Раздел 2. Основы спутниковой навигации

История развития спутниковой навигации.

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 (Global Positioning System – глобальная система позиционирования). Термин «позиционирование» более широкий по отношению к термину «определение местоположения». Позиционирование помимо определения координат включает определение скорости движущегося объекта.

Если посмотреть на спутниковые системы навигации с точки зрения обывателя, не искушен­ного в тонкостях технологии, но имеющего желание (и возможно­сти) применять практические блага этой технологии в быту, то большинство из них представляют себе GPS исключительно по портативным приемникам или автомобиль­ным системам навигации. Можно предположить, что и за рубежом ситуация аналогична - не стоит преувеличивать уровень техниче­ской культуры зарубежного потребителя, зачастую он ниже, чем у нас. В результате у рядового потребителя к бытовым при­емникам GPS сложилось отношение как к забаве для состоятель­ных людей, либо как к специфическому хобби.

Если на суше GPS действительно воспринимается, как дополни­тельное устройство, то в открытом море система спутникового по­зиционирования почти незаменима. Из всех средств навигации GPS в настоящее время является, пожалуй, самым основным из них. Так почему же для навигационных целей используется именно GPS? Во - первых, истинную глобальность навигационного сервиса может обеспечить только использование спутников, любая другая навигационная система при требуемых точностях определения координат в современной навигации будет иметь локальный характер. Во – вторых, использование спутников позволяет сделать пользовательское оборудование по-настоящему мобильным. Мобильность повышается также за счёт того, что максимально возможная функциональная нагрузка вынесена на спутники и наземные станции управления, а мобильное приемное устройство должно произвести лишь окончательную обработку заранее подготовленной информации. В принципе, задача поддержания постоянного курса давно решена при помощи компасов и гироскопов, но когда речь идет о маршруте, .нужно постоянно знать не только курс, но и пройденное расстояние. А как его автоматически измерять, находясь на воде? Только при помощи GPS.

Сокращение GPS впервые возникло в США. Строго говоря, это сокращение обобщенное, оно не является име­нем собственным ни одной из существующих систем. Американская система глобального спутникового позиционирования в процессе развития несколько раз меняла свое название и сейчас называется NAVSTAR. Это сокращение в официальных американских источни­ках расшифровывается как Navigation system with timing and ranging , навигационная система с определением времени и дальности.

Российская навигационная система имеет сокращенное назва­ние ГЛОНАСС (GLONASS) - Глобальная навигационная спутнико­вая система, или на английском языке Global Navigation Satellite System. Таким образом, на сегодняшний день существует две сис­темы глобального позиционирования, NAVSTAR и ГЛОНАСС, и бы­ло бы более правильным американскую систему называть NAVSTAR GPS, а российскую GLONASS GPS. Но, поскольку, после распада СССР работы по системе ГЛОНАСС практически были остановлены и система по сути не функционировала вплоть до 2003 года, то в мировой практике со­кращение GPS стало подразумевать под собой не только систему глобального позиционирования вообще, но и конкретно NAVSTAR.

Как это происходило и происходит с множеством высоких технологий, сначала GPS разрабатывалась как сугубо военная сис­тема, и на деньги выделенные из государственного бюджета США на нужды Министерства обороны. Военные нуждались, с одной стороны, в средствах наведения высокоточного оружия дальнего радиуса действия, и, с другой стороны, в универсальной системе навигации, доступной для массового применения в армии. Вполне очевидным решением было объединение этих двух задач в одну - создание системы точного позиционирования. Начиная с 1960-х годов Министерство обороны США начало развивать идею созда­ния глобальной, всепогодной, непрерывно доступной, очень точной системы навигации и позиционирования.

В случае с GPS Министерство обороны США попыталось про­явить редкостную дальновидность в плане последующей экономии денег. Было очевидно, что система, обладающая подобными ха­рактеристиками, имеет обширные перспективы для гражданского применения. Поэтому с самого начала от разработчиков было за­требовано, чтобы оконечное (пользовательское) оборудование бы­ло доступно самым разнообразным пользователям, но при условии, что военные смогут по своему желанию и в любой момент ограни­чивать его функциональность, вплоть до полного блокирования. Подразумевалось также, что распространением пользовательского оборудования будет управлять Министерство обороны США, час­тично компенсируя свои расходы. Известно, что в итоге получилось не совсем так: разработкой, производством и продажей пользова­тельского оборудования занимаются многие независимые коммер­ческие организации, а реальная величина затрат многократно пре­высила первоначальные расчеты. Но, в любом случае, Соединен­ные Штаты не прогадали. Образно выражаясь, практически весь цивилизованный мир проглотил гигантскую наживку на крючке, ко­торый всегда можно подсечь. Вот эффектный пример: стоит прави­тельству США полностью закрыть доступ к сервису GPS для граж­данских пользователей, как во всем мире будет частично затруднена, а в отдельных случаях и полностью парализована работа сетей мобильной связи. Дело в том, что для синхронизации сетей связи дешевле и проще всего использовать сигнал точного времени со спутников GPS или ГЛОНАСС, но реально в мире заметно шире распространено оборудование стандарта GPS NAVSTAR. Понима­ние этой проблемы привело к тому, что сейчас все большее число пользовательских приемников имеет возможность работы в двух системах.

Если в США реальным толчком к развитию радионавигации послужил запуск первого со­ветского спутника, то в СССР научное обоснование использования ИСЗ для целей радионавигации родилось еще до его запуска.

Полномасштабные работы по созданию отечественной навигационной спутниковой системы были развернуты в середине 60-х годов, а 27 ноября 1967 г. был выведен на орбиту первый навигационный отечественный спутник («Космос-192»).

Навигационный спутник обеспечивал непрерывное в течение всего времени активного существования излучение радионавигационного сигнала на частотах 150 и 400 МГц. Среднеквадратическая погрешность местоопределения по этому спутнику составляла 250…300 м.

По состоянию на 2009 год покрытие ГЛОНАСС составляет 95% территории России и 85% территории мира.