Просмотр кода страницы Спутниковая система навигации

[[Файл:GPS Satellite NASA art-iif.jpg|мини|200px|Спутник «Navstar-GPS».]]
'''Спу́тниковая систе́ма навига́ции''' (ГНСС, {{lang-en|Global Navigation Satellite System, GNSS}}) — система, предназначенная для определения местоположения ([[Географические координаты|географических координат]]) наземных, водных и воздушных объектов, а также низкоорбитальных [[Космический аппарат|космических аппаратов]]. Спутниковые системы навигации также позволяют получить скорость и направление движения [[Навигатор (устройство)|приёмника сигнала]]. Кроме того, могут использоваться для получения точного времени. Такие системы состоят из [[ИСЗ|космического]] оборудования и наземного сегмента (систем управления).

На 2020 год три спутниковые системы обеспечивают полное покрытие и бесперебойную работу для всего земного шара — [[GPS]], [[ГЛОНАСС]], «[[Бэйдоу]]»<ref name=sobytiya>{{статья|издание=[[Китай (журнал)|Китай]]|заглавие=Главные события «Бэйдоу»|автор=|год=2020|номер=9|страницы=26—27}}</ref>.

== Принцип работы ==
Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении [[Расстояние|расстояния]] от [[Антенна|антенны]] на объекте ([[Географические координаты|координаты]] которого необходимо получить) до [[Искусственный спутник Земли|спутников]], положение которых известно с большой [[точность]]ю. Таблица положений всех спутников называется ''альманахом'', которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала [[Измерение (физика)|измерений]]. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная [[Расстояние|расстояния]] до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на том, что скорость распространения [[Радиоволны|радиоволн]] предполагается известной (на самом деле этот вопрос крайне сложный, на скорость влияет множество слабопредсказуемых факторов, таких как характеристики ионосферного слоя и пр.). Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем [[атомные часы]]. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

== Основные элементы ==
Основные элементы спутниковой системы навигации:
* орбитальная группировка ([[Спутниковая группировка]]) [[Искусственный спутник Земли|спутников]], излучающих специальные [[радиосигнал]]ы;
* наземная система управления и контроля ([[наземный сегмент спутниковой системы навигации|наземный сегмент]]), включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об [[орбита]]х;
* аппаратура потребителя спутниковых навигационных систем («[[GPS-приёмник|спутниковые навигаторы]]»), используемая для определения координат;
* опционально: наземная система [[радиомаяк]]ов, позволяющая значительно повысить точность определения координат;<!-- « наземные станции являются составной частью того, что понимается под Спутниковая система навигации» -->{{ref label|ACT|1|1}}
* опционально: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат{{ref label|ACT|2|2}}.

''Примечания к списку'':
: {{note label|ACT|1|1}}Является наземным (неотъемлемым) сегментом для [[Системы дифференциальной коррекции]] (ССДК)
: {{note label|FRGN-SP|2|2}}С середины 2010-х, является неотъемлемой частью ГНСС.

== Обзор спутниковых систем навигации ==

=== Исторические системы ===
* [[Transit]] — первая в мире спутниковая навигационная система, США, 1960-е — 1996.
* [[Циклон (навигационная система)|Циклон]] — первая спутниковая система навигации в СССР<ref>Суворов Е. Ф. Летопись зарождения, развития и первых шагов реализации идеи отечественной спутниковой системы. М.: Кучково поле, 2014. — 232 с, ил. — ISBN 978-5-9950-0389-2.</ref>, 1976—2010.
* [[Цикада (система)|Цикада]] — низкоорбитальная «космическая навигационная система»* (КНС) — гражданский вариант морской спутниковой навигационной системы «Циклон», аналог Transit — 1976—2008 гг.
* [[Парус (космический аппарат)|Парус]] — низкоорбитальная КНС (именно с таким названием была принята на вооружение в 1976 г.) — серия российских (советских) навигационных спутников военного назначения.

