Глобальная навигационная спутниковая система 'Глонасс': проблемы и перспективы
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСТАНСКО-НЕМЕЦКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Факультет:
Инженерно-экономический
Специальность:
Телематика
Дисциплина:
Написание научной работы
КУРСОВАЯ
РАБОТА
ТЕМА:
ГЛОБАЛЬНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА «ГЛОНАСС»: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Алматы, 2012
г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
.
ГЛОБАЛЬНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА «ГЛОНАСС»
.1
Общая информация и история развития системы «ГЛОНАСС»
.2
Хронология развития системы и спутниковые навигаторы
.3
Точность и доступность навигации «ГЛОНАСС»
.
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ
СПУТНИКОВОЙ
СИСТЕМЫ
.1
Проблемы развития спутниковой системы «ГЛОНАСС» в сравнении с GPS
.2
Перспективы развития глобальной навигационной спутниковой системы «ГЛОНАСС»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире спутниковые технологии играют
очень большую роль для всего человечества. Почти в каждой стране пользуются
сотовыми телефонами или спутниковым телевидением, а также широкое
распространение получила за последнее десятилетие навигационная спутниковая
система, использующаяся как в военных, так и в мирных целях.
Еще в 70-х годах 20-го века американские ученые
начали разрабатывать технологии системы позиционирования, которая получила
название «NAVSTARGPS». Изначально она использовалась только в военных целях и
была строго засекречена, но спустя какое-то время стала успешно применяться в
гражданской авиатехнике, а также, устанавливаться в современные автомобили.
Однако не только в Америке начали разрабатывать подобный проект. Спустя десять
лет, после создания «NAVSTARGPS», в Советском Союзе, создается ее аналог, под
названием «ГЛОНАСС» или «Глобальная навигационная спутниковая система». Она
предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения
неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и
космического базирования. В настоящее время она быстро развивается, приближаясь
к европейским стандартам, и уже составляет конкуренцию «GPS».
Данная работа посвящена истории возникновения,
проблемам и перспективам развития навигационной спутниковой системы «ГЛОНАСС»,
которая остается очень актуальной на Российском рынке, а также в странах
постсоветского пространства и позволяет использовать ее в самых отдаленных восточных
и северных регионах России и других стран.
Цель исследования - рассмотреть проблемы и
перспективы развития «ГЛОНАСС» с момента его создания и до сегодняшнего
времени. Объектом исследования в работе является навигационная спутниковая
система. Предметом исследования будут являться проблемы и перспективы ее
развития.
В соответствии с поставленной целью в работе
решаются следующие задачи:
Выделить преимущества и недостатки отечественной
технологии;
Показать проблемы использования с момента
введения системы в эксплуатацию;
Выявить перспективы развития российской
навигационной системы в России и в мировом масштабе;
В форму исследования входят ряд проблем,
связанных непосредственно с эксплуатацией спутников и т.д., то есть в
техническом плане, а также финансирование проекта и вывод сигнала в отдаленные
районы и труднодоступную местность. Этими проблемами сейчас занимается
Роскосмос. Принцип и идея исследования заключается в актуальности и качестве
именно отечественной разработки и уже готового продукта. При исследовании темы
использовались общенаучные методы, а именно, анализ информации, синтез
информации, обобщение и описание. Также можно выделить этапы исследования - это
сбор информации, обработка и готовый продукт. Степень изученности данной темы
остается на среднем уровне, так как является достаточно новой и поэтому не была
фундаментально изучена современниками.
Работа состоит из введения, двух глав и
заключения. Во введении обосновывается актуальность работы, обозначаются цели и
задачи работы, предмет и объект исследования. Первая глава посвящена общим
сведениям, истории развития навигационной системы «ГЛОНАСС», во второй главе
рассматриваются проблемы и перспективы развития системы. В заключении
присутствуют выводы, вытекающие после обзора данной темы.
Работа может быть использована в качестве
дополнительного материала для студентов начальных курсов, а так же предложена
для самостоятельного прочтения в целях ознакомления.
1. ГЛОБАЛЬНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ
СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА «ГЛОНАСС»
.1 Общая информация и история
развития системы «ГЛОНАСС»
Глобальная спутниковая радионавигационная
система ГЛОНАСС - это советская и российская спутниковая система навигации,
которая была разработана по заказу Министерства обороны СССР. Она является
одной из двух функционирующих на сегодняшний день систем глобальной спутниковой
навигации. Основой системы являются 24 спутника, которые движутся над
поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях, наклон которых составляет
64,8° и над поверхностью Земли, высотой 19 100 км. Принцип измерения
отечественной системы аналогичен американской спутниковой системе навигации
NAVSTARGPS. Развитием проекта ГЛОНАСС в настоящее время занимается Федеральное
космическое агентство «Роскосмос», а также ОАО «Информационные спутниковые
системы»[1].
СРНС предназначена для навигационно-временного
обеспечения огромного числа пользователей космического, воздушного, морского и
наземного базирования. Доступ к сигналам гражданского пользования ГЛОНАСС по
всему земному шару, предоставляется как российским, так и иностранным
потребителям без каких-либо ограничений и на безвозмездной основе, на основании
указа Президента Российской Федерации. Для массового внедрения технологий и для
обеспечения коммерциализации продукта в России и в других странах СНГ, постановлением
Правительства РФ в июле 2009 года был открыт «Федеральный сетевой оператор в
сфере навигационной деятельности», чьи функции были возложены на ОАО
«Информационные спутниковые системы».
