Спутник системы ГЛОНАСС

Глонасс-М

ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система  — советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации. Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8њ и высотой 19 100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство и ОАО 'Российские космические системы'.

Российская глобальная навигационная спутниковая система предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара на основании указа Президента РФ предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом Постановлением Правительства РФ в июле 2009 г. был создан 'Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности', функции которого были возложены на ОАО 'Навигационно-информационные системы'.

Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

Текущее состояние

Значения позиционного геометрического фактора PDOP по системе ГЛОНАСС на текущий момент времени по земной поверхности. Дата: 28.01.2011г.

Интегральная доступность навигации наземного потребителя по системе ГЛОНАСС на суточном интервале: угол места не менее 5 градусов. Дата: 28.01.2011г.

Состав группы КНС ГЛОНАСС на 14.06.2011:

История развития системы

Первый спутник ГЛОНАСС был выведен Советским Союзом на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой из 12 спутников. В декабре 1995 года спутниковая группировка была развернута до штатного состава — 24 спутника.

Вследствие недостаточного финансирования, а также из-за малого срока службы, число работающих спутников сократилось к 2001 году до 6.

В августе 2001 года была принята федеральная целевая программа 'Глобальная навигационная система', согласно которой полное покрытие территории России планировалось уже в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков РН и вывести на орбиту 18 спутников — таким образом, к концу 2009 года группировка вновь насчитывала бы 24 аппарата.

В конце марта 2008 года совет главных конструкторов по российской глобальной навигационной спутниковой системе, заседавший в Российском научно-исследовательском институте космического приборостроения, несколько скорректировал сроки развертывания космического сегмента ГЛОНАСС. Прежние планы предполагали, что на территории России системой станет возможно пользоваться уже к 31 декабря 2007 года; однако для этого требовалось 18 работающих спутников, некоторые из которых успели выработать свой гарантийный ресурс и прекратили работать. Таким образом, хотя в 2007 году план по запускам спутников ГЛОНАСС был выполнен, орбитальная группировка по состоянию на 27 марта 2008 года включала лишь шестнадцать работающих спутников. 25 декабря 2008 года количество было доведено до 18 спутников.

На совете главных конструкторов ГЛОНАСС план развертывания системы был скорректирован с той целью, чтобы на территории России система ГЛОНАСС заработала хотя бы к 31 декабря 2008 года. Прежние планы предполагали запуск на орбиту двух троек новых спутников 'Глонасс-М' в сентябре и в декабре 2008 года; однако в марте 2008 года сроки изготовления спутников и ракет были пересмотрены, чтобы ввести все спутники в эксплуатацию до конца года. Предполагалось, что запуски состоятся раньше на два месяца и система до конца года в России заработает. Планы были реализованы в срок.

29 января 2009 года было объявлено, что первым городом страны, где общественный транспорт в массовом порядке будет оснащен системой спутникового мониторинга на базе ГЛОНАСС, станет Сочи. На тот момент ГЛОНАСС-оборудование производства компании 'M2M телематика' было установлено на 250 сочинских автобусах.

В ноябре 2009 года было объявлено, что Украинский научно-исследовательский институт радиотехнических измерений и Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения создадут совместное предприятие. Стороны создадут систему спутниковой навигации для обслуживания потребителей на территории двух стран. В проекте будут использованы украинские станции коррекции для уточнения координат систем ГЛОНАСС.

15 декабря 2009 года на встрече премьер-министра России Владимира Путина с главой Роскосмоса Анатолием Перминовым было заявлено, что развертывание ГЛОНАСС будет окончено к концу 2010 года.

К 30 марта 2010 года количество работающих КА было доведено до 21.

С переходом на спутники 'Глонасс-К' точность системы ГЛОНАСС станет сопоставимой с точностью американской навигационной системы NAVSTAR GPS — единственной зарубежной развернутой навигационной системой.

02 сентября 2010 г. группировка спутников пополнена еще 3 спутниками и общее количество спутников в группировке доведено до 26.

Конструкция спутника

Разработчик и изготовитель спутников:

• ОАО 'ИСС' имени академика М. Ф. Решетнева, город Железногорск, Красноярский край

Запуски

Байконур, 26 октября 2007 года. Запуск ракеты-носителя 'Протон-К', выводящей на орбиту три спутника 'Глонасс-М'

В декабре 2009 года введен в эксплуатацию 110 КА. Общее число запущенных спутников NAVSTAR к этому времени составило 60.

Навигация

Технические средства навигации

НАП 'ГРОТ-М'

Приемовычислительный модуль ГЛОНАСС 1К-181

Экран прибора-навигатора Glospace с отображением плана московских улиц в перспективной проекции и указанием местоположения наблюдателя

Е-мобиль имеет ГЛОНАСС/GPS навигатор в стандартной комплектации

Впервые потребительские спутниковые навигаторы, рассчитанные на совместное использование ГЛОНАСС и GPS, поступили в продажу 27 декабря 2007 года — это были спутниковые навигаторы Glospace. Однако первым приемником, рассчитанным на работу с американской и российской навигационными системами, был профессиональный прибор компании Ashtech GG24, выпущенный в 1995 году.

