Статьи

Система навигации ГЛОНАСС

Картография
Без спутниковых технологий уже невозможно представить современную жизнь. С помощью спутниковых систем можно не только построить маршрут путешествия и следовать ему, воспользовавшись приложением в смартфоне, но и рассчитать координаты геодезического пункта с точностью всего несколько миллиметров с помощью специального геодезического оборудования. 
Основные спутниковые системы: 
  1. GPS (США)
  2. ГЛОНАСС (Россия)
  3. Galileo (Евросоюз)
  4. Beidou (КНР)
  5. QZSS (Япония) 
  6. NAVIC (Индия)
Более подробно разберем одну из систем, а именно ГЛОНАСС. 

История создания и развития

Разработка ГЛОНАСС началась еще в 1976 году. Данная система продолжила развитие отечественной системы навигации, которое начала программа «Циклон» в 1967.  В конце этого же года был произведен запуск первого навигационного отечественного спутника «Космос-192».
Вывод первого искусственного спутника ГЛОНАСС под названием «Ураган» произошел в октябре 1982 года. С ним на орбиту было запущено два макета, их применение было обусловлено недостаточной готовностью электронной составляющей спутников. К 1991 в состав системы на двух орбитальных плоскостях входило уже 12 работающих космических аппаратов (далее КА). В 1993 году ГЛОНАСС официально приняли в эксплуатацию.
К сожалению, позднее ОГ ГЛОНАСС, как и система в целом, в связи с экономическими проблемами в 1990-е годы достаточно быстро деградировала. К 2002 году ОГ системы ГЛОНАСС насчитывала только 7 КА, что не могло обеспечить территорию России навигационными сигналами системы ГЛОНАСС хотя бы с умеренной доступностью. Точностные характеристики уступали более чем на порядок системе GPS, а срок активного существования КА составлял 3—4 года.
Ситуацию с деградацией системы ГЛОНАСС удалось переломить за счет разработки и открытия в 2002 году федеральной целевой программы, в ходе реализации которой были достигнуты следующие основные цели:
  1. Система ГЛОНАСС сохранена, прошла этап модернизации и развернута до штатного состава в который входят КА «Глонасс-М». В настоящее время штатно функционируют 4 глобальные навигационные системы: GPS, ГЛОНАСС, Beidou и Galileo.
  2. Проведена модернизация наземного комплекса управления, который обеспечивает управление ОГ и в совокупности с КА ОГ обеспечивает точностные характеристики системы на уровне, сопоставимом с системой GPS.
  3. Проведены существенные модернизации средств государственного эталона времени и частоты и средств определения параметров вращения Земли.
  4. Созданы опытные образцы функциональных дополнений глобальных навигационных систем, разработано большое количество образцов базовых приемоизмерительных модулей, навигационно-временной аппаратуры и систем на их основе.
В настоящее время существует широкий спектр задач навигационного и координатно-временного обеспечения, условий и областей применения спутниковых навигационных технологий, требующих дальнейшего совершенствования системы ГЛОНАСС, включая навигационную аппаратуру потребителей. В первую очередь это относится к высокоточным применениям системы ГЛОНАСС, для реализации которых необходимо обеспечение дециметрового и сантиметрового уровней точности в реальном масштабе времени, а также к применениям, связанным с обеспечением безопасности при эксплуатации авиационного, морского и наземного транспорта. Требуется повышение оперативности навигационных решений и устойчивости системы ГЛОНАСС к воздействию помех. Существует значительное количество применений, где предъявляются требования обеспечения миниатюризации и высокой чувствительности навигационной приемной аппаратуры.

Структура системы

Система ГЛОНАСС в расширенной конфигурации включает в себя следующие составные части:
  • Космический комплекс системы ГЛОНАСС, состоящий из ОГ (орибитальная группировка), средств выведения, наземного комплекса управления;
  • ФД (функциональные дополнения), включая широкозонную систему ФД ГНСС – СДКМ (система дифференциальных коррекций и мониторинга), а также региональные и локальные системы мониторинга и дифференциальной навигации;
  • Система высокоточной апостериорной ЭВИ (эфемеридно-временной информации);
  • Средства фундаментального обеспечения ГЛОНАСС – системы оперативного определения параметров вращения и ориентации Земли, системы формирования государственной шкалы всемирного скоординированного времени, геодезической основы РФ;
  • навигационная аппаратура потребителей


Спутниковая группировка

Штатная ОГ ГЛОНАСС состоит из 24 спутников, находящихся на средневысотных околокруговых орбитах с номинальными значениями высоты – 19 100 км, наклонения – 64,8° и периода – 11 ч 15 мин 44 с. Значение периода позволило создать устойчивую орбитальную систему, не требующую, в отличие от орбит GPS, для своего поддержания корректирующих импульсов практически в течение всего срока активного существования. Номинальное наклонение обеспечивает 100%-ную доступность навигации на территории Российской Федерации даже при условии выхода из ОГ нескольких КА.



Система координат

Передаваемые каждым КА системы ГЛОНАСС в составе оперативной информации эфемериды описывают положение фазового центра передающей антенны данного КА в связанной с Землей геоцентрической системе координат ПЗ—90, определяемой следующим образом:
  • начало координат расположено в центре масс Земли;
  • ось Z направлена в Условный полюс Земли, как определено в рекомендации Международной службы вращения Земли (IERS);
  • ось X направлена по линии пересечения плоскости экватора Земли и начального меридиана, установленного Международным бюро времени (BIH);
  • ось Y дополняет геоцентрическую прямоугольную систему координат до правой.

Система времени

В качестве шкалы системного времени системы ГЛОНАСС принята условная непрерывная шкала времени, формируемая на основе шкалы времени Центрального синхронизатора системы. Центральный синхронизатор оснащен водородными стандартами частоты.
Опорной шкалой времени для системы ГЛОНАСС является национальная координированная шкала времени России UTC(SU). Расхождение между шкалой системного времени ГЛОНАСС и UTC(SU) не должна превышать 1 мс.
Шкала системного времени ГЛОНАСС корректируется одновременно с плановой коррекцией на целое число секунд шкалы координированного всемирного времени UTC.

Наземный комплекс управления

НКУ системы ГЛОНАСС включает в себя:
  • центр управления системой (ЦУС ГЛОНАСС);
  • контрольные станции (КС);
  • центральный синхронизатор (ЦС).

Источник: https://www.glonass-iac.ru/