Спутниковая система навигации
Спу́тниковая систе́ма навига́ции — система навигации, использующая несколько космических аппаратов в качестве основного элемента для определения положения объектов на Земной поверхности с помощью искусственных спутников Земли, которые находятся на заранее определённых орбитах.
Эти спутники осуществляют передачу радиосигналов в определённых диапазонах, по которым в результате обработки данных вычисляется местоположение объекта[1].
История создания[править]
Разработка спутниковых навигационных систем в СССР началась в середине 1960-х годов, хотя сама идея возникла значительно раньше — в 1956 году в стенах Научно-исследовательского гидрографического штурманского института. Вадим Алексеевич Фуфаев, старший научный сотрудник института, выдвинул эту концепцию. Под его руководством и с участием Е. Ф. Суворова была сформирована инициативная группа, занимающаяся изучением возможностей создания спутниковой навигационной системы всеми возможными способами. В 1958—1959 годах проводились дальнейшие исследования в сотрудничестве с НИИ-4 МО, расположенным в Подмосковье[2].
В 1960 году США успешно протестировали первую спутниковую навигационную систему Transit, которой пользовался военно-морской флот. Данная система осуществляла навигационные корректировки примерно раз в час и состояла из пяти спутников. Началом эпохи GPS считается февраль 1978 года, когда в космос запустили первый спутник, который положил начало для современного GPS. Система полностью заработала только в декабре 1993 года. Каждый спутник весил 900 кг и имел высоту около 5 метров с разложенными солнечными панелями, а его радиопередатчик имел мощность 50 ватт[3]. Ожидаемый срок службы каждого спутника составлял 10 лет. Новый спутник запускался по истечении ресурса старого. Основной принцип работы системы заключается в вычислении координат объектов на Земле, с учётом расчёта расстояний, измеренных системой до группы спутников в космосе, где спутники являются точно координированными точками отсчёта. Расстояние рассчитывается по обычной формуле, расстояние есть скорость, умноженная на время, в данном случае скорость равна скорости распространения радиоволн — 300000 километров в секунду. Рассчитать расстояние до спутника можно, если точно знать время, когда этот сигнал был отправлен. Используя сигнал от трёх спутников, можно узнать местоположение объекта. Зная расстояние до трёх спутников, вычисляют координаты определяемой точки. Позиции спутников контролируются пятью наземными станциями по всему миру (Hawaii, Kwajalein, AscensionIsland, DiegoGarcia, ColoradoSprings), с одной главной станцией, которая передаёт информацию, включая синхронизацию времени с точностью до микросекунды[4].
Принцип работы[править]
Принцип функционирования систем спутниковой навигации заключается в вычислении расстояния между антенной приёмника и хорошо известных навигационных спутников с высокой степенью точности. Перед тем как приступить к измерениям, каждый приёмник получает доступ к таблице размещения спутников, известной как альманах. Эта информация обычно сохраняется в памяти устройства с момента последнего его включения. Каждый спутник передаёт полный альманах в своём сигнале. Соответственно, обладая данными о расстояниях до нескольких спутников, возможно вычислить местоположение объекта в пространстве с использованием стандартных геометрических методов, основанных на альманахе.
Процесс измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определении скорости передачи радиоволн. Чтобы измерять время, за которое радиосигнал проходит, каждый спутник оборудован атомными часами, синхронизированными с системным временем. Во время работы приёмника его часы согласуются с системным временем, и далее при получении сигналов вычисляется задержка между временем передачи, указанным в сигнале, и временем приёма. Используя эту информацию, навигационный приёмник определяет координаты своей антенны. Остальные параметры движения, такие как скорость, направление и расстояние, вычисляются на основе измерения времени, потраченного объектом на перемещение между заданными точками.
На сегодняшний день наиболее распространёнными системами спутниковой навигации являются GPS, ГЛОНАСС, Galileo и BeiDou. Все эти системы функционируют на похожих принципах: для определения местоположения с средней точностью антенна приёмника должна принимать сигналы минимум от четырёх спутников данной системы (или от трёх, если известна одна из координат, например, высота над уровнем моря для судна в океане равна нулю). Тем не менее, существуют значительные различия. Каждая спутниковая навигационная система имеет свою собственную систему координат и принадлежит различным странам или их объединениям. Однако для пользователей более существенными являются отличия в наклоне и количестве орбит, на которых располагаются спутники, а также их численность и период обращения вокруг Земли. Именно эти параметры оказывают наибольшее влияние на точность определения местоположения[5].