Основным отличием ГЛОНАСС от GPS является то,
что спутники российской технологии в своем орбитальном движении не имеют
резонанса с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким
образом, ГЛОНАСС не требует корректировок в течение всего срока
существования[1].
Крупномасштабные работы по созданию отечественной
спутниковой навигационной системы начались в 60-х годах 20 века. Первый
отечественный навигационный спутник «Космос-192» был выведен на орбиту 23
ноября 1967 года. Точность местоопределения этого спутника составляла 250 - 300
метров. Уже в 1976 году была принята в эксплуатацию навигационная система
первого поколения, под названием «Циклон-Цикада», состоящая из шести спутников,
находящихся на высоте 1000 км. С помощью нее можно было определять координаты
морского судна или подводной лодки с интервалом 1,5 - 2 часа с
продолжительностью сигнала до 5 минут. Данная система могла определять
местоположение с точностью до 80 метров[2].
Успешное применение низкоорбитальных спутниковых
навигационных систем в море привлекла широкое внимание к спутниковой навигации.
Теперь задача стояла в создании универсальной спутниковой навигационной
системы, которую можно было бы использовать также в наземных, воздушных и
космических целях.
Усовершенствованная и доработанная спутниковая
система должна была обеспечить одновременную бесперебойную радиосвязь
потребителем, находящимся в любой точке земного шара. Для этого первоначальное
количество орбитальных спутников, состоящее из 6 единиц, оказалось очень мало и
недостаточно для точного сигнала и обеспечения навигационной связью полной
поверхности Земли. В связи с этим, было принято решение увеличить число
спутников на орбите до 18 единиц, а в дальнейшем до 24, после чего ожидалось
повышение точности определения координат и скорости радиосигнала.
Предполагалась работа системы по принципу «четверки», то есть работоспособность
и максимальную точность каждого навигационного прибора должны были обеспечивать
беспрерывно 4 спутника.
Летные испытания среднеорбитальной отечественной
навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС, начались в октябре 1982
года запуском ГЛОНАСС спутника - «Космос-1413».24 сентября 1993 года система
была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой, состоящей из
12 спутников. Развертывание системы до ее штатного состава было завершено в 1995
году. Здесь и были впервые применены 24 навигационных орбитальных спутника[2].
Основным заказчиком российской навигационной
системы выступило Министерство Обороны, а ответственным за испытания и
управление системой - Управление Начальника Космических средств(далее
Военно-космические силы, ныне Космические войска), ОАО «Информационные
спутниковые системы» (ИСС) имени академика М.Ф. Решетнёва (бывшее НПОПМ)
является единственным российским изготовителем всех типов спутников: для
военных, спутников навигации и спутников связи.
Однако к 2001 году, вследствие недостаточного
финансирования и из-за короткой продолжительности службы, число
функционировавших спутников сократилось до 6 единиц.
В августе 2001 года была принята федеральная
целевая программа, под названием «Глобальная навигационная система», согласно
которой на начало 2008 года планировалось полное покрытие территории России, а
к 2010 году развитие ее до глобальных масштабов. Для решения этой задачи, по
плану, было решение провести шесть запусков РН в течение 2007, 2008 и 2009
годов, и вывести на орбиту 18 спутников. Таким образом количество спутников на
орбите Земли вновь составило бы оптимальное количество в 20 аппаратов.
В марте 2008 года совет конструкторов и
инженеров по российской глобальной навигационной спутниковой системе ГЛОНАСС,
заседание которого проходило в Российском научно-исследовательском институте
космического приборостроения, немного скорректировал сроки раскручивания
космического сегмента ГЛОНАСС. До этого предполагалось, что на территории
России система уже будет доступна для пользования уже на начало 2008 года. Для
этого требовалось 18 функционирующих спутников, однако некоторые из них на то
время выработали свой ресурс и прекратили работать. В 2007 году план по
запускам спутников ГЛОНАСС на орбиту был выполнен и при этом были выведены
шесть аппаратов. Орбитальная группировка на 27 марта 2008 года состояла только
из шестнадцати работающих спутников. В декабре 2008 года количество было
доведено до 18 спутников на орбите[2].
В этом же году на совете главных инженеров
ГЛОНАСС план развертывания системы был подкорректирован с целью начала
функционирования системы на территории России к 31 декабрю 2008 года.
Первоначальные планы предполагали запуск на орбиту около шести новых спутников
«Глонасс-М» с сентября по декабрь 2008 года. В марте 2008 года сроки
изготовления ракет и спутников были пересмотрены с той целью, чтобы ввести все
спутники в эксплуатацию до конца года. Планы были выполнены в срок, запуски
ракет состоялись на 2 месяца раньше, а российская спутниковая система
заработала на территории России.
В январе 2009 года стало известно, что первым
городом страны, в котором общественный транспорт массово будет оснащен системой
спутникового мониторинга на базе ГЛОНАСС, станет город Сочи. На 250 сочинских
автобусах было установлено современное ГЛОНАСС-оборудование производства
компании «М2М-телематика».
В ноябре 2009 года было объявлено, что
Харьковский научно-исследовательский институт радиотехнических измерений и
Московский научно-исследовательский институт космического приборостроения
создадут совместное предприятие, на котором будет создаваться система
спутниковой навигации для обслуживания пользователей на территории Украины и
России. В этом проекте будут использоваться украинские станции коррекции
сигнала для уточнения координат спутниковых систем ГЛОНАСС.
