Die Idee, den Ort von Objekten mit künstlichen Erdsatelliten zu bestimmen, kam den Amerikanern bereits in den 1950er Jahren. Der sowjetische Satellit drängte die Wissenschaftler jedoch.

Der amerikanische Physiker Richard Kershner erkannte, dass man die Geschwindigkeit des sowjetischen Raumfahrzeugs herausfinden kann, wenn man die Koordinaten am Boden kennt. Dies war der Beginn der Einführung des Programms, das später als GPS (Global Positioning System) bekannt wurde. 1974 wurde der erste amerikanische Satellit in die Umlaufbahn gebracht. Ursprünglich war dieses Projekt für die Militärabteilungen bestimmt.

So funktioniert Geolokalisierung

Betrachten Sie die Funktionen der Geopositionierung am Beispiel eines herkömmlichen Trackers. Bis zum Zeitpunkt der Aktivierung befindet sich das Gerät im Standby-Modus, das GPS-GLONASS-Modul ist ausgeschaltet. Diese Option wird bereitgestellt, um Batterieleistung zu sparen und den Zeitraum zu verlängern Batterielebensdauer Geräte.

Während der Aktivierung werden drei Prozesse gleichzeitig gestartet:

• Der GPS-Empfänger beginnt mit der Analyse der Koordinaten gemäß dem eingebauten Programm. Wenn zu diesem Zeitpunkt drei Satelliten erkannt werden, gilt das System als nicht verfügbar. Das gleiche passiert mit GLONASS;
• Wenn der Tracker (z. B. Navigator) die Module zweier Systeme unterstützt, analysiert das Gerät die von beiden Satelliten empfangenen Informationen. Dann liest er die Informationen, die er für zuverlässig hält;
• wenn zum richtigen Zeitpunkt die Signale beider Systeme nicht verfügbar sind, wird GSM eingeschaltet. Die auf diese Weise gewonnenen Daten sind jedoch ungenau.

Wenn Sie also die Frage stellen, was Sie wählen sollen - GPS oder GLONASS, wählen Sie Geräte, die zwei Satellitensysteme unterstützen. Die Mängel der Arbeit eines von ihnen werden sich mit dem anderen überschneiden. Somit stehen dem Empfänger Signale von 18-20 Satelliten gleichzeitig zur Verfügung. Dies gewährleistet einen guten Pegel und Stabilität des Signals und minimiert Fehler.

Kosten für den GPS- und GLONASS-Überwachungsdienst

Mehrere Faktoren beeinflussen die Endkosten der Ausrüstung:

• Herstellungsland;
• welche Navigationssysteme verwendet werden;
• Materialqualität und Zusatzfunktionen;
• Software-Wartung.

Die preisgünstigste Option ist in China hergestellte Ausrüstung. Der Preis beginnt bei 1000 Rubel. Qualitativ hochwertiger Service ist jedoch nicht zu erwarten. Für dieses Geld erhält der Besitzer eine eingeschränkte Funktionalität und eine kurze Lebensdauer.

Das nächste Segment der Ausrüstung sind europäische Hersteller. Der Betrag beginnt bei 5000 Rubel, dafür erhält der Käufer einen Stall Software und erweiterte Funktionen.

Russische Hersteller bieten recht kostengünstige Geräte für angemessenes Geld an. Die Preise für inländische Tracker beginnen bei 2500 Rubel.

Separater Aufwandsposten Abonnementgebühr und Zahlung für Zusatzleistungen. Monatliche Gebühr für inländische Unternehmen - 400 Rubel. Europäische Hersteller eröffnen zusätzliche Optionen für eine zusätzliche „Münze“.

Sie müssen für die Installation der Ausrüstung bezahlen. Im Durchschnitt kostet die Installation in einem Servicecenter 1.500 Rubel.

Vor- und Nachteile von GLONASS und GPS

Betrachten Sie nun die Vor- und Nachteile der einzelnen Systeme.

Auf der Südhalbkugel tauchen kaum GPS-Satelliten auf, während GLONASS ein Signal nach Moskau, Schweden und Norwegen sendet. Die Klarheit des Signals ist im amerikanischen System aufgrund von 27 aktiven Satelliten höher. Der Fehlerunterschied "spielt in die Hände" von US-Satelliten. Zum Vergleich: Die Ungenauigkeit von GLONASS beträgt 2,8 m, die von GPS 1,8 m. Dies ist jedoch ein Durchschnittswert. Die Reinheit der Berechnungen hängt von der Position der Satelliten im Orbit ab. Teilweise werden die Geräte so aneinandergereiht, dass der Grad der Fehleinschätzung zunimmt. Diese Situation tritt in beiden Systemen auf.

Zusammenfassung

Was also gewinnt im Vergleich zwischen GPS und GLONASS? Zivilen Nutzern ist es streng genommen egal, welche Satelliten ihre Navigationstechnik nutzt. Beide Systeme sind kostenlos und in offener Zugang. Eine sinnvolle Lösung für Entwickler wird die gegenseitige Integration von Systemen sein. In diesem Fall befindet sich die erforderliche Anzahl von Geräten auch bei widrigen Wetterbedingungen und Störungen durch Hochhäuser im „Sichtfeld“ des Trackers.

GPS und GLONASS. Ähnliche Videos

Lange Zeit war das in den USA entwickelte globale Geopositionierungssystem GPS das einzige, das normalen Benutzern zur Verfügung stand. Aber selbst unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Genauigkeit ziviler Instrumente anfangs geringer war als die ihrer militärischen Gegenstücke, reichte dies sowohl für die Navigation als auch für die Verfolgung der Koordinaten von Autos.

Aber auch in der Sowjetunion wurde ein eigenes Koordinatensystem entwickelt, das heute als GLONASS bekannt ist. Trotz des ähnlichen Funktionsprinzips (Berechnung von Zeitintervallen zwischen Signalen von Satelliten wird verwendet) weist GLONASS sowohl aufgrund der Entwicklungsbedingungen als auch der praktischen Umsetzung gravierende praktische Unterschiede zu GPS auf.

• GLONASS ist in nördlichen Regionen genauer. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass sich bedeutende militärische Gruppierungen der UdSSR und später Russlands genau im Norden des Landes befanden. Daher wurde die Mechanik von GLONASS unter Berücksichtigung der Genauigkeit unter solchen Bedingungen berechnet.
• Für unterbrechungsfreien Betrieb des GLONASS-Systemskeine Korrekturstationen erforderlich. Um die Genauigkeit von GPS zu gewährleisten, dessen Satelliten relativ zur Erde stationär sind, wird eine Kette von geostationären Stationen benötigt, um die unvermeidlichen Abweichungen zu verfolgen. GLONASS-Satelliten wiederum sind relativ zur Erde beweglich, sodass das Problem der Koordinatenkorrektur von vornherein entfällt.

Für den zivilen Gebrauch macht sich dieser Unterschied bemerkbar. In Schweden beispielsweise wurde vor 10 Jahren GLONASS aktiv genutzt, trotz der großen Anzahl bereits vorhandener Geräte für GPS. Ein großer Teil des Territoriums dieses Landes liegt in den Breiten des russischen Nordens, und die Vorteile von GLONASS unter solchen Bedingungen liegen auf der Hand: Je geringer die Neigung des Satelliten zum Horizont ist, desto genauer können die Koordinaten und die Geschwindigkeit berechnet werden der Bewegung mit gleicher Genauigkeit beim Schätzen der Zeitintervalle zwischen ihren Signalen (gegeben durch die Navigatorausrüstung).

Was ist also besser?

Es reicht aus, den modernen Markt der Telematiksysteme zu bewerten, um die richtige Antwort auf diese Frage zu erhalten. Durch die gleichzeitige Verwendung einer Verbindung zu GPS- und GLONASS-Satelliten in einem Navigations- oder Sicherheitssystem können Sie drei Hauptvorteile erzielen.

• Hohe Genauigkeit. Das System, das die aktuellen Daten analysiert, kann die korrektesten der verfügbaren auswählen. Beispielsweise bietet GPS auf dem Breitengrad von Moskau jetzt maximale Genauigkeit, während GLONASS in Murmansk in diesem Parameter führend werden wird.
• Maximale Zuverlässigkeit. Beide Systeme arbeiten auf unterschiedlichen Kanälen, daher behält das System die Fähigkeit zur Geopositionierung über das GLONASS-Netzwerk, wenn es mit absichtlicher Störung oder äußeren Störungen der Luft im GPS-Band konfrontiert wird (wie dies häufiger der Fall ist).
• Unabhängigkeit. Da sowohl GPS als auch GLONASS ursprünglich militärische Systeme sind, kann es vorkommen, dass dem Benutzer der Zugriff auf eines der Netzwerke entzogen wird. Dazu reicht es für den Entwickler aus, Softwareeinschränkungen in die Implementierung des Kommunikationsprotokolls einzuführen. Für den russischen Verbraucher wird GLONASS zu einem gewissen Grad zu einer Backup-Methode für den Fall, dass GPS nicht verfügbar ist.

