Тема:
Локальные и глобальные системы навигации.Исполнитель - Гусева Кристина Станиславовна, гр. 541-об
Научный руководитель - Русинов Владислав Леонидович, СКБ "Промышленная робототехника и автоматизация"
Актуальность: развитие автономных систем (беспилотники, роботы, «умный транспорт») и использование навигации в повседневной жизни.
Цель: систематизировать знания о глобальных и локальных навигационных системах, выявить их принципиальные различия и сходства.
Задачи:1) Основные сведения глобальной и локальной систем навигации. Применение.
2) Спутниковые навигационные системы.
3) Распространённые типы локальных навигационных систем.
Введение
Современный мир невозможно представить без навигации. Мы пользуемся ею, когда прокладываем маршрут на смартфоне, вызываем такси или отслеживаем посылку. Принцип данных технологий делится на два больших класса: глобальные и локальные навигационные системы.
Глобальная навигация (спутниковые системы вроде GPS и ГЛОНАСС) позволяет объекту определить свои координаты в любой точке Земли. Но у нее есть слабое место -- она бессильна там, где нет прямой видимости неба: в тоннелях, густых лесах или внутри зданий. В таких условиях применяется локальная навигация -- комплекс датчиков и алгоритмов (лазерные дальномеры, камеры, одометрия), которые позволяют ориентироваться в ограниченном пространстве относительно ближайших препятствий.
Глобальная навигация недостаточно точна для парковки беспилотного автомобиля, а локальная -- «теряет позицию» при движении на большие расстояния.
В данной работе будут рассмотрены принципы работы глобальных и локальных навигационных систем; характеристика, а также сходства и различия между несколькими примерами различных систем; сферы применения каждой из систем.
Локальная система навигации
Это совокупность технологий, позволяющих определять местоположение объекта в замкнутых пространствах или на небольшой территории с очень высокой точностью.
Спутниковые сигналы не проникают сквозь стены и перекрытия зданий. В торговом центре, аэропорту, подземном паркинге или шахте GPS не работает. Локальная навигация решает эту проблему, создавая "искусственные спутники" внутри помещения.
Основные технологии:- Wi-Fi / Bluetooth (BLE): Приемник (смартфон) измеряет силу сигнала от нескольких точек доступа с известными координатами. Чем ближе к точке, тем сильнее сигнал. По разнице сигналов вычисляется примерное положение.
- UWB (Сверхширокополосный сигнал): Очень точная технология (до 10-30 см). Измеряет время прохождения сигнала между меткой и стационарными датчиками. Не боится помех.
- Лазерный радар (LiDAR) и компьютерное зрение: Роботы строят карту помещения в реальном времени, сканируя окружение лазером или камерами и сравнивая его с имеющейся картой (технология SLAM).
- Магнитное поле: У каждого здания есть уникальные "отпечатки" магнитного поля из-за арматуры и проводки. Специальные приложения могут запомнить этот отпечаток и определять по нему местоположение.
- Инфракрасные датчики и лазерные дальномеры: Используются в основном в промышленных роботах для точной стыковки или движения вдоль стен.
1)
Wi-Fi - это технология передачи данных среднего радиуса действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензируемые диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Поскольку Wi-Fi изначально не предназначалась для использования в качестве технологии локального позиционирования, стандартная сеть предоставляет информацию с точностью лишь до точки доступа, поэтому для повышения точности определения местоположения используется RSSi или при некоторых доработках другие специализированные методы.
Преимущества:- Широкое распространение;
- Низкая стоимость оборудования.
Недостатки:- Для повышения точности, требуется увеличение плотности расположения базовых станций;
- Загруженность эфира Wi-Fi;
- Недостаточная точность определения местоположения для ряда задач, даже при применении специальных расширений Wi-Fi (в идеальных условиях 3-5 метров, в реальности 10-15 метров).
2)
Bluetooth - спецификация беспроводных персональных сетей (Wireless personal area network, WPAN), ближнего радиуса действия, работающая в частотном диапазоне 2,4-2,4835 ГГц. В Bluetooth несущая частота сигнала меняется 1600 раз в секунду псевдослучайным образом, это позволяет избежать проблем при функционировании группы устройств в непосредственной близости, а так же повысить безопасность передачи данных.