=== Действующие и создаваемые спутниковые системы ===
{{обновить раздел|дата=2022-02-21}}
* [[GPS]]. Устройства, поддерживающие навигацию по GPS, являются самыми распространёнными в мире. Также известна под более ранним названием NAVSTAR.
* [[ГЛОНАСС]]. Разработка системы официально началась в 1976 г., полное развёртывание системы завершилось в 1995 г. После 1996 года спутниковая группировка сокращалась и к 2002 году пришла в упадок. Была восстановлена к концу 2011 г. В настоящее время на орбите находится 26 спутников, из которых 24 используется по назначению<ref>{{Cite web |url=https://www.glonass-iac.ru/GLONASS/ |title=Актуальный состав группировки КНС ГЛОНАСС |access-date=2016-01-27 |archive-date=2016-03-29 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160329023933/https://www.glonass-iac.ru/glonass |url-status=live}}</ref>. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.
* «[[Бэйдоу]]» — [[КНР|китайская]] глобальная спутниковая система навигации, основанная на [[Геостационарная орбита|геостационарных]], геосинхронных спутниках и спутниках со средними орбитами. Реализация программы началась в [[1994 год]]у. Первый спутник вышел на орбиту в 2000 году. По состоянию на 2015 год система имела 4 работающих спутников: 2 на геостационарных орбитах, 3 — на [[Геосинхронная орбита|геосинхронных]] и 4 — на средних околоземных. 23 июня 2020 года был запущен 15 спутник системы «Бэйдоу», тем самым было завершено создание глобальной спутниковой системы навигации. [[31 июля]] [[2020 год]]а председатель КНР [[Си Цзиньпин]] заявил о начале эксплуатации системы «Бэйдоу»<ref>{{статья|издание=[[Китай (журнал)|Китай]]|заглавие=Легенда по имени «Бэйдоу»|автор=Мо Цянь, Пэй Сяотун|год=2020|номер=9|страницы=24}}</ref>.
* [[DORIS (навигационная система)|DORIS]] — [[Франция|французская]] навигационная система. Принцип работы системы связан с применением [[Эффект Доплера|эффекта Доплера]]. В отличие от других спутниковых навигационных систем основана на системе стационарных наземных передатчиков, приёмники расположены на спутниках. После определения точного положения спутника система может установить точные координаты и высоту маяка на поверхности Земли. Первоначально предназначалась для наблюдения за океанами и дрейфом материков.
* [[Галилео (спутниковая система навигации)|Galileo]] — [[Европейский союз|европейская]] система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. По состоянию на ноябрь 2016 года на орбите находится 16 спутников, 9 действующих и 7 тестируемых. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году<ref>{{Cite web |url=https://www.glonass-iac.ru/content/news/?ELEMENT_ID=1426 |title=Роскосмос: РН «Союз-СТ-Б» с КА Galilio успешно стартовала с космодрома Куру. |lang=ru|access-date=2015-09-16 |archive-date=2016-02-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160203034934/https://www.glonass-iac.ru/content/news/?ELEMENT_ID=1426 |url-status=dead}}</ref>.

=== Создаваемые региональные спутниковые системы ===
* [[IRNSS]] — [[Индия|индийская]] навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в Индии. Первый спутник был запущен в [[2008 год]]у. Общее количество спутников системы IRNSS — 7.
* [[QZSS]] — [[Япония|японская]] квази-зенитная спутниковая система (Quasi-Zenith Satellite System, QZSS) была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. Первый QZSS-спутник был запущен в 2010 г. Предполагается создание группировки из трёх спутников, находящихся на [[Геосинхронная орбита|геосинхронных орбитах]], а также собственной [[системы дифференциальной коррекции]].