Deshalb verwenden die von uns angebotenen "Caesar Satellite"-Systeme in allen Modifikationen eine präzise doppelte Geopositionierung, ergänzt durch Tracking-Koordinaten durch Basisstationen zellulare Kommunikation.

Wie wirklich zuverlässige Geolokalisierung funktioniert

Betrachten Sie den Betrieb eines zuverlässigen GPS / GLONASS-Ortungssystems am Beispiel von Cesar Tracker A.

Das System befindet sich im Schlafmodus und überträgt keine Daten Mobilfunk und Ausschalten von GPS- und GLONASS-Empfängern. Dies ist notwendig, um die Lebensdauer der eingebauten Batterie so lange wie möglich zu verlängern bzw. um die größtmögliche Autonomie des Systems zu gewährleisten, das Ihr Auto schützt. In den meisten Fällen hält die Batterie 2 Jahre. Wenn Sie den Standort Ihres Autos herausfinden müssen, zum Beispiel im Falle eines Diebstahls, müssen Sie sich an das Sicherheitszentrum von Caesar Satellite wenden. Unsere Mitarbeiter versetzen das System in einen aktiven Zustand und erhalten Daten zum Standort des Autos.

Beim Übergang in den aktiven Modus laufen gleichzeitig drei unabhängige Prozesse ab:

• Der GPS-Empfänger wird ausgelöst und analysiert die Koordinaten gemäß seinem Geopositionierungsprogramm. Wenn innerhalb eines bestimmten Zeitraums weniger als drei Satelliten erkannt werden, gilt das System als nicht verfügbar. Ebenso werden die Koordinaten durch den GLONASS-Kanal bestimmt.
• Der Tracker vergleicht die Daten beider Systeme. Wenn in jedem eine ausreichende Anzahl von Satelliten gefunden wurde, wählt der Tracker die Daten aus, die er für zuverlässiger und genauer hält. Dies gilt insbesondere bei aktiven elektronischen Gegenmaßnahmen – Stören oder Ersetzen des GPS-Signals.
• Das GSM-Modul verarbeitet Geolokalisierungsdaten von LBS (Cellular Base Stations). Diese Methode gilt als die am wenigsten genaue und wird nur verwendet, wenn sowohl GPS als auch GLONASS nicht verfügbar sind.

Somit hat ein modernes Ortungssystem eine dreifache Zuverlässigkeit, indem es drei Geopositionierungssysteme separat anwendet. Aber natürlich ist es die Unterstützung von GPS / GLONASS im Design des Trackers, die maximale Genauigkeit bietet.

Anwendung in Überwachungssystemen

Im Gegensatz zu Baken-Lesezeichen überwachen Überwachungssysteme in Nutzfahrzeugen ständig den Standort des Fahrzeugs und seine aktuelle Geschwindigkeit. Mit dieser Anwendung kommen die Vorteile der dualen GPS/GLONASS-Ortung noch besser zur Geltung. Die Duplizierung von Systemen ermöglicht:

• Unterstützung der Überwachung bei kurzfristigen Problemen mit dem Signalempfang von GPS oder GLONASS;
• unabhängig von der Flugrichtung eine hohe Genauigkeit beibehalten. Mit einem System wie CS Logistic GLONASS PRO können Sie Flüge von Tschukotka nach Rostow am Don sicher durchführen und dabei die volle Kontrolle über den Transport auf der gesamten Strecke behalten;
• Nutzfahrzeuge vor Öffnung und Diebstahl schützen. Server "Caesar Satellite" erhalten in Echtzeit Informationen über die Uhrzeit und den genauen Standort des Autos;
• wirksam gegen Entführer. Das System speichert interner Speicher die maximal mögliche Datenmenge, auch wenn der Kommunikationskanal mit dem Server nicht verfügbar ist. Die Übertragung von Informationen beginnt bei der geringsten Unterbrechung der Funkstörung.

Wenn Sie sich für ein GPS/GLONASS-System entscheiden, bieten Sie sich die besten Service- und Sicherheitsfunktionen im Vergleich zu Systemen, die nur eine der Geopositionierungsmethoden verwenden.

Viele Autobesitzer verwenden Navigationsgeräte in ihren Autos. Einige von ihnen wissen jedoch nicht, dass es zwei verschiedene Satellitensysteme gibt - das russische GLONASS und das amerikanische GPS. In diesem Artikel erfahren Sie, was ihre Unterschiede sind und welche bevorzugt werden sollten.

So funktioniert das Navigationssystem

Das Navigationssystem wird hauptsächlich verwendet, um den Standort eines Objekts (in diesem Fall ein Auto) und seine Geschwindigkeit zu bestimmen. Manchmal ist es auch erforderlich, einige andere Parameter zu bestimmen, beispielsweise die Höhe über dem Meeresspiegel.

Sie berechnet diese Parameter, indem sie die Entfernung zwischen dem Navigator selbst und jedem von mehreren Satelliten in der Erdumlaufbahn festlegt. Für den effektiven Betrieb des Systems ist in der Regel eine Synchronisation mit vier Satelliten erforderlich. Durch die Änderung dieser Abstände bestimmt es die Koordinaten des Objekts und andere Eigenschaften der Bewegung. GLONASS-Satelliten sind nicht mit der Erdrotation synchronisiert, was ihre Stabilität über einen langen Zeitraum gewährleistet.

Video: GlonaSS vs. GPS

Was ist besser GLONASS oder GPS und was ist ihr Unterschied?

Navigationssysteme wurden in erster Linie für militärische Zwecke eingesetzt und erst dann für den einfachen Bürger verfügbar. Offensichtlich muss das Militär die Entwicklungen des eigenen Staates nutzen, denn ein fremdes Navigationssystem kann im Konfliktfall von den Behörden dieses Landes abgeschaltet werden. Darüber hinaus fordern sie in Russland die Nutzung des GLONASS-Systems im Alltag von Militärs und Beamten.

Im Alltag sollte sich ein normaler Autofahrer überhaupt keine Gedanken über die Wahl eines Navigationssystems machen. Sowohl GLONASS als auch bieten eine alltagstaugliche Navigationsqualität. In den nördlichen Gebieten Russlands und anderen Staaten in nördlichen Breiten arbeiten GLONASS-Satelliten effizienter, da ihre Flugbahnen höher über der Erde liegen. Das heißt, in der Arktis, in den skandinavischen Ländern, ist GLONASS effizienter, und die Schweden haben dies bereits 2011 erkannt. In anderen Regionen ist GPS bei der Standortbestimmung etwas genauer als GLONASS. Nach dem russischen System der differentiellen Korrektur und Überwachung lagen GPS-Fehler zwischen 2 und 8 Metern, GLONASS-Fehler zwischen 4 und 8 Metern. Aber GPS, um den Standort zu bestimmen, müssen Sie 6 bis 11 Satelliten erfassen, GLONASS reicht für 6-7 Satelliten.

Es sollte auch beachtet werden, dass das GPS-System 8 Jahre früher auftauchte und in den 90er Jahren in eine solide Lücke ging. Und in den letzten zehn Jahren hat GLONASS diese Lücke fast vollständig verringert, und bis 2020 versprechen die Entwickler, dass GLONASS GPS in nichts nachstehen wird.

Die meisten modernen sind mit einem kombinierten System ausgestattet, das sowohl das russische als auch das amerikanische Satellitensystem unterstützt. Diese Geräte sind am genauesten und haben den geringsten Fehler bei der Bestimmung der Koordinaten des Autos. Auch die Stabilität der empfangenen Signale steigt, da ein solches Gerät mehr Satelliten „sehen“ kann. Andererseits sind die Preise für solche Navigatoren viel höher als für Einzelsystem-Pendants. Es ist verständlich - in sie sind zwei Chips eingebaut, die Signale von jedem Satellitentyp empfangen können.

Video: Test von GPS- und GPS + GLONASS-Empfängern Redpower CarPad3

Daher sind die genauesten und zuverlässigsten Navigatoren Geräte mit zwei Systemen. Ihre Vorteile sind jedoch mit einem erheblichen Nachteil verbunden - den Kosten. Daher müssen Sie bei der Auswahl überlegen, ob im täglichen Gebrauch eine so hohe Genauigkeit erforderlich ist. Außerdem ist es für einen einfachen Autoenthusiasten nicht sehr wichtig, welches Navigationssystem er verwenden soll - russisch oder amerikanisch. Weder GPS noch GLONASS lassen Sie sich verlaufen und bringen Sie an Ihr gewünschtes Ziel.

Es ist immer noch kaum zu glauben, dass es in unserem Zeitalter des "wilden" Handels eine absolut kostenlose (bei Verfügbarkeit technischer Mittel) Möglichkeit gibt, Ihren Standort überall auf der Welt zu bestimmen. Dies ist eine der größten Erfindungen des 20. Jahrhunderts! Dieses Multimilliarden-Dollar-System (heute gibt es mehrere davon) wurde hauptsächlich im Interesse der Verteidigung (und der Wissenschaft) konzipiert, aber es verging nur sehr wenig Zeit und fast jeder Mensch begann, es jeden Tag zu benutzen. Unter dem GPS-Navigator verstehen wir einen speziellen Funkempfänger zur Bestimmung der geografischen Koordinaten des aktuellen Standorts (Ortung).

