Технические характеристика навигационной спутниковой системы

Глобальная Навигационная Спутниковая Система (Global Navigation Satellite System - GNSS) - это спутниковые системы (наиболее распространены, используемые для определения местоположения в любой точке земной поверхности с применением специальных навигационных или геодезических приемников. GNSS-технология нашла широкое применение в геодезии, городском и земельном кадастре, при инвентаризации земель, строительстве инженерных сооружений, в геологии и т.д.

На рисунке 4 приведена схема определений местоположения потребителя с координатами x, y, z на основе измерений дальности до четырех навигационных спутников. Сплошными линиями показаны окружности, в центре которых расположены спутники. Радиусы окружностей соответствуют истинным дальностям, т.е. истинным расстояниям между спутниками и потребителем. Пунктирные линии – это окружности с радиусами, соответствующими измеренным дальностям, которые отличаются от истинных и поэтому называются псевдодальностями. Истинная дальность отличается от псевдодальности на величину, равную произведению скорости света на уход часов b, т.е. величину смещения часов потребителя по отношению к системному времени. На рисунке показан случай, когда уход часов потребителя больше нуля – то есть часы потребителя опережают системное время, поэтому измеренные псевдодальности меньше истинных дальностей (рис.4).

Рис. 4. Схема определений местоположения потребителя с координатами

Наиболее перспективными космическими системами, служащими для решения геодезических задач, являются системы глобального определения местоположения ГЛОНАСС (РФ), GPS (США) и Galileo (европейская система). Эти системы являются исключительно точным инструментом для решения прикладных задач геодезии, геофизики и землепользования.

Они предназначены для высокоточного определения трех координат места, составляющих вектора скорости и времени различных подвижных объектов.

Функционирующими на данный момент являются две глобальные спутниковые радионавигационные системы второго поколения:

1) Российская (ранее советская) система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система)

2) Американская, называемая «Navstar» (Navigational Satellite Time and Ranging навигационный спутник измерения времени и координат) или по ее фактическому назначению GPS (Global Positioning System – глобальная система местоопределения (рис.5).

Рис. 5 Эмблемы GPS и ГЛОНАСС

Спутниковые системы, помимо навигационных определений, позволяют производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов частоты и времени на удаленных наземных объектах и взаимную геодезическую привязку, а также определять ориентацию объекта на основе измерений, производимых от четырех приемников сигналов навигационных спутников.

Основными достоинствами спутникового позиционирования являются всепогодность, глобальность, оперативность, точность и эффективность. Эти качества зависят от баллистического построения системы, высокой стабильности бортовых эталонов частоты, выбора сигнала и способов его обработки, а также от способов устранения и компенсации погрешностей. Параметры систем и их отдельных элементов, а также математическое обеспечение выбираются так, чтобы ошибка навигационных определений по координатам была не более 10 м, а по скорости до 0,05 м/с.

Современные системы спутникового позиционирования состоят из трех частей, получивших название секторов (подсистем):

космический сектор, включающий в себя набор спутников, который называют «созвездием»;

сектор управления и контроля, состоящий из центральной (ведущей) станции и нескольких станций слежения, расположенных в разных точках земного шара. Кроме того, имеются средства развертывания и восполнения системы (космодром);

сектор пользователей, включающий в себя широко распространенную аппаратуру пользователей.

Сектор потребителя представляет собой комплект спутникового оборудования, который позволяет получать координаты пункта наблюдений, точное время, а также скорость и направление перемещения объекта. Во время работы осуществляется прием радиосигналов со спутников, регистрируются определяемые величины, производится предварительная обработка результатов непосредственно в полевых условиях и затем в камеральных условиях выполняется окончательная обработка (так называемая «пост-обработка») материалов, позволяющая получить окончательные значения величин, интересующих потребителя.

Спутниковая аппаратура может быть использована для военных целей и поэтому должна работать оперативно и надежно в условиях проведения военных действий. При этом создаются условия, при которых использование системы позиционирования было недоступно для потенциального противника. Гражданское применение спутниковой аппаратуры ориентировано на ее использование в навигации, а также в геодезии.