Как работает система глонасс на автомобиле

Что такое ГЛОНАСС, для чего используется, как работает на автомобиле

Что такое ГЛОНАСС сегодня знают многие. Но как именно работает эта система, для чего она предназначена и что необходимо для ее эффективного использования, часто остается «за скобками».

Расценивать систему ГЛОНАСС просто как систему спутниковой навигации — значит, предельно упрощать ее функционал. Сегодня она может использоваться не только военными (как это было изначально задумано), но и владельцами коммерческих предприятий, а также рядовыми автолюбителями.

Что такое ГЛОНАСС и как работает система?

ГЛОНАСС – 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.

Принцип работы системы:

На объект, координаты которого необходимо определить, устанавливается приемно-передающее устройство – терминал.
Для позиционирования терминал подает запрос на спутники. Чем больше спутников ответят на запрос (в идеале – не менее 4), тем точнее будут определены координаты.
Ответный сигнал поступает в терминал, программный комплекс которого анализирует время задержки для разных спутников. На основе анализа ответной информации определяются координаты объекта, на котором установлено приемное оборудование.

При постоянной работе терминала (т.е. регулярной отправке запросов и анализе ответов) система ГЛОНАСС может определять не только положение, но и скорость движения объекта. При движении точность позиционирования снижается, но все равно остается достаточной для того, чтобы навигационное оборудования могло выполнить привязку координат объекта к электронной карте местности и построить маршрут.

Сравнение с основным аналогом — системой GPS

Дать полный ответ на вопрос «Что такое ГЛОНАСС?» невозможно без сравнения его с «ближайшим конкурентом» — системой глобального позиционирования GPS. Работы над обеими системами начались в СССР и США примерно в одно время – в начале 80х годов прошлого века. После того как спутниковая навигация вышла из-под полного контроля военных и стала применяться в коммерческих целях, ГЛОНАСС и GPS развивались по достаточно схожим сценариям.

Обе системы работают на базе группировок из 24 спутников на геостационарных орбитах. Но есть у них и отличия:

Российские спутники двигаются в 3 плоскостях (соответственно, 8 аппаратов на одну орбиту).
У спутников GPS выделено 4 орбиты по 6 аппаратов в каждой.
Погрешность позиционирования у GPS несколько ниже, но обе системы достаточно точно определяют координаты.
Основное преимущество GPS — практически 100% покрытие территории земного шара. ГЛОНАСС полностью покрывает территорию РФ, но за пределами Российской Федерации есть участки, в которых сигнал от спутников очень слабый или полностью отсутствует.
Также есть нюансы технического характера: сервис из США использует кодировку CDMA, российский — более сложную и потому более энергоемкую кодировку FDMA. Из-за этого срок эксплуатации спутников ГЛОНАСС сокращается, так что возникает потребность в более частом выводе техники на орбиту.

Параметры	ГЛОНАСС	GPS
Количество спутников	24	24
Кол-во спутников в плоскости	8	6
Кол-во орбит у спутников	3	4
Погрешность, м	2…6	2…4
Размер покрытия	Вся Россия и 2/3 территории мира	Около к 100% территории мира

Сложно говорить об однозначном преимуществе одной из двух описанных навигационных систем. Тем более что чаще всего оборудование для удаленного позиционирования делают комбинированным: оно может работать как со спутниками GPS, так и с аппаратурой ГЛОНАСС.

Сфера применения

Аппаратура и программное обеспечение, которое дает возможность определять местонахождение объекта с помощью спутниковой сети, может решать несколько задач.

Основная функция, которую выполняют бытовые терминалы ГЛОНАСС — глобальная навигация для транспорта. Такое оборудование представляет собой усовершенствованную карту: координаты, определённые терминалом, накладываются на план местности и показывают оптимальное направление движения к заданному пункту.

Кроме этого оборудование может использоваться:

В системах мониторинга транспорта. Предприятия, вынужденные отслеживать движение множества транспортных средств (автобусы для перевозки пассажиров, грузовики) по регулярным или нерегулярным маршрутам, получает возможность в любом момент увидеть, где находится та или иная машина. Для этого автомобили оснащаются ГЛОНАСС-терминалами, которые подключаются к программному обеспечению.

