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.
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.
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 |
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
«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.
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.
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.