение этой проблемы включает в себя высокотехнологичную версию "синхронизации часы ": каждый спутник несет четыре чрезвычайно точных атомные часы (два цезия и два рубидия, обычно с точностью до одной секунды за 100 000 лет), в то время как приемники (которые имеют менее точные собственные часы) получают свои сигналы и компенсируют время, которое требуется для них путешествовать вниз из космоса.Это означает, что каждый приемник может выяснить, сколько времени потребовался каждый сигнал, чтобы достичь его, и следовательно, как далеко он прошел.

Во-вторых, хотя радиоволны действительно распространяются со скоростью свет, они делают это только в вакууме (в совершенно пустом пространстве). Радиосигналы, исходящие к нам от космических спутников, не являются путешествуя через пустое пространство, но через атмосферу Земли, включая ионосферу (верхнюю часть Земли атмосфера, содержащая заряженные частицы, которые помогают радиоволнам путешествия) и тропосфера (турбулентная, незаряженная область атмосфера, где происходит погода, которая простирается примерно на 50 км или 30 миль над поверхностью Земли).Искажение ионосферы и тропосферы и задерживать спутниковые сигналы довольно сложными способами, для довольно различные причины, по которым мы не будем здесь вдаваться, и GPS-приемники имеют чтобы компенсировать, чтобы они могли сделать точные измерения расстояния.

Различаются ли военные и гражданские GPS?

Фото: ракеты и беспилотники со спутниковым наведением используют версию GPS PPS военного класса, которая теоретически более точна, чем гражданские GPS. Фото Николая Мессина любезно предоставлено ВМС США.

GPS

изначально задумывался как военное изобретение, которое дать американским силам преимущество перед другими странами, но их изобретатели вскоре понял, что система будет столь же полезна для гражданского населения. Единственная проблема была, если гражданские лица (или противоборствующие силы) могли бы забрать те же сигналы, где это оставило бы их военное преимущество? По этой причине они разработали два разных "вкуса" GPS: высокоточный военный класс, известный как Precise Служба позиционирования (PPS) и несколько ухудшенная гражданская версия называется Служба стандартного позиционирования (SPS) .Пока PPS-совместимые приемники Первоначально можно было найти вещи с точностью около 22 м (72 фута), приемники SPS были намеренно сделаны примерно в пять раз менее точными (с точностью до длина футбольного поля (или около 100 м) с использованием твика Selective Availability (SA). Это было отключено по приказу президента США Билла Клинтона в мае 2000 года, значительно улучшив Точность для гражданских пользователей, и именно поэтому GPS так быстро взлетела. Даже гражданские приемники SPS в настоящее время официально точны с точностью до «13 метров (95 процентов) по горизонтали и 22 метров (95 процентов) по вертикали», хотя есть множество различных ошибок (вызванных атмосферой, препятствиями, блокирующими линию обзора спутников, отражения сигналов, атмосферные задержки и т. д.) могут усугубить их в разы менее точные.

Теоретически, военные и гражданские GPS могли бы быть такими же точными, если бы нам не приходилось беспокоиться о том, что они путешествуют в атмосфере Земли. По данным официального сайта GPS.gov: «Точность сигнала GPS в космосе фактически одинакова как для гражданской службы GPS (SPS), так и для военной службы GPS (PPS)». На практике пока сигналы SPS транслируются используя только одну частоту, PPS использует две. Сравнение двух частот позволяет GPS-приемники военного уровня для точного расчета поправок на радио задержки и искажения, вызванные передачей через атмосферу, и это все еще дает военному GPS преимущество гражданские системы.Со временем гражданский GPS станет все более и более точные, особенно как больше спутников (и больше разных спутников системы), но вполне вероятно, что военные системы будут всегда иметь преимущество по той или иной причине.

GPS спутниковые сигналы

спутника Navstar постоянно транслируют два разных вида GPS, PPS и SPS, на двух разных радиочастотах (несущих волнах), известных как L1 (1575,42 МГц) и L2 (1227,6 МГц). L1 переносит гражданский сигнал кода SPS (также известный как код C / A или код грубого сбора данных), который является относительно коротким и транслируется примерно 1000 раз в секунду, и то, что известно как сообщение навигационных данных , которое включает в себя дата и время, сведения об орбите спутника и другие важные данные.L2 несет военный код PPS , также известный как P-код (прецизионный код), который очень длинный и точный, и на его передачу уходит целая неделя. Он зашифрован для формирования так называемого Y-кода , частично так, что только авторизованные пользователи могут получить к нему доступ, и частично (потому что шифрование - это форма подписи, подтверждающая их подлинность), чтобы предотвратить такие вещи, как «подделка» (где третьи лица передают фальшивые, разрушительные сигналы, предполагаемые от спутников GPS).Приемники GPS военного класса подбирают обе частоты и сравнивают их, чтобы скорректировать влияние ионосферы. Гражданские приемники регистрируют только одну частоту и вместо этого должны использовать математические модели для коррекции ионосферы.