Преимущества:- Повышенная безопасность и помехозащищенность;
- Низкое энергопотребление (BLE);
- Недорогое оборудование;
- Компактность модулей.
Недостатки:- Невозможность достижения высокой точности определения местоположения.
3)
UWB - это все радиочастотные технологии, у которых радиочастотный канал превышает либо 500МГц, либо он содержит 20% от величины центральной частоты модуляции. Базирующиеся на этой технологии RTLS системы характеризуется высокой точностью определения местоположения. Главное преимущество описываемой технологии - способность сохранять эффективность в помещениях со сложной геометрией и большим количеством помех.
Преимущества:- Высокий уровень помехозащищённости;
- Сложно обнаружить передачу (высокая безопасность);
- Практически не оказывает помех для других коммуникаций;
- Чем выше частота, тем больше точность, но тем меньше радиус действия.
Недостатки:- Малый радиус действия (до 10 м);
- Сложная инфраструктура.
- Помеха для GPS;
4)
Лидар -- световой радар
Аббревиатура LiDAR расшифровывается как Light Detection And Ranging («обнаружение и определение дальности с помощью света»).
Датчик LiDAR -- это комплекс из излучателя и сенсора, который использует лазерные импульсы (ультрафиолет или инфракрасное излучение) для обнаружения объектов вокруг себя. Проходя от излучателя на автомобиле до ближайшей поверхности и обратно к фотосенсору, лазер замеряет расстояние между ними с помощью метода фазового сдвига. Эти вычисления производятся по формуле:
( D = (Et x C)/2 )
Датчик направляет лазер и записывает
данные о времени возврата импульса (Et). Затем он умножает это время на
скорость света (C) и делит на два, чтобы получить
общее расстояние (D).
«Скорострельность» лидара составляет 50-100 лучей в секунду. В среднем лидарная система ежесекундно способна отправлять и принимать около 100 000 лазерных импульсов в секунду. Лазер может считывать окружающие объекты на расстоянии до 60 метров от камеры.
Плюсы лидаров:- Обеспеченность данными.
- Высокая точность и быстрота.
- Относительно слабое влияние внешних условий.
- Экономия вычислительных ресурсов.
Минусы лидаров- Цена
- Сложность интерпретации
- Зависимость от технического состояния
- Снижение эстетической привлекательности
5)
Система компьютерного зренияВ отличие от LiDAR, опирающегося на трехмерную картинку, составленную из «облака точек» CV-система использует двухмерную картинку, которая затем обрабатываются с помощью компьютерного зрения, машинного обучения и искусственного интеллекта, чтобы обнаружить объекты на изображении. Этот процесс разбит на несколько основных шагов, которые описываются формулой:
Классификация объектов + локализация объектов = обнаружение объектов
Классификация объектов(Object Detection) -- это процесс определения конкретных объектов на изображении. Она позволяет компьютерным системам получить примерное представление об объектах, находящихся вокруг.
Локализация объекта(Object Localization) -- второй шаг в процессе обработки изображений компьютерным зрением, который позволяет определить точное местоположение объектов детекции на виртуальной сетке пиксельных координат.
Плюсы CV:- Цена.
- Точность детекции.
- Более простая эксплуатация.
- Органичный дизайн.
Минусы CV:- Чувствительность к погодным условиям.
- Зависимость от других технологий.
- Сложности с измерением расстояний.
6)
Магнитное полеГеомагнитная навигация используется как автономная, помехоустойчивая альтернатива GPS/ГЛОНАСС, позволяя определять местоположение по картам магнитных аномалий.
Преимущества: (MagNav)
- Автономность и скрытность
- Всепогодность и круглосуточность
- Высокая надежность: Аномалии магнитного поля Земли стабильны во времени, в отличие от искусственных полей.
- Дополнительный источник данных: Может использоваться для коррекции инерциальных систем, повышая точность.
Недостатки: (MagNav)- Требование предварительного картирования: Для навигации необходимы высокоточные карты аномалий местности, которые трудно создать.
- Локальные помехи: На точность влияют ферромагнитные объекты (железобетон, суда, транспорт) и линии электропередач.