Angeregt wurde ich zu diesem Beitrag durch den Satz eines bekannten Touristen in engen Kreisen herum Garmin-Navigator Etrex 30x.
Hier ein Zitat aus seinem Artikel: "Satellitensystem: GPS / GPS + Glonass / Demo-Modus. Deutet nicht darauf hin, dass nur Glonass nicht eingeschaltet werden kann? Also ist es nicht da. Die Anleitung sagt nichts darüber aus. Garmin kann man zum Lachen in die Hand nehmen . und öffnen Sie in einem anderen Smartphone mit GLONASS den Satellitenanzeigebildschirm und versuchen Sie, ähnliche zu finden. Dies ist nur eine Emulation, also ist es nicht wichtig, ob Sie GPS oder GPS + GLONASS verwenden."
Wie gefällt Ihnen diese Aussage? Nur nicht werfen Hausschuhe sofort überprüfen. Da hier die Begriffe „GPS“, „GLONASS“ und „Garmin“ auftauchen, müssen wir das Thema vollständig abdecken.

1 - GPS
Das erste globale Positionierungssystem war das amerikanische NAVSTAR-System, das auf das Jahr 1973 zurückgeht. Bereits 1978 wurde der erste Satellit gestartet, was als Beginn der Ära des Global Positioning System (GPS) gelten kann, und 1993 bestand die Orbitalkonstellation aus 24 Raumfahrzeugen (SC), aber erst im Jahr 2000 (nach der Deaktivierung des selektiver Zugriffsmodus) wurde der reguläre Betrieb für zivile Nutzer aufgenommen.
Die NAVSTAR-Satelliten befinden sich in einer Höhe von 20.200 km mit einer Neigung von 55° (in sechs Ebenen) und einer Umlaufzeit von 11 Stunden und 58 Minuten. GPS verwendet das World Geodetic System (WGS-84) von 1984, das weltweit zum Standard für Koordinatensysteme geworden ist. ALLE Navigatoren lokalisieren (zeigen Koordinaten) standardmäßig in diesem System.

Die Konstellation besteht derzeit aus 32 Satelliten. Der früheste im System ist der 22. November 1993, der späteste (neueste) ist der 9. Dezember 2015.


()

2 - GLONASS
Das heimische Navigationssystem begann 1979 mit dem Cicada-System, das aus vier Satelliten bestand. Das GLONASS-System wurde 1993 in den Probebetrieb genommen. 1995 wurde eine vollständige orbitale Konstellation (24 Glonass-Satelliten der ersten Generation) eingesetzt und der reguläre Betrieb des Systems aufgenommen. Seit 2004 werden neue Satelliten "Glonass-M" gestartet, die zwei zivile Signale auf den Frequenzen L1 und L2 aussenden.
Die GLONASS-Satelliten befinden sich in einer Höhe von 19.400 km mit einer Neigung von 64,8° (in drei Ebenen) und einer Periode von 11 Stunden und 15 Minuten.

Die Konstellation besteht derzeit aus 24 Satelliten. Der früheste im System ist der 3. April 2007, der späteste (neueste) der 16. Oktober 2017.


()

Tabelle mit Nummern von GLONASS-Satelliten. Es gibt eine GLONASS-Nummer und eine COSMOS-Nummer. Unsere Smartphones haben ganz andere Satellitennummern. Ab 1 ist dies GPS, ab 68 - GLONASS.
Darüber hinaus sind sie im Navigator und Smartphone sogar unterschiedlich.

Schauen wir uns nun das Programm „Orbitron“ an. Am Nachmittag des 4. April "flogen" 10 Satelliten des GLONASS-Systems am Himmel in Ischewsk.

Oder in einer anderen Ansicht - auf der Karte. Es gibt alle Daten zu jedem Satelliten.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden Systemen ist das Signal und seine Struktur.
Das GPS-System verwendet eine Codeteilung. Ein Signal mit einem Standardpräzisionscode (C/A-Code), das im L1-Band (1575,42 MHz) übertragen wird. Signale werden mit zwei Arten von Pseudozufallsfolgen moduliert: C/A-Code und P-Code. C/A - öffentlicher Code - ist ein PRN mit einer Wiederholungsperiode von 1023 Zyklen und einer Impulsrate von 1,023 MHz.
Im GLONASS-System Frequenzteilung von Kanälen. Alle Satelliten verwenden dieselbe Pseudozufallscodesequenz, um offene Signale zu übertragen, jedoch sendet jeder Satellit auf einer anderen Frequenz unter Verwendung einer 15-Kanal-Frequenztrennung. Navigationsfunksignale mit Frequenzteilung in zwei Bänder: L1 (1,6 GHz) und L2 (1,25 GHz).
Auch die Struktur des Signals ist unterschiedlich. Zur Beschreibung der Bewegung von Satelliten im Orbit werden grundlegend unterschiedliche mathematische Modelle verwendet. Für GPS ist dies ein Modell in schmiegenden Elementen. Dieses Modell impliziert, dass die Trajektorie des Satelliten in Abschnitte unterteilt wird, in denen die Bewegungen durch das Keplersche Modell beschrieben werden, dessen Parameter sich im Laufe der Zeit ändern. Das GLONASS-System verwendet ein differentielles Bewegungsmodell.
Nun zur Frage der Kombinationsmöglichkeit. 2011 verlief unter der Schirmherrschaft der GLONASS-Unterstützung. Bei der Entwicklung der Empfänger war es wichtig, die Probleme der Inkompatibilität zwischen GLONASS- und GPS-Hardwareunterstützung zu überwinden. Das heißt, das GLONASS-FM-Signal erforderte eine größere Bandbreite als die von GPS verwendeten PCM-Signale, Bandpassfilter mit unterschiedlichen Frequenzzentren und unterschiedliche GeschwindigkeitÜbertragung von Signalelementen. Um Energie in Navigationsgeräten zu sparen, wird empfohlen, den Modus "Nur GPS" einzuschalten.

3 - Garmin
Weltweite Bekanntheit erlangte der amerikanische Hersteller tragbarer Navigationsgeräte vor allem durch touristische GPS-Navigationsgeräte (GpsMap, eTrex, Oregon, Montana, Dakota-Serie) und Autonavigationsgeräte, Sportuhren und Echolote. Der Hauptsitz befindet sich in Olat, Kansas. Seit 2011 verkauft Garmin GPSMAP 62stc-Navigationsgeräte mit der Fähigkeit, Signale von GPS- und GLONASS-Satelliten zu empfangen und zu verarbeiten. Informationen über die verwendeten Chiphersteller sind jedoch zum Betriebsgeheimnis geworden.

Die Verwendung von Zwei-System-Empfängern trägt dazu bei, die Qualität der Navigation unter realen Bedingungen zu verbessern, während die Genauigkeit der Bestimmung der Koordinaten des Zwei-Systems in keiner Weise beeinträchtigt wird. Ein unzureichendes Signal von Satelliten eines Systems an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit wird durch Satelliten eines anderen Systems kompensiert. Die maximale Anzahl "sichtbarer" Satelliten am Himmel unter idealen Bedingungen: GPS - 13, GLONASS - 10. Aus diesem Grund haben die meisten herkömmlichen (nicht geodätischen) Empfänger 24 Kanäle.

Hier sind die Testergebnisse von 2016. Zu Ihrer Information - NAP-4 und NAP-5 verwenden Navigationsempfänger der Ischewsker Funkanlage MNP-M7 bzw. MNP-M9.1.

Schlussfolgerungen. Die besten Ergebnisse hinsichtlich der Positionsgenauigkeit auf der Versuchsstrecke zeigten NAP-1, NAP-2, NAP-4. Alle NAPs verfügen über eine ausreichende Positionierungsgenauigkeit für eine zuverlässige Navigation in allen Modi. Gleichzeitig ist die Ortungsgenauigkeit im GPS-Modus und im kombinierten Modus etwas besser als im GLONASS-Modus.
Die Ergebnisse von NAP-3 mit experimenteller Software in Bezug auf die Positionsgenauigkeit im Plan in allen Modi sind schlechter als die des gleichen Empfängers mit Standardsoftware (NAP-2). Es gibt keinen solchen Unterschied in der Höhengenauigkeit. Ausnahmen sind große Fehler im kombinierten Modus, verursacht durch einen einmaligen Fehler im Betrieb des NAP, der zu großen Abweichungen führte.
Die Ergebnisse des NAP-5 sind generell schlechter als die des NAP des gleichen Herstellers der Vorgängergeneration (NAP-4). Im GLONASS-Modus gab es eine leichte Verbesserung der Positionsgenauigkeit im Plan. ()

Die Antenne des Navigationsgeräts empfängt Satellitensignale und überträgt sie an den Empfänger, der sie verarbeitet. Chips für Navigationsgeräte, die GPS+Glonass unterstützen, werden derzeit von vielen Firmen produziert: Qualcomm (SiRFatlas V, drol_links In Garmins gibt es einen STA8088EXG-Empfänger von einem der größten europäischen Unternehmen STMicroelectronics.

