Dziś trudno znaleźć taką sferę rozwoju społeczno-gospodarczego, w której usługi nawigacji satelitarnej nie mogłyby być wykorzystywane. Najistotniejsze jest wykorzystanie technologii GLONASS w branży transportowej, w tym w żegludze morskiej i rzecznej, transporcie lotniczym i lądowym. Jednocześnie, zdaniem ekspertów, około 80% urządzeń nawigacyjnych jest wykorzystywanych w transporcie drogowym.

TRANSPORTU NAZIEMNEGO

Jednym z głównych obszarów zastosowań nawigacji satelitarnej jest monitoring pojazdów. Ta usługa jest najważniejsza dla firm przemysłowych, budowlanych, transportowych. Sprzęt nawigacyjny odbierający sygnały GLONASS pozwala określić lokalizację samochodu, odczyty czujników pomiarowych mogą zapewnić zarówno bezpieczeństwo transportu pasażerskiego, jak i wygodę i optymalizację działania pojazdów użytkowych oraz wykluczyć jego niewłaściwe użycie. Wdrożenie systemu pozwala właścicielom flot zredukować koszty utrzymania o 20-30% w ciągu 4-6 miesięcy.

Jedną z technologii wdrożonych w Rosji w oparciu o nawigację satelitarną jest Inteligentny System Transportu (ITS). Obejmuje monitorowanie przewozu ładunków niebezpiecznych, wielkogabarytowych i ciężkich, monitorowanie reżimu pracy i odpoczynku kierowców, zarządzanie i planowanie ruchu pasażerskiego, informowanie pasażerów o transporcie miejskim.

Efektywność wykorzystania usług nawigacji satelitarnej w transporcie lądowym można oceniać według takich kryteriów jak:

zmniejszenie liczby wypadków drogowych oraz zabitych i rannych w wypadkach drogowych, skrócenie czasu reakcji na wypadki drogowe;
skrócenie czasu podróży, zwiększenie atrakcyjności transportu publicznego;
poprawa jakości wydatkowania środków budżetowych.

Według ekspertów, dzięki wprowadzeniu inteligentnych systemów transportowych wzrost PKB Rosji może osiągnąć 4-5% rocznie.

Monitorowanie i nawigacja oraz technologie informacyjne oparte na usługach systemu GLONASS są wyposażone w transport miejski i publiczny Ałtaju, Krasnodaru, Krasnojarska, Stawropola, Chabarowskiego, Astrachania, Biełgorodu, Wołogdy, Kaługi, Kurganu, Magadanu, Moskwy, Niżnego Nowogrodu , Nowosybirsk, Penza, Rostów, Samara, Saratów, Tambow, Tiumeń, Moskwa, republiki Mordowii, Tatarstanu, Czuwaszji. W całej Rosji elementy ITS zostały wdrożone i skutecznie działają w ponad 100 miastach.

SZUKAĆ I RATOWAĆ

Sprzęt odbierający sygnały z satelitów nawigacyjnych jest instalowany na karetkach, a także pojazdach Ministerstwa Sytuacji Nadzwyczajnych. Wsparcie koordynacyjne i czasowe oparte na danych satelitarnych umożliwia zespołom medycznym i zespołom ratowniczym szybsze dotarcie do miejsc nagłych wypadków, aby zapewnić pomoc ofiarom. Za pomocą GLONASS śledzone są położenie i ruch grup strażaków.

Jednym z obrazowych przykładów wykorzystania globalnej nawigacji satelitarnej w interesie ratowania życia ludzkiego jest system ERA-GLONASS (reagowanie w sytuacjach awaryjnych). Jego głównym zadaniem jest ustalenie faktu wypadku drogowego i przekazanie danych do serwera odpowiedzi. W razie wypadku samochodowego zainstalowany na nim terminal nawigacyjno-telekomunikacyjny automatycznie określa współrzędne, nawiązuje połączenie z centrum serwerowym systemu monitoringu i przesyła kanałami dane o wypadku komunikacja komórkowa operator. Dane te pozwalają określić charakter i powagę wypadku oraz przeprowadzić natychmiastową reakcję karetek pogotowia. Wykorzystanie danych z Globalnego Systemu Nawigacji Satelitarnej za pośrednictwem ERA-GLONASS może znacznie zmniejszyć śmiertelność w wyniku obrażeń wynikających z wypadków drogowych.

Kolejnym obszarem zastosowania GLONASS w interesie ratowania życia ludzkiego jest połączenie globalnej nawigacji satelitarnej z Międzynarodowym Systemem Poszukiwawczo-Ratowniczym COSPAS-SARSAT. Ta funkcja jest dostępna na statku nawigacyjnym najnowszej generacji Glonass-K. Już na etapie prób w locie satelita Glonass-K nr 11 w marcu 2012 roku nadał przez repeater tego systemu sygnał alarmowy o rozbitym kanadyjskim śmigłowcu, dzięki czemu uratowano załogę.

NAWIGACJA OSOBISTA

Chipsety z odbiornikami nawigacyjnymi GLONASS są używane w smartfonach, tabletach, aparatach cyfrowych, urządzeniach fitness, trackerach do noszenia, laptopach, nawigatorach, zegarkach, okularach i innych urządzeniach. Nawigacja osobista staje się głównym obszarem zastosowań technologii nawigacji satelitarnej.

Wykorzystanie technologii GNSS przyczyniło się do powstania zupełnie nowych zajęć sportowych i outdoorowych. Przykładem jest geocaching, czyli gra turystyczna wykorzystująca systemy nawigacji satelitarnej, której celem jest odnalezienie skrytek ukrytych przez innych uczestników gry. Innym nowym sportem geotagowania są wyścigi przełajowe do określonych z góry współrzędnych satelitarnych.