- Сложность аппаратуры: Требуются высокочувствительные магнитометры, способные выделить слабые аномалии на фоне собственного магнитного поля носителя.
- Влияние геомагнитных бурь
7)
Инфракрасные (ИК) датчики и лазерные дальномеры -- это приборы для бесконтактного измерения расстояний или обнаружения объектов. ИК-датчики работают на коротких дистанциях, используя инфракрасный свет, а лазерные дальномеры используют узконаправленный луч для точного измерения расстояний от нескольких метров до километров.
Инфракрасные датчики (ИК-датчики)Используют принцип излучения инфракрасного света и фиксации его отражения от объекта.
Преимущества:- Низкая стоимость и простота конструкции.
- Высокая надежность и низкое энергопотребление.
- Работа на коротких дистанциях (от нескольких мм до 1-2 м).
- Бесконтактный метод обнаружения.
Недостатки:- Низкая точность по сравнению с лазерами.
- Зависимость от освещения (солнечный свет может вызывать ложные срабатывания).
- Чувствительность к цвету и материалу объекта (черные или поглощающие свет поверхности плохо определяются).
Лазерные дальномеры (датчики)Применяют узкий монохромный лазерный луч, который отправляется к объекту, а приемник фиксирует время возвращения (импульсный метод) или угол отражения (триангуляционный метод).
Преимущества:- Высочайшая точность (до нескольких миллиметров).
- Большая дальность действия (до сотен метров и км).
- Скорость и удобство измерений.
- Работа с малогабаритными объектами (луч не рассеивается).
Недостатки:- Высокая цена.
- Сложности с прозрачными/зеркальными поверхностями.
- Яркое солнце может снижать дальность работы.
Где применяются локальные системы навигации:1)Ритейл и развлечения (для посетителей):- Торговые центры и аэропорты: Приложение показывает человеку путь до конкретного магазина, выхода на посадку и т.д. Можно отправлять пуш-уведомления о скидках, когда человек проходит мимо витрины.
- Музеи и выставки: Аудиогид автоматически включает рассказ об экспонате, возле которого стоит посетитель.
- Стадионы и концертные залы: Помощь в поиске своего места (сектор, ряд, место).
2)Промышленность и складская логистика:- Роботы-погрузчики и тележки: Автоматически перемещают грузы по складу без участия человека. Они точно знают, где какой стеллаж находится.
- Инвентаризация: Дроны или специальные сканеры летают/ездят по складу и считывают штрих-коды с коробок, привязывая их к точному месту хранения.
- Поиск инструмента и оборудования: На крупных заводах к дорогому инструменту крепят маячки, чтобы всегда знать, у кого он находится и не терять его.
3)Безопасность и экстренные службы:- Пожарные в здании: В условиях плотного дыма и нулевой видимости планшет показывает командиру точное местоположение каждого бойца внутри горящего здания.
- Шахты и тоннели: Контроль за перемещением горняков под землей. В случае аварии система точно показывает, где находятся люди.
- Охрана периметра: Отслеживание перемещения людей и техники на режимных объектах, где GPS-сигнал может быть заглушен.
4)Здравоохранение:- Больницы: Отслеживание дорогостоящего передвижного оборудования (каталки, аппараты ИВЛ), чтобы медперсонал тратил меньше времени на его поиски.
- Дома престарелых: Системы оповещения, если пациент с деменцией покинул безопасную зону или упал.
5)Умные паркинги:- Система запоминает, на каком именно месте оставлена машина. Возвращаясь, человек открывает приложение и видит маршрут до своего автомобиля внутри многоуровневого паркинга, а также может забронировать место заранее.
Глобальная система навигации(GNSS)
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.
Как это работает?Приемник (например, в смартфоне) ловит радиосигналы одновременно от нескольких спутников. Каждый сигнал содержит точное время отправки и данные о положении спутника. Сравнивая время отправки с временем получения, приемник вычисляет расстояние до каждого спутника. Имея данные минимум о четырех спутниках, он решает геометрическую задачу и находит свои координаты (широта, долгота, высота) и точное время.
Ключевые особенности- Покрытие: Глобальное, но требует прямой видимости неба. Внутри зданий, в тоннелях или густом лесу сигнал сильно ослабевает или пропадает.