Schlussfolgerungen für Benutzer des Garmin-Navigators:
1. In Garmin-Navigatoren und -Uhren (nach 2011) wurde es möglich, entweder GPS oder GPS + GLONASS auszuwählen (Signalempfang und -verarbeitung zu aktivieren). Unabhängig davon wird GLONASS nicht bereitgestellt, da es sich um Garmin handelt (na ja, wie werden die Amerikaner nur etwas Russisches hinzufügen?)
2. Bei idealen oder ähnlichen Bedingungen (Steppe, Ebene) ist das zweite System nicht erforderlich. In den Bergen, der Stadt und den nördlichen Breiten - sehr wünschenswert. Aber der Energieverbrauch wird mehr sein.
3. Nun, wenn Smartphone-Hersteller dieses Feature in ihre kompakten Geräte "schieben" konnten, warum ist es Garmin dann nicht "erfolgreich"?
Viel Glück!

GLONASS- und GPS-Satellitennavigationssysteme. Teil 1

E. Povalyaev, S. Chutornoy

GLONASS- und GPS-Satellitennavigationssysteme. Teil 1

Wir machen Sie auf eine Reihe von Artikeln über Satellitenfunknavigationssysteme Glonass (globales Navigationssatellitensystem) und GPS (Global Positioning System) aufmerksam. Der erste Artikel der Reihe befasst sich mit Fragen des Aufbaus und der Funktionsweise von Systemen, dem Aufbau und der Funktion von Verbrauchergeräten (Empfängern), Algorithmen zur Lösung eines Navigationsproblems und Perspektiven für die Entwicklung von Systemen.

Seit jeher fragen sich Reisende: Wie können sie ihren Standort auf der Erde bestimmen? Alte Navigatoren ließen sich von den Sternen leiten, die die Bewegungsrichtung anzeigten: Mit der Kenntnis der Durchschnittsgeschwindigkeit und der Reisezeit war es möglich, im Weltraum zu navigieren und die Entfernung zum endgültigen Ziel zu bestimmen. Die Wetterbedingungen waren jedoch nicht immer in der Hand der Forscher, sodass es nicht schwierig war, vom Kurs abzuweichen. Mit dem Aufkommen des Kompasses wurde die Aufgabe stark vereinfacht. Der Reisende war schon weniger abhängig vom Wetter.

Das Radiozeitalter eröffnete dem Menschen neue Möglichkeiten. Mit dem Aufkommen von Radarstationen, als es möglich wurde, die Bewegungsparameter und die relative Position eines Objekts durch den von seiner Oberfläche reflektierten Radarstrahl zu messen, stellte sich die Frage nach der Möglichkeit, die Bewegungsparameter eines Objekts aus dem ausgesendeten Signal zu messen . 1957 wurde in der UdSSR eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von V.A. Kotelnikova bestätigte experimentell die Möglichkeit, die Bewegungsparameter eines künstlichen Erdsatelliten (AES) basierend auf den Ergebnissen von Messungen der Doppler-Frequenzverschiebung des von diesem Satelliten emittierten Signals zu bestimmen. Vor allem aber wurde die Möglichkeit geschaffen, das umgekehrte Problem zu lösen - das Finden der Koordinaten des Empfängers aus der gemessenen Dopplerverschiebung des vom Satelliten ausgesendeten Signals, wenn die Bewegungsparameter und die Koordinaten dieses Satelliten bekannt sind. Bei der Bewegung im Orbit sendet der Satellit ein Signal einer bestimmten Frequenz aus, dessen Wert auf der Empfängerseite (Verbraucher) bekannt ist. Die Position des Satelliten zu jedem Zeitpunkt ist bekannt, genauer gesagt kann sie auf der Grundlage der im Satellitensignal enthaltenen Informationen berechnet werden. Der Benutzer misst die Frequenz des Signals, das zu ihm kam, vergleicht es mit dem Referenzsignal und berechnet so die Doppler-Frequenzverschiebung aufgrund der Bewegung des Satelliten. Es werden kontinuierlich Messungen durchgeführt, was es ermöglicht, eine Art Doppler-Frequenzänderungsfunktion zusammenzusetzen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird die Frequenz gleich Null und wechselt dann das Vorzeichen. In dem Moment, in dem die Dopplerfrequenz gleich Null ist, befindet sich der Verbraucher auf einer Normallinie zum Bewegungsvektor des Satelliten. Aus der Abhängigkeit der Steilheit der Doppler-Frequenz-Kurve von der Entfernung zwischen Verbraucher und Satellit und durch Messung des Zeitpunkts, an dem die Doppler-Frequenz gleich Null ist, lassen sich die Koordinaten des Verbrauchers berechnen.

So wird ein künstlicher Satellit der Erde zu einer Funknavigations-Referenzstation, deren Koordinaten sich zeitlich aufgrund der Bewegung des Satelliten im Orbit ändern, aber aufgrund der darin eingebetteten Ephemeriden-Informationen für jeden Zeitpunkt im Voraus berechnet werden können das Navigationssignal des Satelliten.

1958–1959 an der Leningrad Air Force Engineering Academy (LVVIA) sie. AF Mozhaisky, das Institut für Theoretische Astronomie der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, das Institut für Elektromechanik der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, zwei Meeresforschungsinstitute und das Gorki NIRFI forschten zum Thema "Sputnik", das später wurde die Grundlage für den Bau des ersten heimischen Low-Orbit-Navigationssatellitensystems "Cicada". Und 1963 begannen die Arbeiten zum Bau dieses Systems. 1967 wurde der erste inländische Navigationssatellit Kosmos-192 in die Umlaufbahn gebracht. Ein charakteristisches Merkmal von Fder ersten Generation ist die Verwendung von Satelliten mit niedriger Umlaufbahn und die Verwendung eines einzigen am Himmel sichtbaren Signals zur Messung der Navigationsparameter eines Objekts. dieser Moment Satellit. Anschließend wurden die Satelliten des Cicada-Systems mit Empfangsgeräten zur Erkennung von Objekten in Seenot ausgestattet.

Parallel dazu werden nach dem erfolgreichen Start des ersten künstlichen Erdsatelliten durch die UdSSR in den USA am Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University Arbeiten durchgeführt, die sich auf die Möglichkeit beziehen, die Parameter des von ihm ausgesandten Signals zu messen der Satellit. Aus den Messungen werden die Parameter der Satellitenbewegung relativ zum Bodenbeobachtungspunkt berechnet. Die Lösung des inversen Problems ist eine Frage der Zeit.

Auf der Grundlage dieser Studien wurde 1964 in den USA das Doppler-Satellitenfunk-Navigationssystem der ersten Generation "Transit" geschaffen. Sein Hauptzweck ist die Navigationsunterstützung für den Start ballistischer Polaris-Raketen von U-Booten aus. Der Direktor des Applied Physics Laboratory R. Kershner gilt als Vater des Systems. Das System wurde 1967 für den kommerziellen Einsatz verfügbar. Genau wie im Cicada-System werden im Transit-System die Quellenkoordinaten aus der Doppler-Frequenzverschiebung des Signals eines der 7 sichtbaren Satelliten berechnet. AES-Systeme haben kreisförmige polare Umlaufbahnen mit einer Höhe über der Erdoberfläche von ~ 1100 km, die Umlaufzeit der Transit-Satelliten beträgt 107 Minuten. Die Genauigkeit der Berechnung der Quellenkoordinaten in den Systemen der ersten Generation hängt zu einem großen Teil von dem Fehler bei der Bestimmung der Quellengeschwindigkeit ab. Wenn also die Geschwindigkeit eines Objekts mit einem Fehler von 0,5 m bestimmt wird, führt dies wiederum zu einem Fehler bei der Bestimmung der Koordinaten von ~ 500 m. Bei einem stationären Objekt verringert sich dieser Wert auf 50 m.

Außerdem ist bei diesen Systemen kein Dauerbetrieb möglich. Aufgrund der niedrigen Umlaufbahn der Systeme beträgt die Zeit, in der sich der Satellit im Sichtfeld des Verbrauchers befindet, nicht mehr als eine Stunde. Außerdem hängt die Zeit zwischen dem Durchgang verschiedener Satelliten in der Sichtbarkeitszone des Benutzers von der geografischen Breite ab, auf der sie sich befinden, und kann zwischen 35 und 90 Minuten liegen. Dieses Intervall zu verkürzen, indem man die Anzahl der Satelliten erhöht, ist unmöglich, da alle Satelliten Signale auf der gleichen Frequenz aussenden.

Daher Satellit Navigationssysteme zweite Generation haben eine Nummer erhebliche Mängel. Erstens - die unzureichende Genauigkeit bei der Bestimmung der Koordinaten dynamischer Objekte. Ein weiterer Nachteil ist die fehlende Kontinuität der Messungen.

