Локальные дифференциальные подсистемы

В настоящее время определились три основных класса ЛДПС:

- морские - для обеспечения мореплавания в проливах;

- авиационные – для обеспечения захода на посадку по категориям ИКАО;

- ЛДПС для геодезических работ.

Существует множество авиационных ЛДПС. Позиция ИКАО относительно формата сообщений и радиоканала для авиационных ЛДПС нашла отражение в стандарте ИКАО 1999 г. Для ЛДПС выделен УКВ диапазон частот 112-118 МГц. Формат сообщения включает: служебную последовательность, информационный массив, корректирующую последовательность и вспомогательные символы. Указанный диапазон в настоящее время занят системой VOR/ILS. Поэтому на самолёте не требуется размещать новые антенные устройств, но необходимы серьёзные организационные мероприятия.

Широкое распространение получила дифференциальная система компании OmniSTAR, которая предоставляет услуги на коммерческой основе. Компания имеет в своём активе около 100 наземных базовых станций по всему миру, шесть центров загрузки и три контрольных центра глобальной сети.

Компания предлагает следующие виды сервиса:

 OmniSTAR VBS (Virtual Base Station). Этот сервис обеспечивает дециметровую точность на территории Европы, Америки, Африки, Австралии и Азии на основе сети базовых станций с передачей дифференциальных поправок в формате RTCM SC-104 при использовании кодовых GPS приёмников (L1).

OmniSTAR HP (High Performance).Этот сервис обеспечивает сантиметровую точность на территории Западной и Восточной Европы на основе сети базовых станцийс передачей RTK поправок при использовании двухчастотных GPS приёмников

 Любой пользователь может воспользоваться услугами компании, оформив подписку. В зависимости от требуемой точности оформляется соответствующая подписка.

В нашей стране также устанавливаются единичные дифференциальные системы. Так в г. Москве и Московской области создана сеть из 22 станций (проект «Москва»). Она обслуживает большинство пользователей геодезической сферы, решая множество координатных задач. Основными из них являются координирование различных объектов в кадастре, строительстве промышленных и гражданских сооружений, дорог, нефте- и газопроводов, ЛЭП. Система точного позиционирования на территории г. Москвы и Московской области, построена на зарубежной технологической и программной базе.

Российская широкозонная система дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ) в настоящее время находится в стадии разработки.

Локальные дифференциальные системы созданы отдельными предприятиями. Так в 2002г сертифицирована первая оте­чественная ЛККС А-2000, которая может стать основой АЛДПС посадки по категории I ИКАО. В настоящее время эта система установлена на нескольких аэродромах, но широкого распространения отечественные системы не получили по многим причинам. Одной из причин является отсутствие в стране единой концепции  и конкурентное давление  зарубежных систем.  

Перспективы развития ГНСС

Развитие Системы Глобальных Навигационных Спутниковых Систем (ГНСС) происходит в двух направлениях. Улучшение непосредственно ГНСС и развитие функциональных дополнений, включающих дифференциальные подсистемы. В части непосредственно ГНСС ожидаются следующие изменения.

Министерство обороны США начало модернизацию системы GPS. В 2005 г. начался вывод на орбиту спутников серии Block IIR-M, способных передавать сигнал L2C – этот момент считается началом модернизации системы. Изначально сигналы на частоте L2 предназначались только для военных, а гражданские пользователи могли использовать только C/A-код на частоте L1. Теперь с сигналом L2C при использовании двухчастотных приемников – измерения в реальном времени можно выполнять куда точнее, чем раньше.

Модернизация системы, ориентированной на оборонные задачи сводится к вводу новых военных кодов, называемых в совокупности M-кодом, которые используют те же области спектра радиосигнала, которые частично используются на частотах L1 и L2.