- Точность: В открытом поле -- от 2 до 10 метров. Для повышения точности используются наземные станции, передающие поправки (это называется дифференциальная коррекция).
- Уязвимости: Сигнал слабый, его легко заглушить помехами. Зависимость от космического сегмента (спутников).
Где применяется:1) Транспорт и логистика:- Персональная навигация: Построение маршрутов для пешеходов и водителей.
- Управление автопарком: Диспетчеры видят на карте, где находятся грузовики, курьеры или автобусы в реальном времени. Это позволяет оптимизировать расход топлива и соблюдать график.
- Авиация и судоходство: Самолеты и корабли используют спутниковую навигацию как основной метод ориентирования на трассах, где нет наземных ориентиров (океан, пустыня).
2) Геодезия и картография:- Создание точных карт местности.
- Мониторинг сдвигов земной коры (вулканы, тектонические разломы) с помощью высокоточных приемников.
3)Сельское хозяйство:Точное земледелие: Тракторы и комбайны оснащаются автопилотами. Они движутся по полю с сантиметровой точностью (с использованием поправок), что позволяет экономить семена, удобрения и избегать пропусков.
4)Наука:- Изучение атмосферы (сигналы спутников проходят через слои воздуха, и по искажениям можно изучать их состояние).
- Дрейфующие научные буи в океане передают данные о течениях вместе со своими координатами.
5)Энергетика и связь:Синхронизация времени: Электростанции и вышки сотовой связи используют сигналы спутников для сверки часов. Это критически важно для работы бирж, банков и энергосетей.
6)Экстренные службы:- Спасатели быстрее находят людей, подавших сигнал бедствия (если устройство передает координаты).
- Мониторинг пожаров и наводнений с беспилотников, летящих по заданному маршруту.
Существуют четыре основные системы спутникового позиционирования в мире:- США -- GPS (Global Positioning System)
- Россия -- ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система)
- Европейский союз -- Galileo (управляется гражданскими структурами ЕС и ESA)
- Китай -- BeiDou (BDS)(полное развертывание глобальной версии BeiDou-3 завершено в 2020 году)
Сходства между системамиНесмотря на то, что системы разрабатывались разными странами, они построены на общих физических принципах и имеют много общего:
1)Принцип работы: Все системы работают по одному методу -- определение местоположения путем измерения расстояния от приемника до нескольких спутников с известными координатами (метод трилатерации). Приемник вычисляет задержку сигнала, умноженную на скорость света .
2)Состав: Каждая система состоит из трех сегментов :
- Космический сегмент: Спутники на орбите.
- Наземный сегмент: Станции слежения и управления, корректирующие орбиты и время.
- Пользовательский сегмент: Приемники (в смартфонах, машинах и т.д.).
3) Необходимое количество спутников: Для определения трехмерных координат (широта, долгота, высота) и времени приемнику требуется как минимум четыре спутника одновременно .
4) Назначение: Изначально создавались для военных нужд, но сегодня все системы предоставляют бесплатный гражданский сигнал (хотя с разной точностью).
Различия между системамиГлавные отличия заключаются в орбитальном построении, используемых частотах и целевом назначении.
Характеристики и точность для GPS и ГЛОНАСС
Точность -- величина непостоянная. Она зависит от количества видимых спутников, погодных условий (влияние ионосферы), типа приемника и использования систем коррекции. Ниже приведены средние значения для гражданских сигналов в открытом небе.
GPS (США)
GPS - это глобальная спутниковая система определения местоположения, созданная и управляемая Министерством обороны США. В качестве первоочередных задач предусматривалось решение задач обороны и национальной безопасности. 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).
Система GPS предоставляет два вида услуг:1)
услуга стандартного позиционирования(Standard Positioning Service-SPS), доступную для всех потребителей.
2)
услугу точного позиционирования(Precise Positioning Service-PPS), доступную для санкционированных потребителей.
Космический сегмент GPSШтатная орбитальная группировка GPS состоит из 24 основных космических аппаратов, расположенных на шести круговых орбитах, обозначаемых латинскими буквами от A до F. Дополнительно на некоторых орбитах может находиться один или два резервных КА, предназначенных для сохранения параметров системы при выходе из строя основных КА. Высоте орбит 20200 км соответствует период обращения 11 ч 58 мин, т.е. орбиты космических аппаратов GPS являются синхронными.