Eines der Hauptprobleme bei der Erstellung von Satellitensystemen, die Navigationsbestimmungen für mehrere Satelliten liefern, ist die gegenseitige Synchronisation der Signale (Zeitskalen) der Satelliten mit der erforderlichen Genauigkeit. Die Abweichung der Referenzgeneratoren der Satelliten um 10 ns führt zu einem Fehler bei der Bestimmung der Koordinaten des Verbrauchers 10–15 m. Das zweite Problem, mit dem Entwickler bei der Entwicklung von Satellitennavigationssystemen mit hoher Umlaufbahn konfrontiert waren, war die hochpräzise Bestimmung und Vorhersage von Parametern der Satellitenumlaufbahn. Die Empfangsausrüstung berechnet durch Messen der Verzögerungen von Signalen von verschiedenen Satelliten die Koordinaten des Verbrauchers.

Zu diesem Zweck entwickelte die US Navy 1967 ein Programm, das den TIMATION-I-Satelliten und 1969 den TIMATION-II-Satelliten startete. An Bord dieser Satelliten wurden Quarzoszillatoren verwendet. Zur gleichen Zeit führte die US-Luftwaffe ihr paralleles Pseudo-Noise-Code-Programm (PRN) für Breitband aus. Die Korrelationseigenschaften eines solchen Codes ermöglichen die Verwendung einer Signalfrequenz für alle Satelliten mit einer Codetrennung von Signalen verschiedener Satelliten. Später, 1973, wurden die beiden Programme unter dem Namen "Navstar-GPS" zu einem verschmolzen. Bis 1996 war die Bereitstellung des Systems abgeschlossen. Derzeit sind 28 aktive Satelliten verfügbar.

In der UdSSR begannen 1982 mit dem Start des Satelliten Kosmos-1413 Flugtests des Satellitennavigationssystems Glonass mit hoher Umlaufbahn. Der Hauptentwickler und Schöpfer für das System als Ganzes und für das Weltraumsegment ist NPO Applied Mechanics (Krasnojarsk) und für Navigationsraumschiffe - PA "Polyot" (Omsk). Der führende Entwickler von Funktechnikkomplexen ist RNIIKP; Das Russische Institut für Funknavigation und Zeit wurde mit der Schaffung eines temporären Komplexes, eines Synchronisationssystems und einer Navigationsausrüstung für Verbraucher beauftragt.

Network Radio Navigation Satellite System (NRNSS) Glonass

Das Glonass-System ist für die globale Betriebsnavigation von sich an der Oberfläche bewegenden Objekten ausgelegt. SRNSS wurde im Auftrag des Verteidigungsministeriums entwickelt. Von seiner Struktur her gilt Glonass wie GPS als Dual-Action-System, das heißt, es kann sowohl für militärische als auch für zivile Zwecke eingesetzt werden.

Das Gesamtsystem besteht aus drei Funktionsteilen (in der Fachliteratur als Segmente bezeichnet) (Abb. 1).

Abbildung 1. Segmente der High-Orbit-Navigationssysteme Glonass und GPS

• ein Weltraumsegment, das eine orbitale Konstellation von künstlichen Erdsatelliten (mit anderen Worten Navigationsraumfahrzeugen) umfasst;
• Kontrollsegment, Bodenkontrollkomplex (GCC) der orbitalen Konstellation von Raumfahrzeugen;
• Systembenutzerausrüstung.

Von diesen drei Teilen ist der letzte, die Benutzerausrüstung, am zahlreichsten. Das GLONASS-System ist anforderungslos, sodass die Anzahl der Systemverbraucher keine Rolle spielt. Neben der Hauptfunktion - Navigationsdefinitionen - ermöglicht das System eine hochpräzise gegenseitige Synchronisation von Frequenz- und Zeitstandards an entfernten Bodenobjekten und eine gegenseitige geodätische Referenzierung. Darüber hinaus kann es verwendet werden, um die Ausrichtung eines Objekts auf der Grundlage von Messungen zu bestimmen, die von vier Signalempfängern von Navigationssatelliten stammen.

Im Glonass-System werden Navigationsraumfahrzeuge (NSV) als Funknavigationsreferenzstation verwendet, die sich in einer kreisförmigen geostationären Umlaufbahn in einer Höhe von ~ 19100 km dreht (Abb. 2). Die Umlaufzeit eines Satelliten um die Erde beträgt im Durchschnitt 11 Stunden 45 Minuten. Die Lebensdauer des Satelliten beträgt 5 Jahre, während dieser Zeit sollten die Parameter seiner Umlaufbahn nicht um mehr als 5% von den Nennwerten abweichen. Der Satellit selbst ist ein hermetischer Behälter mit einem Durchmesser von 1,35 m und einer Länge von 7,84 m, in dem verschiedene Arten von Ausrüstung untergebracht sind. Alle Systeme werden mit Solarzellen betrieben. Die Gesamtmasse des Satelliten beträgt 1415 kg. Die Bordausrüstung umfasst: einen Bordnavigationssender, einen Timer (Uhr), einen Bordsteuerkomplex, ein Orientierungs- und Stabilisierungssystem und so weiter.

Abbildung 2. Weltraumsegment von GLONASS- und GPS-Systemen

Abbildung 3. Segment des Bodenkontrollkomplexes des GLONASS-Systems

Abbildung 4. Segment des Bodenkontrollkomplexes GPS-Systeme

Das Segment des Bodenkontrollkomplexes des GLONASS-Systems erfüllt folgende Funktionen:

• Ephemeriden und Zeit-Frequenz-Unterstützung;
• Überwachung des Funknavigationsfeldes;
• radiotelemetrische Überwachung von NSC;
• Befehls- und Software-Funksteuerung des NSC.

Um die Zeitskalen verschiedener Satelliten mit der erforderlichen Genauigkeit zu synchronisieren, werden an Bord des NSC Cäsium-Frequenznormale mit einer relativen Instabilität in der Größenordnung von 10-13 verwendet. Der Bodenkontrollkomplex verwendet einen Wasserstoffstandard mit einer relativen Instabilität von 10–14. Darüber hinaus enthält der GCC Mittel zum Korrigieren von Satellitenzeitskalen relativ zur Referenzskala mit einem Fehler von 3–5 ns.

Das Bodensegment bietet Ephemeridenunterstützung für die Satelliten. Dies bedeutet, dass die Parameter der Satellitenbewegung am Boden bestimmt werden und die Werte dieser Parameter für einen vorbestimmten Zeitraum vorhergesagt werden. Die Parameter und ihre Vorhersage sind in der Navigationsnachricht enthalten, die der Satellit zusammen mit der Übertragung des Navigationssignals sendet. Dazu gehören auch Zeit-Frequenz-Korrekturen der Bordzeitskala des Satelliten relativ zur Systemzeit. Die Messung und Vorhersage der Bewegungsparameter des Satelliten erfolgt im ballistischen Zentrum des Systems auf der Grundlage der Ergebnisse von Flugbahnmessungen des Abstands zum Satelliten und seiner Radialgeschwindigkeit.

Netzwerkradio-Navigationssatellitensystem GPS

Eigenständiges amerikanisches GPS-System Funktionalitätähnlich dem inländischen Glonass-System. Sein Hauptzweck ist eine hochpräzise Bestimmung der Verbraucherkoordinaten, Komponenten des Geschwindigkeitsvektors und die Bindung an die Systemzeitskala. Ähnlich wie das heimische wurde das GPS-System für das US-Verteidigungsministerium entwickelt und steht unter dessen Kontrolle. Gemäß dem Schnittstellenkontrolldokument sind die Hauptentwickler des Systems:

• für das Weltraumsegment - Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division;
• im Managementsegment - IBM, Federal System Company;
• nach Verbrauchersegment - Rockwell International, Collins Avionics & Communication Division.

Wie das Glonass-System besteht GPS aus einem Weltraumsegment, einem bodengestützten Befehls- und Messkomplex und einem Verbrauchersegment.

Wie oben erwähnt, besteht die GPS-Konstellation aus 28 Navigationsraumfahrzeugen. Alle von ihnen befinden sich in kreisförmigen Umlaufbahnen mit einer Umlaufzeit von 12 Stunden um die Erde. Die Höhe der Umlaufbahn jedes Satelliten beträgt ~ 20000 km. NSCs des GPS-Systems wurden einer Reihe von Verbesserungen unterzogen, die sich auf ihre Leistung im Allgemeinen auswirkten. Im Tisch. Fig. 1 zeigt kurz Charakteristiken des in dem System verwendeten Raumfahrzeugs.