Obiecującym obszarem zastosowania technologii GLONASS są systemy społeczne, które zapewniają pomoc osobom niepełnosprawnym lub małym dzieciom. Za pomocą urządzeń nawigacyjnych z interfejsem głosowym osoba niewidoma może określić drogę do sklepu, przychodni itp. Właściciele takich urządzeń mogą w przypadku niebezpieczeństwa lub gwałtownego pogorszenia samopoczucia spowodować pomoc w nagłych wypadkach naciskając przycisk paniki. Indywidualny tracker satelitarny może pomóc rodzicom w śledzeniu lokalizacji dziecka w Internecie, aby kontrolować jego bezpieczeństwo.

LOTNICTWO

W lotnictwie odbiorniki nawigacyjne są zintegrowane z pokładowymi systemami nawigacji lotniczej, które zapewniają nawigację po trasie i podejście do lądowania w trudnych warunkach meteorologicznych. Nawigacja satelitarna ma ogromne znaczenie dla zapewnienia lądowania małych samolotów na niewyposażonych lotniskach. Systemy nawigacyjne oparte na GLONASS zwiększają bezpieczeństwo nawigacji śmigłowca, zwiększają dokładność nawigacji bezzałogowych statków powietrznych.

TRANSPORT WODNY

Wykorzystanie technologii GNSS do celów morskich/rzecznych w Rosji wynosi zwykle 100%. Zdolność rynku rosyjskiego szacuje się na 18 560 jednostek transportu wodnego, w tym rzecznych i pasażerskich statków rzecznych i morskich. Technologie GLONASS znajdują zastosowanie w nawigacji podczas eskortowania statków i manewrowania w trudnych warunkach (śluzy, porty, kanały, cieśniny, warunki lodowe), nawigacji na śródlądowych drogach wodnych, monitoringu i rozliczaniu floty, akcjach ratowniczych.

Wzrost ruchu na Północnej Drodze Morskiej, który może znacznie skrócić czas dostawy towarów z regionu Azji i Pacyfiku do Europy, prowadzi do wzrostu intensywności żeglugi na obszarze o wyjątkowo trudnych warunkach klimatycznych. W warunkach sztormowych i gęstych mgły bez nawigacji satelitarnej trudno jest zapewnić bezpieczeństwo ruchu statków.

GEODEZJA I KARTOGRAFIA

Technologie GLONASS są wykorzystywane w katastrze miast i gruntów, planowaniu i zarządzaniu rozwojem terytoriów, do aktualizacji map topograficznych. Zastosowanie technologii GLONASS przyspiesza i zmniejsza koszty tworzenia map i ich aktualizacji – w niektórych przypadkach nie ma potrzeby wykonywania kosztownych zdjęć lotniczych czy czasochłonnych badań topograficznych. W Federacji Rosyjskiej aktualna wielkość rynku sprzętu geodezyjnego opartego na GNSS szacowana jest na 2,3 tys.

ŚRODOWISKO

Społeczność naukowa aktywnie wykorzystuje dane nawigacyjne do obserwacji i badań Ziemi. GLONASS przyczynia się do rozwoju metod i narzędzi przeznaczonych do rozwiązywania podstawowych problemów geodynamiki, kształtowania układu współrzędnych Ziemi, budowy modelu Ziemi, pomiaru pływów, prądów i poziomu morza, wyznaczania i synchronizacji czasu, lokalizacja wycieków ropy naftowej, rekultywacja terenu po unieszkodliwieniu odpadów niebezpiecznych.

Sygnały nawigacyjne z satelitów GLONASS odgrywają ważną rolę w badaniu procesów sejsmicznych. Za pomocą danych satelitarnych możliwe jest dokładniejsze ustalenie procesów przemieszczania płyt tektonicznych niż za pomocą sprzętu naziemnego. Ponadto zaburzenia w jonosferze rejestrowane przez satelity nawigacyjne dostarczają naukowcom danych o zbliżających się ruchach skorupy ziemskiej. Globalna nawigacja satelitarna umożliwia więc przewidywanie trzęsień ziemi i minimalizowanie ich skutków dla ludzi. Technologie oparte na GLONASS pomagają również kontrolować drogi i linie kolejowe na terenach podatnych na lawiny na obszarach górskich.

NAWIGACJA W PRZESTRZENI

W przemyśle kosmicznym technologie GLONASS są wykorzystywane do śledzenia pojazdów nośnych, precyzyjnego określania orbit statków kosmicznych, określania orientacji statku kosmicznego względem Słońca, do dokładnej obserwacji, kontroli i wyznaczania celów systemów obrony przeciwrakietowej.

W szczególności sprzęt do nawigacji satelitarnej GLONASS lub GLONASS / GPS jest wyposażony w: pojazd startowy Proton-M, pojazd startowy Soyuz, Breeze, Fregat, górne stopnie DM, statek kosmiczny Meteor-M, Ionosphere, Kanopus-ST, Kondor-E, Bars- M, Łomonosow, a także kolejowych kompleksów mobilnych służących do transportu pojazdów nośnych i komponentów paliwa rakietowego.

W przemyśle kosmicznym duża liczba projektów wymaga bardzo dokładnej znajomości orbit statków kosmicznych w rozwiązywaniu problemów teledetekcji Ziemi, rozpoznania, mapowania, monitorowania warunków lodowych, sytuacji awaryjnych, a także w zakresie studiów Ziemia i oceany, budowanie precyzyjnego dynamicznego modelu geoidy, wysoce precyzyjnego dynamicznego modelu jonosfery i atmosfery. Jednocześnie wymagana jest dokładność poznania położenia obiektów na poziomie jednostek centymetrów, a specjalne metody przetwarzania pomiarów systemu GLONASS z odbiorników znajdujących się na pokładzie statku kosmicznego pozwalają również z powodzeniem rozwiązać ten problem.