Типы космических аппаратовТекущий этап модернизации GPS предполагает разработку и производство навигационных космических аппаратов GPS следующего поколения, имеющих условное обозначение НКА GPS III, которые в сочетании с усовершенствованными наземными комплексами управления и навигационными аппаратурами потребителей обеспечат улучшенные характеристики в части помехозащищённости, точности, доступности и целостности в соответствии с требованиями 2025 года и на дальнейшую перспективу.
Уникальные особенности GPS III, которые отличают ее от системы GPS на основе предыдущих поколений НКА:
- Четвертый гражданский навигационный радиосигнал L1С, изначально разработанный для обеспечения взаимодополняемости с гражданским сигналом E1 системы Galileo (ЕС) и внедряемыми в системах Beidou (КНР), QZSS (Япония) и NavIC (Индия) гражданскими сигналами.
- Высокоскоростная командно-измерительная и телеметрическая радиолиния (TT&C).
- Высокоскоростной канал межспутниковой линии связи, отличный от реализованного на современных НКА GPS и предназначенный, в основном, для передачи сигналов системы обнаружения ядерных взрывов.
- Наличие мощных остронаправленных антенн NAVWAR для обеспечения услуг КВНО при ведении боевых операций в условиях действия радиопомех.
- Функциональные возможности обеспечения целостности.
- Лазерные отражатели на всех НКА для обеспечения возможностей разграничения ошибок определения времени и ошибок, связанных с расчетом эфемерид.
- Расширение функциональных возможностей системы за счет использования дополнительных полезных нагрузок, в частности полезной нагрузки американской части среднеорбитальной системы поиска и спасания (Medium Earth Orbit Search and Rescue - MEOSAR).
Программа создания навигационного космического аппарата GPS III предполагает поэтапное расширение функциональных возможностей НКА. Первоначальными планами предусматривалось создание трех вариантов исполнения НКА - IIIA (8 НКА), IIIB (8 НКА) и IIIC (16 НКА), каждый из которых должен являться развитием предыдущего варианта исполнения НКА.
Система координат и шкала времениСистема координатВ системе GPS используется Всемирная геодезическая система 1984 года (World Geodetic System - WGS-84). Очередное уточнение параметров системы WGS-84 (G1678) состоялось в 2012 году, при этом расхождения между действующей системой WGS-84 и ITRF 2008 составляет порядка 1 см, т. е. обе системы являются фактически идентичными.
Параметры земного эллипсоида системы WGS-84
Система времениСистемное время GPS связано с координированным всемирным временем (UTC) в соответствии с наблюдениями морской обсерватории США (USNO). Номинально шкала времени GPS имеет постоянное, равное 19 с, расхождение с международным атомным временем TAI. Отсчёт времени ведётся в неделях GPS и секундах в рамках текущей недели, начало отсчёта - 00 ч 00 мин 06.01.1980. В системе GPS номер недели записывается с помощью 10-разрядного двоичного числа, максимальное значение номера недели равно 1 023. Нулевой номер недели повторился в полночь с 21 на 22 августа 1999 года.
Наземный комплекс управленияУправление орбитальной группировкой GPS осуществляет 2-я оперативная космическая эскадрилья Космического командования ВВС США, расположенная на базе ВВС Шривер (штат Колорадо, США), под оперативным командованием Стратегического командования США (USSTRATCOM) со штаб-квартирой на базе ВВС Оффут (штат Небраска, США). Оперативное командование осуществляется непосредственно Командующим космическими войсками объединённого командования на базе ВВС Ванденберг (штат Калифорния, США).
В настоящее время управление ОГ GPS осуществляет 2-е поколение наземного комплекса управления, обозначаемое Operational Control Segment (OCS) GPS и включающее в себя:
- главный центр управления (Master Control Station - MCS) на базе ВВС Шривер;
- резервный центр управления (Alternate Master Control Station - AMCS) на базе ВВС Ванденберг;
- глобальную сеть из четырех командно-измерительных и закладочных станций;
- 7 станций сети управления космических аппаратов ВВС США (Air Force Satellite Control Network - AFSCN), привлекаемых дополнительно для обеспечения точности, гибкости и надежности управления навигационного космического аппарата;
- глобальную сеть из 16 станций мониторинга, объединяющую шесть станций мониторинга НКУ GPS, принадлежащих ВВС США, и 10 станций мониторинга Национального агентства геопространственной разведки (National Geospatial Intelligence Agency - NGA).