По сообщению Вестей-24, объем производства составляет полторы-две тысячи навигаторов в месяц, а вопрос обеспечения цифровыми картами поручено проработать Роскартографии. По сообщению РИА 'Новости' от 20 мая 2008 года, важная проблема ГЛОНАСС состоит в нехватке цифровых карт, и вице-премьер Сергей Иванов на совещании по развитию транспортной системы поведал, что основные средства, выделяемые на ГЛОНАСС, пойдут именно на эту часть программы — на создание цифровых карт.

В России навигационную аппаратуру выпускают порядка 10 предприятий, ОАО 'Русские Навигационные Технологии', ООО 'ТехноКом', ООО 'M2M телематика', ЗАО 'Микчел-ТСК' и другие).

Комбинированная ГЛОНАСС/GPS аппаратура профессионального уровня изготавливается многими производителями, в том числе зарубежными фирмами Topcon, Javad, Trimble, Septentrio, Ashtech, NovAtel, SkyWave Mobile Communications.

В целях реализации Постановления Правительства РФ от 25 августа 2008 года ? 641 'Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS' НПО ПРОГРЕСС разработало и выпустило аппаратуру спутниковой навигации ГАЛС-М1, которой уже сегодня могут быть оснащены многие виды военной и специальной техники Вооруженных Сил Российской Федерации.

Для автолюбителей перспективным направлением видится расширение функциональных возможностей ГЛОНАСС/GPS-приемников для более интенсивного использования навигаторов не только в автомобиле, но и вне его. Одно из потенциально востребованных таких расширений - добавление функций электронной книги.

Для декодирования сигналов ГЛОНАСС КБ 'НАВИС' разработана специализированная микросхема. Поддерживаемые системы — ГЛОНАСС/GPS, а также GALILEO/COMPASS

• Размеры: 9 ? 11 ? 2,5 мм
• Энергопотребление: около 0,1 Вт

Это полнофункциональный чип: для работы ему требуется только подключение антенны и питания.

'Сейчас ГЛОНАСС используется только вместе с GPS' — считает Михаил Фадеев, независимый аналитик рынка GPS/ГЛОНАСС-навигации.

В мае 2011 года в розничную продажу поступили первые массово производимые ГЛОНАСС/GPS навигаторы компаний Explay, Lexand и Prology. Они все были собраны на чипсете MSB2301 тайваньской компании Mstar Semiconductor .

Точность навигации

В настоящее время точность определения координат системой ГЛОНАСС несколько отстает от аналогичных показателей для GPS.

Согласно данным СДКМ на 22 июля 2011 года ошибки навигационных определений ГЛОНАСС по долготе и широте составляли 4,46-7,38 м при использовании в среднем 7-8 КА. В то же время ошибки GPS составляли 2,00-8,76 м при использовании в среднем 6-11 КА.

При совместном использовании обеих навигационных систем ошибки составляют 2,37-4,65 м при использовании в среднем 14-19 КА.

Согласно заявлениям главы Роскосмоса Анатолия Перминова, принимаются меры по увеличению точности. К 2010 году точность системы ГЛОНАСС должна быть улучшена до 5,5 метров, а к 2011 году до 2,8 метров. Среди мер по повышению точности российской системы обычно называются пополнение орбитальной группировки, увеличение точности эфемерид, улучшение потребительских устройств и постепенная замена спутников на более совершенные Глонасс-М и Глонасс-К.

Россия начала работы по размещению станций системы дифференциальной коррекции и мониторинга для повышения точности и надежности работы навигационной системы ГЛОНАСС за рубежом. Первая зарубежная станция уже построена и успешно функционирует в Антарктиде, это станция 'Беллинсгаузен'. Тем самым обеспечены необходимые условия для непрерывного глобального мониторинга навигационных полей космических аппаратов ГЛОНАСС. Текущая сеть наземных станций насчитывает 14 станций в России и две станции в Антарктиде. Развитие системы предусматривает развертывание восьми дополнительных станций на территории РФ и пяти станций за рубежом.

При этом использование обеих навигационных систем уже сейчас дает существенный прирост точности. Европейский проект EGNOS, использующий сигналы обеих систем, дает точность определения координат на территории Европы на уровне 1-3 метров.

Доступность навигации

Информационно-аналитический центр ГЛОНАСС публикует на своем сайте официальные сведения о доступности навигационных услуг в виде карт мгновенной и интегральной доступности, а также позволяет вычислить зоны видимости для данного места и даты. Оперативный и апостериорный мониторинг систем GPS и ГЛОНАСС также осуществляет Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга.

На 4 февраля 2010 года количество видимых над горизонтом над Россией спутников ГЛОНАСС, как правило, было равно 6-8 КА. Согласно карте интегральной доступности точность определения координат 'хорошая' и лучше осуществлялось для России практически в течение всего дня. В некоторых районах земного шара 'хорошая' и лучше точность определения координат могла осуществляться только в течение 80 % времени суток, а в некоторых точках и в течение 70 %.