== Применение систем навигации ==
Координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях:
* [[Геодезия]]: с помощью систем навигации определяются точные координаты точек
* [[Навигация]]: с применением систем навигации осуществляется как морская, так и дорожная навигация
* [[Спутниковый мониторинг транспорта]]: с помощью систем навигации ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением
* [[Сотовая связь]]: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах (например, США) это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — [[Эра-ГЛОНАСС]].
* [[Тектоника]], [[тектоника плит]]: с помощью систем навигации ведутся наблюдения движений и колебаний плит
* [[Активный отдых]]: существуют различные игры, где применяются системы навигации, например, [[Геокэшинг]] и др.
* [[Геотегинг]]: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам

== Основные характеристики систем навигационных спутников ==
{{нет ссылок в разделе|дата=2019-10-07}}
{| class="wikitable"
!параметр, способ
!GPS NAVSTAR
!СРНС ГЛОНАСС
!TEN GALILEO
!BDS COMPASS
|-
|Начало разработки
|1973
|1976
|2001
|1983
|-
|Первый запуск
|22 февраля 1978
|12 октября 1982
|28 декабря 2005
|30 октября 2000
|-
|Число НС (резерв)
|24 (3)
|24 (3)
|27 (3)
|30 (5)
|-
|Число орбитальных плоскостей
|6
|3
|3
|3
|-
|Число НС в орбитальной плоскости (резерв)
|4
|8 (1)
|9 (1)
|9
|-
|Тип орбит
|Круговая
|Круговая (e=0±0,01)
|Круговая
|Круговая
|-
|Высота орбиты (расчётная), км
|20183
|19100
|23224
|21528
|-
|Наклонение орбиты, градусы
|~55 (63)
|64,8±0,3
|56
|~55
|-
|Номинальный период обращения по среднему солнечному времени
|~11 ч 58 мин
|11 ч 15 мин 44 ± 5 с
|14 ч 4 мин и 42 с
|12 ч 53 мин 24 с
|-
|Характеристики сигнала
|CDMA
|FDMA (CDMA планируется)
|CDMA
|CDMA
|-
|Способ разделения сигналов НС
|Кодовый
|Кодово-частотный (кодовый на испытаниях)
|Кодово-частотный
|нет данных
|-
|число частот
|2 + 1 планируется
|24 + 12 планируется
|5
|2 + 1 планируется
|-
|Несущие частоты радиосигналов, МГц
|L1=1575,42
L2=1227,60

L5=1176,45
|L1=1602,5625…1615,5 L2=1246,4375…1256,5
L3= 1207,2420…1201,7430 сигнал L5 на частоте 1176,45 МГц (планируется)
|E1=1575,42 (L1)
E6=1278,750

E5=L5+L3

E5=1191,795 E5A=1176,46 (L5) E5B=1207,14 E6=12787,75
|B1=1575,42 (L1)
B2=1191,79 (E5)
B3=1268,52
B1-2=1589,742

B1-2=1589,742
B1=1561,098
B2=1207,14
B3=1268,52

|-
|Период повторения дальномерного кода (или его сегмента)
|1 мс (С/А-код)
|1 мс
|нет данных
|нет данных
|-
|Тип дальномерного кода
|[[Коды Голда|Код Голда]] (С/А-код 1023 зн.)
|М-последовательность (СТ-код 511 зн.)
|М-последовательность
|нет данных
|-
|Тактовая частота дальномерного кода, МГц
|1,023 (С/А-код) 10,23 (P,Y-код)
|0,511
|Е1=1,023 E5=10,23 E6=5,115
|нет данных
|-
|Скорость передачи цифровой информации(соответственно СИ- и D-код)
|50 зн/с (50 Гц)
|50 зн/с (50 Гц)
|25, 50, 125, 500, 100 Гц
|50/100 25/50
500
|-
|Длительность суперкадра, мин
|12,5
|2,5
|5
|нет данных
|-
|Число кадров в суперкадре
|25
|5
|нет данных
|нет данных
|-
|Число строк в кадре
|5
|15
|нет данных
|нет данных
|-
|Система отсчета времени
|UTC (USNO)
|UTC (SU)
|UTC (GST)
|UTC (BDT)
|-
|Система отсчета координат
|WGS-84
|ПЗ-90/ПЗ-90.02/ПЗ-90.11
|ETRF-00
|CGCS −2000
|-
|Тип эфемирид
|Модифицированные кеплеровы элементы
|Геоцентрические координаты и их производные
|Модифицированные кеплеровы элементы
|нет данных
|-
|Сектор излучения от направления на центр земли
|L1=±21 в 0 L2=±23,5 в 0
| ±19 в 0
|нет данных
|нет данных
|-
|Сектор Земли
|±13,5 в 0
|±14,1 в 0
|нет данных
|нет данных
|-
|Система дифференциальной коррекции
|WAAS
|СДКМ
|EGNOS
|SNAS
|-
|Высокоорбитальный геосинхронный сегмент
|нет
|ведутся НИР
|ведутся НИР
|3 НС
|-
|Геостационарный сегмент
|нет
|ведутся НИР
|ведутся НИР
|5 НС
|-
|Точность
|5 м (без [[DGPS]])
|4,5 м — 7,4 м (без [[DGPS]])
|1 м (открытый сигнал), 0,01 м (закрытый)
|10 м (открытый сигнал), 0,1 м (закрытый)
|}