BUDOWA

W Rosji technologie GLONASS są wykorzystywane do monitorowania sprzętu budowlanego, a także monitorowania przemieszczenia jezdni, monitorowania odkształceń liniowych obiektów stacjonarnych oraz w systemach sterowania sprzętem do budowy dróg.

Usługi nawigacji satelitarnej pomagają w określaniu lokalizacji obiektów geograficznych z centymetrową dokładnością podczas układania rurociągów naftowych i gazowych, linii energetycznych, wyjaśniania parametrów terenu podczas budowy budynków i budowli, budowy dróg. Według ekspertów krajowych i zagranicznych zastosowanie GLONASS zwiększa efektywność prac budowlanych i katastralnych o 30-40%.

Korzystanie z usług GLONASS pozwala na szybkie przekazywanie informacji o stanie złożonych konstrukcji inżynierskich, potencjalnie niebezpiecznych obiektów, takich jak tamy, mosty, tunele, przedsiębiorstwa przemysłowe, elektrownie jądrowe. Za pomocą monitoringu satelitarnego specjaliści mają aktualne informacje o potrzebie dodatkowej diagnostyki tych konstrukcji i ich naprawy.

SYSTEMY POROZUMIEWANIA SIĘ

GLONASS służy do tymczasowego rejestrowania transakcji pieniężnych w handlu akcjami, walutami i towarami. Ciągły i dokładny sposób rejestrowania przelewów oraz możliwość ich śledzenia jest podstawą działania międzynarodowych systemów transakcyjnych dla handlu międzybankowego. Największe banki inwestycyjne używają GLONASS do synchronizacji sieci komputerowych swoich oddziałów w całej Rosji. MICEX-RTS United Exchange wykorzystuje sygnały czasowe GLONASS do dokładnego rejestrowania kwotowań podczas dokonywania transakcji. Sprzęt GLONASS, wykorzystywany w interesie infrastruktury telekomunikacyjnej, stanowi rozwiązanie problemów synchronizacji sieci komunikacyjnych.

BRONIE

System GLONASS ma szczególne znaczenie dla skuteczności rozwiązywania problemów przez Siły Zbrojne i odbiorców specjalnych. System służy do rozwiązywania zadań wsparcia koordynatowo-czasowego dla wszystkich typów i rodzajów wojsk, w tym do zwiększenia efektywności użycia broni o wysokiej precyzji, bezzałogowych statków powietrznych, kierownictwo operacyjne wojsko.

Artykuł o systemach GLONASS i GPS: charakterystyka systemów satelitarnych, ich cechy i analiza porównawcza. Na końcu artykułu - film o zasadach GPS i GLONASS.

Teraz strefy wpływów są podzielone między rosyjski GLONASS, amerykański GPS (Global Positioning System) i chiński BeiDou, który stopniowo nabiera rozpędu. Wybór systemu do własnego samochodu może mieć charakter patriotyczny lub może opierać się na kompetentnym rozważeniu zalet i wad tych rozwiązań.

Podstawy komunikacji satelitarnej

Celem każdego systemu satelitarnego jest określenie dokładnej lokalizacji dowolnego obiektu. W kontekście samochodu zadanie to realizowane jest za pomocą specjalnego urządzenia, które pomaga ustalić współrzędne na ziemi, zwanego nawigatorem.

Satelity współpracujące z określonym systemem nawigacyjnym wysyłają do niego osobiste sygnały, które różnią się od siebie. Aby dokładnie zdefiniować współrzędne przestrzenne, nawigator potrzebuje informacji z 4 satelitów. Nie jest to więc prosty gadżet samochodowy, a jeden z elementów złożonego mechanizmu pozycjonowania przestrzeni.

Kiedy samochód się porusza, współrzędne zmieniają się w sposób ciągły. Dlatego system nawigacji został zaprojektowany tak, aby w pewnych regularnych odstępach czasu aktualizować otrzymane dane i ponownie obliczać odległość.

Zaletą nowoczesnych systemów jest możliwość zapamiętywania układu satelitów nawet po wyłączeniu. To znacznie zwiększa wydajność instrumentu, gdy nie ma potrzeby każdorazowego ponownego przeszukiwania orbity satelity. Dla kierowców, którzy regularnie uzyskują dostęp do nawigatora, programiści przewidzieli funkcję „gorącego startu” - najszybsze możliwe połączenie urządzenia z satelitą. Przy rzadkim korzystaniu z nawigatora start będzie „zimny”, czyli w tym przypadku połączenie z satelitą będzie dłuższe i zajmie od 10 do 20 minut.

Systemy budowlane

Chociaż pierwszy satelita Ziemi był rozwojem sowieckim, początkowo narodził się dokładnie Amerykański GPS. Naukowcy zwrócili uwagę na zmiany sygnałów satelitarnych w zależności od ich ruchu na orbicie. Następnie pomyśleli o metodzie obliczania nie tylko współrzędnych samego satelity, ale także związanych z nim obiektów naziemnych.

W 1964 roku wprowadzono wyłącznie wojskowy system nawigacji o nazwie TRANZIT, który stał się pierwszym na świecie opracowaniem tego poziomu. Przyczyniła się do wystrzelenia pocisków z okrętów podwodnych, ale dokładność lokalizacji obiektu obliczono dopiero z odległości 50 metrów. Ponadto obiekt ten musiał pozostać absolutnie nieruchomy.

Stało się jasne, że pierwszy i w tym czasie jedyny nawigator na świecie nie poradził sobie z zadaniem ciągłego określania współrzędnych. Wynikało to z faktu, że satelita, przechodząc na niskiej orbicie, mógł wysyłać sygnały na Ziemię tylko przez godzinę.