Кроме непосредственного отслеживания перемещения техники диспетчер получает возможность контролировать соблюдение скоростного режима, режима труда/отдыха шофера, сохранности груза в холодильных отсеках рефрижераторов, уровня горючего в баках/цистернах. Для решения этих задач может устанавливаться дополнительное оборудование, которое подключается к разъемам терминала.

В беспилотных автомобилях. Для беспилотников спутниковая система навигации наряду с сенсорами, которые считывают параметры окружения – основные управляющие элементы. Такое оборудование уже производится и проходит испытания — в том числе на трассах РФ. Эксперты прогнозируют рост доли беспилотной техники на дорогах уже в ближайшем будущем.
В противоугонных системах. ГЛОНАСС-трекер, скрытно установленный в машине, может подать сигнал тревоги, если координаты автомобиля изменяться без ведома хозяина. Кроме того, оборудование может периодически посылать сообщения с указанием местонахождения авто – это облегчит владельцу или представителям правоохранительных органов поиск украденной машины.

ГЛОНАСС для контроля транспорта

Если в сегменте систем навигации для водителей GPS традиционно остается более популярным, то ГЛОНАСС занимает более выгодную нишу в коммерческом сегменте. Связано это с активным развитием систем удаленного мониторинга транспорта.

Такие системы традиционно включают сеть ГЛОНАСС-терминалов, установленных на технике, и диспетчерское программное обеспечение. Внедрение мониторинга предусматривает его интеграцией с логистической схемой предприятия.

Основная задача – координация работы транспортного департамента и отслеживание движения автомобилей, перевозящих пассажиров или грузы, в режиме реального времени. Координаты каждой машины определяются по спутнику с установленным интервалом и накладываются на карту, потому диспетчер или руководитель департамента получает максимально объективную и оперативную информацию.

Кроме этого, мониторинг транспорта может использоваться для:

Повышения уровня дисциплины. Навигационный терминал отслеживает движение машины по маршруту, исключая нецелевое использование техники и простои. Любая незапланированная остановка или отклонение от маршрута должны быть мотивированы водителем, причем связаться с ним диспетчер может сразу при обнаружении нарушения.
Повышения безопасности движения и снижения аварийности. Система ГЛОНАСС дает возможность контролировать скорость движения, сигнализируя диспетчеру о превышении скорости. Кроме того, мониторинг позволяет отслеживать переработку для соблюдения режима труда и отдыха. Это не только снижает риск аварий из-за переутомления, но и гарантирует отсутствие штрафов при проверке показаний тахографа.
Контроль уровня горючего. Установка датчиков уровня топлива с подключением их к терминалу практически полностью исключает возможность хищения ГСМ.

Что такое ЭРА ГЛОНАСС?

Система определения координат с помощь спутников ГЛОНАСС может решать и еще одну задачу – экстренное оповещение об аварии. Для этого в машину устанавливается терминал ЭРА-ГЛОНАСС (УВЭОС) с SIM-картой для работы в мобильной сети, и «тревожная кнопка» для вызова диспетчера.

Если машина оборудуется ЭРА-ГЛОНАСС при производстве или поставке в РФ, то кроме терминала с кнопкой вызова в нее устанавливаются также датчики, реагирующие на повреждения и автоматически подающие сигнал тревоги при ударе или перевороте.

Основная задача системы — оповестить экстренные службы (ДПС ГИБДД, МЧС, Скорую Помощь) о ДТП, передав им координаты места аварии и базовые сведения о машине и пассажирах. При этом сигнал о произошедшем принимает диспетчер колл-центра, он же передает полученные сведения спасательным службам.

Особенности работы экстренного информирования

Работает ЭРА-ГЛОНАСС по простому принципу:

Сигнал тревоги может быть активирован автоматически (сработал датчик удара/переворота) или в ручном режиме (водитель либо кто-то из пассажиров нажал кнопку).
После того как сигнал поступит в колл-центр, диспетчер связывается с машиной в голосовом режиме (конструкция терминала включает динамик и микрофон). Это необходимо для исключения ложных вызовов или случайных срабатываний кнопки «SOS».
Если ответ не был получен, или водитель подтвердил факт ДТП, информация передается спасательным службам.

