Как работают спутниковые навигационные системы мира

Как работают спутниковые навигационные системы мира

Дата:

В этой статье мы подробно постарались рассказать обо всех основных спутниковых систем мира, а также наглядно разобрали их отличия.

Как работают спутниковые навигационные системы мира
Основные системы спутникового позиционирования в мире

Глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) - это космическая система радиолокационного позиционирования, которая может передавать круглосуточные трехмерные координаты, а также информацию о скорости и времени пользователям на поверхности земли ( у которых есть специальное оборудование для приема сигнала), или в любое место околоземного пространства, включая одну или больше спутниковых групп и их усовершенствованных систем. Существуют четыре основные системы спутникового позиционирования в мире: GPS, Beidou, Galileo и ГЛОНАСС. GPS относится к США, BeiDou используют в основном в Китае, Galilio в Европейском Союзе, а ГЛОНАСС в России.

ee070edef300879e456ace8fbb7c884c.jpeg

GNSS. Фото с сайта: https://tehnografi.com

GPS:

GPS - это глобальная спутниковая система определения местоположения, созданная и управляемая Министерством обороны США. В настоящее время GPS является наиболее широко используемой системой спутниковой навигации в мире. Она обеспечивает точное позиционирование, измерение скорости и высокоточное стандартное время для большинства участков (98%) поверхности Земли. Система GPS состоит из новых и старых спутников. Спутник нового поколения GPSIII представляет собой замену и модернизацию старых спутников GPS. Повышены надежность и точность сигнала, и в нем отсутствует функция дополнительной доступности (SA) (намеренно сокращение использования в гражданских целях во всем мире). В настоящее время GPS III успешно запустила два спутника, SV01 и SV02, а запуск остальных 8 спутников запланирован до 2023 года.

cd04d0407cabd242e268ff4840a403b2.png

GPS. Фото с сайта: https://www.iguides.ru

Galileo:

Galileo (Галилео) - был построен Европейским союзом через Европейское космическое агентство и Европейское управление навигационной спутниковой системы. Его цель состоит в том, чтобы предоставлять услуги определения местоположения с точностью менее 1 метра в горизонтальном и вертикальном направлениях и обеспечивать их чем другие системы в высоких широтах. Galileo планирует запустить 30 спутников, из которых 28 запущены (в том числе 2 тестовых спутника, 2 выведенных из эксплуатации и 2 непригодных для использования). Но при этом Галилео неоднократно сталкивался с кратковременными перебоями в обслуживании.

1541f95cd27f06c14aa5a0ce3650a060.gif

Изображение взято с сайта: https://ru.wikipedia.org

ГЛОНАСС:

ГЛОНАСС - это спутниковая навигационная система, начало по созданию которой было положено Советским Союзом, а окончательно он был принят в эксплуатацию уже Россией. ГЛОНАСС может обеспечивать всепогодную, высокоточную трехмерную информацию о местоположении, трехмерную информацию о скорости и времени. ГЛОНАСС достиг глобального покрытия в конце 2011 года, в настоящее время работают 24 спутника.

d5394e21a58ade5704683e23672cf0f3.png

Изображение с сайта: https://www.glonass-iac.ru

Для спутниковой навигации обычно требуется как минимум 4 спутника. Измерение расстояния между спутником и пользователем основано на разнице между временем передачи спутникового сигнала и временем его достижения приемником, что называется псевдодальностью. Чтобы вычислить трехмерное положение пользователя и отклонение часов приемника, измерение псевдодальности требует, по крайней мере, приема сигналов от 4 спутников.

Глобальная спутниковая навигационная система состоит из трех частей: наземного сегмента, космического сегмента и пользовательского сегмента.

Три компонента спутниковой навигационной системы

Наземный сегмент: он состоит из главной станции управления, станции мониторинга, станции временной синхронизации и т. д.