Kolejna, ulepszona wersja pojawiła się 3 lata później, wraz z nowym satelitą Timation-1 i jego bratem Timation-2. Razem wznieśli się na wyższą orbitę i zjednoczyli się w jeden system, zwany Navstar. Zaczęło się tak samo, jak rozwój wojskowy, ale potem zdecydowano się udostępnić go publicznie na potrzeby ludności cywilnej.

Ten system nadal działa, z 32 satelitami w swoim arsenale, zapewniając pełne pokrycie Ziemi. Kolejnych 8 urządzeń jest w rezerwie na jakieś nieprzewidziane wydarzenie. Poruszając się w znacznej odległości od planety po kilku orbitach, satelity kończą swój obrót w ciągu prawie jednego dnia.

Nad krajowy system GLONASS zaczął działać w czasach Związku - potężnego państwa o wybitnych umysłach naukowych. Wystrzelenie sztucznego satelity na orbitę zapoczątkowało prace projektowe systemu pozycjonowania.

Pierwszy sowiecki satelita urodzony w 1967 miał być jedynym wystarczającym do obliczenia współrzędnych. Ale wkrótce w kosmosie pojawił się cały system wyposażony w nadajniki radiowe, znany ludności jako Cykada, a wojsko nazwało go Cyklonem. Jej zadaniem było identyfikowanie obiektów w niebezpieczeństwie, co robiła aż do pojawienia się GLONASS w 1982 roku.

Związek Radziecki został zniszczony, kraj był w niebezpieczeństwie i nie mógł znaleźć rezerw, aby przywołać na myśl system high-tech. Cały system obejmował 24 satelity, ale z powodu trudności finansowych prawie połowa z nich nie działała. Dlatego w tamtych czasach, w latach 90. GLONASS nie mógł nawet ściśle konkurować z GPS.

Do tej pory rosyjscy programiści zamierzają wyprzedzić i wyprzedzić swoich amerykańskich odpowiedników, co już potwierdza szybszy obieg naszych satelitów wokół Ziemi. Chociaż historycznie rosyjski system satelitarny pozostawał daleko w tyle za amerykańskim, ta przepaść zmniejsza się z roku na rok.

Zalety i wady

Na jakim poziomie są teraz oba systemy? Którą z nich do codziennych zadań powinien preferować zwykły człowiek na ulicy?

Ogólnie rzecz biorąc, wielu obywateli nie dba o to, z jakiego rodzaju nawigacji satelitarnej korzysta jego sprzęt. Oba są dostępne bez ograniczeń i bez opłat za wszystko. ludność cywilna, w tym do użytku w samochodzie. Z technicznego punktu widzenia szwedzka firma satelitarna oficjalnie ogłosiła zalety GLONASS, który działa znacznie lepiej na północnych szerokościach geograficznych.

Satelity GPS praktycznie nie pojawiają się na północ od 55 równoleżnika, a na półkuli południowej odpowiednio na południe. Natomiast przy kącie nachylenia 65 stopni i wysokości 19,4 tys. km satelity GLONASS dostarczają doskonałe, stabilne sygnały do Moskwy, Norwegii i Szwecji, co jest tak cenione przez zagranicznych ekspertów.

Chociaż oba systemy mają dużą liczbę satelitów na wszystkich płaszczyznach orbitalnych, inni eksperci nadal dają GPS. Nawet z aktywnym programem ulepszania systemu rosyjskiego ten moment Amerykanie mają 27 satelitów w porównaniu z 24 rosyjskimi, co zapewnia większą przejrzystość ich sygnałów.

Wiarygodność sygnałów GLONASS wynosi 2,8 m w porównaniu do 1,8 m dla GPS. Jednak liczba ta jest dość przeciętna, ponieważ satelity mogą ustawiać się na orbicie w taki sposób, że wskaźnik błędów wzrasta kilkakrotnie. Co więcej, taka sytuacja może objąć oba systemy satelitarne.

Z tego powodu producenci starają się wyposażyć swoje urządzenia w nawigację dwusystemową, która odbiera zarówno sygnały GPS, jak i GLONASS.

Ważną rolę odgrywa jakość sprzętu naziemnego, który odbiera i deszyfruje odebrane dane.

Jeśli mówimy o zidentyfikowanych niedociągnięciach obu systemów nawigacji, można je podzielić w następujący sposób:

GLONASS:

zmiana współrzędnych niebieskich (efemeryd) prowadzi do niedokładności w określeniu współrzędnych, sięgającej 30 metrów;
dość częste, choć krótkotrwałe przerwanie sygnału;
namacalny wpływ cech reliefowych na czytelność uzyskanych danych.

GPS:

odbieranie błędnego sygnału z powodu interferencji wielościeżkowej i niestabilności atmosferycznej;
istotna różnica między cywilną wersją systemu, która ma zbyt ograniczone możliwości w porównaniu z rozwojem wojskowym.

Dwusystemowy

W sumie na orbicie nieustannie kręci się ponad pięć tuzinów satelitów obu światowych potęg. Jak już wspomniano, dobry „widok” 4 satelitów wystarczy, aby uzyskać wiarygodne współrzędne. Na płaskim terenie, na stepie czy w terenie każdy odbiornik będzie mógł nagrać do kilkunastu sygnałów jednocześnie, podczas gdy w lesie czy terenie górskim komunikacja gwałtownie zanika.

Dlatego celem projektowym jest, aby każde urządzenie odbiorcze było w stanie komunikować się z maksymalną liczbą satelitów. To ponownie przywraca pomysł połączenia GLONASS i GPS, który jest już praktykowany w Ameryce dla służb ratowniczych. Bez względu na to, jak rozwijają się relacje państw, życie ludzkie jest przede wszystkim, a dwusystemowy chip określi lokalizację osoby w trudnej sytuacji z większą szybkością i jasnością.