Tabelle 1. Eigenschaften von Raumfahrzeugen, die im GPS-System verwendet werden

NKA-Typ	Masse im Orbit	Kraft der Energiequellen, W	Geschätzte Dauer der aktiven Existenz	Jahr der Markteinführung des ersten NSC
Block-I	525	440	-	1978
Block-II	844	710	5	1989
Block-IIR	1094	1250	7,5	1997
Block-IIF	-	-	14–15	2001–2002

Tabelle 2. Vergleichende Eigenschaften von GLONASS- und GPS-Systemen

Index	GLONASS	GPS
Die Anzahl der Raumfahrzeuge in der vollständigen Orbitalkonstellation	24	24
Anzahl der Umlaufebenen	3	6
Anzahl der Raumfahrzeuge in jedem Flugzeug	8	4
Bahnneigung	64,8º	55º
Bahnhöhe, km	19 130	20 180
Satellitenumlaufzeit	11 Std. 15 Min. 44 Sek	11 Std. 58 Min. 00 Sek
Koordinatensystem	PZ-90	WGS-84
Gewicht des Navigationsraumfahrzeugs, kg	1450	1055
Leistung der Sonnenkollektoren, W	1250	450
Dauer der aktiven Existenz, Jahre	3	7,5
Mittel, um ein Raumfahrzeug in die Umlaufbahn zu bringen	"Proton-K/DM"	Delta 2
Die Anzahl der Raumfahrzeuge, die bei einem Start angezeigt werden	3	1
Raumhafen	Baikonur (Kasachstan)	Cape Canaveral
Referenzzeit	UTC(SU)	UTC (NEIN)
Zugriffsmethode	FDMA	CDMA
Trägerfrequenz: L1 L2	1598,0625-1604,25 7/9 L1	1575,42 60/77 L1
Polarisation	rechte Hand	rechte Hand
PN-Sequenztyp	m-Sequenz	goldener Code
Anzahl Codeelemente: C/A P	511 51 1000	1023 2,35 x 1014
Kodierungsgeschwindigkeit, Mbps: C/A P	0,511 5,11	1,023 10,23
Pegel der systeminternen Funkstörung, dB	-48	-21,6
Struktur der Navigationsnachricht
Übertragungsrate, bps	50	50
Art der Modulation	BPSK (Manchester)	BPSKNRZ
Überrahmenlänge, min.	2,5 (5 Bilder)	12,5 (25 Bilder)
Rahmenlänge, s	30 (15 Zeilen)	30 (5 Zeilen)
Leitungslänge, s	2	6

Bei der Konzeption des Gesamtsystems und des SV im Besonderen wird den Aspekten des autonomen Betriebs viel Aufmerksamkeit geschenkt. Somit stellten Raumfahrzeuge der ersten Generation (Block-I) den normalen Betrieb des Systems (dh ohne signifikante Fehler bei der Bestimmung der Koordinaten) ohne Eingriff des Kontrollsegments für 3-4 Tage sicher. Bei Block-II-Geräten wurde dieser Zeitraum auf 14 Tage verlängert. In der neuen Modifikation des NSC ermöglicht Block-IIR einen autonomen Betrieb für 180 Tage ohne Anpassung der Umlaufbahnparameter vom Boden aus, wobei nur ein autonomer Komplex zur gegenseitigen Synchronisation von Satelliten verwendet wird. Anstelle des verbrauchten Block-IIR sollen Block-IIF-Geräte verwendet werden.

Die Struktur der Navigationsfunksignale des Glonass-Systems

Das Glonass-System verwendet die Frequenzteilung der Signale (FDMA), die von jedem Satelliten ausgesendet werden – zwei phasenumgetastete Signale. Die Frequenz des ersten Signals liegt im Bereich L1 ~ 1600 MHz, und die Frequenz des zweiten Signals liegt im Bereich L2 ~ 1250 MHz. Die Nennwerte der Betriebsfrequenzen von Funksignalen, die in den Bändern L1 und L2 übertragen werden, werden durch den Ausdruck bestimmt:

f k1 = f 1 + kD f 1
f k2 = f 2 + kD f 2 k = 0,1,...,24, (1)

wobei k = 0,1,...,24 - Anzahl der Buchstaben (Kanäle) der Betriebsfrequenzen von Satelliten;

f 1 = 1602 MHz; D f 1 \u003d 9/16 \u003d 0,5625 MHz;
f2 = 1246 MHz; Df2 = 7/16 = 0,4375 MHz.

Für jeden Satelliten sind die Betriebsfrequenzen von Signalen in den Bändern L1 und L2 kohärent und werden aus einer Frequenzreferenz gebildet. Das Verhältnis der Betriebsfrequenzen des Trägers jedes Satelliten:

D f k1 / D f k2 = 7/9.

Der Nennwert der Frequenz des Bordgenerators beträgt aus Sicht eines auf der Erdoberfläche befindlichen Beobachters 5,0 MHz.

Im L1-Bereich sendet jeder Satellit des Glonass-Systems 2 Träger auf der gleichen Frequenz aus, die um 90º gegeneinander phasenverschoben sind (Abb. 5).

Abbildung 5. Vektordiagramm von GLONASS- und GPS-Trägersignalen

Einer der Träger wird einer 180º-Phasenumtastung unterzogen. Das modulierende Signal wird durch Modulo-2-Addition von drei binären Signalen erhalten (Abb. 6):

• ein grober Entfernungscode, der mit einer Rate von 511 Kbit/s übertragen wird (Fig. 6c);
• Sequenzen von Navigationsdaten, die mit einer Rate von 50 Bit/s übertragen werden (Fig. 6a);
• Mäanderschwingung, die mit einer Rate von 100 Bit/s übertragen wird (Abb. 6b).

Abbildung 6. Struktur des GLONASS-Signals

Das Signal im L1-Bereich (ähnlich dem C/A-Code in GPS) steht allen Benutzern innerhalb der Sichtweite des Raumfahrzeugs zur Verfügung. Das Signal im L2-Band ist für militärische Zwecke bestimmt, und seine Struktur wird nicht offenbart.

Zusammensetzung und Struktur von Navigationsnachrichten von Satelliten des Glonass-Systems

Die Navigationsmeldung wird in Form von fortlaufend folgenden Zeilen mit einer Dauer von jeweils 2 s gebildet. Im ersten Teil der Zeichenfolge (Intervall 1,7 s) werden Navigationsdaten übertragen und im zweiten (0,3 s) - die Zeitmarke. Es handelt sich um eine verkürzte Pseudozufallsfolge bestehend aus 30 Symbolen mit einer Taktfrequenz von 100 bps.

Navigationsnachrichten der Satelliten des Glonass-Systems sind für Verbraucher für Navigationsdefinitionen und Planung von Kommunikationssitzungen mit Satelliten erforderlich. Navigationsmeldungen werden ihrem Inhalt nach in Betriebs- und Nichtbetriebsinformationen unterteilt.

Betriebsinformationen beziehen sich auf den Satelliten, von dessen Signal sie empfangen wurden. Zu den Betriebsinformationen gehören:

• Digitalisierung von Zeitstempeln;
• relative Differenz der Trägerfrequenz des Satelliten vom Nennwert;
• Ephemeriden-Informationen.

Die Bindungszeit von Ephemerideninformationen und Frequenz-Zeit-Korrekturen, die ab Tagesbeginn eine halbstündige Multiplizität aufweisen, ermöglichen es Ihnen, die geografischen Koordinaten und die Geschwindigkeit des Satelliten genau zu bestimmen.

Nicht operative Informationen enthalten einen Almanach mit:

• Daten zum Status aller Satelliten im System;
• Verschiebung der Satellitenzeitskala relativ zur Systemskala;
• Parameter der Umlaufbahnen aller Satelliten des Systems;
• Korrektur der Zeitskala des Glonass-Systems.

Die Wahl der optimalen "Konstellation" des Raumfahrzeugs und die Vorhersage der Dopplerverschiebung der Trägerfrequenz wird durch die Analyse des Systemalmanachs bereitgestellt.

Navigationsnachrichten der Satelliten des Glonass-Systems sind in Form von Superframes mit einer Dauer von 2,5 Minuten strukturiert. Ein Superframe besteht aus fünf Frames mit einer Dauer von 30 s. Jeder Rahmen enthält 15 Zeilen mit einer Dauer von 2 s. Von den 2 s Dauer der Zeile werden die letzten 0,3 s durch den Zeitstempel belegt. Der Rest der Zeile enthält 85 Symbole digitaler Informationen, die mit einer Frequenz von 50 Hz übertragen werden.

Als Teil jedes Rahmens werden die gesamte Menge an Betriebsinformationen und ein Teil des Systemalmanachs übertragen. Der komplette Almanach ist im gesamten Superframe enthalten. Die in den Zeilen 1–4 enthaltenen Superframe-Informationen beziehen sich in diesem Fall auf den Satelliten, von dem sie stammen (Operational Part) und ändern sich innerhalb des Superframes nicht.

Die Struktur der Navigationsfunksignale des GPS-Systems

Das GPS-System verwendet Code Division Signaling (CDMA), sodass alle Satelliten Signale auf derselben Frequenz aussenden. Jeder GPS-Satellit sendet zwei phasenverschobene Signale aus. Die Frequenz des ersten Signals beträgt L1 = 1575,42 MHz und die des zweiten - L2 = 1227,6 MHz. Das L1-Trägerfrequenzsignal wird durch zwei binäre Sequenzen moduliert, von denen jede durch Modulo-2-Summierung des Entfernungscodes und der übertragenen System- und Navigationsdaten gebildet wird, die mit einer Rate von 50 Bit/s erzeugt werden. Bei der Frequenz L1 werden zwei Quadraturkomponenten übertragen, biphasisch manipuliert mit binären Sequenzen. Die erste Folge ist die Modulo-2-Summe des präzisen Entfernungscodes P oder des Geheimcodes Y und der Navigationsdaten. Die zweite Folge ist auch die Modulo-2-Summe des groben C/A-(offenen)-Codes und der gleichen Navigationsdatenfolge.

