Спутниковые системы навигации

Спутниковая система навигации – комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) наземных, водных и воздушных объектов.

Основными элементами спутниковой системы навигации являются:

· орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;

· наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;

· приемное клиентское оборудование («спутниковых навигаторов»), используемое для определения координат;

· опционально: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приемник до начала измерений. Обычно приемник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения, и если он не устарел – мгновенно использует его. Каждый спутник передает в своем сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений на основе альманаха можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приемника основан на определенности скорости распространения радиоволн.

Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени в составе своего сигнала, использует точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приемника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приеме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приема сигнала.

Располагая этой информацией, навигационный приемник вычисляет координаты антенны. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определенный промежуток времени, можно вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д.

Ниже перечислены некоторые проблемы спутниковой навигации, требующие специальных технических приемов для их решения:

1. Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приемников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с трех (2-мерная навигация при известной высоте) или четырех (3-мерная навигация) спутников (при наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью).

2. Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников.

3. Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиоволн могут меняться в определенных пределах.

4. Отражения сигналов от наземных объектов, что особенно заметно в городе.

5. Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего прием их сигналов возможен только в прямой видимости на открытом воздухе.

В настоящее время работают или готовятся к развертыванию следующие системы спутниковой навигации: