Пн-Пт: с 9.00 до 18.00
 
Заказать звонок
Новости с полей
Каталог
Система GNSS: от ошейников для собак до ледокола

Система GNSS: от ошейников для собак до ледокола

Система GNSS: от ошейников для собак до ледокола
GNSS (Global Navigation Satellite System) – спутниковые системы навигации. Предназначены для определения местоположения объектов.

Немного истории


Первые навигационные системы появились в 60-х годах прошлого века, в их основе лежал эффект Доплера. Точность у американского «Transit» и советского «Циклона» составляла около 100 метров. Необходимость повышения точности стала поводом поменять принцип работы: расстояние до спутника было предложено находить исходя из времени прохождения сигнала до приемника. Именно так и работает GNSS навигация сейчас. 

Принцип работы

GNSS спутники расположены на орбитах высотой от 19 100 до 23 200 км. На каждом аппарате установлены атомные часы с наносекундной точностью. В качестве периодического процесса в них используются колебания атомов или молекул. Точность таких часов составляет до 2,5×10−19, то есть ошибка в 1 секунду накапливается несколько сотен миллиардов лет. Со спутников в непрерывном режиме идет отправка на Землю данных об их орбите (эфемерид) вместе с временем отправки. Чтобы узнать расстояние до передатчика, нужно узнать время прохождения сигнала от него и умножить на скорость радиосигнала (300 000 км/с). Для однозначного определения местоположения нужен одновременный прием сигналов от четырех аппаратов.

Сравнение основных GNSS


Основные спутниковые навигационные системы

Сейчас существует 6 групп спутников, из которых наиболее развиты американский GPS, российский ГЛОНАСС, европейский Galileo и китайский Beidou.
 
  ГЛОНАСС  GPS Beidou  Galileo 
Дата создания          1993      1978 (1994)       2000         2016  
Количество спутников
       26*       24(29*)33?        30        30
Точность       2,8 м      1-2**(6-8***)м         10       0,3

 * Используются 24.
* Для повышенной точности.
** Точность для США, Канады, Японии, КНР, ЕС, Индии. 
*** Точность для всех остальных стран.

У спутников ГЛОНАСС орбиты асинхронные, они расположены по 8 в трех плоскостях. У GPS по 8 неподвижно висящих спутников на 4 геостационарных орбитах. Интересный факт: в китайской системе есть возможность передачи коротких сообщений между отдельными лицами и группами пользователей. В NAVIC-IRNSS (Индия) и QZSS (Япония) на момент написания статьи по 7 спутников.

Частоты GNSS



Частоты глобальных навигационных систем отличаются. Американские спутники функционируют на частотах 1.602 ГГц и 1.246 ГГц. Спутник ГЛОНАСС передает сигнал на 1.57542 ГГц (L1) и 1.2276 ГГц (L2) частотах.
Российские спутники передают сигнал с FDMA (Frequency Division Multiple Access)  модуляцией, а в GPS используется CDMA (Code-Division Multiple Access).

Частоты GNSS

Преимущества GNSS



– Спутниковая навигация позволяет круглосуточно при любых погодных условиях определять координаты объектов в любой точке Земного шара.
– Точность GNSS-определений мало зависит от погодных условий (дождя, снега, высокой или низкой температуры и влажности). 
– GNSS-данные представляются в цифровом виде и могут быть легко экспортированы в картографические или географические информационные системы.

Ошибки определения местоположения



Источников ошибок несколько, это:

– часы спутника;
– ошибки эфемерид;
– ионосферные задержки;
– тропосферные задержки;
– собственные шумы приемника;
– влияние многолучевости. 

Ошибка задержки сигнала в ионосфере может быть вычислена путем проведения измерений на двух частотах (L1 и L2). Шум приемника можно отфильтровать с помощью схемотехники. Ошибки эфемерид и часов спутника корректируются наземными опорными пунктами с известными координатами. Многолучевость – помехи, связанные с переотражением радиосигнала. Сигнал от спутника имеет правую поляризацию (RCHP), а отраженный – левую (LHCP). Таким образом, выбор антенны с RCHP их отсекает.

Cлужбы дифференциальной корректировки


Чтобы улучшить точность, применяются SBAS (Satellite Based Augmentation System) – спутниковые системы функционального дополнения).
Они посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до десяти сантиметров. 
Основные из них: WAAS (США), EGNOS (Евросоюз), MSAS (Япония), GAGAN (Индия). В России это система СДКМ. Вещание сигналов СДКМ ведется спутниками ЛУЧ: Луч-5Б и Луч-5В на частоте 1575,42 МГц. 

Real Time Kinematic


Real Time Kinematic

Стандартные GNSS методы дают определение местоположения с дециметровой точностью. Для сельского хозяйства и строительства этого недостаточно. На помощь приходит RTK (Real-Time Kinematic, кинематика в реальном времени) – метод почти мгновенного определения координат с сантиметровой точностью. Суть метода: один из приемников (база) устанавливается в определенной точке, а второй (ровер) движется. Часто база находится на пункте геодезической сети. Она сравнивает вычисленные координаты с реальными и передает на ровер поправки. Передача данных может осуществляться в FM диапазоне, по GSM и другими способами.

Служба PPP


кинематика в реальном времени

Способ повышения точности PPP (Precise Point Positioning) основан на разности фаз несущих частот L1 и L2 и основной эфемеридно-временной информации. Передается по радиоканалу.
В отличие от RTK, он не требует второго приёмника. В его основе только спутниковые часы ГНСС и орбитальные поправки, генерируемые сетью глобальных непрерывно работающих опорных станций (CORS). 
На территории России около 40 станций PPP. Precise Point Positioning позволяет пользователям устройства определять местоположение с точностью 0,2-1 вместо 3-5 метров. 


Сферы применения GNSS



– Бытовая электроника
– Безопасность
– Мониторинг частного и коммерческого транспорта
– Сельское хозяйство
– Оборона
– Морской транспорт
– Железнодорожный транспорт
– Геодезическая съемка
– Беспилотные системы

Трекеры в рамках закона

В последние годы навигация по спутникам плотно вошла в повседневную жизнь. Вероятно, вы знаете, что не все трекеры разрешены для использования. Существует статья Уголовного кодекса 138.1 от 7 декабря 2011 года – «Незаконный оборот специальных технических средств, предназначенных для негласного получения информации». До принятия поправок в апреле 2019 года формально таким средством мог быть даже трекер для животного. В соответствии с поправками, устройство должно выглядеть как трекер, а не как плюшевый медведь, велосипедный фонарь или ароматизатор для салона автомобиля. На нем должно быть написано, что это трекер GPS/Глонасс. Также необходима индикация режимов работы (например, светодиоды).

Трекеры для домашних животных сейчас законны и позволяют быстро найти потерявшегося любимца, в России есть несколько таких сервисов. Пригодятся трекеры и для пожилых людей, имеющих проблемы с памятью и ориентацией в пространстве. Чтобы быть полностью уверенными, приобретайте произведенные или сертифицированные в России трекеры и противоугонные маячки.

GNSS в управлении автопарками

Таксопарки, каршеринговые службы, сервисы аренды самокатов и велосипедов, городской транспорт сейчас сложно представить без навигации. Уже более 10 лет в России мониторинг автопарков переживает настоящий бум. Данные о положении транспортного средства, манере езды водителя, нарушениях правил дорожного движения поступают диспетчеру. Пробег по карте сравнивается с уровнем топлива. В приложении у диспетчера можно задавать разрешенные зоны и уведомлять о выходе из них.


Зачем счетчику воды навигация?


Интересное и применение GPS – это расходомеры. Система выявит случаи временного снятия оборудования для изменения показаний или их кражу.

GNSS в сельском хозяйстве


Спутниковые навигационные системы помогают управлять опрыскивателями, установками для внесения удобрений, ирригационными системами, комбайнами и сеялками. 

Морской транспорт

На судах используются GNSS-приемниками и GNSS-компасы с точностью до 0,5°. В морской навигации также используются системы  Iridium™ и Глобалстар™. Iridium — это другая группировка спутников, использующая 66 низкоорбитальных спутников, предназначенных для связи. Спутники Iridium находятся на низкой околоземной орбите, что дает меньшую задержку в передаче сигнала и более широкую зону покрытия. Спутники Iridium используют сигнал GPS для расчета и передачи данных о своем местоположении и передают их пользователями. Поскольку спутников больше и они находятся ниже, качество навигации улучшается.

Железнодорожный транспорт

«Цифровая железная дорога» – это полноценное управление движением поездов на основании данных GNSS. Бортовое устройство системы PTC определяет местоположение поезда, используя приемник спутниковой навигации тахометр, GPS и данные от стрелок. Центральный сервер PTC передает на локомотив данные о маршруте и расстоянии до других поездов.

Строительство

Принцип GNSS мониторинга деформаций инженерных сооружений – определение сдвига положения фиксированных точек конструкций зданий. Как и в сельском хозяйстве, в строительстве требуется высокая точность, что обеспечивается Real Time Kinematic и PPP. Точность 2 см обычно достаточна для планирования перекрестков, планирования общественных парков, а миллиметровая – для отслеживания деформаций зданий.

Системы точного времени



Показания атомных применяются в телекоммуникациях, передаче данных, системах распределения электроэнергии, сейсмологии, синхронизации часов.

Беспилотные системы


В беспилотных аппаратах сочетается визуальное ориентирование на базе сенсоров и навигация с помощью GNSS. Аппараты могут корректировать свои карты на основе информации от сенсоров.
  

Какие GNSS доступны в России


Мы рекомендуем нашим клиентам модули с поддержкой максимального количество спутниковых группировок, например ГЛОНАСС + Beidou + GPS. Таким образом вы сведете к минимуму возможную ошибку. 

Заключение


GNSS системы давно и прочно вошли в нашу жизнь. Существует масса сервисов повышения точности, появляются новые спутники и целые спутниковые группировки.

Если вы по какой-то причине еще не успели оценить преимущества использования высокоточной навигации, то мы будем рады стать вашим проводником в этом направлении. Aurora Evernet предлагает проверенные антенны от китайского производителя Harxon, обеспечивающего нужны внутреннего китайского рынка высокоточной навигации. 

Наши специалисты помогут подобрать оптимальное решение, предоставят образцы и ответят на все технические вопросы. Для получения дополнительной информации – обращайтесь к нам по e-mail: info@auroraevernet.ru 
или по телефону 8-800-555-38-86.