Главная станция управления: центр обработки наземной информации и управления работой навигационной спутниковой системы. Основные функции включают установление координат времени и пространства системы, создание навигационных сообщений, мониторинг спутниковых часов и других полезных нагрузок, их корректировку и управление, а также анализ производительности спутниковой группировки. Также существует отдельная станция для поддержки  навигационной системы спутниковой орбиты.

Станция синхронизации: Наземная радиопередающая станция, которая принимает навигационные сообщения и команды управления спутником, отправленные главной станцией управления. А затем передает их на навигационные спутники по радиочастотной линии под управлением главной станции управления.

Станция мониторинга: Станция приема спутникового сигнала в навигационной спутниковой системе, которая контролирует спутник и собирает данные. В зависимости от различных задач ее можно разделить на станции мониторинга временной синхронизации и определения орбиты, а также станции мониторинга целостности.

Космический сегмент: группировка космических спутников глобальной спутниковой системы позиционирования обычно состоит из примерно 30 навигационных спутников, которые работают на геостационарной орбите, наклонной орбите и средней окружности земной орбиты. Распределены в 3 или 6 орбитальных плоскостях в соответствии с их конструктивным исполнением. Навигационные спутники непрерывно отправляют радиосигналы с информацией о времени и местоположении в воздухе для приема навигационных сигналов.

Пользовательский сегмент: включает базовые продукты, такие как микросхемы, модули, антенны, а также терминальные продукты, прикладные системы и прикладные услуги. Среди них приемники навигационного сигнала фиксируют и отслеживают работу спутника, измеряют псевдодальность от приемной антенны до спутника и скорость изменения расстояния, а также демодулирует данные, такие как параметры орбиты спутника. Для выполнения расчетов позиционирования и вычисления географического положения пользователя. Конечный продукт содержит информацию, такую ​​как широта и долгота, высота, скорость, время и т. д.

Преимущества спутниковой навигационной технологии

В основном это высокая точность, всепогодность, высокая эффективность и универсальность. Технологии навигации можно разделить на инерциальную навигацию, радионавигацию, астрономическую навигацию и т. д. (в соответствии с различными технологиями получения навигационной информации).

Инерциальная навигация: основанная на принципах классической механики Ньютона, информация о векторе ускорения носителя передается посредством инерционных измерений в сочетании с заданными начальными условиями (начальное положение, вектор скорости и т. д.). А также известными данными (сила тяжести, время и т. д.) для расчета и предоставления параметров навигации.

Радионавигация: оператор связи использует радионавигационное оборудование для определения своего местоположения в назначенной системе координат и направляет оператора по заранее определенному маршруту. Для определения характера навигации по местонахождению навигационной станции в основном используются наземные навигационные системы и спутниковые навигационные системы.

Небесная навигация: основана на неразрушимых естественных небесных телах (Луна, Земля, Солнце, другие планеты, звезды и т. д.). С известным точным пространственным положением в качестве ориентира она пассивно определяет положение небесных тел с помощью фотоэлектрических или радио методов. Технические средства информации, такие как широта, направление и ориентация, являются традиционными технологиями автономной навигации.

США, Китай, Россия и Европа - лидеры глобальных систем спутниковой навигации. В настоящее время на орбите мира находится 138 навигационных спутников, что составляет 7% от общего количества спутников. Согласно статистике UCS и Beidou.com, по состоянию на 1 апреля 2019 года в мире на орбите находится 2062 спутника, из которых 138 являются навигационными спутниками, что составляет 7%.

С точки зрения стран: количество спутников на орбите от GPS США / России ГЛОНАСС / China Beidou Navigation / EU Galileo составляет 23% / 20% / 29% / 19% соответственно.

С точки зрения орбиты: средняя орбита (MEO) составляет 78%, а высокая (GEO) - 20%. Среди них только Китай, Индия и Япония используют высокоорбитальные спутники, в то время как США, Россия, и Европейский Союз используют спутники на средней орбите. Развертывание навигационной группы на средних и высоких орбитах обходится относительно недорого, и 20-30 спутников могут обеспечить глобальное покрытие сигнала.

Послденее обновление: 28.07.2021 15:36:27

(3.66)