Супутникові системи ГЛОНАСС і gps

Попередня ↔ Наступна

У статті подано короткий огляд основних існуючих сьогодні операційних систем, показано, що представляють собою сучасні операційні системи для вбудованих додатків (Embedded OS), які мають відмінні ознаки, переваги, недоліки, окреслено сфери їх застосування.

Будь-яка система геопозиционирования розробляється не тільки для того, щоб визначати місце розташування об'єкта, перебуваючи безпосередньо біля нього, але, що не менш важливо, ще й віддалено відстежувати місце розташування об'єкта. І якщо GPS-приймачі і навігатори вже практично нікого не дивують, то прилади для відстеження позиції і переміщення об'єктів стали широко застосовуватися відносно недавно. Такі прилади називаються GPS-трекери. Про них і піде мова в цій статті.

Будучи за своїм походженням телекомунікаційним стандартом, специфікація MicroTCA швидко «прибрала до рук» телеком-периферію і стала поширювати свій вплив на інші сектори комп'ютерної індустрії. Устаткування MicroTCA привертає розробників своєю низькою ціною, компактністю, гнучкістю і зручністю у використанні, що дозволило йому вийти за рамки телекому. Сьогодні стандарт MicroTCA з успіхом застосовується при створенні передової медичної техніки, промислових, аерокосмічних і оборонних систем.

У статті розглянуті основні принципи роботи супутникових навігаційних систем, а також дана картина стану ринку ГЛОНАСС в Росії і за кордоном і перспективи його розвитку

Путникове навігаційні системи (СНС) з'явилися в кінці ХХ століття. За час свого існування вони доопрацьовувалися і видозмінювалися. Так, американська GPS (Global Positioning System - система глобального позиціонування) заснована на системі Timation (1964 г.) і спочатку називалася NAVSTAR, а попередником російської ГЛОНАСС (Глобальна навігаційна супутникова система) стала «Цикада» (1967 р). Системи навігації були призначені тільки для військових і спецслужб, однак згодом вони стали виходити і на цивільний ринок. Проте обидві СНС залишаються стратегічними в своїх країнах.
Системи GPS і ГЛОНАСС розроблялися з урахуванням наступних загальних вимог: глобальність, безперервність роботи і цілодобова доступність, перешкодозахищеність, компактність апаратури споживача, незалежність від метеорологічних умов, рельєфу місцевості, а також від ступеня рухливості об'єкта і т.д.
Все СНС мають однакову структуру. Вона складається з трьох основних сегментів (космічний сегмент, сегмент управління і сегмент споживача) і ряду допоміжних елементів, таких як канали зв'язку, засоби виведення супутників на орбіту тощо. Розглянемо сегменти супутникових систем більш докладно.

Будь-яка супутникова навігаційна система не може працювати без супутників і наземних станцій, що приймають і обробляють сигнал. Також невід'ємною частиною СНС є приймальна апаратура споживача, яка відображає інформацію про місцезнаходження і швидкості руху користувача. Таким чином, можна виділити три сегменти, що становлять основу СНР.

космічний сегмент

сегмент управління

Сегмент управління складається з головної станції, суміщеної з обчислювальним центром, групи контрольно-вимірювальних станцій (КІС) і наземного еталона часу і частоти. Контрольно-вимірювальні станції намагаються розміщувати якомога рівномірніше по поверхні Землі. Їх координати визначені в трьох вимірах з максимально доступною точністю. При прольоті КА в зоні видимості КІС відбувається прийом станцією навігаційних сигналів супутника, потім ці дані обробляються і передаються на головну станцію. На головній станції здійснюється збір інформації з усіх КІС, її математична обробка та обчислення різних координатних і коригувальних даних.
Наземний еталон часу і частоти необхідний для синхронізації всіх процесів в СНС. Він має більш високу точність, ніж бортові еталони, встановлені на КА.

сегмент споживачів

До сегменту споживачів відноситься приймальне обладнання всіх користувачів СНС, будь то військові служби, комерційні організації або приватні особи. Основне завдання навігаційної апаратури споживачів (НАП) - прийом інформації з супутників, її інтерпретація і висновок на дисплей або в канал зв'язку в належному вигляді.

Точність позиціонування залежить від багатьох факторів, в т.ч. від методу знаходження координат. Свою похибка через неідеальність вносять всі елементи СНР. Крім того, є і «природний» джерело похибки - атмосфера. Повітряна оболонка (точніше, тропосфера і іоносфера) Землі викривляє траєкторію поширення сигналу, що призводить до появи затримок щодо розрахункового часу. Проблема полягає в тому, що цей ефект не завжди вдається спрогнозувати, а яку вносить помилка може досягати десятка метрів. Проте розроблений ряд
алгоритмів, які дозволяють за різними ознаками оцінити затримки поширення. Вплив тропосфери цілком передбачувано, оскільки визначається вивченими факторами (вологість, тиск і температура). Вплив іоносфери багатогранніше і залежить від таких факторів як сонячна активність, концентрація вільних електронів і т.д.
Ще одним фактором, що вносить похибка при визначенні координат, є багатопроменеве поширення сигналу з супутника. Всі будівлі, гори і інші високі об'єкти поблизу користувача є перепонами для сигналу. Досягнувши перешкоди, він відбивається. В умовах великого міста перевідбиттів сигналів стає занадто багато. Якщо на антену приймача користувача одночасно надійде кілька таких сигналів, між ними виникне взаємна інтерференція, яка призведе до неможливості визначення координат користувача. Крім того, високі об'єкти поблизу користувача зменшують зону видимості приймача, тим самим скорочуючи кількість доступних КА.