На 29 марта 2010 года количество видимых над горизонтом над Россией спутников ГЛОНАСС, как правило, было равно 7-8 КА. Для 30 марта 2010 года согласно карте интегральной доступности точность определения координат 'хорошая' и лучше осуществляется для России практически в течение всего дня. В некоторых районах земного шара 'хорошая' и лучше точность определения координат может осуществляться только в течение 92 % времени суток, а в некоторых точках и в течение 80 %.

При совместном использовании ГЛОНАСС и GPS в совместных приемниках точность определения координат практически всегда 'отличная' вследствие большого количества видимых КА и их хорошего взаимного расположения.

Сотрудники шведской компании Swepos, обслуживающей общенациональную сеть спутниковых навигационных станций, признали преимущество российский системы навигации ГЛОНАСС над американской GPS, сообщает Reuters. По словам Бо Йонссона, ГЛОНАСС обеспечивает более точное позиционирование в северных широтах.

"Российские спутники располагаются выше, чем спутники GPS, поэтому наше оборудование видит их лучше", - объяснил Бо Йонссон, который также добавил, что услугами ГЛОНАСС пользуется более 90 процентов от числа всех клиентов компании. Стоит также заметить, что Swepos стала первой зарубежной компанией, признавшей преимущество ГЛОНАСС над GPS.

Функционирование спутников

Спутники, в которых происходили технические неисправности:

Модернизация системы

Модель КА Глонасс-К на выставке CeBIT

Согласно программе модернизации системы ГЛОНАСС, действующей до 2020 года:

• В 2002 году был осуществлен переход на обновленную версию геоцентрической системы координат ПЗ-90 — ПЗ-90.02.
• С 2004 года запускаются новые КА Глонасс-М, которые транслируют два гражданских сигнала на частотах L1 и L2.
• В 2007 году проведена 1-я фаза модернизации наземного сегмента, вследствие чего увеличилась точность определения координат.
• Во 2-ой фазе модернизации наземного сегмента на 7 пунктах наземного комплекса управления устанавливается новая измерительная система с высокими точностными характеристиками. В результате этого к концу 2010 года увеличится точность расчета эфемерид и ухода бортовых часов, что приведет к повышению точности навигационных определений.
• Начиная с 2010 начинается постепенное введение КА Глонасс-К, в которых реализованы дополнительные сигналы в формате CDMA, что облегчит разработку мультисистемных навигационных приборов, так как похожие сигналы используются в навигационных системах GPS/Galileo/Compass. Развертывание новых КА начнется с двух КА 'Глонасс-К1' в декабре 2010 года, в которых будет тестироваться новый открытый сигнал в диапазоне L3.
• В 2011 году планируется завершение модернизации наземного комплекса управления. Результатом программы модернизации спутников и наземных комплексов станет увеличение точности навигационных определений системы ГЛОНАСС в 2-2,5 раза, что составит порядка 2,8 м для гражданских потребителей.
• В 2013-2014 намечен запуск усовершенствованного спутника КА 'Глонасс-К2', доработанного по результатам испытаний КА 'Глонасс-К1'. В дополнение к открытому сигналу в диапазоне L3, появится открытый сигнал в диапазоне L1.
• В 2015-2017 годах появится усовершенствованный спутник 'Глонасс-КМ', характеристики которого находятся в стадии изучения; предположительно, в новых спутниках будет использоваться до 5 открытых и до 3 зашифрованных сигналов с кодовым разделением.
• После полного перехода на CDMA сигналы, предполагается постепенное увеличение количества КА в группировке с 24 до 30, что возможно потребует отключения сигналов FDMA . Рассматриваются варианты с запуском дополнительных спутников по высокоэллиптической орбите типа 'Молния' или 'Тундра', что должно обеспечить более высокую доступность в отдельных регионах за счет дифференциальной коррекции сигналов ГЛОНАСС от основных спутников.

CDMA сигналы

Формат и частоты новых сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением окончательно не определены; по предварительным данным, новые сигналы используют частоты и модуляцию сигналов модернизированной GPS и Galileo/Compass. В частности, CDMA сигнал GLONASS в диапазоне L1 будет использовать модуляцию BOC на частоте 1575.42 МГц, которая совпадает с сигналами модернизированной GPS диапазона L1 и сигналом E1 систем Galileo/Compass, а сигнал в диапазоне L5 — модуляцию BOC на частоте 1176.45 МГц, которая совпадает с сигналом 'Safety of Life' модернизированной GPS и сигналом E5a системы Galileo. CDMA сигнал GLONASS в диапазоне L3 будет использовать квадратурную фазовую манипуляцию QPSK на частоте 1207.14 МГц, которая совпадает с сигналом E5b систем Galileo/Compass; сигнал будет состоять из пилотной и информационной составляющей, разнесенных по квадратурам модуляции.

Модуляция BOC используется в сигналах систем Galileo и модернизированной GPS; в сигналах GLONASS и стандартной GPS используется двоичная фазовая манипуляция, однако и BPSK и QPSK являются частными случаями квадратурной амплитудной модуляции.

Также будет использоваться частота 1242 МГц в диапазоне L2.