Наземный комплекс управления GPSУправление орбитальной группировкой GPS осуществляет 2-ая оперативная космическая эскадрилья Космического командования ВВС США. В настоящее время управление орбитальной группировкой GPS осуществляет наземный комплекс управления второго поколения (Operational Control Segment - OCS), который включает в себя:
- главный центр управления системой GPS на базе ВВС Шривер;
- резервный центр управления системой GPS;
- станции мониторинга Национального агентства геопространственной разведки;
- глобальную сеть закладочно-измерительных станций;
- станции мониторинга GPS ВВС США;
- запросные станции GPS L-диапазона.
· Стандартная точность: Около 3-8 метров (горизонтальная) для обычных приемников . Ранее закладывалась погрешность, но с 2000-х годов искусственные помехи сняты .
· Погрешности: Основной вклад вносят нестабильность генераторов и атмосферные задержки (суммарная погрешность может достигать ~13 м без коррекции) .
ГЛОНАСС(Россия)
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.
НАП (АСН) системы ГЛОНАСС выполняются беззапросные измерения псевдодальности и радиальной псевдоскорости не менее четырех (трех) НКА «Глонасс», а также прием и обработка навигационных сообщений, содержащихся в составе спутниковых навигационных радиосигналов. В навигационном сообщении описывается положение НКА в пространстве и времени. В результате обработки полученных измерений и принятых навигационных сообщений определяются три (две) координаты потребителя, три (две) составляющие вектора скорости его движения, а также осуществляется синхронизация шкалы времени потребителя со шкалой Госэталона Координированного Всемирного времени UTC(SU).
Данные, обеспечивающие планирование сеансов навигационных определений, выбор рабочего «созвездия» навигационных космических аппаратов и обнаружение передаваемых ими радиосигналов, передаются в составе навигационного сообщения.
Структура ГЛОНАСССистема ГЛОНАСС в расширенной конфигурации включает в себя следующие составные части:
- космический комплекс системы ГЛОНАСС, состоящий из орбитальной группировки, средств выведения, наземного комплекса управления;
- функциональные дополнения, включая широкозонную систему функционального дополнения ГНСС - систему дифференциальных коррекций и мониторинга, а также региональные и локальные системы мониторинга и дифференциальной навигации;
- система высокоточной апостериорной эфемеридно-временной информации;
- средства фундаментального обеспечения ГЛОНАСС - системы оперативного определения параметров вращения и ориентации Земли,
- системы формирования государственной шкалы всемирного скоординированного времени, геодезической основы РФ;
- навигационная аппаратура потребителей для гражданского и специального применения
Далее рассмотрим компоненты системы подробнее.
Космический комплекс системы ГЛОНАССШтатная орбитальная группировка ГЛОНАСС состоит из 24 спутников, находящихся на средневысотных околокруговых орбитах c номинальными значениями высоты - 19100 км, наклонения - 64,8° и периода - 11 ч 15 мин 44 с. Значение периода позволило создать устойчивую орбитальную систему, не требующую, в отличие от орбит GPS, для своего поддержания корректирующих импульсов практически в течение всего срока активного существования.
Номинальное наклонение обеспечивает стопроцентную доступность навигации на территории РФ даже при условии выхода из орбитальной группировки нескольких КА.
Космический аппарат «Глонасс-К» Космический аппарат «Глонасс» Космический аппарат «Глонасс-М»В разные периоды в системе ГЛОНАСС использовались различные типы космических аппаратов.
Характеристики космических аппаратов ГЛОНАСС
Наземный комплекс управления ГЛОНАССНаземный комплекс управления ГЛОНАСС включает в себя:
- центр управления системой (ЦУС ГЛОНАСС);
- контрольные станции (КС);
- центральный синхронизатор (ЦС).