В середине декабря 2009 года на встрече
премьер-министра РФ Владимира Путина с главой Роскосмоса Анатолием Перминовым
говорилось о том, что окончательное развертывания системы ГЛОНАСС будет
завершено к концу 2010 года.
К 30 марта 2010 года количество работающих КА
было доведено до двадцати одного, а также в резервах находилось еще два
спутника.
С этого времени начался переход системы на
спутники «Глонасс-К», благодаря которым точность системы станет сравнима с
американской навигационной системой«NAVSTAR GPS» - единственной развернутой
зарубежной навигационной системой.
Ко 2 сентябрю 2010 года количество спутников на
орбите пополнено еще тремя единицами, с которыми общее число группировки доведено
до 26.3 октября 2011 года успешно был выведен на орбиту ещё один спутник.
Теперь общее количество на орбите равно 27 спутникам.
ноября 2011 года при помощи ракеты-носителя
«Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» были выведены на орбиту 3 спутниковых агрегата
«Глонасс-М».
В конце ноября 2011 года с космодрома Плесецк
осуществлен успешный пуск ракеты-носителя «Союз-2.1б» с разгонным блоком
«Фрегат» и КА «Глонасс-М». В 15:57 по московскому времени спутник был успешно
выведен на земную орбиту[2].
1.2 Хронология развития системы и
спутниковые навигаторы
Хронология была составлена согласно программе по
модернизированию системы ГЛОНАСС, действующей до 2020 года:
год - переход на обновленную версию системы
координатП3-90 - П3-90.02;
год - запуск новых спутников Глонасс-М,
способных транслировать два гражданских сигнала на частотах L1 и L2;
год - проведение первой фазы модернизации
наземного сегмента, и увеличение точности определения координат;
год - постепенное введение спутников Глонасс-К с
дополнительными сигналами формата CDMA, которые облегчают разработку
мультисистемных навигационных приборов. Введение новых КА Глонасс-К1 с новым
сигналом в диапазоне L3;
Конец 2010 года - установка новой измерительной
системы с высокими точностными характеристиками. Увеличение точности расчета
эфемерид;
год - завершение модернизации наземного
комплекса управления. Прграмма модернизации спутников и последующее увеличение
точности навигационных определений ГЛОНАСС до 2.5 раз, что составляет 2.8 метра
для гражданских пользователей;
-2014 года - предполагается запуск спутника
Глонасс-К2, который в дополнение к сигналу в диапазоне L3 получит и открытый
сигнал в диапазоне L1;
-2017 года - появление усовершенствованного
спутника Глонасс-КМ, характеристики которого находятся в стадиях доработки. В
таких вида спутниках будет использоваться до пяти открытых и до двух
зашифрованных сигналов с кодовым разделением;
год - ожидается полный переход на CDMA-сигналы и
увеличение спутниковой группировки с 24 до 30, что возможно потребует отключения
сигналов FDMA. Также возможен запуск дополнительных спутников «Молния» или
«Тундра» по высокоэллиптической орбите, что должно обеспечить высокий
коэффициент доступности в отдельных регионах, за счет дифференциальной
коррекции сигналов ГЛОНАСС от основных спутников (см. рис. 1)[3].
Рисунок 1 - Космическая группировка спутников
ГЛОНАСС и GPS[3]
Первые пользовательские спутниковые навигаторы,
рассчитанные на совместное использование ГЛОНАСС и GPS, поступили в продажу 27
декабря 2007 года. Это были спутниковые навигаторы под названием Glospace.
Однако первым приёмником, рассчитанным на работу с американской и российской
навигационными системами, был профессиональный прибор, выпущенный
компаниейAshtechGG24 в 1995 году. Объем производства, по сообщению Вестей-24,
составляет от 1500 до 2000 навигаторов в месяц, а вопрос обеспечения цифровыми
картами возложен на Роскартографию. Как сообщают РИА «Новости» от 20 мая 2008
года, одна из важных проблем ГЛОНАСС заключается в нехватке цифровых карт.
Вице-премьер Сергей Иванов на совещании по развитию транспортных систем
сообщил, что основные средства, которые в данный момент выделяются на ГЛОНАСС,
пойдут именно на разработку и доработку цифровых карт для навигационных
приборов[4].
В целом же навигационная аппаратура в России
выпускается одиннадцатью предприятиями: «НПО Прогресс», ЗАО «КБ НАВИС», ОАО
«РИРВ», ОАО «МКБ Компас», ФГУП «НИИМА Прогресс», ОАО «Российские космические
системы», ФГУП «РНИИ КП», ОАО «Русские навигационные технологии», ООО
«ТехноКом», ООО «М2М телематика», ЗАО «Микчел-ТСК», ООО НТП «СТАТТ».
Комбинированная ГЛОНАСС/GPS аппаратура
профессионального уровня также изготавливается многими зарубежными фирмами,
такими как: MobileCommunications, Javad, Septentrio, Topcon, SkyWave, NovAtel,
Leica, Ashtech, Geosystems.
В гражданских целях для автолюбителей в
перспективах видится расширение функциональных возможностей
ГЛОНАСС/GPS-приемников для более интенсивного применения навигаторов как в
автомобиле, так и вне его. Одним из таких востребованных расширений может
являться добавление функции электронной книги в аппарат.