Приложения спутниковой навигации

Большинство из нас использует спутниковую навигацию для поездок в места, которые мы никогда не было раньше, но это довольно тривиальное приложение. однажды Вы можете точно определить свое точное положение на Земле, гораздо больше интересные вещи становятся возможными.Продвиньте время вперед на несколько десятилетия до такой степени, что все автомобили имеют бортовой спутник и могут управлять сами автоматически. Теоретически, если автомобиль знает, где это всегда и может передавать эту информацию какому-то централизованная система мониторинга, мы могли бы решить такие проблемы, как городские заторы, нахождение парковочных мест и даже кража автомобиля одним махом. Если каждый автомобиль знает свое местоположение и знает, где находятся близлежащие автомобили, движение по шоссе может стать и быстрее, и на , и на безопаснее; это не будет больше полагаться на бдительность подверженных ошибкам человеческих драйверов, слишком легко смущен усталостью и плохой погодой, поэтому автомобили смогут путешествовать при гораздо более высоких плотностях.То же самое касается самолетов, где GPS наконец, станет неотъемлемой частью воздушного движения контроль - постепенно уменьшая нашу историческую чрезмерную зависимость от радар - в течение следующего десятилетия.

Фото: многие тракторы, зерноуборочные комбайны и пыльники теперь оснащены GPS.

И это не только автомобили и самолеты, которые выиграют от точного точность. Для аварийных служб и поисково-спасательных работников, спеша в удаленные, иногда неизведанные места, делает все различия между жизнью и смертью.Фермеры были использование систем GPS в тракторах, комбайнах и пылеуборочных машинах для составления карты, сажайте, управляйте и собирайте урожай с высокой эффективностью и точностью. По данным отраслевого органа GPS Alliance, высокоточная спутниковая навигация увеличил урожайность в США почти на 20 миллиардов долларов с 2007 по 2010 год и В настоящее время используется в 95% посева. Между тем, сельскохозяйственные животные, домашних животных и редких животных проще, чем когда-либо GPS-ошейники и рюкзаки. Слепые люди, традиционно управляемые собаками-поводырями или локтями друзей и семьи, может наконец получить настоящую независимость, оснащенную говорящими портативными системами GPS, такой как Trekker Breeze, который может объявить названия улиц или читать разговорный направления от А до Б.Излишне говорить, что система, задуманная военные по-прежнему пользуется многими военными приложениями, от руководства так называемые «умные бомбы» для своих целей с высокой точностью чтобы помочь войскам перемещаться по незнакомой местности. GPS как стандартная часть современной военной техники в виде карт и компасов были 100 лет назад.

Фото: GPS-спутник IIR-12 выведен на орбиту Трехступенчатая космическая ракета Boeing Delta II 23 июня 2004 года. Фото Карлтона Бэйли любезно предоставлено ВВС США.

Rival спутниковые навигационные системы

В Соединенных Штатах, GPS универсально используется как синоним любой вид спутниковой навигации; в других странах такие как в Великобритании, «сатнав» - более знакомый родовой термин. На самом деле GPS это только одна из нескольких глобальных систем спутниковой навигации. Советский Союз запустил конкурирующую систему под названием ГЛОНАСС в 1982 году (также с использованием 24 спутники) и Россия продолжает эксплуатировать его сегодня. Европа была медленно строит свою, более точную 30-спутниковую систему под названием Галилео, который, как ожидается, будет завершен к 2020 году, и Китай разработка глобальной системы, известной как компас.Предпочтительный зонт термин для спутниковых систем, охватывающих весь мир, - GNSS (Global Navigation Спутниковые системы). Помимо четырех больших глобальных систем, есть также несколько небольших региональных конкурентов, в том числе BeiDou Китая и Индийский IRNSS.

Хотя данный спутниковый приемник обычно предназначен для использования только одна из глобальных систем, нет причин, почему не может использовать сигналы от двух или более одновременно. Теоретически, объединение сигналов от GPS, ГЛОНАСС и Галилео может дать спутниковую связь что-то вроде 10-кратного увеличения точности, особенно в городские районы, где высокие здания могут блокировать или искажать сигналы, снижение точности любой системы, используемой отдельно.Использование нескольких системы также обещают сделать спутниковую навигацию намного быстрее: если больше спутников "на виду", так называемое время до первого исправления (TTFF) - начальная задержка перед тем, как ваш спутниковый спутник фиксируется на спутниках, загружает необходимые данные и готов начать расчет положение - уменьшается. Поскольку TTFF обычно колеблется от 30 секунды до нескольких минут, это имеет большое значение для случайных GPS пользователи (и это одна из первых функций, которые люди сравнивают, когда они посмотри на покупку нового приемника сатнав).