Космічний сектор GPS утворений 24-ма діючими супутниками і трьома резервними. Супутники розподілені по шести орбітах так, щоб над кожною точкою земної поверхні постійно перебувало сузір'я принаймні з п'яти КА. Кут між площинами орбіт складає 60 ° (див. Рис. 1).

Мал. 1. Орбітальні площини GPS

Мал. 2. Три орбітальні площині ГЛОНАСС

На відміну від системи GPS, супутники ГЛОНАСС в своєму орбітальному русі не мають резонансу (синхронності) з обертанням Землі, що забезпечує їм більшу стабільність. Таким чином, угруповання КА ГЛОНАСС не вимагає додаткових коригувань протягом всього терміну активного існування. Проте термін служби супутників ГЛОНАСС помітно коротше.
Що стосується сегмента управління, то станції GPS розташовані по всьому світу, в той час як станції стеження ГЛОНАСС знаходяться тільки на території Росії. Оскільки ГЛОНАСС - стратегічна система, то незалежність від інших країн відіграє особливу роль.
Споживче обладнання ГЛОНАСС розроблено тільки для спеціальних застосувань і, на відміну від приймачів GPS, поки не доступно для індивідуального користування. Однак зараз повним ходом йде розробка комерційних суміщених приймачів ГЛОНАСС / GPS.

Це питання, напевно, цікавить багатьох читачів. Дійсно, вже продаються недорогі навігатори GPS, які працюють, здавалося б, краще ГЛОНАСС-приймачів. Однак не все так просто, давайте подивимося на це з іншого боку ...

Російська система ГЛОНАСС не закінчена і буде продовжувати розвиватися. Природно, за умови достатньої державної підтримки. За офіційними заявами, уряд налаштований на розвиток навігаційної галузі. Тим більше, що це гарантія безпеки і захищеності Росії.
Як ми говорили, будь-яка навігаційна система складається з трьох сегментів. В даний час доопрацювання потрібно на всіх рівнях ГЛОНАСС. Так, для повноти угруповання необхідно вивести на орбіту ще принаймні сім супутників (не рахуючи резервних).
Зупинимося на основних проблемах, які найбільш гостро стоять перед розробниками НАП. Найважливіша частина приймача ГЛОНАСС / GPS - це приймальний модуль, тому до нього пред'являються найжорсткіші вимоги. Ймовірно, майбутні розробки будуть позбавлені таких недоліків.
1. Високе енергоспоживання. Потужність споживання більшості представлених на ринку прийомних OEM-модулів складає близько 0,9 ... 1 Вт. Для портативної техніки це дуже високий показник, що обмежує застосування модулів в мобільних пристроях. Для порівняння, споживання GPS-модулів на порядок нижче (50 ... 100 мВт). Роботи в цьому напрямку ведуться. Так, вбудований модуль ГАЛС-П споживає всього 0,65 Вт (ФГУП ніім «Прогрес»). Однак цього недостатньо. Для істотного зниження споживаної потужності необхідний перехід на проектні норми 0,09 ... 0,13 мкм. На жаль, такої технології ні на одному підприємстві в Росії немає.
2. Висока вартість. В даний час випускається лише кілька тисяч OEM-модулів на рік. Природно, збільшення обсягів виробництва дозволило б знизити вартість пристроїв. Однак в Росії немає таких потужностей, як немає і програми розвитку НАП. Окремим підприємствам не вистачає інвестицій, щоб налагодити масовий випуск продукції. З іншого боку, інвестори не поспішають вкладати в проект, який окупиться лише через кілька років. Таким чином, необхідний держзамовлення або інші способи підтримки галузі.
З іншого боку, двосистемні модулі ГЛОНАСС / GPS самі по собі технічно більш складні, ніж односистемних. Саме тому вони дорожче, але разом з тим і надійніше.
3. Великі габарити приймачів. Це виключає можливість використання існуючих розробок у портативній техніці, істотно звужуючи тим самим сферу застосування модулів. Однак з переходом на новий технологічний базис (див. П. 1) ця проблема вирішиться.
Крім перерахованих проблем існує безліч інших, в т. Ч. Забезпечення ПО, складання карт і т.д.