Основные составляющие[править]
Космический сегмент[править]
Космический сегмент, включающий навигационные спутники, представляет собой набор источников радионавигационных сигналов, которые одновременно передают значительные объёмы служебной информации. Основные функции каждого спутника заключаются в создании и передаче радиосигналов, необходимых для определения местоположения пользователей и контроля за работой бортовых систем спутников.
Наземный сегмент[править]
Наземный сегмент включает в себя: космодром, командно-измерительный комплекс и центр управления. Космодром отвечает за вывод спутников на нужные орбиты в процессе начального развёртывания навигационной системы, а также за регулярное обновление спутников после их выхода из эксплуатации или истечения ресурса. Ключевыми компонентами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция занимается приёмом, хранением и сборкой ракет-носителей и спутников, а также их тестированием, заправкой и стыковкой. Задачи стартового комплекса включают транспортировку носителя с навигационным спутником к стартовой площадке, его установку на пусковую систему, предполётные испытания, заправку носителя, ориентирование и запуск. Командно-измерительный комплекс обеспечивает навигационные спутники служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов и контроля за ними. Центр управления, соединённый радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует работу всех компонентов спутниковой навигационной системы.
Пользовательский сегмент[править]
Пользовательский сегмент включает в себя устройства для конечных пользователей, которые предназначены для приёма сигналов с навигационных спутников, оценки навигационных параметров и обработки полученной информации. Для решения навигационных задач в таких устройствах предусмотрен специализированный встроенный процессор. Широкий диапазон доступной потребительской техники отвечает требованиям пользователей в различных областях: наземного, морского, авиационного и космического (в пределах ближнего космоса) применения[6].
Виды спутниковых навигационных систем[править]
Исторические виды[править]
- Transit — первая в мире спутниковая навигационная система, США (1963 год);
- Циклон — первая спутниковая система навигации в СССР, аналог Transit (1964 год);
- Космос-192 — первый отечественный действующий навигационным космический аппарат (1967 год);
- Парус — низкоорбитальная космическая навигационная система — серия российских (советских) навигационных спутников военного назначения (1976 год);
- Цикада — низкоорбитальная космическая навигационная система — гражданский вариант морской спутниковой навигационной системы «Циклон» (1979 год)[7].
Действующие спутниковые системы[править]
- GPS — принадлежит министерству обороны США;
- ГЛОНАСС — принадлежит министерству обороны РФ;
- Бэйдоу — принадлежит министерству обороны Китая;
- Galileo — разработана Европейским Союзом, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки;
- QZSS — принадлежит министерству обороны Японии;
- NavIC — принадлежит министерству обороны Индии[8].
Использование систем навигации[править]
- Наземный транспорт.
- Поиск для спасения.
- Персональная навигация.
- Авиация.
- Водный транспорт.
- Геодезия и картография.
- Окружающая среда.
- Космическая навигация.
- Строительство.
- Сельское хозяйство.
- Системы связи.
- Вооружение[9].
Примечания[править]
- ↑ Лангеман И. П. Спутниковая система навигации рус.. БРЭ (2024-01-09). Проверено 15 января 2025.
- ↑ «Развитие навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС. История создания ГНСС GPS и ГЛОНАСС».
- ↑ Тришкина Д.В. История развития спутниковой навигационной системы GPS рус.. Международный студенческий научный форум. Проверено 15 января 2025.
- ↑ Богомазов А. GPS – обзор технологии рус.. Компьютерный портал F1CD.ru. (2008-05-27). Проверено 15 января 2025.
- ↑ Спутниковая навигация: основные принципы работы.. Проблемы и методы их решения рус.. Торговая марка ОКО (2019-04-01). Проверено 15 января 2025.
- ↑ Принципы навигации рус.. Прикладной потребительский центр ГЛОНАСС. Проверено 15 января 2025.
- ↑ «Навигационные спутниковые системы СССР, России и США. История первая».
- ↑ Современные навигационные спутниковые системы рус.. Прикладной потребительский центр ГЛОНАСС. Проверено 15 января 2025.
- ↑ Применение технологий ГЛОНАСС рус.. Роскосмос. Проверено 15 января 2025.
 | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Спутниковая система навигации», расположенная по следующим адресам:
Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?». |
|---|