Taka synteza uchroni również kierowców przed niemożnością poruszania się po nieznanych obszarach, ponieważ nawigator jest zbyt wolny, aby nawiązać połączenie i zbyt długo przetwarza informacje. Powodem tego jest utrata satelity z powodu banalnych ingerencji: wysoki budynek, wiadukt, a nawet duża ciężarówka w sąsiedztwie. Ale jeśli autonawigator jest wyposażony w chip dwusystemowy, prawdopodobieństwo jego „zamrożenia” zostanie znacznie zmniejszone.

Kiedy ta praktyka stanie się powszechna, nawigator będzie obojętny na kraj pochodzenia systemu, ponieważ będzie mógł jednocześnie śledzić do 40 satelitów, dając fantastycznie dokładną lokalizację.

Film o zasadach GPS i GLONASS:

Papierowe mapy terenu zostały zastąpione mapami elektronicznymi, na których nawigacja odbywa się za pomocą systemu satelitarnego GPS. Z tego artykułu dowiesz się, kiedy pojawiła się nawigacja satelitarna, czym jest teraz i co ją czeka w najbliższej przyszłości.

W czasie II wojny światowej flotylle Stanów Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii miały znaczący atut – system nawigacji LORAN wykorzystujący radiolatarnie. Pod koniec działań wojennych technologię oddały do ich dyspozycji cywilne statki krajów „prozachodnich”. Dekadę później ZSRR uruchomił swoją odpowiedź - system nawigacji Czajka, oparty na radiolatarniach, jest nadal w użyciu.

Ale nawigacja lądowa ma znaczące niedociągnięcia: nierówności rzeźby ziemi stają się przeszkodą, a wpływ jonosfery negatywnie wpływa na czas transmisji sygnału. Jeśli odległość między latarnią nawigacyjną a statkiem jest zbyt duża, błąd pozycji można zmierzyć w kilometrach, co jest niedopuszczalne.

Latarnie naziemne zostały zastąpione przez systemy nawigacji satelitarnej do celów wojskowych, z których pierwszy, American Transit (inna nazwa dla NAVSAT), został uruchomiony w 1964 roku. Sześć satelitów niskoorbitalnych zapewniało dokładność wyznaczania współrzędnych do dwustu metrów.

W 1976 roku ZSRR uruchomił podobny wojskowy system nawigacyjny Cyclone, a trzy lata później cywilny Cykada. Dużą wadą wczesnych systemów nawigacji satelitarnej było to, że mogły być używane tylko przez krótki czas, na przykład godzinę. Satelity o niskiej orbicie, nawet w niewielkiej liczbie, nie były w stanie zapewnić szerokiego zasięgu sygnału.

GPS a GLONASS

W 1974 roku armia amerykańska wystrzeliła na orbitę pierwszego satelitę nowego wówczas systemu nawigacyjnego NAVSTAR, który później został przemianowany na GPS (Global Positioning System). W połowie lat 80. cywilne statki i samoloty mogły korzystać z technologii GPS, ale przez długi czas były w stanie pozycjonować czasami mniej dokładnie niż wojsko. Dwudziesty czwarty satelita GPS, ostatni wymagany do pokrycia powierzchni Ziemi, został wystrzelony w 1993 roku.

W 1982 r. ZSRR przedstawił swoją odpowiedź - stała się technologią GLONASS (Global Navigation Satellite System). Ostatni 24. satelita GLONASS wszedł na orbitę w 1995 roku, ale krótki okres eksploatacji satelitów (od trzech do pięciu lat) i niewystarczające finansowanie projektu spowodowały, że system nie działał na prawie dekadę. Dopiero w 2010 roku przywrócono globalny zasięg GLONASS.

Aby uniknąć takich awarii, zarówno GPS, jak i GLONASS używają teraz 31 satelitów: 24 głównych i 7 zapasowych, jak mówią, na wypadek „pożaru”. Nowoczesne satelity nawigacyjne latają na wysokości około 20 tys. km i okrążają Ziemię dwa razy dziennie.

Jak działa GPS

Pozycjonowanie w sieci GPS odbywa się poprzez pomiar odległości od odbiornika do kilku satelitów, których lokalizacja jest obecnie dokładnie znana. Odległość do satelity mierzy się, mnożąc opóźnienie sygnału przez prędkość światła.
Komunikacja z pierwszym satelitą dostarcza informacji jedynie o sferze możliwych lokalizacji odbiorników. Przecięcie dwóch sfer da okrąg, trzy - dwa punkty, a cztery - jedyny prawdziwy punkt na mapie. W roli jednej ze sfer najczęściej wykorzystywana jest nasza planeta, co pozwala zamiast czterech satelitów na pozycjonowanie tylko przez trzy. Teoretycznie dokładność pozycjonowania GPS może sięgać 2 metrów (w praktyce błąd jest znacznie większy).

Każdy satelita wysyła do odbiornika duży zestaw informacji: dokładny czas i jego korektę, almanach, dane efemeryd i parametry jonosferyczne. Do pomiaru opóźnienia między jego wysłaniem a odbiorem potrzebny jest precyzyjny sygnał czasu.

Satelity nawigacyjne są wyposażone w precyzyjne zegary cezowe, a odbiorniki w znacznie mniej dokładne zegary kwarcowe. Dlatego w celu sprawdzenia czasu nawiązywany jest kontakt z dodatkowym (czwartym) satelitą.

Ale zegary cezowe też mogą się mylić, dlatego porównuje się je z zegarami wodorowymi umieszczonymi na ziemi. Dla każdego satelity w centrum sterowania systemu nawigacyjnego obliczana jest indywidualnie korekta czasu, która jest następnie przesyłana do odbiornika wraz z dokładnym czasem.

Kolejnym ważnym elementem systemu nawigacji satelitarnej jest almanach, czyli tabela parametrów orbity satelity na miesiąc do przodu. W centrum sterowania obliczany jest almanach oraz korekta czasu.

