ГЛОНАСС - это российская спутниковая система навигации, которая используется для определения местоположения (географических координат) различных объектов.
Основные сведения о ГЛОНАСС
В декабре 1976 года было положено официальное начало работ по созданию ГЛОНАСС - глобальной навигационной спутниковой системы. Проект создания подобной системы продолжил развитие советской, а затем и российской навигационной спутниковой системы. Данная система используется для того, чтобы определять местоположение (географические координаты) наземных, водных и воздушных объектов, а также низкоорбитальных космических аппаратов.
Система ГЛОНАСС была официально принята в эксплуатацию 24 сентября 1993 года, а штатный состав спутниковой группировки ГЛОНАСС (24 спутника) был достигнут 14 декабря 1995 года. О завершении создания системы ГЛОНАСС было объявлено 7 декабря 2015 года.
Система ГЛОНАСС нашла широкое применение в многих областях человеческой деятельности. В первую очередь, нужно указать такие сферы, как синхронизация систем связи, контроль сложных инженерных сооружений, поиск и спасение людей, защита окружающей среды, мониторинг объектов и животных, тектоника, геодезия и картография.
В настоящее время оператором развития проекта ГЛОНАСС является государственная корпорация «Роскосмос», сейчас она занимается решением такой основной задачи, как модернизация аппаратно-программного комплекса, систем связи, системы передачи данных, системы мониторинга. Кроме того, ожидается разработка и создание резервного центра управления ГЛОНАСС.
Архитектура ГЛОНАСС
Архитектура системы ГЛОНАСС характеризует ее структуру. С помощью архитектуры можно определить, из каких частей состоит ГЛОНАСС, как они расположены относительно друг друга, как они взаимодействуют друг с другом.
ГЛОНАСС в настоящее время следует рассматривать в качестве совокупности следующих модулей:
- подсистема космических аппаратов (ПКА);
- подсистема контроля и управления (ПКУ);
- аппаратура спутниковой навигации (АСН);
- навигационная аппаратура потребителей (НАП).
В состав подсистемы космических аппаратов входят 24 навигационных космических аппарата, которые в своей совокупности образуют, так называемый, орбитальный комплекс. Данные космические аппараты распределены по трем орбитальным плоскостям, высота их расположения - 19 400 километров, а период обращения - 11 часов 15 минут. Благодаря этому орбитальный комплекс ГЛОНАСС максимальным образом покрывает земное пространство.
На каждую орбитальную плоскость приходится по 8 навигационных космических аппарата. Причем навигационные аппараты одной орбитальной плоскости сдвинуты относительно навигационных аппаратов другой орбитальной плоскости. Результатом создания подобной конфигурации является обеспечение максимального покрытия околоземного пространства и земной поверхности навигационным полем.
На подсистему контроля и управления возложены функции по сбору и анализу данных контролируемых объектов. Кроме того, эта подсистема поддерживает требуемые параметры и осуществляет наблюдение за общей функциональностью всей системы.
Аппаратура спутниковой навигации и навигационная аппаратура потребителей представляют собой устройства, которые принимают сигналы от навигационных космических аппаратов ГЛОНАСС. Предназначение этих устройств состоит в установлении собственных координат времени и скорости движения.
Для сравнения приведем данные об архитектуре глобальной системы позиционирования GPS. Ее орбитальная группировка представлена 28 космическими аппаратами, которые обращаются вокруг Земли за 12-часовой период. А высота орбиты спутника находится на уровне в 20000 километров.
Принцип действия ГЛОНАСС
Спутники, которые входят в состав системы ГЛОНАСС, расположены на средневысотной круговой орбите на высоте 19 400 километров с наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут. Такая орбита считается оптимальной с точки зрения эксплуатации навигационной системы в высоких широтах, т.е. в северных и южных полярных регионах Земли, к которым, в частности, относится территория Российской Федерации.
Передача сигналов происходит с направленностью 38°. При этом используется правая круговая поляризация. Мощность достигает значений в 316—500 ватт. Условием установления точных географических координат является прием сигнала приемником, как минимум, от четырех спутников, после чего начинается расчет текущего расстояния до них. Использовать только три спутника возможно, но определение географических координат будет затруднено из-за возможности ошибок, которые вызываются неточностью часов приёмника.
В ГЛОНАСС сейчас используют навигационные сигналы двух типов: открытые сигналы с обычной точностью и защищённые сигналы с повышенной точностью. Последние предназначаются для авторизованных пользователей (например, Вооружённые силы РФ). Скорость передачи защищенных сигналов больше скорости открытых сигналов в десять раз, что обуславливает повышенную точность определения географических координат.
Для передачи сигналов применяется метод расширения спектра в прямой последовательности (DSSS). Кроме него реализуется модуляция через двоичную фазовую манипуляцию (BPSK). Для передачи сигналов всеми спутниками ГЛОНАСС используется одна и та же псевдослучайная кодовая последовательность, однако каждый спутник передаёт сигналы на разной частоте, используя 15-канальное разделение по частоте (FDMA).
Главное отличие системы ГЛОНАСС от системы GPS заключается в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении лишены синхронности с вращением Земли. Благодаря этому обеспечивается большая стабильность работы спутников. Следовательно, в течение всего срока активного существования группировки космических аппаратов ГЛОНАСС внесение дополнительных корректировок оказывается ненужным.