Для декодирования сигналов ГЛОНАСС КБ «НАВИС»
разработана специализированная микросхема, которая поддерживает системы -
ГЛОНАСС/GPS, а также GALILEO/COMPASS:
размеры: 9 Ч 11 Ч 2,5 мм;
энергопотребление: около 0,1 Вт.
Для работы этого полнофункционального микрочипа
требуется лишь подключения к нему антенны и питания.
На сегодняшний день американский производитель
мобильных чипов Qualcomm производит ряд микросхем для приема сигналов ГЛОНАСС и
GPS: Snapdragon 2 и 3. В 2011 году был объявлен выпуск Snapdragon 4. В
настоящее время общее количество моделей устройств, которые способны принимать
сигналы ГЛОНАСС исчисляется десятками.
С мая 2011 года в розницу можно было уже
приобрести одно из первых массово производимых ГЛОНАСС/GPS навигаторов от трех
компанийLexand, Explay и Prology. Все они собирались на чипсете MSB2301
тайваньской компании «Mstar Semiconductor».
Несколько лет назад ГЛОНАСС/GPS навигаторы
начали устанавливаться в мобильные устройства, смартфоны и планшетники.
Одни из последних новинок в этой области это:
Встроенная поддержка ГЛОНАСС на чипе Qualcomm в
AppleiPhone 4S;
Встроенная поддержка ГЛОНАСС в GarmineTrex
10,20,30;
Встроенная поддержка ГЛОНАСС в
SamsungGalaxyNote[4].
1.3 Точность и доступность навигации
«ГЛОНАСС»
На сегодняшний день точность определения координат
системы ГЛОНАСС несколько уступает показателям американской системы спутниковой
навигации GPS.
Согласно данным СДКМна июль 2011 года
погрешности навигационных определений навигационной системы ГЛОНАСС (при
p=0,95) по широте и долготе составляли 4,45-7,37 м при использовании 7-8
спутников, в зависимости от точки приема. В сравнении, на тот момент ошибки GPS
составляли 2,00-8,76 м при использовании в среднем 6-11 спутников, в
зависимости от точки приема.
При использовании совместно двух навигационных
систем погрешности составляют 2,36-4,64 м при использовании 14-19 спутников, в
зависимости от точки приема.
Согласно заявлению главы Роскосмоса Анатолия
Перминова, на тот момент принимались меры по увеличению точности спутникового
сигнала. К 2010 году точность системы ГЛОНАСС должна была быть улучшена до 5,5
метров, а к 2011 году до 2,8 метров. Среди названных мер по улучшению
спутникового сигнала с космоса были затронуты следующие:
Пополнение группировки спутников на орбите;
Улучшение точности эфемерид;
Усовершенствование потребительских устройств;
Постепенная замена устаревших спутников более
совершенными «Глонасс-М» и «Глонасс-К»[5].
На конец 2011 года система ГЛОНАСС определяла
местонахождение объекта с точностью до 4,5 м, но уже в начале 2012 года
точность была увеличена с 4,5 метров до 2,5-2,8 метров. После перевода в
готовое рабочее состояние двух спутников коррекции сигнала системы «Луч»,
точность спутникового сигнала отечественной ГЛОНАСС возрастет до одного метра,
в сравнении с прошлыми годами, когда система определяла местонахождение объекта
с точностью только до 50м.
Год назад Россия начала работы по размещению
станций мониторинга и системы дифференциальной коррекции с целью повышения
надежности и точностиработы российской навигационной системы за рубежом. Первая
такая зарубежная станция уже построена в Антарктиде под названием
«Беллинсгаузен». Теперь обеспечены необходимые условия для непрерывного общего
глобального мониторинга навигационных полей космических спутников ГЛОНАСС.
Число функционирующих наземных станций дифференциальной коррекции насчитывает
14 станций по всей России и одну станцию в Антарктиде. Дальнейшее развитие
системы предусматривает развертывание еще восьми дополнительных станций на
территории России, а также пяти станций в зарубежных странах, таких как: Куба,
Вьетнам, Австралия, Бразилия и еще одна дополнительная в Антарктиде.
При этом использование как американской, так и
российской навигационных систем сегодня дает существенный прирост точности
сигнала. Европейский проект, под аббревиатурой EGNOS, использующий сигналы двух
систем, даёт точность определения местонахождения на европейской территории до
1.5-3 метров.
Информационно-аналитический центр ГЛОНАСС на
собственном сайте публикует официальные сведения о доступности спутниковых навигационных
услуг в форме карт интегральной и мгновенной доступности, а также позволяет
вычислить зоны видимости для определенной даты и места. Апостериорный и
оперативный мониторинг систем ГЛОНАСС и GPS также осуществляется Российской
системой дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ).
На февраль 2010 года количество видимых над
российским горизонтом спутников ГЛОНАСС было равно в среднем 6-8 КА. Как
показывает карта интегральной доступности, хорошая точность определения
координат (PDOP ≤ 6) осуществлялась для Российской Федерации практически
в течение всего дня (более точно, для 95 % времени в течение дня, а для южных
районов страны иногда бывает 92 %). В некоторых местах земного шара «хорошая» и
лучше точность определения координат (PDOP ≤ 6) могла осуществляться
только на протяжении примерно 80 % времени суток, а в самых далеких точках и в
течение 70 %[5].