Das Funksignal auf der Frequenz L2 wird nur durch eine der beiden zuvor betrachteten Sequenzen zweiphasig manipuliert. Die Wahl der Modulationssequenz erfolgt auf Befehl der Erde.

Jeder Satellit verwendet seine eigenen C/A- und P(Y)-Entfernungscodes, was es ermöglicht, Satellitensignale zu trennen. Im Prozess der Bildung eines genauen P(Y)-Ranging-Codes werden gleichzeitig Satellitensignal-Zeitstempel gebildet.

Zusammensetzung und Struktur von Navigationsnachrichten von GPS-Satelliten

Die strukturelle Aufteilung der Navigationsinformationen der GPS-Satelliten erfolgt in Superframes, Frames, Subframes und Words. Ein Superframe wird aus 25 Frames gebildet und dauert 750 s (12,5 min). Ein Frame wird 30 s lang übertragen und hat eine Größe von 1500 Bit. Der Frame wird in 5 Subframes zu je 300 Bit aufgeteilt und in einem Intervall von 6 s übertragen. Der Beginn jedes Unterrahmens bezeichnet einen Zeitstempel, der dem Beginn/Ende des nächsten 6-s-Intervalls der GPS-Systemzeit entspricht. Ein Unterrahmen besteht aus 10 30-Bit-Worten. In jedem Wort sind die 6 niederwertigsten Bits die Prüfbits.

In den 1., 2. und 3. Unterrahmen werden Daten über die Taktkorrekturparameter und Ephemeridendaten des Raumfahrzeugs, mit dem eine Kommunikation hergestellt wird, übertragen. Inhalt und Struktur dieser Subframes bleiben über alle Seiten des Superframes gleich. Die 4. und 5. Unterrahmen enthalten Informationen über die Konfiguration und den Status aller SCs des Systems, SC-Almanache, spezielle Nachrichten, Parameter, die die Beziehung zwischen GPS-Zeit und UTC beschreiben, und so weiter.

Algorithmen zum Empfangen und Messen der Parameter von Satellitennavigationssignalen

Das Segment der Verbraucher von GPS- und GLONASS-Systemen umfasst Empfänger von Satellitensignalen. Durch Messen der Parameter dieser Signale wird das Navigationsproblem gelöst. Der Empfänger kann in drei Funktionsteile unterteilt werden:

• Hochfrequenzteil;
• digitaler Korrelator;
• ZENTRALPROZESSOR.

Vom Ausgang des Antennenspeisegeräts (Antenne) gelangt das Signal in den Hochfrequenzteil (Abb. 7). Die Hauptaufgabe dieses Teils ist die Verstärkung des Eingangssignals, Filterung, Frequenzwandlung und Analog-Digital-Wandlung. Außerdem empfängt der Hochfrequenzteil des Empfängers die Taktfrequenz für den digitalen Teil des Empfängers. Vom Ausgang des Hochfrequenzteils werden die digitalen Messwerte des Eingangssignals dem Eingang des digitalen Korrelators zugeführt.

Abbildung 7. Verallgemeinerte Struktur des Empfängers

Im Korrelator wird das Signalspektrum auf die Frequenz "Null" übertragen. Dies erfolgt durch Multiplizieren des Eingangssignals des Korrelators mit der harmonischen Bezugsschwingung in den In-Phase- und Quadratur-Kanälen. Ferner wird das Ergebnis der Multiplikation einer Korrelationsverarbeitung unterzogen, indem es mit dem Referenz-Ranging-Code multipliziert und über die Periode des Ranging-Codes akkumuliert wird. Als Ergebnis erhalten wir die Korrelationsintegrale I und Q. Die Messwerte der Korrelationsintegrale werden dem Prozessor zur weiteren Verarbeitung und zum Schließen der PLL- (Phase Locked Loop) und CVD- (Verzögerungsverfolgungsschaltung) Schleifen zugeführt. Messungen der Signalparameter im Empfänger werden nicht direkt vom Eingangssignal durchgeführt, sondern von seiner exakten Kopie, die von den PLL- und SSZ-Systemen gebildet wird. Die Korrelationsintegrale I und Q ermöglichen eine Abschätzung des Grades der "Ähnlichkeit" (Korrelation) zwischen Referenz- und Eingangssignal. Die Aufgabe des Korrelators besteht neben der Bildung der Integrale I und Q darin, ein Referenzsignal entsprechend den vom Prozessor kommenden Steueraktionen (Steuercodes) zu bilden. Zusätzlich erzeugt der Korrelator in einigen Empfängern die notwendigen Messungen der Referenzsignale und überträgt sie zur weiteren Verarbeitung an den Prozessor. Da die Referenzsignale im Korrelator entsprechend den vom Prozessor kommenden Steuercodes gebildet werden, können gleichzeitig die notwendigen Messungen der Referenzsignale direkt im Prozessor durchgeführt werden, wobei die Steuercodes in geeigneter Weise verarbeitet werden, d.h in vielen modernen Empfängern getan.

Welche Signalparameter werden vom Korrelator (Prozessor) gemessen?

Die Reichweite bei funktechnischen Messungen wird durch die Laufzeit des Signals vom Messobjekt zum Messpunkt charakterisiert. In GPS/GLONASS-Navigationssystemen wird die Aussendung von Signalen mit der Zeitskala des Systems synchronisiert, genauer gesagt mit der Zeitskala des dieses Signal aussendenden Satelliten. Gleichzeitig erhält der Benutzer Informationen über die Diskrepanz zwischen der Zeitskala des Satelliten und des Systems. Die vom Satelliten übertragenen digitalen Informationen ermöglichen es Ihnen, den Zeitpunkt der Aussendung eines bestimmten Signalfragments (Zeitstempel) durch den Satelliten in Systemzeit einzustellen. Der Empfangszeitpunkt dieses Fragments wird durch die Zeitskala des Empfängers bestimmt. Die Zeitskala des Empfängers (Verbraucher) wird über Quarz-Frequenznormale gebildet, es findet also ein ständiges "Verlassen" der Zeitskala des Empfängers relativ zur Systemzeitskala statt. Die Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Empfangs eines Signalfragments, gezählt auf der Zeitskala des Empfängers, und dem Zeitpunkt der Aussendung durch seinen Satelliten, gezählt auf der Skala des Satelliten, multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit, wird als Pseudoentfernung bezeichnet. Warum Pseudoentfernung? Weil sie sich von der wahren Entfernung um einen Betrag unterscheidet, der dem Produkt aus Lichtgeschwindigkeit und der "Abweichung" der Zeitskala des Empfängers relativ zur Zeitskala des Systems entspricht. Bei der Lösung eines Navigationsproblems wird dieser Parameter zusammen mit den Koordinaten des Verbrauchers (Empfänger) ermittelt.

Im Korrelator gebildete Korrelationsintegrale ermöglichen es, die Modulation des Satellitensignals durch Informationssymbole zu verfolgen und den Zeitstempel im Eingangssignal zu berechnen. Zeitstempel folgen im Abstand von 6 s für GPS und 2 s für GLONASS und bilden eine Art 6(2)-Sekunden-Skala. Innerhalb einer Unterteilung dieser Skala bilden die Perioden des Entfernungscodes eine 1-ms-Skala. Eine Millisekunde wird wiederum in separate Elemente (Chips, in der GPS-Terminologie) unterteilt: für GPS - 1023, für GLONASS - 511. Somit können Sie mit den Elementen des Entfernungscodes die Entfernung zum Satelliten mit einem Fehler von bestimmen ~ 300 m. Für eine genauere Bestimmung ist es notwendig, die Phase des Ranging Code Generators zu kennen. Die Konstruktionsschemata der Referenzgeneratoren des Korrelators ermöglichen es, seine Phase mit einer Genauigkeit von bis zu 0,01 Perioden zu bestimmen, was eine Genauigkeit zur Bestimmung der Pseudoentfernung von 3 m ist.

Basierend auf Messungen der Parameter der vom PLL-System erzeugten harmonischen Referenzschwingung werden die Frequenz und die Phase der Trägerschwingung des Satelliten bestimmt. Seine Abweichung relativ zum Nennwert ergibt eine Doppler-Frequenzverschiebung, anhand derer die Geschwindigkeit des Verbrauchers relativ zum Satelliten geschätzt wird. Zusätzlich ermöglichen die Phasenmessungen des Trägers eine Verfeinerung der Entfernung zum Satelliten mit einem Fehler von mehreren mm.

Um die Koordinaten des Verbrauchers zu bestimmen, müssen die Koordinaten der Satelliten (mindestens 4) und die Entfernung des Verbrauchers zu jedem sichtbaren Satelliten bekannt sein. Damit der Verbraucher die Koordinaten der Satelliten bestimmen kann, werden die von ihnen ausgesandten Navigationssignale durch Nachrichten über die Parameter ihrer Bewegung modelliert. Im Gerät des Verbrauchers werden diese Nachrichten selektiert und die Koordinaten der Satelliten zum gewünschten Zeitpunkt bestimmt.