Przesyłane są dane z satelitów i poszczególnych efemeryd, na podstawie których obliczane są odchylenia orbity. A biorąc pod uwagę, że prędkość światła nie jest stała nigdzie poza próżnią, opóźnienie sygnału w jonosferze jest koniecznie brane pod uwagę.

Transmisja danych w sieci GPS odbywa się ściśle na dwóch częstotliwościach: 1575,42 MHz i 1224,60 MHz. Różne satelity nadają na tej samej częstotliwości, ale używają podziału kodu CDMA. Oznacza to, że sygnał satelitarny to tylko szum, który można zdekodować tylko wtedy, gdy istnieje odpowiedni kod PRN.

Powyższe podejście umożliwia zapewnienie wysokiej odporności na zakłócenia i zastosowanie wąskiego zakresu częstotliwości. Czasami jednak odbiorniki GPS muszą przez długi czas szukać satelitów z wielu powodów.

Po pierwsze, odbiornik początkowo nie wie, gdzie znajduje się satelita, czy oddala się, czy zbliża i jakie jest przesunięcie częstotliwości jego sygnału. Po drugie, kontakt z satelitą jest uważany za udany tylko wtedy, gdy otrzyma od niego komplet informacji. Szybkość przesyłania danych w sieci GPS rzadko przekracza 50 bps. A gdy tylko sygnał zaniknie z powodu zakłóceń radiowych, wyszukiwanie rozpoczyna się od nowa.

Przyszłość nawigacji satelitarnej

Obecnie GPS i GLONASS są szeroko stosowane do celów pokojowych i w rzeczywistości są wymienne. Najnowsze chipy nawigacyjne obsługują oba standardy komunikacji i łączą się z satelitami, które zostały znalezione jako pierwsze.

Amerykański GPS i rosyjski GLONASS nie są jedynymi systemami nawigacji satelitarnej na świecie. Na przykład Chiny, Indie i Japonia rozpoczęły rozmieszczanie własnych SSN o nazwach odpowiednio BeiDou, IRNSS i QZSS, które będą działać tylko w ich krajach i dlatego wymagają stosunkowo niewielkiej liczby satelitów.

Ale chyba największym zainteresowaniem jest projekt Galileo, który jest rozwijany przez Unię Europejską i powinien zostać uruchomiony na pełnych obrotach przed 2020 rokiem. Początkowo Galileo był pomyślany jako sieć czysto europejska, ale kraje Bliskiego Wschodu i Ameryki Południowej już zadeklarowały chęć uczestniczenia w jej tworzeniu. Tak więc „trzecia siła” może wkrótce pojawić się na rynku globalnych CLO. Jeśli ten system będzie również kompatybilny z istniejącymi, a najprawdopodobniej tak będzie, konsumenci tylko na tym skorzystają - szybkość wyszukiwania satelitów i dokładność pozycjonowania powinny wzrosnąć.

Z nawigacji satelitarnej korzystają kierowcy, rowerzyści, turyści – nawet miłośnicy porannych biegów śledzą własną trasę za pomocą satelitów. Zamiast pytać przechodniów, jak znaleźć odpowiedni dom, większość woli zaopatrzyć się w smartfona i zadać to pytanie do GLONASS lub GPS. Pomimo tego, że moduły nawigacji satelitarnej są instalowane w każdym smartfonie i w większości zegarków sportowych, tylko co dziesiąta osoba rozumie, jak działa ten system i jak znaleźć właściwy w morzu urządzeń z funkcjami GPS/GLONASS.

Jak działa system nawigacji satelitarnej?

Skrót GPS oznacza Global Positioning System: „Global Positioning System”, w dosłownym tłumaczeniu. Pomysł wykorzystania satelitów na orbicie okołoziemskiej do wyznaczania współrzędnych obiektów naziemnych pojawił się w latach 50., zaraz po wystrzeleniu przez Związek Radziecki pierwszego sztucznego satelity. Amerykańscy naukowcy śledzili sygnał satelity i odkryli, że jego częstotliwość zmienia się, gdy satelita się zbliża lub oddala. Dlatego znając swoje dokładne współrzędne na Ziemi, możesz obliczyć dokładną lokalizację satelity. Ta obserwacja dała impuls do rozwoju globalnego układu współrzędnych.

Początkowo flota zainteresowała się odkryciem - rozpoczął się rozwój laboratorium morskiego, ale z czasem postanowiono stworzyć jeden system dla wszystkich sił zbrojnych. Pierwszy satelita GPS został wyniesiony na orbitę w 1978 roku. Teraz sygnały są transmitowane przez około trzydzieści satelitów. Gdy system nawigacji zaczął działać, departamenty wojskowe USA zrobiły prezent wszystkim mieszkańcom planety – otworzyły bezpłatny dostęp do satelitów, aby każdy mógł za darmo korzystać z Globalnego Systemu Pozycjonowania, byłby odbiornik.

Podążając za Amerykanami, Roskosmos stworzył własny system: pierwszy satelita GLONASS wszedł na orbitę w 1982 roku. GLONASS to globalny system nawigacji satelitarnej, który działa na tej samej zasadzie co amerykański. Obecnie na orbicie znajdują się 24 rosyjskie satelity, które zapewniają koordynację.

Aby korzystać z jednego z systemów, a najlepiej dwóch jednocześnie, potrzebny jest odbiornik, który będzie odbierał sygnały z satelitów, a także komputer do odszyfrowania tych sygnałów: położenie obiektu obliczane jest na podstawie odstępów między odbieranymi sygnały. Dokładność obliczeń to plus minus 5m.