После мониторинга, проведенного 29 марта 2010
года, было выявлено, что количество видимых спутников ГЛОНАСС над Россией, как
правило, было равно 7-8 КА. Согласно показателям карты интегральной доступности
от 30 марта 2010 года, точность определения местонахождения уровня «хорошая» и
лучше (PDOP ≤ 6) осуществляется для РФ практически в течение 24 часов
беспрерывно, а именно, для 99% времени дня для всей страны, кроме Владивостока,
где показатель равен 95%. В других же районах Земли «хорошая» и лучше точность
координатного определения (PDOP ≤ 6) может быть осуществима только в
течение 92 % времени суток, а в отдаленных точках и в течение 80 %.
При использовании совместно ГЛОНАСС/GPS
приемника точность определения координат почти всегда имеет оценку «отлично»,
так как присутствует большое количество видимых КА и в связи с их хорошим
взаимным расположением.
Не так давно сотрудники шведской космической компании
Swepos, которая обслуживает общенациональную сеть навигационных спутниковых
станций, сообщили о преимуществе российской системы навигации ГЛОНАСС над
американской GPS, как сообщает Reuters. По словам Бойонссона, замглавы
подразделения геодезических исследований Swepos, российская спутниковая система
обеспечивает лучшую точность позиционирования координат в северных широтах.
Также он добавил, что в связи с тем, что орбиты спутников ГЛОНАСС расположены
выше, чем спутники GPS, их можно быстрее и четче увидеть. Исходя и этого, около
90% клиентов шведской компании предпочитают ГЛОНАСС в сочетании с GPS.
Постановление правительства РФ от сентября 2011
года об обязательном использовании модулей ГЛОНАСС/GPS в пассажирских
транспортных средствах сделало отечественный продукт ещё более популярным[5].
2. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ГЛОБАЛЬНОЙ
НАВИГАЦИОННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ «ГЛОНАСС»
.1 Проблемы развития спутниковой
системы ГЛОНАСС в сравнении с GPS
На сегодняшний день Российская навигационная
спутниковая система ГЛОНАСС еще не является совершенной и по многим критериям,
к сожалению, уступает таким ее аналогам, как американской GPS, европейской
Galileo и китайской Beidou. Хотя ГЛОНАСС начала развиваться еще при Советском
Союзе, активно в разработку начали вкладывать средства только в последние 4
года при активной поддержке руководства РФ. Только за последние годы эта
система была выведена на тот уровень, который обеспечивает достаточно уверенный
прием сигнала почти по всей территории Земли. Но все же большими проблемами на
сегодня являются точность передачи данных, нехватка дорогостоящего оборудования
и точность определения координат.
В связи с отсутствием определенного числа мер в
области развития и использования навигационных спутниковых систем, которые
предусматривают свод определенных усилий федеральных органов исполнительной
власти по ее реализации, обеспечение сбалансированного развития всех элементов
спутниковой российской системы ГЛОНАСС, а также в связи с недостаточным
финансированием проекта, орбитальная спутниковая группировка системы ГЛОНАСС не
восполнялась в течение трех лет, т.е. с декабря 1995 года по декабрь 1998 года.
В настоящее время функционирует в ограниченном составе, который не обеспечивает
решение главных задач[6].
Таким образом, сокращение состава орбитальной
группировки навигационной системы ГЛОНАСС:
Откладывает полномасштабное внедрение системы
ГЛОНАСС в гражданскую и в военную сферы деятельности;
Ставит под угрозу выполнение РФ международных
обязательств, принятых в рамках международной морской организации (ИМО) и
организации гражданской авиации (ИКАО);
Сдерживает ход переговоров с партнерами
зарубежных стран по предоставлению российской ГЛОНАСС в качестве основной базы
для создания перспективных глобальных международных спутниковых навигационных
систем;
Может привести к потере Российской Федерацией
выделенной части радиочастотного диапазона, который обеспечивает
функционирование глобальных навигационных спутниковых систем.
Соединенные Штаты Америки также не стоят на
месте. Проводится активное внедрение спутниковых навигационных технологий в
информационное управление войсками и оружием, а также во все ключевые секторы
транспорта и экономики. Евросоюз начинает работу по программе GALILEO с целью
создания европейской спутниковой навигационной системы, для того чтобы
обеспечить независимость в области навигационных технологий[6].
Если не принимать меры по поддержанию и развитию
системы ГЛОНАСС, российские пользователи вынуждены будут ориентироваться на
системы GALILEO и GPS. При введении режима “селективного доступа” в иностранных
системах спутниковой навигации, национальной безопасности Российской Федерации
может быть нанесен непоправимый ущерб. Стоимость космических средств, огромное
количество заказчиков, исполнителей и потребителей спутниковых навигационных
услуг, а также ограничения в ресурсах, обуславливают необходимость в применении
программно-целевого подхода при задачах развития и поддержания, а также
использования системы ГЛОНАСС. Эта обширная проблема носит межрегиональный и
межведомственный характер и требует комплексного подхода по ее устранению.
Реализация такой программы поспособствует
объединению всех проводимых работ по развитию, разработкам и внедрению системы
в рамках федеральной целевой Программы “Глобальная навигационная система”,
которая позволит развить и использовать систему ГЛОНАСС как в военных сферах,
так и в социально-экономической, сосредоточить финансовые средства для
выполнения главных задач Программы и сделать основу для привлечения
внебюджетных источников[6].