== Дифференциальное измерение ==
{{главная|Системы дифференциальной коррекции}}
Отдельные модели [[Навигатор (устройство)|спутниковых приёмников]] позволяют производить т. н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью ([[сантиметр]]ы). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет погрешность, равную 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются.

Кроме того, есть несколько систем, которые посылают потребителю уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до 10 сантиметров. Дифференциальная поправка пересылается либо с геостационарных спутников, либо с наземных [[Базовая станция|базовых станций]], может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.

На 2009 год имелись следующие бесплатные системы предоставления поправок: американская система [[Wide Area Augmentation System|WAAS]] (GPS), европейская система [[EGNOS]] (Galileo), японская система [[MSAS]] (QZSS)<ref name=unosa10>[http://www.unoosa.org/pdf/publications/icg_ebook.pdf Current and Planned Global and Regional Navigation Satellite Systems and Satellite-based Augmentations Systems] {{Wayback|url=http://www.unoosa.org/pdf/publications/icg_ebook.pdf |date=20160222062410 }} / unoosa 2010</ref>. Они основаны на нескольких передающих поправки геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).

Создание системы коррекции для ГЛОНАСС под названием [[СДКМ]] завершено к 2016.

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{публикация|книга|автор=Серапинас Б.Б.|заглавие=Глобальные системы позиционирования|место=М.|издательство=ИКФ "Каталог"|год=2002|ref=Серапинас|страниц=106}}
* {{публикация|книга|автор=Антонович К. М.|заглавие=Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии|ссылка=http://lib.ssga.ru/fulltext/Учебные%20пособия_метод.%20указания_PDF/2005/Антонович%20К.М.%20Использование%20спутниковых%20радионавигационных%20систем%20в%20геодезии.%202005.pdf|год=2005|подзаголовок=монография|место=М.|издательство=Картгеоцентр|том=1|томов=2}}
* {{публикация|книга|автор=Антонович К. М.|заглавие=Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии|ссылка=http://lib.ssga.ru/fulltext/2006/Антонович%20К.М.%20Использование%20спутниковых%20радионавигационных%20систем%20в%20геодезии.%202006.pdf|год=2006|подзаголовок=монография|место=М.|издательство=Картгеоцентр|том=2|томов=2}}
* {{публикация|книга|автор=Генике А.А., Побединский Г.Г.|заглавие=Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии|место=М.|издательство=Картгеоцентр|год=2004|isbn=5-86066-063-4|издание=2-е изд., перераб. и доп|страниц=355}}

== Ссылки ==
* [http://glonass-forum.ru Международный форум по спутниковой навигации] Мероприятие, посвящённое вопросам спутниковой навигации
* [https://www.youtube.com/watch?v=o_udfcoflng Как работают навигационные системы GPS и ГЛОНАСС] (видео)

{{Нет ссылок|дата=2011-05-14}}

{{Системы навигации}}

[[Категория:Спутниковые навигационные системы|*]]