Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) – это общий термин для обозначения спутниковой системы, которая обеспечивает возможность глобального определения местоположения, времени и скорости для мульти-модального использования.
ГНСС основана на группе активных спутников, которые непрерывно передают кодированные сигналы в одном или нескольких частотных диапазонах. Эти сигналы могут быть получены пользователями в любом месте на поверхности Земли, чтобы определить их положение и скорость в режиме реального времени на основании измерений дальности.
Если ГНСС соответствует резолюции ММО A.953 (23) по международной радионавигационной системе (МРНС), то приемники ГНСС должны удовлетворять требованиям ММО по технологическим условиям перевозки оборудования для определения местоположения, предусмотренным в главе V конвенции СОЛАС.
Несколько глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) уже были развернуты, полностью или частично, или находятся в стадии разработки.
С 1996 года в США Система глобального позиционирования (СГП) «Навстар» и русская Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) были признаны компонентами МРНС.
В будущем ГНСС будет включать в себя другие системы, такие как «ГАЛИЛЕО» – система, которая в настоящее время разрабатывается Европейским Союзом, и «КОМПАС» – система, которая в настоящее время разрабатывается Китаем.
Кроме того, в ближайшие несколько лет планируется ввести в строй региональные компоненты ГНСС, такие как «Квазизенитная спутниковая система (КЗСС)» из Японии и «Индийская региональная навигационная спутниковая система (ИРНСС)».
Глобальная система позиционирования (ГСП)
Глобальная система позиционирования, служба стандартного определения местоположения (ГСП ССОМ) – это система трехмерного позиционирования, трехмерной скорости и времени, которая была полностью введена в действие в 1995 году. Система управляется ВВС США по поручению правительства США.
Правительство США предоставляет два уровня услуг ГСП. Служба точного определения местоположения (СТОМ) обеспечивает полную точность системы для назначенных пользователей. Служба стандартного определения местоположения (ССОМ) обеспечивает точное позиционирование для всех пользователей.
ГСП состоит из трех основных сегментов: спутниковый, управляющий и пользовательский.
Спутниковый сегмент ГСП состоит из расчетной группы из 24 спутников в шести орбитальных плоскостях. Спутники работают в круговых орбитах протяженностью 20 200 км (10 900 морских миль) с углом наклона 55 градусов и с 12-часовым циклом.
ГСП ССОМ доступна на недискриминационной основе и бесплатна для непосредственных пользователей, имеющих соответствующий приемник. Служба соответствует требованиям по общей навигации и подходу к порту с горизонтальной точностью позиции в 9 метров (95% вероятности).
ГСП-приемники, в комбинации с другим оборудованием, могут обеспечить:
- абсолютное позиционирование;
- относительное позиционирование (оно может быть дополнительно обработано для получения скорости относительно грунта (СОГ), курс относительно грунта (КОГ), и т.д.); а также
- хронометраж.
Эта информация может относиться к стационарному наблюдателю (статическое позиционирование) или движущемуся наблюдателю (кинематическое позиционирование).
В настоящее время в группе имеется 31 спутник. Программа модернизации направлена на повышение точности и доступности для всех пользователей и предполагает новые наземные станции, новые спутники, а также четыре дополнительных навигационных сигнала: три новых гражданских сигнала, известные как L2C, L5 и L1C, и новый военный код, который называется M-Code. Полная работоспособность кода L2C ожидается не ранее 2014 года, а L5 – не ранее 2016 года.
Следующее поколение спутников, ГСП III, находится на стадии разработки технико- экономических обоснований (срок до 2021).
Более подробную информацию о ГСП можно найти на сайте навигационного центра Береговой охраны США: www.navcen.uscg.gov. На сайте также есть ссылка на последний Федеральный радионавигационный план США, который содержит всесторонний отчет о текущих и будущих разработках для ГСП.
ГЛОНАСС
Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) является системой трехмерного позиционирования, скорости и времени, управляемой Российским космическим агентством. ГЛОНАСС имеет аналогичную группу потенциальных пользователей, что и ГСП ССОМ. Она доступна на недискриминационной основе и бесплатна для непосредственных пользователей, имеющих соответствующий приемник.
С помощью полной группы из 24 спутников служба будет отвечать требованиям по общей навигации и давать горизонтальную точность позиционирования в 45 метров (95% вероятности). Ожидается, что дальнейшие запуски спутников, которые планируются на 2009-10 год, восстановят полный комплект спутников.