По недавно проведенному в Москве
«Глонасс-форуму» можно сделать выводы, что для полномасштабного ввода
Глобальной Навигационной Спутниковой Системы нужно решить достаточно серьезные
проблемы технического характера, которые снижают ее конкурентоспособность с
другими навигационными системами. Анализ всех мнений, прозвучавших на форуме,
информирует о том, что восстановление штатной численности орбитальной
группировки - это только лишь первый шаг в создании достаточно эффективных,
удовлетворяющих современным требованиям координатно-временных сервисов.
Ключевой проблемой на этом пути является отсутствие законодательной и
метрологической основы для этого.
Значительное и резкое изменение количества
работающих спутников, не сопровождаемое объяснением всех этих причин, сказываются
негативным образом на доверии пользователей к системе и к уровню ее развития.
Однако одними лишь «организационными» факторами проблемы ГЛОНАСС не
ограничиваются. Опыт компаний серийного производства пользовательской
аппаратуры с поддержкой системы ГЛОНАСС, говорит о присутствующих в техническом
плане проблемах, которые осложняют использование аппаратов. Эти проблемы должны
в скором порядке быть решены и ликвидированы[7].
Как отметил в своем выступлении на
Глонасс-форуме один из экспертов компании Topcon Алексей Зиновьев, Российская
система ГЛОНАСС со времен своего появления создавалась и проектировалась без
учета проблемы совместимости c GPS. Изменения в использовании глобальных
спутниковых систем, а также необходимость использования GPS-сигналов в отсутствие
собственной полноценной орбитальной группировки поставила необходимость
внесения корректировок в ряд изначально заложенных идей и задач. В настоящее
время при поддержке ГЛОНАСС есть возможность значительно повысить эффективность
использования приемников при работе в труднодоступной местности, в районах
интенсивной застройки и ограниченной видимости - например, в карьерах или в
лесных массивах. В таких условиях наличие всего лишь одного или нескольких
«дополнительных» спутников способно обеспечить ожидаемую отличную
работоспособность всей аппаратуры.
Поддержка ГЛОНАСС позволяет существенно и даже
на порядок сократить время получения фиксированного решения в режиме
«кинематики реального времени, широко используемом для получения точных
информационных данных. Также сокращается время, так называемого «вынужденного
простоя» - даже при полностью развернутой спутниковой группировке GPS оно может
достигать в некоторых случаях нескольких десятков минут.
Особенности орбитального построения группировки
ГЛОНАСС также повышают эффективность ее работы в высоких широтах, таких как
Арктика и Антарктика, чего не может обеспечитьNAVSTARGPS. Использованный в
ГЛОНАСС режим частотного разделения (FDMA) обеспечивает гораздо более высокую
помехозащищенность, чем использующийся режим кодового разделения (CDMA) в
системе GPS.К сожалению, некоторые достоинства российской спутниковой системы
являются оборотной стороной ее недостатков.
Величины межканальных задержек при обработке
спутниковых сигналов в пользовательской аппаратуре, которые возникают из-за
использования частотного разделения, неодинаковы, поэтому серьезно ограничивают
ее точность. Эта проблема решается с использованием специальной элементной
базы, схемотехнических решений, а также некоторой калибровкой спутниковых приемников
производителями. Такое число мелких недочетов, к сожалению, говорит о том, что
вся аппаратура ГЛОНАСС оказывается более дорогостоящей, чем аналогичная ей
аппаратура GPS - настолько, что вопрос о введении в ГЛОНАСС режима кодового
разделения, который используется в GPS, не кажется неоправданным. Ошибки в
переводе данных между двумя системами координат: WGS84 (WorldGeodeticSystem
1984), используемой в GPS, и системой ПЗ90 (Параметры Земли 1990), могут
достигать нескольких метров. В настоящее время ученые работают над созданием
более точной и перспективной системой координат ПЗ.02, в которой возможная
неточность сигнала будет снижена до полуметра[7].
Еще одна проблема заключается в синхронизации
друг с другом различных шкал времени, используемых в системах ГЛОНАСС и GPS.
Вроссийской навигационной периодически производится добавление целой секунды к
шкале времени, что приводит к значительному усложнению работы пользовательских
спутниковых приемников.
Корректная проверка достоверности при передаче
спутниками навигационных сигналов в системе ГЛОНАСС требует не только
получения, так называемых эфемерид спутника, как в американской системе NAVSTAR
GPS, но и альманаха. Все это приводит к долгой продолжительности «холодного
старта» в системе ГЛОНАСС, составляющая 2.5 минут, тем временем как эта же
продолжительность в GPS достигает всего 30 секунд. Из этого вытекает следующее,
что несинхронность закладки альманахов в некоторые спутники исключает
корректное определение «здоровых» спутников в ряде каких-либо определенных
ситуаций. Проблемы с идентификацией эфемеридных данных в системе ГЛОНАСС
значительно осложняют работу в дифференциальных режимах в таких случаях, когда
поправки привязаны непосредственно к эфемеридам.
К счастью, проблема идентификации эфемеридных данных
частично была решена для обновленных спутников Глонасс-М. Однако текущий подход
в определенном ряде случаев может быть неоптимальным и требующим некоторых
улучшений. Тот алгоритм определения координат спутников ГЛОНАСС, который был
опубликован в обновленной версии интерфейсного документа ГЛОНАСС, является
чрезвычайно сложным, поэтому трудно реализуем на практике. Следовательно, до
сих пор применяется «предыдущий», более упрощенный алгоритм.