Im więcej satelitów „widzi” urządzenie, tym więcej informacji może dostarczyć. Aby określić współrzędne, wystarczy, że nawigator zobaczy tylko dwa satelity, ale jeśli znajdzie co najmniej cztery satelity, urządzenie będzie w stanie zgłosić np. prędkość obiektu. Dlatego nowoczesne urządzenia nawigacyjne odczytują coraz więcej parametrów:

Współrzędne geograficzne obiektu.
Jego prędkość ruchu.
Wysokość nad poziomem morza.

Jakie błędy mogą wystąpić w działaniu GPS/GLONASS

Nawigacja satelitarna jest dobra, ponieważ jest dostępna przez całą dobę z dowolnego miejsca na świecie. Gdziekolwiek jesteś, jeśli masz odbiornik, możesz określić współrzędne i zbudować trasę. Jednak w praktyce sygnał satelitów może być zagłuszany przez przeszkody fizyczne lub katastrofy pogodowe: jeśli przechodzisz podziemnym tunelem, a burza szaleje również z góry, sygnał może nie „dokończyć” do odbiornika.

Problem ten został rozwiązany dzięki technologii A-GPS: zakłada, że odbiorca uzyskuje dostęp do serwera za pośrednictwem alternatywnych kanałów komunikacyjnych. To z kolei wykorzystuje dane otrzymane z satelitów. Dzięki temu możesz korzystać z systemu nawigacji w pomieszczeniach, w tunelach, przy złej pogodzie. Technologia A-GPS jest przeznaczona dla smartfonów i innych urządzeń osobistych, więc wybierając nawigator lub smartfon, sprawdź, czy obsługuje ten standard. Dzięki temu masz pewność, że urządzenie nie zawiedzie Cię w kluczowym momencie.

Właściciele smartfonów czasami narzekają, że nawigator nie działa dokładnie lub okresowo „wyłącza się”, nie określa współrzędnych. Z reguły wynika to z faktu, że w większości smartfonów funkcja GPS/GLONASS jest domyślnie wyłączona. Urządzenie wykorzystuje wieże komórkowe lub bezprzewodowy internet do obliczania współrzędnych. Problem rozwiązuje się, konfigurując smartfon, aktywując żądaną metodę określania współrzędnych. Konieczne może być również skalibrowanie kompasu lub zresetowanie nawigatora.

Rodzaje nawigatorów

Automobilowy. System nawigacyjny, przywiązane do satelitów GLONASS lub ich amerykańskich odpowiedników, mogą być częścią komputera pokładowego samochodu, ale częściej kupują oddzielne urządzenia. Nie tylko wyznaczają współrzędne auta i pozwalają łatwo dostać się z punktu A do punktu B, ale także chronią przed kradzieżą. Nawet jeśli napastnicy ukradną samochód, może być śledzony przez radiolatarnię. Zaletą specjalnych urządzeń do samochodów jest to, że umożliwiają instalację anteny - dzięki antenie można wzmocnić sygnał GLONASS.
Turystyczny. Jeśli w nawigatorze samochodowym można zainstalować specjalny zestaw map, na urządzenia podróżne nakładane są bardziej rygorystyczne wymagania: nowoczesne modele umożliwiają korzystanie z rozszerzonego zestawu map. Jednak najprostszym urządzeniem podróżnym jest po prostu odbiornik sygnału z prostym komputerem. Może nawet nie zaznaczyć współrzędnych na mapie, w takim przypadku wymagana jest mapa papierowa z siatką nawigacyjną. Jednak teraz takie urządzenia kupuje się tylko ze względów ekonomicznych.
Smartfony, tablety z odbiornikiem GPS/GLONASS. Smartfony umożliwiają również pobranie rozszerzonego zestawu map. Mogą być używane jako nawigatorzy samochodowi i turystyczni, najważniejsze jest zainstalowanie aplikacji i pobranie niezbędnych map. Wiele przydatnych programów nawigacyjnych jest bezpłatnych, ale niektóre wymagają niewielkiej opłaty.

Oprogramowanie nawigacyjne dla smartfonów

Jeden z najprostszych programów przeznaczonych dla tych, którzy nie chcą zagłębiać się w funkcjonalność: MapsWithMe. Umożliwia pobranie mapy żądanego regionu z sieci, dzięki czemu można z niej korzystać nawet w przypadku braku połączenia z Internetem. Program pokaże lokalizację na mapie, odnajdzie obiekty zaznaczone na tej mapie - możesz je zapisać jako zakładki, a następnie skorzystać z szybkiego wyszukiwania. To kończy funkcjonalność. Program wykorzystuje wyłącznie mapy wektorowe - inne formaty nie mogą być wczytane.

Właściciele urządzeń z Androidem mogą korzystać z programu OsmAnd. Nadaje się dla kierowców i turystów pieszych, ponieważ pozwala automatycznie tworzyć trasy wzdłuż dróg lub górskich ścieżek. Nawigator GLONASS poprowadzi Cię po trasie za pomocą poleceń głosowych. Oprócz map wektorowych możesz korzystać z map rastrowych, a także oznaczać punkty orientacyjne i rejestrować ślady.

Najbliższą alternatywą dla OsmAnd jest aplikacja Locus Map. Jest odpowiedni dla turystów, ponieważ przypomina klasyczne urządzenie nawigacyjne dla backpackerów, które było używane przed pojawieniem się smartfonów. Wykorzystuje zarówno mapy wektorowe, jak i rastrowe.

Urządzenia podróżne

Smartfony i tablety mogą zastąpić dedykowane dla turystyki urządzenie GPS/GLONASS, ale to rozwiązanie ma swoje wady. Z jednej strony, jeśli masz smartfon, nie musisz kupować żadnych dodatkowych urządzeń. Łatwo pracuje się z mapą na dużym jasnym ekranie, wybór aplikacji jest szeroki - wskazaliśmy tylko kilka programów, nie da się objąć wszystkich ofert. Ale smartfon ma też wady:

Rozładowuje się szybko. Urządzenie działa średnio jeden dzień, a w trybie ciągłego wyszukiwania współrzędnych – jeszcze mniej.
Wymaga ostrożnego obchodzenia się. Oczywiście istnieją smartfony bezpieczne, ale poza tym, że są drogie, niezawodności takiego smartfona nadal nie można porównać ze specjalnym urządzeniem podróżnym GLONASS. Może być całkowicie wodoodporny.