Центральный синхронизатор обеспечивает формирование шкалы времени системы. Контрольные станции формируют измерения текущих навигационных параметров, необходимые для формирования эфемеридной информации и оценки расхождений бортовой шкалы времени относительно шкалы времени системы, а также ведут приём телеметрической информации и передачу («закладку») информации на борт космических аппаратов.
Шкалы времени системы ГЛОНАССНавигационно-временные определения в системе ГЛОНАСС осуществляются в ШВС ГЛОНАСС, относительно которой проводится синхронизация БШВ сигналов НКА, а также привязка или синхронизация шкал времени потребителей (ШВП). При этом на основании доступной, в том числе из навигационного сообщения информации потребитель имеет возможность перехода к следующим ШВ:
- шкала московского декретного времени (шкала МДВ);
- шкала универсального координированного времени государственного первичного эталона Российской Федерации UTC(SU);
- шкала всемирного времени (UT1);
- шкала международного атомного времени (TAI);
- ШВ системы GPS.
В зависимости от особенностей построения НАП, ШВП может подвергаться периодической дискретной, либо плавной синхронизации, осуществляемой в НАП по результатам обработки измерений.
· Стандартная точность: Около 2.8 - 6 метров для гражданских пользователей .
· Параметры: 24 спутника, высота 19 140 км, период 11 часов 15 минут . Благодаря большему наклонению орбиты (64,8°), система обеспечивает лучшую видимость в приполярных широтах (Арктика) по сравнению с GPS .
Заключение
В ходе работы были рассмотрены два ключевых класса навигационных систем: глобальные (спутниковые) и локальные. Проведённый анализ показывает, что их разделение обусловлено не конкуренцией, а принципиальным различием в решаемых задачах и условиях применения.
Глобальные спутниковые системы (GNSS) обеспечивают универсальное позиционирование с глобальным покрытием, однако их эффективность ограничена условиями, требующими прямой видимости неба. Локальные системы, напротив, демонстрируют высокую точность в замкнутых пространствах, но их функциональность ограничена радиусом действия и необходимостью развёртывания специализированной инфраструктуры.
Сравнение характеристик глобальных систем (GPS и ГЛОНАСС) показало, что, несмотря на единый физический принцип работы (трилатерация), они имеют различия в орбитальном построении, системах координат и зонах наилучшей видимости. Так, ГЛОНАСС благодаря большему наклонению орбит обеспечивает более стабильную работу в высоких широтах (Арктика), что критически важно для территории России.
Области применения систем строго дифференцированы:
- Глобальная навигация незаменима в транспорте (авиация, флот, личный автотранспорт), геодезии, сельском хозяйстве (точное земледелие) и для синхронизации времени в критически важных инфраструктурах.
- Локальная навигация является основой для автоматизации производства (складские роботы), навигации внутри зданий (аэропорты, ТЦ), обеспечения безопасности (пожарные, шахтеры) и работы беспилотных технологий на финальных этапах движения (парковка, стыковка).
Таким образом, наиболее перспективным направлением развития навигационных технологий является гибридный подход, при котором глобальная система обеспечивает маршрутную навигацию, а локальные технологии -- высокоточное позиционирование на финальных этапах движения (парковка, стыковка, перемещение внутри зданий). Такая интеграция позволяет нивелировать недостатки каждого из классов и достичь требуемой точности, надёжности и универсальности навигационного обеспечения.
Список используемой литературы:
1. А.О. Куприянов Глобальные навигационные спутниковые системы: Учебное пособие. - М.: МИИГАиК, 2017. - 76 с.
2. https://glonass-iac.ru/guide/gnss/gps.php
3. https://glonass-iac.ru/guide/glonass.php
4. https://habr.com/ru/companies/realtrac/articles/281837/
5. https://habr.com/ru/companies/first/articles/728224/
6. https://ruelectronics.com/news/IK-datchiky-ruichi/
7. https://gravs.su/articles/lazernye-datchiki-rasstoianiia-osobennosti-i-primenenie#:~:text=%D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA%D0%B8%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%B8%D1%8F%2C%20%D0%BA%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B%D0%B5%20%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D1%87%D0%B5,%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B2)%2C%20%D1%87%D0%B5%D0%BC%20%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA%D0%B8%20%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BB%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F.
