Компьютерра - Журнал Компьютерра №739

Ответить на все острые вопросы, увы, не получилось, но мы хотя бы поняли, как искать ответы. В процессе подготовки материалов мы познакомились с "GPS-клубом" (www.gps-club.ru) - сообществом, объединяющим в этой области интересы любителей и профессионалов. Первые две статьи обзорного характера написаны главой клуба Александром Коломенским (в Интернете больше известным под именем Навигатор).

Продолжают тему интервью с руководителями российских подразделений двух крупнейших мировых поставщиков картографической информации - NAVTEQ и Tele Atlas, рассказавшими, с какими проблемами сталкивается навигационная отрасль в нашей стране. И завершается все большим обзором программных и аппаратных средств навигации, подготовленным директором компании "Пилот Навигатор" Олегом Карпинским на основе его собственного богатого опыта.

Это - то что получилось. А еще в теме должно быть подробное сравнение GPS и Глонасс; рассказ о навигационных чипсетах; репортаж о том, как делают навигационные карты мировые брэнды и российские поставщики; статья об использовании дифференциальных поправок, позволяющих на порядки увеличить точность определения координат. Все это мы планируем опубликовать в следующих номерах, в рамках совместного проекта с "GPS-клубом".

GPS, Глонасс, Galileo… Кто в наше время не слышал этих заклинаний, особенно во время прошлогоднего чудесного возрождения отечественной навигации, живо напомнившего о временах "кукурузы - царицы полей"?

Избалованному возможностями современных навигационных сервисов потребителю кажется, что они появились еще бог весть когда - наверное, сразу после полета Юрия Гагарина. Меж тем и GPS, и Глонасс - относительно молодые системы, развернутые практически одновременно - в начале 1990-х годов. Только разработка Соединенных Штатов быстро получила толчок к коммерческому развитию, а наша наполовину развалилась при распаде сверхдержавы.

Кстати, изначально предполагалось, что название Global Positioning System (GPS) будет относиться к любым спутниковым системам позиционирования. А американскую службу официально именовали NAVSTAR (Navigation System Using Time and Ranging). Но поскольку она оказалась единственной полностью развернутой глобальной спутниковой системой, NAVSTAR стала называться GPS NAVSTAR, а чаще просто GPS.

Хотя американской навигационной системой пользуются во всем мире, ее главный ко зырь - высокоточное наведение оружия - остается в руках Пентагона. Вдоба вок Министерство обороны США мо жет от ключить сигнал со спутников для всех граж данских пользователей во всем мире (вклю чая пассажирские самолеты и корабли) или выборочно для какого-то географического региона[Достаточно крупного региона. Например, можно отключить сигнал для китайских потребителей, сохранив работу гражданских GPS-приемников на территории США. А вот Мексику полностью "отрубить" уже не получится; правда, там сигнал можно глушить локально с помощью наземных средств/авиации.]. Разумеется, подобная си туация другие страны не устраивает. Те, у кого есть выход в космос (Россия, Европа, Индия, Китай, Япония), разрабатывают или совершенствуют собственные системы спутникового позиционирования. В меж дународных документах все эти службы, включая GPS, обозначаются как GNSS (Global Navigation Satellites System - глобальные навигационные спутниковые системы, ГНСС).

Теперь, когда мы разобрались в терминологии, перейдем к общему устройству глобальных спутниковых служб на примере американской NAVSTAR и российской Глонасс. Эти навигационные системы имеют много общего (что неудивительно - ведь создавались они в одно и то же время).

Общие черты можно проследить в назначении, номинальном составе и принципе работы. Есть, конечно, и масса отличий, которые дают дополнительные преимущества при использовании разных навигационных систем гражданскими пользователями.

ГНСС предназначены для определения не только местоположения, но и скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и прочих потребителей. NAVSTAR и Глонасс - системы двойного назначения, разрабатывались по заказу и под контролем военных. Поэтому первое и главное назначение у них стратегическое.

Все действующие ныне спутники передают два вида сигналов: стандартной точности для гражданских пользователей и высокой точности для военных (этот сигнал закодирован, доступ к нему может предоставить только министерство обороны). Навигационные системы являются независимыми (полностью автономными) и беззапросными (пользовательская аппаратура только принимает сигнал, не посылая запрос на спутник), используют сигналы на основе псевдошумовых последовательностей, применение которых дает высокую помехозащищенность и надежность при невысокой мощности излучения передатчиков.

Навигационные системы GPS NAVSTAR и Глонасс состоят из трех основных компонентов: подсистемы космических аппаратов, подсистемы контроля и управления, а также навигационной аппаратуры потребителей.

Спутники, разбитые на группы, вращаются в своих орбитальных плоскостях на неизменной средневысотной орбите, на постоянном расстоянии от поверхности Земли (около 20 тысяч километров). Для получения сигнала в любое время, в любой точке земного шара и в сотне километров от поверхности[Это ограничение для гражданских потребителей. Военные могут пользоваться GPS и на больших высотах. В США, кстати, действуют ограничения на продажу навигационной аппаратуры, работающей на больших скоростях и высотах.] при используемой геометрии требуется 24 спутника (это справедливо и для GPS, и для Глонасс[Орбитальная группировка Глонасс сейчас неполна и насчитывает лишь шестнадцать спутников, из которых используются тринадцать.]). Орбиты 24 аппаратов образуют "сетку" над поверхностью Земли, благодаря чему над горизонтом всегда гарантированно находятся минимум четыре спутника, а созвездие построено так, что, как правило, одновременно доступно не менее шести.

У полностью развернутой спутниковой системы имеются также резервные устройства, по одному в каждой плоскости (у GPS плоскостей шесть, у Глонасс - три). В случае выхода из строя основного спутника вместо него могут быть оперативно задействованы резервные. Резервные спутники не бездействуют и тоже участвуют в работе системы, улучшая точность позиционирования и обеспечивая достаточную избыточность. Они могут быть использованы и для улучшения покрытия какого-то отдельного региона.

Спутники в ограниченных пределах могут быть перегруппированы по команде с Земли, но в связи с небольшим запасом топлива на борту делается это только в исключительных случаях. Обычно в течение срока службы происходит лишь небольшая коррекция движения. На борту спутника размещено несколько (три-четыре) эталонов времени и час тоты ("атомные часы"), но работает всегда только один эталон.