Разделы сайта

Обзор современных систем спутниковой навигации

спутниковая навигационная глобальное позиционирование

На сегодняшний день в мире существует несколько навигационных систем, использующих искусственные спутники Земли, но предлагающими действительно глобальный сервис позиционирования практически в любом месте нашей планеты являются лишь две: российская ГЛОНАСС и американская NAVSTAR. Именно к ним принято относить популярное сокращение GPS.

Давайте взглянем на них с точки зрения обывателя, не искушенного в тонкостях технологии, но имеющего желание (и возможности) применять практические блага этой технологии в быту. Будем откровенны: большинство граждан представляют себе GPS исключительно по портативным приемникам или автомобильным системам навигации. В результате у рядового потребителя к бытовым приемникам GPS сложилось отношение как к забаве для состоятельных людей, либо как к специфическому хобби.

Отчасти причиной этого является недостаточная популяризация технологии GPS в нашей стране. Если научная сторона вопроса освещается на должном уровне, в сборниках научных работ, то изложение информации, интересной и понятной массовому потребителю, происходит в недостаточном объеме.

В течение многих веков путешественники нуждались в методах определения своего местоположения на суше и на море. На суше можно было с удовлетворительной точностью по преметам ландшафта, используя компас, карту и отмечая пройденный путь. Чем подробнее карта, тем точнее удается определить свое положение на местности. Туристу или охотнику в большинстве случаев достаточно знать, как выйти на околицу деревни или к дороге федерального значения. Более подробно он ориентируется по визуальным признакам и на этом уровне ему совершенно не требуется точное знание геодезических координат.

Но стоит лишь немного усложнить ситуацию, как становится очевидной потребность в точных координатах. Например, при поисково-спасательных работах априорное знание координат может значительно сократить время поисков и спасти жизни пострадавшим. Многие хорошо экипированные группы и отдельные путешественники имеют с собой аварийные радиомаяки. Координаты некоторых радиомаяков вычисляют, пеленгуя их со спутников. Точность этого метода во многих реальных ситуациях, к сожалению, недостаточно велика. GPS-маячки нового типа в случае опасности автоматически передают на спутник свои координаты. Но чтобы автоматически передать координаты, их сначала надо автоматически определить. Поэтому такой маячок содержит в себе портативный приемник сигналов GPS. Очевидно, что это уже не дорогая игрушка, а эффективное средство спасения.

Далее, поисковая группа может двинуться на поиски, ориентируясь исключительно по карте. Любая карта, являясь условным изображением реальной местности, во-первых, должна быть точно привязана к системе координат «широта/долгота». Во-вторых, любая карта имеет определенные погрешности в изображении и привязке. У поисковой группы может просто не оказаться достаточно точной карты местности (это вовсе не редкость даже сейчас, особенно в горных районах) и реальная зона поисков при наложении всех погрешностей может «размыться» на несколько километров. Пилоты военной авиации имеют при себе аварийные маячки с автоматическим определением координат. Например, пресс-служба ВВС США неоднократно с гордостью подчеркивала, что для спасения пилотов, катапультировавшихся во время военных действий, поисковым группам для обнаружения пилотов требовалось ровно столько времени, сколько необходимо, чтобы добраться до конкретно заданной точки.

Привязку карты можно выполнять традиционными способами, при помощи угломерных методов, для чего требуются точные часы и прибор, замеряющий в данный момент времени положение Солнца на небосводе. Такой метод требует достаточно громоздкого оборудования, кропотливой работы, специальных навыков и дает точность, недостаточную для множества современных применений. Теперь для геодезических целей существует специальное оборудование на базе дифференциальных подсистем GPS, позволяющее позиционировать контрольные точки с точностью до доли сантиметра. Причем автоматически измеряются не только координаты на земной поверхности (долгота/широта), но и высота над уровнем моря.

Геодезическое оборудование, конечно, не относится к персональным бытовым приборам, но, так или иначе, имеет к нам отношение. Рано или поздно большинство из нас либо поедет по дороге, у которой практически отсутствуют вертикальные отклонения полотна, либо воспользуется высокоточной картой, либо по мобильному телефону со встроенной GPS вызовет аварийную службу на проселочную дорогу и будет уверен, что его там найдут, причем максимально быстро.

Если на суше GPS действительно воспринимается, как дополнительное устройство, то в открытом море система спутникового позиционирования почти незаменима. Однако, не стоит забывать о случаях, когда система спутниковой навигации отказала во время шторма и штурман был вынужден, как и много веков назад, прокладывать курс традиционными способами.