Автоматическая работа системы минимизирует время между аварией и прибытием помощи на место происшествия. Это значительно снижает смертность на дорогах, потому что у Скорой Помощи и спасателей появляется больше времени на оказание квалифицированной помощи.

Надежность системы очень высока: терминалы снабжаются автономными источниками питания, и даже при обесточивании бортовой сети во время аварии они сохраняют работоспособность в течение минимум нескольких часов. Этого вполне хватает для определения координат, а также для связи с колл-центром.

SIM-карта, установленная в терминале, обеспечивает устойчивую связь с диспетчером везде, где есть покрытие мобильной сети. Для обеспечения надежной связи приборы комплектуются эффективными антеннами для сотовой связи и спутников ГЛОНАСС. Обычно при хорошем качестве сигнала данные передаются по GPRS (используется 3G модем), при проблемах со связью терминала может отправлять служебные SMS с основной информацией для экстренных служб.

И сам сеанс связи с диспетчером, и вызов помощи путем активации экстренного информирования спасательных служб полностью бесплатны.

Какие данные собирает ?

УВЭОС обязательны к установке для всех автомобилей, которые выпускаются в обращение на территорию РФ. Но если новые машины оснащаются терминалами, тревожными кнопками и датчиками на производстве, то при импорте техники владелец обязан за свой счет установить ЭРА-ГЛОНАСС, иначе эксплуатировать машину в РФ будет невозможно.

Один из аргументов против оборудования автомобиля ЭРА-ГЛОНАСС – возможное отслеживание перемещения техники по спутниковой сети (т.е. незаконная передача личных данных спецслужбам) или прослушка салона. На практике же в терминалах не реализована функция трекинга, потому без ведома владельца отследить движение машины нельзя.

По информации производителей, терминал собирает и передает только такие данные:

Координаты места аварии.
Скорость на момент аварии.
Тип срабатывания сигнала тревоги (датчик удара/переворота, принудительный вызов).
Данные о машине: номер, марку, тип двигателя (бензин/дизель).
Количество пристегнутых ремней безопасности.

Также службам спасения передается информация, полученная диспетчером при разговоре с водителем.

Сегодня ГЛОНАСС — это не просто навигатор, который позволит не потеряться на незнакомых дорогах. Возможности спутникового позиционирования куда шире, и воспользоваться ими может как рядовой автовладелец, так и руководитель коммерческого предприятия с обширным парком автомобилей.

Как работает система зарядки

Внутри генератора ротор с ременным приводом становится электромагнитом, когда на него подается ток. Когда ротор вращается, он генерирует более высокий ток в обмотках статора.

Автомобиль использует довольно много электричества для работы зажигание и другое электрооборудование.

Если власть пришла от обычного аккумулятор Скоро сбежит. Таким образом, автомобиль имеет аккумулятор аккумулятор и система зарядки, чтобы держать его доливым.

Аккумулятор имеет пары свинца тарелки погружают в смесь серной кислоты и дистиллированной воды.

Половина плит подключены к каждому Терминал , Электричество, подаваемое на батарею, вызывает химическую реакцию, которая откладывает дополнительный свинец на один набор пластин.

Когда батарея подает электричество, происходит прямо противоположное: лишний свинец растворяется с пластин в результате реакции, которая производит электричество ток ,

Аккумулятор заряжается от генератор на современных автомобилях или динамо на более ранних.Оба типа генератор и приводятся в движение ремнем из двигатель ,

генератор состоит из статор - стационарный комплект проводов катушка обмотки, внутри которых вращается ротор.

ротор электромагнит поставляется с небольшим количеством электроэнергии через углерод или медь-углерод щетки (контакты) касаясь двух вращающихся металлов кольца скольжения на его валу.

Вращение электромагнита внутри катушек статора генерирует гораздо больше электричества внутри этих катушек.

Электричество есть переменный ток - направление его потока меняется назад и вперед при каждом повороте ротора. Должно быть выпрямленный - превратился в односторонний поток, или постоянный ток ,

Динамо дает постоянный ток, но менее эффективно, особенно при низких двигатель Скорость и весит больше, чем генератор.

Сигнальная лампа на панель приборов светится, когда батарея не заряжается должным образом, например, когда двигатель останавливается.