Проблемы и проблемы

Знание абсолютной позиции чего угодно, когда угодно и где угодно приносит очевидные преимущества в глобализированном мире, который опирается на быстрый, безопасный и надежный транспорт. Но это также поднимает проблемы. Если гражданских транспортных систем разработаны, чтобы полагаться на спутниковые системы, предоставленные США или Россией , военные , не что делает нас слишком уязвимыми к внезапным поворотам международного политика, особенно во время войны? Хотя военных США нет дольше рутинно ухудшает качество сигналов GPS и объявляет в сентябре 2007 года, что бы удалить селективную доступность в целом из будущих версий спутников GPS, в настоящее время он все еще может быть благородным система в любое время это радует.Может ли будущий мир без водителя автомобили, сверхэффективная доставка посылок и автоматизированное воздушное движение контроль погрузиться в хаос чисто по прихоти сверхдержав? Европейский проект Galileo является полностью гражданской системой, которая следует устранить возможные военные помехи во времени. Но для момент, это остается проблемой.

Быстро исчезающая приватность - это оборотная сторона той же монеты. Если ваш автомобиль и ваш мобильный телефон оснащены спутниковой антенной, и вы всегда используя один или другой (или оба), ваши движения могут быть отслеживается во все времена.Это поднимает очевидные проблемы конфиденциальности, особенно в репрессивных государствах. Но каждая новая технология приносит свои плюсы и минусы, от двигателей внутреннего сгорания до автоматы и атомные электростанции на антибиотики. Прогресс предполагает достижение компромисса между выгодами и затратами в надежде на делать вещи лучше, чем когда-либо прежде. Спутниковая навигация ничем не отличается, замена безопасной и ненадежной навигации для эффективный и эффективный транспорт, хотя и ценой в частной жизни и (в настоящее время) сохраняющаяся зависимость от военной инфраструктуры.

Узнайте больше

На других сайтах

Статьи

  • Первый спутник GPS III следующего поколения, построенный компанией Lockheed Martin, реагирует на команды: Пресс-релиз Lockheed Martin, 23 декабря 2018 года. Краткий обзор спутников GPS последнего поколения.
  • Почему ваш GPS-приемник не больше, чем «хлебница» от Tekla S. Perry. IEEE Spectrum, 19 апреля 2018 года. Интервью с Брэдфордом В. Паркинсоном, одним из пионеров технологии GPS.
  • Сверхточный GPS-доступ к смартфонам в 2018 году. Автор Samuel K. Moore. IEEE Spectrum, 23 октября 2017 года. Следующее поколение смартфонов GPS будет иметь точность до 30 см (1 фут).
  • Защита GPS от спуферов крайне важна для будущего навигации. Автор - Марк Л. Псиаки и Тодд Э. Хамфрис. IEEE Spectrum, 29 июля 2016 г. Сложно, но не невозможно подделать сигналы GPS, что может привести к тому, что корабли и катера отправятся на путь катастрофы. Какие технические методы существуют для защиты от спуферов?
  • Какие автономные устройства GPS делают то, что смартфоны не могут, Эрик А.Тауб. The New York Times, 15 июля 2015 года. Есть все еще веские причины для приобретения автономного устройства GPS, хотя теперь смартфоны имеют большие экраны, разрыв между этими двумя типами устройств быстро сокращается.
  • Российская глобальная навигационная система, ГЛОНАСС, отстает от Джеймса Оберга, IEEE Spectrum, 1 февраля 2008 г. Может ли российская альтернатива когда-либо надеяться на конкуренцию с GPS?
  • Задержка рейса? GPS Fix от FAA может разрушить небоскреб. Автор - Barbara S. Peterson, Popular Mechanics, 19 июля 2007 г.Введение в использование GPS в управлении воздушным движением.

Книги

  • Система глобального позиционирования: общий национальный актив Совета по аэронавтике и исследованию космического пространства Национального исследовательского совета. National Academies Press, 1995. Технический отчет, в котором оценивается успех GPS и даются рекомендации по его дальнейшему развитию как объединенной гражданской и военной системы.

Технические ссылки

Патенты

  • Патент США 5 663 734: приемник GPS и способ обработки сигналов GPS Нормана Ф.Краснер, Precision Tracking, Inc. 2 сентября 1997 года. Подробное техническое описание того, как работает обычный GPS-приемник.
  • Патент США 5,841,396: GPS-приемник, использующий линию связи Нормана Ф. Краснера, Snaptrack, Inc. Еще один из патентов Краснера, касающихся вспомогательных GPS.
  • Патент США № 5841396: определение местоположения мобильной станции с использованием множества беспроводных сетей и приложений для нее, автор Charles L. Karr, Tracbeam LLC. 4 октября 2005 г. Еще один патент, описывающий «вспомогательный GPS», объединяющий GPS и беспроводные сети.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты.

Статьи с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным наказаниям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Следуйте за нами

Поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать об этом друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2019) Спутниковая навигация. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howgpsworks.html. [Доступ (Введите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте ...

,

Смотрите также