Те, кому доводилось использовать или видеть систему навигации для автомобилистов, пожалуй, согласятся, что сама по себе система навигации, способная показывать движущуюся красную точку на карте, имеет не столь уж большую ценность для рядового автолюбителя. Хорошая автомобильная система навигации представляет собой развитый информационный комплекс, в котором привязка объекта к координатам играет едва ли не вспомогательную роль. Как правило, автолюбителю более важно знать расстояние до заправки, гостиницы и т.д., нежели широту и долготу своего местоположения. Поэтому современные автонавигаторы используют компакт-диски, на которых кроме набора карт записана самая различная информация справочного и рекламного свойства, вплоть до фотографий внешнего вида зданий, чтобы облегчить автомобилисту ориентацию в незнакомом городе. Сокращенно этот сервис называется IIS - Integrated Information System. Да, пока комплексные автомобильные системы GPS+IIS стоят весьма дорого, обычно от $1200 до $3000. Но такова судьба всех новинок, в предстоящем снижении цен и повышении доступности можно не сомневаться.

С точки зрения массового потребителя, система спутникового позиционирования совершила относительно «тихое» вторжение в нашу повседневную жизнь. Результаты этого вторжения далеко не так очевидны и понятны, как, например, в случае с изобретением и распространением телефонной связи, телевидения или Интернет. Тем не менее, аббревиатура GPS все чаще слышна в обиходе, а соответствующее оборудование наконец-то в достаточном ассортименте и по доступной цене можно приобрести и в нашей стране.

Необходимо с самого начала внести ясность в базовую терминологию. Начнем с того, что к сожалению, фактическим «законодателем стандартов» в спутниковом позиционировании, и особенно в его бытовом сегменте, стали США. Речь идёт о широко распространенном потребительском оборудовании, которое во всем мире ассоциируется, прежде всего, с принадлежащей США навигационной системой NAVSTAR. Причина эта, скорее, не в национальном научном потенциале, а в том, что США смогли регулярно инвестировать в свою программу сотни миллионов долларов, именно в тот период, когда Советский Союз переживал тяжелейшие времена застоя и последующего распада. Ведь спутниковое позиционирование - это, прежде всего, космическая программа, влекущая за собой множество сопутствующих исследований и разработок, требующих гигантских капиталовложений. Исторически сложилось так, что запустив первый спутник и являясь признанным мировым лидером в освоении космоса, наша страна до сих пор испытывает проблемы с построением собственной системы спутниковой навигации.

Неправильным было бы, на мой взгляд, предположение, что только гражданские потребности послужили толчком для создания GPS. Системы глобального позиционирования и в США и в России создавались, прежде всего, для военных целей. В 1960…1970 гг. гонка вооружений была в самом разгаре и военные строго нуждались в высокоточной системе позиционирования, действующей в любом месте земного шара и круглосуточно доступной для любого военного объекта. Военные доктрины развитых стран к этому моменту претерпели существенные изменения. Появилось ядерное оружие, имеющее огромную разрушительную мощь, были созданы эффективные носители, способные доставить его в любой регион. Стало очевидно, что при задействования столь мощного вооружения война просто не может быть долгой, и победит тот, кто первый и с максимальной точностью нанесет дистанционные удары по инфраструктуре противника. Первым требованием военных было создание системы точного наведения ракет и бомбардировщиков на цель. Кроме этого, военно-морской флот остро нуждался в эффективной и надежной системе навигации для ракетонесущих подводных лодок. С одной стороны, необходимо обеспечить позиционирование самой субмарины, желательно без частых всплытий, а с другой стороны, организовать наведение на цель имеющихся на борту баллистических ракет.

Следующим, после военных, крупнейшим потребителем услуг точного позиционирования являются государственные картографические службы.

    Интересное из раздела

    Повышение технологичности печатного узла усилителя на ОУ
    Целью данного курсового проекта является повышение технологичности печатного узла усилителя на ОУ за счет применения прогрессивных методов монтажа SMD-к ...

    Расчет спектральных характеристик сигналов и каналов связи
    На современном этапе развития перед железнодорожным транспортом стоят задачи по увеличению пропускной и провозной способности, грузовых и пассажирских перев ...

    Амплитудная модуляция
    Исследование различных видов модуляции необходимо для определения требуемых свойств каналов, сокращения избыточности модулированных сигналов и улучшения исп ...