Также может быть амперметр чтобы показать, сколько электроэнергии вырабатывается, или индикатор состояния батареи, показывающий состояние батареи обвинение ,

Как работает генератор

Как течет ток в генераторе

Перемещение магнита по замкнутому контуру провода приводит к протеканию электрического тока в проводе. Представьте себе петлю из проволоки с магнитом внутри.

Северный полюс магнита проходит верхушку петли как Южный полюс проходит дно. Оба прохода создают поток тока в одном направлении вокруг контура.

Полюса удаляются, и ток перестает течь, пока южный полюс не достигнет вершины, а северный полюс - дна.

Это снова делает поток тока, но в противоположном направлении.

Автомобильный генератор использует электромагнит для повышения мощности электрического тока.

Как работает динамо

Обмотки поля внутри тела являются электромагнитом динамо. Ток генерируется во вращающейся арматуре.

В динамо электромагниты являются стационарными, и называются поле катушки. Ток производится в арматура - другой набор катушек, намотанных на вал и вращающихся внутри полевых катушек.

Принцип тот же, что и у генератора, но ток идет на коммутатор - металлическое кольцо, разделенное на сегменты, которые соприкасаются угольными щетками, установленными в Подпружиненный гиды. Два сегмента касаются пары кистей и подают ток к ним.

Когда якорь поворачивается, ток меняет направление.Но к тому времени другая пара коммутационных сегментов попала под щетки, и эта пара была подключена наоборот - так что выходящий ток всегда течет в одном направлении.

Регулирование тока на аккумулятор

Ток от генератора выпрямляется в постоянный ток с помощью набора диоды которые позволяют току течь через них только в одном направлении.

Для зарядки аккумулятора напряжение, подаваемое на него, не должно быть слишком низким или слишком высоким.

Генератор переменного тока имеет транзисторное управляющее устройство, которое регулирует напряжение путем подачи более или менее тока - по мере необходимости - на электромагнит.

Выпрямитель и регулятор обычно находятся внутри корпуса генератора, но на некоторых генераторах они снаружи, смонтированы на корпусе генератора.

Динамо не нуждается в выпрямителе - есть регулятор напряжения в отдельной коробке, которая имеет реле ,

Одно реле контролирует уровень напряжения путем кратковременного отключения тока в полевых катушках.

Второе реле предотвращает перезарядку динамо и повреждение аккумулятора.

Как работает стартовая система

Предварительно включенный стартер

Шестерня перемещается соленоидом; Существует начальный период, в течение которого двигатель медленно вращается, чтобы обеспечить сцепление, поэтому вся операция более плавная и вызывает меньший износ зубьев.

Чтобы сделать двигатель начать его нужно повернуть на некоторой скорости, чтобы он сосал топливо и воздух в цилиндры и сжимает это.

Мощный электрический стартер двигатель делает поворот.Его вал несет небольшую шестерню ( шестерня колесо), который взаимодействует с большим зубчатым кольцом вокруг обода двигатель маховик ,

В схеме переднего двигателя стартер установлен низко около задней части двигателя.

Стартеру нужен тяжелый электрический ток , который он тянет через толстые провода от аккумулятор , Не обычный ручной переключатель может включить его: ему нужен большой переключатель для обработки большого тока.

Выключатель должен включаться и выключаться очень быстро, чтобы избежать опасного, искрящего повреждения.Так что соленоид используется - устройство, в котором небольшой переключатель включает электромагнит чтобы завершить схема ,

Схема стартера

Все компоненты заземлены на металлический корпус автомобиля. Для подачи тока на каждый компонент требуется только один провод.

Выключатель стартера обычно работает зажигание ключ. Поверните ключ за пределы положения «зажигание включено», чтобы подать ток на соленоид.

выключатель зажигания имеет возвратная пружина , так что как только вы отпустите ключ, он отскочит назад и выключит стартер.

Когда переключатель подает ток на соленоид, электромагнит притягивает железный стержень.

Движение стержня замыкает два тяжелых контакта, замыкая цепь из аккумулятор к стартеру.

Шток также имеет возвратную пружину - когда выключатель зажигания прекращает подачу тока на соленоид, контакты размыкаются и пусковой двигатель останавливается.

