Системы спутниковой навигации GPS , принципы их функционирования.

 

Спутниковые Навигационные Системы (СНС) — специальный комплекс космических и наземных технических средств, программного обеспечения и технологий, предназначенных для решения широкого круга актуальных задач, связанных прежде всего с оперативным и точным определением местоположения относительно Земного сфероида человека, транспортных средств, технических систем и объектов при решении навигационных, оборонных, инженерно-геодезических, геологоразведочных, экологических и других задач. Спутниковые навигационные комплексы, созданные впервые в США — «NAVSTAR» и в СССР — «ГЛОНАСС», вошли в международную практику решения военных, навигационных, инженерных и других проблем под названием «GPS». Принципы функционирования «GPS» основаны на определении местоположения по расстояниям до группы высокоорбитальных навигационных искусственных спутников Земли, выполняющих роль точно координированных точек отсчета (подвижных пунктов геодезической сети). Каждая из систем спутниковой навигации состоит из трех самостоятельных подсистем: А, Б и В. А — подсистема орбитального комплекса, состоящая из высокоорбитальных искусственных спутников Земля (ИЗС) и средств вывода их на орбиты. Каждый спутник имеет на борту несколько высокоточных атомных часов — эталонов частоты. Спутники постоянно транслируют координатные радиосигналы и навигационные сообщения и создают тем самым единое глобальное навигационное поле. Создание в нашей стране орбитального комплекса «ГЛОНАСС» штатного состава из 24 навигационных спутников было начато в октябре 1982 г. и завершено в декабре 1995 г. Искусственные спутники «ГЛОНАСС» равномерно распределены в трех орбитальных плоскостях, разнесенных относительно друг друга на 120°. Плоскостям соответственно присвоены номера 1, 2 и 3 с возрастанием в сторону вращения Земли.

Навигационные спутники систем «GPS» непрерывно излучают радиосигналы различной точности. Так, для системы «ГЛОНАСС» предусмотрены навигационные сигналы двух типов: Высокой точности (ВТ) — предназначен исключительно для решения задач Министерства Обороны РФ. Стандартной точности (СТ) — доступен всем потребителям. Для системы «NAVSTAR» предусмотрены навигационные сигналы трех типов: Protected (P-code) — защищенный, предназначенный прежде всего для нужд МО США. Selective Availability (S/A) — избирательной доступности, преднамеренно создавая значительный и непредсказуемый уход спутниковых часов создает значительные ошибки в определении местоположения для общегражданского круга пользователей. Clear Acquisition (С/А) — легкой распознаваемости, т. е. — это общегражданский код. Б — наземная подсистема контроля и управления состоит из группы станций слежения, нескольких станций загрузки на ИЗС и главной станции. Эта подсистема осуществляет мониторинг целостности системы и является первичным источником информации, поставляемой пользователям. Ее основными задачами являются: контроль за работой навигационных ИЗС; сбор информации для определения и прогноза орбит (эфемерид); формирование единой временной системы всего орбитального комплекса и ее синхронизация относительно Всемирного времени и экспортирование данных в память бортовых компьютеров навигационных ИЗС. Эфемеридно-временная информация закладывается в память ИЗС дважды в сутки, что обеспечивает высокую точность навигационных определений. В — подсистема пользователей состоит из комплекса аппаратно-программных средств, реализующих основное назначение «GPS» — определение координат для геодезического применения. Главными факторами широкого использования аппаратуры пользователей «GPS» являются: всепогодность; оперативность первого определения координат (менее 3 минут от включения приемника); непрерывность определения координат (каждые 0,5 с); малые габариты и вес приемников; малая энергоемкость; простота эксплуатации; высокая точность; сравнительно небольшая стоимость. Данные позиционирования представляются в любом удобном для пользователя цифровом виде: в различных географических системах координат или в любой прямоугольной системе координат с возможностью описания и систематизации объектов позиционирования.