Na wielodniowe wędrówki po bezdrożach opracowano specjalistyczne urządzenia, w wodoodpornych obudowach i z mocnymi bateriami. Jednak przy wyborze takiego urządzenia ważne jest, aby wyjaśnić, że obsługuje ono zarówno mapy wektorowe, jak i rastrowe. Mapa rastrowa to obraz powiązany ze współrzędnymi. Możesz wziąć papierową mapę, zeskanować ją, połączyć ze współrzędnymi GLONASS i otrzymać mapę rastrową. Mapy wektorowe nie są obrazem, ale zbiorem obiektów, które program umieszcza na obrazie. System pozwala na rozpoczęcie wyszukiwania obiektów, trudno jednak samodzielnie stworzyć taki schemat.

Pomysł określenia lokalizacji obiektów za pomocą sztucznych satelitów Ziemi przyszedł do głowy Amerykanom już w latach 50. XX wieku. Jednak sowiecki satelita popchnął naukowców.

Amerykański fizyk Richard Kershner zdał sobie sprawę, że znając współrzędne na ziemi, można poznać prędkość radzieckiego statku kosmicznego. Był to początek wdrażania programu, który później stał się znany jako GPS - Global Positioning System. W 1974 roku na orbitę wystrzelono pierwszego amerykańskiego satelitę. Początkowo projekt ten był przeznaczony dla departamentów wojskowych.

Jak działa geolokalizacja

Rozważ cechy geolokalizacji na przykładzie konwencjonalnego trackera. Do momentu aktywacji urządzenie jest w trybie czuwania, moduł GPS GLONASS jest wyłączony. Ta opcja ma na celu oszczędzanie energii baterii i wydłużenie okresu żywotność baterii urządzenia.

Podczas aktywacji uruchamiane są jednocześnie trzy procesy:

odbiornik GPS zaczyna analizować współrzędne zgodnie z wbudowanym programem. Jeśli w tym momencie zostaną wykryte trzy satelity, system zostanie uznany za niedostępny. To samo dzieje się z GLONASS;
jeśli tracker (na przykład nawigator) obsługuje moduły dwóch systemów, urządzenie analizuje informacje otrzymane z obu satelitów. Następnie czyta informacje, które uważa za wiarygodne;
jeśli w odpowiednim czasie sygnały obu systemów nie są dostępne, włącza się GSM. Ale uzyskane w ten sposób dane będą niedokładne.

Dlatego zadając pytanie: co wybrać - GPS czy GLONASS, wybierz sprzęt obsługujący dwa systemy satelitarne. Wady dzieła jednego z nich nakładają się na drugie. Dzięki temu do odbiornika dostępne są jednocześnie sygnały z 18-20 satelitów. Zapewnia to dobry poziom i stabilność sygnału, minimalizując błędy.

Koszt usługi monitoringu GPS i GLONASS

Kilka czynników wpływa na ostateczny koszt sprzętu:

kraj produkcji;
jakie systemy nawigacyjne są używane;
jakość materiałów i dodatkowe funkcje;
konserwacja oprogramowania.

Najbardziej budżetową opcją jest sprzęt wyprodukowany w Chinach. Cena zaczyna się od 1000 rubli. Nie należy jednak oczekiwać wysokiej jakości usług. Za takie pieniądze właściciel otrzyma ograniczoną funkcjonalność i krótką żywotność.

Kolejnym segmentem sprzętu są producenci europejscy. Kwota zaczyna się od 5000 rubli, ale w zamian kupujący otrzymuje stabilną oprogramowanie i zaawansowane funkcje.

Rosyjscy producenci oferują dość opłacalny sprzęt za rozsądne pieniądze. Ceny krajowych trackerów zaczynają się od 2500 rubli.

Oddzielna pozycja wydatków opłata za subskrybcję oraz płatności za usługi dodatkowe. Opłata miesięczna dla firm krajowych - 400 rubli. Europejscy producenci otwierają dodatkowe opcje na dodatkową „monetę”.

Będziesz musiał zapłacić za instalację sprzętu. Średnio instalacja w centrum serwisowym kosztuje 1500 rubli.

Zalety i wady GLONASS i GPS

Rozważ teraz plusy i minusy każdego systemu.

Satelity GPS prawie nie pojawiają się na półkuli południowej, a GLONASS przesyła sygnał do Moskwy, Szwecji i Norwegii. Czystość sygnału jest wyższa w systemie amerykańskim dzięki 27 aktywnym satelitom. Różnica w błędach „gra na rękę” satelitów amerykańskich. Dla porównania: niedokładność GLONASS wynosi 2,8 m, GPS 1,8 m. Jest to jednak wartość średnia. Czystość obliczeń zależy od pozycji satelitów na orbicie. W niektórych przypadkach urządzenia są ustawione tak, że wzrasta stopień błędnych obliczeń. Taka sytuacja występuje w obu systemach.

Streszczenie

Co więc wygrywa w porównaniu GPS vs GLONASS? Ściśle mówiąc, użytkownicy cywilni nie dbają o to, jakich satelitów używa ich technologia nawigacyjna. Oba systemy są bezpłatne i są w otwarty dostęp. Rozsądnym rozwiązaniem dla deweloperów będzie wzajemna integracja systemów. W takim przypadku wymagana liczba urządzeń będzie znajdować się w „polu widzenia” lokalizatora nawet w niesprzyjających warunkach pogodowych i ingerencji w postaci wysokich budynków.