Возвратные пружины необходимы, потому что стартер не должен вращаться больше, чем должен, чтобы запустить двигатель.Частично причина в том, что стартер потребляет много электроэнергии, которая быстро разряжает аккумулятор.

Кроме того, если двигатель запускается и двигатель стартера остается включенным, двигатель будет вращать стартер так быстро, что он может быть сильно поврежден.

Сам стартер имеет устройство, называемое зубчатым колесом Bendix, которое зацепляет свою шестерню с зубчатым кольцом на маховике только тогда, когда стартер вращает двигатель. Он отключается, как только двигатель набирает обороты, и есть два пути, которыми он это делает - инертность система и предварительно задействованная система.

Инерционный стартер полагается на инерцию шестерни - то есть на его нежелание начать вращаться.

Инерционная система

Стартер инерционного типа: это «внутренний» тип, в котором механизм Bendix вращает шестерню в направлении двигателя; есть и «подвесные», в которых он движется в другую сторону.

Шестерня жестко не прикреплена к валу двигателя - она навинчивается на него, как свободно вращающаяся гайка на болте с очень крупной резьбой.

Представьте, что вы внезапно закручиваете болт: инерция гайки не дает ему сразу повернуться, и он смещается вдоль резьбы болта.

При вращении инерционного стартера шестерня перемещается вдоль резьбы вала двигателя и входит в зацепление с зубчатым венцом маховика.

Затем он достигает остановки в конце резьбы, начинает вращаться вместе с валом и, таким образом, вращает двигатель.

Инерция узла тяжелого поршня предотвращает его вращение сразу же, когда вал двигателя вращается, поэтому он скользит вдоль резьбы и входит в зацепление; когда двигатель запускается, шестерня поворачивается быстрее, чем ее вал, поэтому она выбрасывается из зацепления.

После запуска двигателя он вращает шестерню быстрее, чем собственный вал стартера. Вращающее действие привинчивает шестерню обратно к ее резьбе и выходит из зацепления.

Шестерня возвращается так сильно, что на валу должна быть сильная пружина, чтобы смягчить его воздействие.

Насильственное включение и отключение инерционного стартера может привести к сильному износу зубьев шестерни. Чтобы преодолеть эту проблему, был введен предварительно включенный стартер, который имеет соленоид, установленный на двигателе.

Автомобильная стартерная система - это еще не все. Помимо включения двигателя, соленоид также перемещает шестерню вдоль вала, чтобы включить ее.

Вал имеет прямой шлицы а не нить Бендикса, так что шестерня всегда вращается вместе с ней.

Шестерня приводится в контакт с зубчатым кольцом на маховике с помощью скользящей вилки. Вилка перемещается соленоидом, который имеет два набора контактов, которые замыкаются один за другим.

Первый контакт подает малый ток на двигатель, чтобы он вращался медленно - достаточно далеко, чтобы позволить зубьям шестерни зацепиться.Затем вторые контакты замыкаются, питая двигатель сильным током для вращения двигателя.

, 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 был 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 космическому сегменту Navstar GPS / пользовательским интерфейсам навигации 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 Блоками IIv с первыми двумя серийными спутниками ГЛОНАСС-М, включенными в триплетные запуски 10 декабря 2003 года и 26 декабря 2004 года. Два спутника ГЛОНАСС-М были включены в триплетный запуск декабря 25, 2005. Новый дизайн предлагает 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 Решетнева 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 частот 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 псевдослучайного шума (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 системе отсчета 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 другие станции слежения для мониторинга состояния созвездия ГЛОНАСС (см. РИСУНОК 4).

РИСУНОК 4. Глобальная сеть спутникового мониторинга здоровья ГЛОНАСС Роскосмоса с 22 станциями оповещения 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 импульсов 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 погрешность ГЛОНАСС-сигнала в пространстве 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-K1 включают в себя сигнал CDMA, сопровождающий устаревшие сигналы FDMA на новой частоте L3 1202,025 МГц. Частота дискретизации кода диапазона 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 большими 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 операционной 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 работает система глонасс на автомобиле

Что такое ГЛОНАСС, для чего используется, как работает на автомобиле

Что такое ГЛОНАСС и как работает система?