Новый военный сигнал и структура кода дополнены криптографической защитой и изменениями в формате сообщений передаваемых данных. Спутники нового поколения способны передавать при необходимости M-кодированные сигналы в требуемом регионе с мощностью существенно  больше, чем у существующего P(Y)-кода. Все эти улучшения позволяют военным силам США и их союзникам значительно усилить помехозащищенность и расширить возможности защиты сигнала при проведении военных операций во всем мире. Выдача M-кодированных сигналов началась на спутниках, начиная с серии BlochIIR-M.

Во время процесса подбора гражданского сигнала стало очевидно, что простое добавление C/A-кода на частоте L2 не будет достаточным для использования системы GPS в приложениях, связанных с обеспечением безопасности полетов гражданской авиации, поскольку существует потенциальная опасность внесения помех наземными радарами, работающими на частотах расположенных рядом с частотой L2. Применение частоты L2 (необходимой для обеспечения безопасности полетов) в международном диапазоне ARNS требует изменения частот многих наземных устройств. Как наилучший вариант для гражданской авиации был предложен новый широкополосный GPS сигнал в другой полосе частот. Размещение сигнала Радионавигационного спутникового сервиса космос - земля (RNSS - Radio Navigation Satellite Service) утверждено в мае 2000 года на Международной радио-конференция (World Radio Conference), которая утвердила расположение RNSS в частотном диапазоне от 1164 до 1215 МГц. Третий гражданский сигнал в этом диапазоне в системе GPS имеет название L5, в системе ГЛОНАСС – L3, в системе GALILEO в этом диапазоне размещаются сигналы – E5a, E5b.

Средства передачи третьего гражданского сигнала L5 на частоте 1176.45 Мгц установлены на спутниках серии Block IIF, вывод которых начат с 2009 г. Спутники на частоте L5 излучают сигнал большей мощности, чем сигналы на частотах L2 и L1. Частота L5 широкополосная, с уменьшенной радиочастотной интерференцией и сниженными ионосферными задержками. Полностью обновление системы (транслирование сигнала L5 всеми спутниками созвездия) планируется к 2015 г.

В дальнейшем планируется создать группировку спутников, серии Block III. Запуск первого спутника Block III запланирован на 2013 год. Спутники Block III будут находиться в трёх орбитальных плоскостях (Block II – в шести плоскостях), а существующий C/A-код будет заменён новым кодом, названным L1C.

Ведется работа по вводу европейской навигационной системы GALILEO, которая является еще одной ГНСС. GALILEO – это многоцелевая система в ней предусматриваются 10 навигационных сигналов в диапазонах частот 1164-1215Мгц (диапазон Е5а, Е5b), 1260-1300 Мгц (диапазон Е6), 1556-1592 Мгц (диапазон E2-L1-E1) с    кодовым разделением каналов. GALILEO призвана повысить точность позиционирования по сравнению с современными возможностями GPS/ГЛОНАСС. GALILEO должна стать независимой навигационной основой для стран Европы (на случай возникновения международных конфликтов).

GALILEO имеет 4 канала доступа:

- открытый;

- коммерческий;

- доступ правоохранительных и военных ведомств, этот канал имеет высокий уровень стабильности и защищён от подавления;

- доступ для лиц с повышенным риском для жизни (авиация, морской и железнодорожный транспорт), этот канал имеет высокий уровень информации о целостности системы, он базируется на сигналах Е5, E2-L1-E1

Текущий план предполагает ввод в эксплуатацию системы GALILEO к 2014 г. В систему GALILEO войдет созвездие из 30 спутников (27 основных и 3 резервных), а также сеть наземных станций. Спутники GALILEO будут перемещаться по орбитам, чья высота несколько больше, чем высота орбит спутников GPS, однако принцип определения координат точек местности остается тем же.

В ближайшем будущем планируется создание системы COMPASS – китайской альтернативы GPS. Система будет состоять из 30 спутников на средневысоких орбитах. COMPASS проектировалась таким образом, чтобы удовлетворить потребности всех пользователей, оснащенных компактными приемниками (сами приемники находятся в стадии разработки).