Для решения вышеназванных проблем и дальнейшего
планирования развития системы будет являться нужным учитывать мнения
разработчиков навигационной пользовательской аппаратуры. Для этого информация о
планах дальнейшего развития группировки должна быть информационно насыщенной,
ясной и логичной. Только после этого приемники ГЛОНАСС смогут составить
конкуренцию и отвоевать себе место на рынке даже после того, как будет введена
в эксплуатацию обновленная GPS 3 с функциями, которые будут более точно
определять местонахождение пользователя.
Как отметил в беседе с корреспондентом портала
«Исследования и разработки R&D.CNews» - Алексей Зиновьев: «В данное время
использование комбинированных приемников ГЛОНАСС/GPS обеспечивает более точный
сигнал и дает пользователю преимущество над обычными односистемными GPS
приемниками» (см. рис. 2).
спутниковый навигатор глонасс
потребитель
Рисунок 2 - Двухсистемный ГЛОНАСС/GPS навигатор
Еще одна из самых больших проблем системы
ГЛОНАСС, которая мешает появлению в больших количествах потребительских устройств
ГЛОНАСС на открытом рынке - это отсутствие до недавних пор спутниковых
навигационных приемников, близких по габаритам, энергопотреблению и цене к
GPS-решениям. Первый мультисистемный модуль нового поколения NV08С
разработанный КБ Навис, включает в себя все три спутниковые программы
GLONASS/GPS/GALILEO. Первая партия таких приемниках была выпущена в конце 2009
года. Они является одними из лучших спутниковых приемников в формате чипсета на
сегодняшний момент, которые используют многие автомобильные компании[7].
2.2 Перспективы развития глобальной
навигационной спутниковой системы «ГЛОНАСС»
В настоящее время есть две приоритетных задачи,
с решением которых глобальная навигационная система ГЛОНАСС будет доведена до
высокого уровня[8].
Одна из них - это создание локальных и
региональных систем непрерывного спутникового контроля устойчивости инженерных
потенциально опасных объектов и деформаций земной поверхности в сейсмоопасных
зонах на базе ГЛОНАСС. В «ЦНИИмаш» был разработан проектный облик системы, в которой
присутствуют основные ее элементы - однотипные унифицированные терминалы под
названием «активный репер» (АР). Такая организация серийного производства
терминала «АР» позволила бы разработчикам создать единую основу для
производства разных видов дифференциальных систем, иными словами образовать
единую технологическую основу наземной части сегмента ГЛОНАСС для большого
числа пользователей. Большой поддержкой оказалось бы постановление
правительства РФ о необходимости усилить контроль устойчивости опасных инженерных
сооружений и изучения сейсмической активности на территории России с
использованием технологий ГЛОНАСС.
Вторая задача заключается в разработке и
серийном производстве бытовых ГЛОНАСС-приемников для потребителей, которых бы
устроил недорогой прибор, обеспечивающий точность позиционирования в системе
геодезических координат «СК-95» в номинальном режиме измерений на уровне
десятков метров, а в относительном - на уровне дециметров. Пользователям таких
приемников должны предлагаться специальные топографические карты с нанесенной
координатной сеткой. Такой, например единый комплект, который бы включал в себя
портативный ГЛОНАСС-приемник, набор топографических карт и стоящий не дороже
обычного сотового телефона, устроил бы большую часть жителей России. Однако
выпуск массовой отечественной аппаратуры ГЛОНАСС не будет осуществлен до тех
пор, пока производители не будут уверены в окупаемости продукта и спроса на
него. Система достаточно затратная, но она судьбоносна для всей России, а
особенно для Вооруженных сил сейчас и в будущем[8].
Ожидается, что в недалеком будущем достижение
конечных целей вооруженных конфликтов и войн будет достигаться в основном за
счет информационного и технического превосходства над противником - путем
подавления его систем военного и государственного управления, связи, навигации
и других, безусловно, критически важных структур. В этой борьбе навигационные
системы будут занимать особое место.
По денежному вопросу Роскосмос обратился в
правительство России с просьбой увеличить финансирование Федеральной целевой
программы развития глобальной навигационной системы «ГЛОНАСС» вдвое, так как
были проблемы с числом спутников на орбите, которое составляло 18 единиц. В
2006 году на данную ФЦП из федерального бюджета было направлено 4,7 миллиардов
рублей, в 2007 году - 9,8 миллиардов рублей, а на 2008 и 2009 годы было
запланировано соответственно - 10 миллиардов и 10,7 миллиардов российских
рублей. Также была принята программа по увеличению продолжительности работы
спутников с 3-5 до 7 лет службы, которая тоже требовала немалых денежных
затрат.
Пятнадцатого сентября 2008 года вице-премьер
Российской Федерации Сергей Иванов сообщил на встрече с председателем
правительства РФ, что им было подписано постановление правительства об
увеличении финансового вложения в программу ГЛОНАСС на предстоящие три года в
общем количестве 67 миллиардов рублей. На вопрос о том, куда будут
израсходованы эти средства, С.Иванов подчеркнул, что "прежде всего они
пойдут в наращивание космической группировки".