Навігація - невід'ємна частина життєдіяльності людини. Недарма ця наука розвивається з найдавніших часів. Звичайно, методи визначення координат і поставлені цілі змінюються, однак навігація не втрачається, а навпаки, набуває все більшої важливості.
Навігаційне обладнання використовується всюди, де необхідно отримати координати об'єкта швидко і точно. В першу чергу мова йде про наступні службах і сферах застосування:
• військові відомства, спецслужби;
• МВС (системи вимірювання швидкості, моніторинг чергових і оперативних машин);
• МНС;
• аварійні служби;
• розробка кар'єрів (видобуток відкритим способом);
• транспорт (залізничний, морський, громадський) - для навігації і моніторингу;
• авіація (вертольоти, літаки, безпілотні апарати);
• картографія (кадастрові служби);
• топографія (складання карт місцевості);
• системи безпеки;
• будівельні компанії.
Слід зауважити, що в усіх сферах застосування використовується різна споживче обладнання, оскільки навігаційні завдання значно різняться за складністю. Це може бути як просте орієнтування на місцевості, так і оперативне управління військами.

У зв'язку з появою нових навігаційних систем (ГЛОНАСС, Galileo) виробники прагнуть розширити функціональність НАП. Так, багато закордонних компаній включають в ОЕМ-модулі підтримку ГЛОНАСС.
В єдиному державному переліку підприємств-учасників російського ринку супутникової навігації перераховано близько ста компаній. Це і виробники НАП, і постачальники програмного забезпечення, і дистриб'ютори, які займаються просуванням суміщених приймачів ГЛОНАСС / GPS на російському ринку.
Найбільшими російськими виробниками НАП в Росії є такі компанії: ФГУП «НДІ КП» (Інститут космічного приладобудування), ФГУП «РНИИ КП» (Російський науково-дослідний інститут космічного приладобудування), ВАТ «Іжевський радіозавод» (ИРЗ), РІРВ (Російський інститут радіонавігації і часу), ЗАТ «КБ навис» (Конструкторське бюро навігаційних систем), ФГУП ніім «Прогрес», ВАТ «МКБ Компас» і ін.
Крім військових модулів, перераховані компанії вже мають власні вбудовані комерційні модулі ГЛОНАСС, або працюють над їх створенням.
Серед зарубіжних виробників можна виділити компанії Trimble, Javad, Novatel, Leica, Topcon, 3S Navigation, Ashtech, JPS, Sokkia і Spectra Precision. Це лідери на ринку GPS-пристроїв, що приступили до виготовлення суміщених прийомних модулів.

Ринок навігаційної апаратури користувачів в Росії тільки формується. Це пов'язано як з незакінченістю космічного сегмента ГЛОНАСС, так і з відсутністю конкретної державної програми розвитку галузі та організації виробництва.
Проте існує кілька оцінок потенційної ємності ринку.
За оцінками зарубіжних компаній, реальний попит на навігатори в Росії становить 100 тис. Шт. на рік. Це, в першу
чергу, автомобільні навігатори (стабільний, серійний продукт). Однак в цьому випадку не враховуються потреби муніципального транспорту, спецслужб, аварійних служб, МВС, МНС тощо
Більш правдоподібною здається оцінка в кілька мільйонів штук на рік.
Дослідження показують, що щорічно на світовому ринку продається близько 30 млн. Автомобільних і портативних GPS-навігаторів.
В Європі і в Росії стабільний приріст ринку становить 20 ... 30% в рік. Щонайменше, найближчі 5-7 років темп зростання збережеться. Однак ці оцінки досить умовні, оскільки вони засновані на даних по ринку GPS-систем.

Російські приймачі ГЛОНАСС / GPS протестовані європейськими та азійськими компаніями і вже використовуються за кордоном. Причому сфера використання вітчизняних приймачів ГЛОНАСС / GPS поділяється на дві області: місцева система навігації і вбудовування готових модулів в обладнання, що імпортується в Росію.
Для розширення першої області застосування необхідно подальший розвиток ГЛОНАСС і зниження вартості модулів. В даний час здійснюються тільки разові закупівлі.
З приводу використання російських модулів ГЛОНАСС в імпортній техніці ведуться переговори, проте остаточних домовленостей поки не досягнуто. Більш того, подібні системи з вбудованим приймачем ГЛОНАСС, наприклад високошвидкісні системи бездротової передачі даних, де потрібна додаткова високоточна синхронізація опорних станцій, порівняно недавно стали з'являтися на російському ринку, тому говорити про великих партіях не доводиться.

Нижче наведені деякі посилання, які можуть виявитися корисними при вивченні або роботі з ГЛОНАСС.

www.aggf.ru/glon.html
Офіційний сайт асоціації розробників, виробників і споживачів обладнання і додатків на основі глобальних навігаційних супутникових систем «ГЛОНАСС / ГНСС - Форум».
На сайті можна знайти безліч корисних матеріалів - від офіційних документів до технічного опису та свіжих новин.

www.glonass-ianc.rsa.ru
Офіційний сайт «Прикладного споживчого центру» (ППЦ) на базі «Інформаційно-аналітичного центру координатно-часового та навігаційного забезпечення» (ІАЦ КВНО).
На сайті можна детально ознайомитися з поточним станом космічного сегмента ГЛОНАСС.