Недавние запуски включали в себя улучшенные ГЛОНАСС M спутники со вторым гражданским сигналом. Запуск нового ГЛОНАСС-К с третьим гражданским сигналом на L3 должен был начаться в 2009 году. Он также будет поддерживать дифференциальные поправки, целостность информации и поисково-спасательные функции. Имеющиеся в настоящее время спутники используют многостанционный доступ с частотным разделением, но планируется, что будущая система ГЛОНАСС К-М, которая находится на стадии определения требований, будет включать в себя сигнал множественного доступа с кодовым разделением (МДКР), функционально совместимый с ГСП.
«Галилео»
«Галилео», будущая европейская спутниковая навигационная система, будет находиться под гражданским контролем.
Ожидается, что «Галилео» будет состоять из группы в 30 спутников, из которых 27 будут функционировать, а три будут активными дублерами. Они будут расположены в средней околоземной орбите (СОО) с наклоном в 56˚ к экватору. Эти спутники будут стандартно предоставлять двойные частоты, что позволит пользователям рассчитать свои позиции с точностью до метра.
«Галилео» будет предоставлять пять уровней служб, каждая со своим собственным стандартом производительности: открытая служба (СС), служба повышенной надежности (СПН), коммерческая служба (КС), правительственная служба (ПС) и поисково-спасательная служба (ПСС ). «Галилео», как ожидается, обеспечит своевременное (в течение нескольких секунд) предупреждение о недостаточности работоспособности. Среди ее инновационных функций будет система для передачи сигналов бедствия в сервисные центры КОСПАС-САРСАТ при продолжении информирования пользователя.
Две испытательные модели спутников, GIOVE A и GIOVE B, находятся на орбите, обеспечивая сигналы для тестовых целей, включая навигационные сигналы. Первый запуск рабочего спутника «Галилео» запланирован на 2010 год, а эксплуатация на полную мощность – на 2013 год. Была достигнута договоренность с США по совместимости и взаимодействию с ГСП.
«Beidou / Компас»
В настоящее время Китай занимается разработкой глобальной системы, дополненной региональным компонентом. Первые четыре спутника «КОМПАС» находились на ГСО (геостационарная орбита). Затем, в апреле 2007 года, был запущен первый спутник на СОО (средняя околоземная орбита).
В настоящее время система использует два спутника на ГСО, с третьим спутником в качестве резервного, обеспечивая точность по горизонтали в 100 м. «Beidou 2», возможно, будет полностью состоять из спутников на СОО, или 4 спутников на ГСО и 12 на СОО, или некоторых других сочетаний спутников на СОО, ГСО и наклонной геостационарной орбите (НГСО). Предполагается, что ввод в эксплуатацию будет произведен в 2015 году.
КЗСС / QZSS
Япония разрабатывает квазизенитную спутниковую систему (КЗСС). КЗСС основана на 3 спутниках, находящихся на сильно вытянутых эллиптических, наклонных орбитах, гарантирующих, что один спутник всегда будет виден Японии с минимальным углом возвышения в 60 градусов. Каждый спутник будет передавать до 6 сигналов в L-диапазоне: 3 – в L1, один – в E6, один – в L2 и один – в L5.
Один из сигналов направлен на обеспечение точности до метра и достоверности информации при сохранении совместимости с ССДП. Сигнал в E6 направлен на поддержку коммерческих служб с высокой скоростью передачи данных (2 кбит/с). Другие сигналы являются ГСП- подобными сигналами, включая стандарты L2C и L1C.
ИРНСС / IRNSS
Индийская региональная навигационная спутниковая система (ИРНСС) будет независимой системой навигации, охватывающей Индийский регион с помощью спутникового сегмента из 3 ГСО и 4 НГСО спутников. Орбитальная плоскость спутника НГСО наклонена на малый угол, так что в Индии можно будет одновременно видеть все спутники. Запуск первого спутника ИРНСС планируется на 2009 год, а завершение системы – к 2011 году.
Планируются три службы ИРНСС:
- Открытая служба с использованием сигналов в диапазонах L5 и S.
- Служба точного позиционирования с использованием сигналов в диапазонах L5 и S.
- Служба с ограниченным доступом с использованием сигналов только в диапазоне L5.
Открытая служба и служба точного позиционирования нацелены на двухчастотных пользователей, но они также предназначены для вычисления и трансляции ионосферных поправок для поддержки одночастотных пользователей. В связи с ограниченной зоной покрытия сети опорных станций ИРНСС спутники, наряду с полезной навигационной нагрузкой, также будут нести полезную нагрузку по обеспечению восходящего/нисходящего канала в выделенном диапазоне частот С для поддержки точного расчета орбиты спутника.
Литература
Navguide: Руководство по навигационному оборудованию [2012]