Гуппировку ГЛОНАСС планируется довести до 24 КА  и состоять она будет из модернизированных спутников "Глонасс-М". Гарантированный срок эксплуатации спутников "Глонасс-М" увеличен с 3 до 7 лет. Добавлен открытый сигнал на частоте L2. Это позволяет гражданскому потребителю использовать два сигнала на частоте L1 и L2. Использование двух частот в разных диапазонах позволяет исключить помехи от неоднородностей ионосферы Земли. Уже с 2007 г. за счет ввода в строй спутников "Глонасс-М" и проведения 1-й фазы модернизации наземного сегмента точность существенно улучшена. Во 2-ой фазе модернизации наземного сегмента на 7 пунктах наземного комплекса управления устанавливается новая измерительная система с высокими точностными характеристиками. В результате этого к 2011 году увеличивается точность расчета эфемерид и ухода бортовых часов.

С 2011 года начались испытания спутников серии "Глонасс-К" первого этапа, которые дополнительно излучают открытый сигнал L3 с кодовым разделением. В отличие от предшественника, "Глонасс-К" строится по новой негерметичной конструктивной схеме. На нем будет размещена дополнительная аппаратура, в том числе аппаратура спасения терпящих бедствие людей КОСПАС. Вес спутников серии "Глонасс-К" снижен до 950 кг (вес "Глонасс-М" составляет 1415 кг.). Гарантированный срок эксплуатации спутников серии "Глонасс-К" составляет 10 лет.

После 2013 года предполагается использовать спутники "Глонасс-К" второго этапа, в которых в дополнение к открытому сигналу в диапазоне L3, появятся два шифрованных сигнала в диапазонах частот L1, L2 и открытый сигнал в диапазоне L1. Все сигналы с кодовым разделением.

 Для спутников серии "Глонасс-К" второго этапа РИРВ разрабатывает новое бортовое синхронизирующее устройство на базе перспективных стандартов частоты. Это позволит снизить погрешности частотно-временных параметров с 6 до 1 нс, что даст уменьшение погрешности в измерении дальности. Ведется разработка аппаратуры для межспутниковых измерений, которая будет измерять псевдодальности и скорости относительного движения пар спутников. Внедрение этой аппаратуры позволит осуществлять независимое сравнение шкал времени спутников. Кроме этого такая аппаратура позволит обеспечить целостность навигационного сигнала, о которой сигнализирует признак достоверности. Сейчас он выставляется с наземной станции и может пройти несколько часов от формирования недостоверного сигнала до снятия достоверности. С вводом аппаратуры для межспутниковых измерений интервал может сократиться до 6 с.

В перспективе, создание спутника "Глонасс-КМ", на котором планируется добавить еще несколько сигналов с кодовым разделением. В частности открытые сигналы в диапазоне частот L1C, L2 и L5, а также шифрованный сигнал в диапазоне L3.

Проводятся и организационные мероприятия. С 1 января 2007 года сняты ограничения на получение и использование геопространственной информации от ГЛОНАСС. Распоряжением Правительства РФ от 20 июня 2007 года в целях повышения тактико-технических характеристик системы ГЛОНАСС, принята к использованию уточненная версия государственной геодезической системы “Параметры Земли 1990 года” (ПЗ-90.02). Система координат ПЗ-90.02 максимально приближена к международной системе координат ITRF2000  и их  оси параллельны.

В поддержку российской системы спутниковой навигации ГЛОНАСС Правительство РФ выпустило постановление, обязывающее с 1 января 2006 года оснащать пассажирский, морской и воздушный транспорт аппаратурой ГЛОНАСС или ГЛОНАСС / GPS, а также использовать терминалы этих систем при проведении геодезических и кадастровых работ. Воздушные суда, имеющие в своем составе аппаратуру GPS должны перейти на ГЛОНАСС или же ГЛОНАСС / GPS к 1 января 2009 г., а морские и речные суда на год раньше.