Die Koordinaten und Komponenten des Geschwindigkeitsvektors ändern sich sehr schnell, daher enthalten Nachrichten über die Bewegungsparameter der Satelliten keine Informationen über ihre Koordinaten und Komponenten des Geschwindigkeitsvektors, sondern Informationen über die Parameter eines bestimmten Modells, das die SC-Bewegungstrajektorie annähert ein ausreichend langes Zeitintervall (ca. 30 Minuten). Die Parameter des Approximationsmodells ändern sich ziemlich langsam und können über das Approximationsintervall als konstant angesehen werden.

Die Parameter des Näherungsmodells sind in den Satellitennavigationsnachrichten enthalten. Das GPS-System verwendet das keplersche Bewegungsmodell mit oszillierenden Elementen. In diesem Fall wird die Flugbahn des Raumfahrzeugs in Näherungssegmente mit einer Dauer von einer Stunde unterteilt. In der Mitte jedes Abschnitts wird ein Schlüsselzeitpunkt festgelegt, dessen Wert dem Verbraucher von Navigationsinformationen mitgeteilt wird. Außerdem werden dem Verbraucher die Parameter des Schmiegeelementemodells zum Knotenzeitpunkt sowie die Parameter von Funktionen mitgeteilt, die zeitliche Änderungen der Parameter des Schmiegeelementemodells sowohl vor als auch nach dem Knotenelement approximieren.

In der Verbrauchereinrichtung wird zwischen dem Zeitpunkt, für den die Position des Satelliten bestimmt werden muss, und dem Knotenzeitpunkt ein Zeitintervall zugewiesen. Dann werden unter Verwendung der Näherungsfunktionen und ihrer Parameter, die aus der Navigationsnachricht extrahiert wurden, die Werte der Parameter des Modells der oskulierenden Elemente zum gewünschten Zeitpunkt berechnet. Im letzten Schritt werden mit den üblichen Formeln des Keplerschen Modells die Koordinaten und Komponenten des Geschwindigkeitsvektors des Satelliten bestimmt.

Das Glonass-System verwendet differentielle Bewegungsmodelle, um die genaue Position eines Satelliten zu bestimmen. In diesen Modellen werden die Koordinaten und Komponenten des Geschwindigkeitsvektors des Satelliten durch numerische Integration von Differentialgleichungen der Raumfahrzeugbewegung bestimmt, die eine endliche Anzahl von Kräften berücksichtigen, die auf das Raumfahrzeug einwirken. Die anfänglichen Integrationsbedingungen werden zum Knotenzeitpunkt eingestellt, der in der Mitte des Approximationsintervalls liegt.

Wie oben erwähnt, ist es zur Bestimmung der Koordinaten des Verbrauchers erforderlich, die Koordinaten der Satelliten (mindestens 4) und die Entfernung des Verbrauchers zu jedem sichtbaren Satelliten zu kennen, die im Navigationsempfänger mit einer Genauigkeit von ungefähr bestimmt wird 1 m. Betrachten Sie der Einfachheit halber den einfachsten "flachen" Fall in Abb. . 8.

Abbildung 8. Bestimmung der Verbraucherkoordinaten

Jeder Satellit (Abb. 8) kann als Punktstrahler dargestellt werden. In diesem Fall ist die Front der elektromagnetischen Welle kugelförmig. Der Schnittpunkt der beiden Kugeln ist derjenige, an dem sich der Verbraucher befindet.

Die Höhe der Umlaufbahnen der Satelliten beträgt etwa 20.000 km. Daher kann der zweite Schnittpunkt der Kreise aufgrund a priori Information verworfen werden, da er weit im Raum liegt.

Differentialmodus

Satellitennavigationssysteme ermöglichen dem Verbraucher Koordinaten mit einer Genauigkeit von etwa 10–15 m. Für viele Aufgaben, insbesondere für die Navigation in Städten, ist jedoch eine höhere Genauigkeit erforderlich. Eines der Hauptverfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Ortsbestimmung eines Objekts basiert auf der Anwendung des in der Funknavigation bekannten Prinzips differentieller Navigationsmessungen.

Der Differentialmodus DGPS (Differential GPS) ermöglicht Ihnen, Koordinaten mit einer Genauigkeit von bis zu 3 m in einer dynamischen Navigationsumgebung und bis zu 1 m unter stationären Bedingungen festzulegen. Der Differentialmodus wird unter Verwendung eines als Referenzstation bezeichneten GPS-Steuerempfängers implementiert. Es befindet sich an einem Punkt mit bekannten Koordinaten im selben Bereich wie der Haupt-GPS-Empfänger. Die Referenzstation vergleicht die bekannten Koordinaten (erhalten als Ergebnis einer geodätischen Präzisionsvermessung) mit den gemessenen und berechnet Korrekturen, die den Verbrauchern über einen Funkkanal in einem vorbestimmten Format übermittelt werden.

Die Verbrauchereinrichtung erhält differentielle Korrekturen von der Referenzstation und berücksichtigt sie bei der Bestimmung des Standorts des Verbrauchers.

Die mit dem Differenzverfahren erzielten Ergebnisse sind stark abhängig von der Entfernung zwischen Objekt und Referenzstation. Die Anwendung dieser Methode ist am effektivsten, wenn systematische Fehler durch externe (in Bezug auf den Empfänger) Ursachen vorherrschen. Laut experimentellen Daten wird empfohlen, die Referenzstation nicht weiter als 500 km vom Objekt entfernt zu platzieren.

Derzeit gibt es viele weiträumige, regionale und lokale Differentialsysteme.

Als Weitbereichssysteme sind Systeme wie das amerikanische WAAS, das europäische EGNOS und das japanische MSAS zu nennen. Diese Systeme verwenden geostationäre Satelliten, um Korrekturen an alle Benutzer innerhalb ihres Abdeckungsbereichs zu übertragen.

Regionale Systeme sollen die Navigation für einzelne Abschnitte der Erdoberfläche unterstützen. Typischerweise werden regionale Systeme in Großstädten, auf Autobahnen und schiffbaren Flüssen, in Häfen und entlang der Küste der Meere und Ozeane eingesetzt. Der Durchmesser der Arbeitszone des regionalen Systems beträgt normalerweise 500 bis 2000 km. Es kann eine oder mehrere Referenzstationen enthalten.

Lokale Systeme haben eine maximale Reichweite von 50 bis 220 km. Sie enthalten normalerweise eine Basisstation. Lokale Systeme werden normalerweise nach ihrer Verwendung unterteilt: Marine-, Luftfahrt- und geodätische lokale Differentialstationen.

Entwicklung der Satellitennavigation

Die allgemeine Richtung der Modernisierung von GPS- und Glonass-Satellitensystemen ist mit einer Erhöhung der Genauigkeit der Navigationsdefinitionen, einer Verbesserung des den Benutzern bereitgestellten Dienstes, einer Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Bordausrüstung von Satelliten und einer Verbesserung verbunden in Kompatibilität mit anderen funktechnischen Systemen und der Entwicklung von differentiellen Subsystemen. Die allgemeine Entwicklungsrichtung von GPS- und Glonass-Systemen stimmt überein, aber die Dynamik und die erzielten Ergebnisse sind sehr unterschiedlich.

Die Verbesserung des GLONASS-Systems soll auf der Grundlage der Satelliten der neuen Generation GLONASS-M durchgeführt werden. Dieser Satellit wird eine erhöhte Lebensdauer haben und ein Navigationssignal im L2-Band für zivile Anwendungen aussenden.

Eine ähnliche Entscheidung wurde in den USA getroffen, wo am 5. Januar 1999 400 Millionen US-Dollar für die Modernisierung des GPS-Systems im Zusammenhang mit der Übertragung des C / A-Codes auf der Frequenz L2 (1222,7 MHz) und der Einführung angekündigt wurden des dritten Trägers L3 (1176, 45 MHz) auf Raumfahrzeugen, die ab 2005 gestartet werden. Das Signal auf der L2-Frequenz soll verwendet werden zivile Bedürfnisse die nicht in direktem Zusammenhang mit der Gefahr für Menschenleben stehen. Es wird vorgeschlagen, mit der Umsetzung dieser Lösung ab 2003 zu beginnen. Es wurde beschlossen, das dritte zivile Signal auf der L3-Frequenz für die Bedürfnisse der Zivilluftfahrt zu verwenden.

Literatur

1. Funktechnische Systeme. Ed. Kazarinova Yu.M. M.: Handelshochschule, 1990.
2. Solovyov Yu.A. Satellitennavigationssysteme. Moskau: Eco-Trends, 2000.
3. Globales Satellitennavigationssystem GLONASS / Ed. VN Kharisova, A.I. Perova, V.A. Boldin. M.: IPRZhR, 1998.
4. Lipkin I.A. Satellitennavigationssysteme. M.: Vuzovskaya kniga, 2001.
5. Globales Navigationssatellitensystem GLONASS. Schnittstellenkontrolldokument. M.: KNITs VKS, 1995.
6. Schnittstellenkontrolldokument: NAVSTAR GPS Space Segment / Navigation User Interfaces (ICD-GPS-200). Rockwell Int. Corp. 1987.

---