С этого момента строительство ГЛОНАСС пошло
быстрыми темпами. Было обращено внимание на наземный компонент. Было также
принято решение о выделении еще 10 миллиардов рублей к 2011 году, на создание в
Петербурге, в Москве и Зеленограде технологических центров, где будут
производиться электронно-компонентные базы приемников ГЛОНАСС. Главная
преследуемая цель - в скором будущем перевести в Россию производство микросхем
и модулей для приемников ГЛОНАСС из стран Юго-Восточной Азии, таких как Тайвань
и Китай[9].
Начиная со следующего года, соотношение сил
спутниковых систем на рынке должно измениться коренным образом. Это связано с
полным развертыванием системы в штатном режиме работы. Система, на сегодняшний
день состоит из двадцати четырех спутников, равномерно размещенных по трем
орбитам по 8 спутников на каждой, которые способны обеспечить условия, не
уступающие системе GPS.
Станет ли народ активнее пользоваться
навигаторами на основе ГЛОНАСС, в частности автонавигаторами и приемными
устройствами - пока этот вопрос остается открытым. Для большого круга
автовладельцев навигационное устройство является незаменимым, особенно при
частых поездках в другие незнакомые города. Однако же, большие суммы денежных
средств за приобретение спутникового навигатора автомобилисты не готовы. Примерно
20% водителей готовы купить устройство задорого и не задумываясь о расходах.
Для оставшихся, вопрос цены будет решающим не только при выборе устройства, но
и при мыслях о том, покупать его или нет[10].
В прошлом году РФ выделила финансовые средства
для создания спутниковых навигаторов, работающих только на отечественной
спутниковой навигационной системе. По мнению специалистов, ГЛОНАСС технология
на 2012 год уже достаточно развита для ее использования вне комбинированного
варианта. Мнение людей, попробовавших пользоваться автонавигатором на системе
ГЛОНАСС, говорят о его хорошем сочетании цены и качества. Такой автонавигатор
является более дешевым, по сравнению с его аналогом, работающим на GPS, а также
гораздо более удобен для российского пользователя[10].
Будущее использование автонавигаторов и
технологии системы ГЛОНАСС в других сферах, порядком облегчит разные области
жизнедеятельности. Будет улучшено медицинское обеспечение и скорость
реагирования на вызовы, например в отдаленных районах. На основе ГЛОНАСС будут
отслеживаться сейсмические колебания земной поверхности, что поможет быстрее
предупреждать население об опасности. Улучшится сфера транспортных,
железнодорожных и авиаперевозок. Система уже обширно применяется в военных
целях. На погранзаставах отслеживаются территории государственных границ, во
избежание незаконного проникновения людей и запрещенных товаров. Все это
безусловно повышает уровень жизни и обеспечивает внутреннюю безопасность
Государства, при этом повышаются социальные и экономические блага страны.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Глобальная спутниковая радионавигационная
система «ГЛОНАСС» является советским и российским аналогом американской
спутниковой системы «GPS» В ходе своего долгого развития она переживала
множество проблем, которые были связаны с финансированием разработки, а также в
техническом плане. Долго длилась ситуация с недостатком спутниковых единиц в
космической группировке из-за короткого периода эксплуатации космических
аппаратов. Недостаточность денежных средств, выделяемых на навигационную
спутниковую систему, мешала создать нормальный интервал производства и вывода
спутников в околоземную орбиту, поэтому их количество оставалось очень низким
около 15 лет. В ходе изучения темы, было выявлено, что в 2009 году число
спутников на орбите достигло штатного режима. Стали выделяться большие
финансовые средства на дальнейшую разработку отечественной технологии.
Однако, было выявлено то, что система ГЛОНАСС
пока имеет очень много минусов и недостатков, которые мешают ей держаться на
одной позиции с американской, европейской и китайской спутниковыми системами.
Роскосмосу предстоит решить проблему
финансирования и спонсирования в проект, довести до хороших показателей
точность местоопределения системой, установить достаточное количество станций
наземного базирования ГЛОНАСС.
В ходе работы были выполнены поставленные
задачи:
Были выделены и прослежены преимущества и
недостатки спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС;
Были показаны ряд определенных проблем, которые
возникали с момента начала разработок системы и которые продолжались по мере ее
дальнейшего развития;
Были рассмотрены перспективы развития российской
системы от первых разработок и до настоящего времени.
Также была затронута информация о будущем
развитии навигационной системы до 2020 года.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. «ГЛОНАСС.
Общая информация о системе»
2. «НИС
ГЛОНАСС» История развития системы.
. Журнал
«Геоматика» «Система ГЛОНАСС - хронология развития отечественного продукта»
2011г.
. «Проблемы
ГЛОНАСС. Технические аспекты».
http://rnd.cnews.ru/tech/news/top/index_science.shtml?2011/10/11/245300
. Статья:
«ГЛОНАСС. Все подробности о новой системе»
. http://hi-tech.mail.ru/article/misc/glonass_answers.html
. Статья:
«Правительство разочаровалось в ГЛОНАСС»
http://mn.ru/newspaper_economics/20110628/302876029.html
. Статья:
«Содержание проблемы и обоснование необходимости ее решения программными
методами». http://www.programs-gov.ru/26_1.php
. «ГЛОНАСС:
принципы построения и функционирования» А.И. Перов, В.Н. Харисов
. «Сетевые
спутниковые радионавигационные системы» Шебшаевич В.С., Дмитриев П.П., Иванцев
Н.В.
. Перспективы
развития российской системы ГЛОНАСС