2.27. Концепция единого радионавигационного поля для целей

навигации

Концепция создания единого радионавигационного поля предполагает обеспечение возможности использования навигационных сигналов двух или более РНС и наличие аппаратуры потребителей, работающих с этими системами.

Единое радионавигационное поле представляет собой совокупность интегрированных радионавигационных полей радионавигационных систем космического и наземного базирования, имеющих единую (или согласованную) координатно-временную основу и согласованную структуру навигационных сигналов.

Эффективность использования единого радионавигационного поля будет опреде-

ляться степенью согласования систем координат и временных шкал интегрированных систем.

2.28. Взаимодействие навигационных систем: интеграция GPS/GLONASS

Одним из важных направлений совершенствования и развития космической навигации является совместное использование навигационных сигналов GLONASS, и GPS. Основные цели этого процесса – повышение точности и надежности (доступности, непрерывности обслуживания и целостности) навигационных определений.

Наиболее важными предпосылками, облегчающими совместное использование и интегрирование названных систем, служат:

- общность принципов баллистического построения обоих систем (высота орбиты  20 000 км, наклонение орбит  60, период обращения спутника  12 ч и др.);

- общность используемого частотного диапазона (1600 МГц для L1 и  1200 МГц

для L2);

- общность принципов синхронизации и измерения навигационных параметров;

- близость используемых систем координат;

- практическая одновременность создания и совершенствования систем GLONASS, и GPS;

- готовность Правительств США и Российской Федерации предоставлять свои системы для использования различными потребителями мирового сообщества.

На сегодняшний день, в мире существуют две GNSS, американская GPS и российская GLONASS, принципы построения, архитектура и задачи которых близки друг другу. Они развертывались почти одновременно (1995—1996 гг.), однако их навигационные «идеологии» сильно различаются.

С самого начала GPS разрабатывалась как система двойного назначения — для военных и гражданских нужд. Установив, что точность определения местоположения не более 100 м (режим S/A) вполне приемлема для подавляющего числа гражданских пользователей, военное ведомство США умышленно ухудшило исходную точность системы примерно в 2—2,5 раза. И эта «маленькая хитрость» позволила сразу же приступить к массовому производству гражданской навигационной аппаратуры потребителей. Успех не заставил себя ждать, и сегодня более 80 крупных компаний в разных странах мира выпускают серийные навигационные устройства GPS (данные за 2000 г).

Разработчики GLONASS по-иному подошли к проблеме точности определения местоположения. Российские военные не стали вводить никаких ограничений для гражданских потребителей, в результате чего начался выпуск лишь специализированной аппаратуры для моряков, геодезистов и др. Налаживать серийное производство малогабаритных и менее дорогостоящих приемников GLONASS никто не собирался, поэтому к их услугам в России прибегали преимущественно военные, а основная масса гражданских пользователей предпочитала более простые и дешевые приемники GPS.

На фоне повсеместного распространения устройств GPS западные компании не проявляли особого интереса к приемникам GLONASS. И дело тут не только в «зарубежном патриотизме». Российские навигационные спутники уступают космическим аппаратам GPS по эксплуатационным характеристикам и ряду других показателей, прежде всего по сроку службы (у российских спутников он примерно в два раза меньше). Кроме того, они чаще выходят из строя, а следовательно, для восполнения орбитальной группировки требуется большее число запусков. Экономическая ситуация в Российской Федерации привела к усугублению проблем GLONASS, в первую очередь — связанных с поддержанием орбитальной группировки. В глобальном покрытии появляются «дыры», т.е. территории, на которых потребители не могут определять свои координаты с гарантированной точностью.

Интеграция GPS и GLONASS, двух независимо функционирующих систем глобальной спутниковой навигации, сулит немало выгод для гражданских пользователей, поэтому идею поддержали зарубежные поставщики навигационной аппаратуры.

При интеграции систем повышается их эффективность, поскольку, по сути, объединяются орбитальные группировки. Как известно, в «GLONASS» число орбитальных плоскостей в два раза меньше, чем в GPS, однако в каждой из них находится в два раза больше спутников. Наклонение орбитальных плоскостей GLONASS почти на 100 км выше, чем в GPS. Это означает, что аппаратура потребителей может «видеть» космические аппараты GLONASS в таких точках орбиты (особенно на высоких широтах), где GPS-спутники просто недоступны.

Комбинированные приемники позволяют решить проблему GPS, вызываемую деградацией орбитальной группировки. Она возникает в тех случаях, когда число видимых спутников резко снижается из-за сложного рельефа местности (при навигации объектов находящихся на земной поверхности. В многоканальных GPS-приемниках для компенсации этого эффекта предусмотрен вариант при котором часть каналов переводится в режим «холодного старта», благодаря чему сокращается время определения координат. Однако приемник GPS/GLONASS дает больший выигрыш во времени, чем аппаратура, в которой просто удваивается число приемных GPS-каналов.

Комбинированный приемник способен проводить более качественный мониторинг целостности и «отбрасывать» неисправные спутники, если их параметры существенно отличаются от ожидавшихся. В нем также обеспечивается и более высокая помехоустойчивость: системы GPS и GLONASS работают в разных диапазонах частот, что снижает вероятность их одновременного подавления узкополосными помехами, а это уже намаловажно так как в открытой печати (в частности в INTERNET уже появляются публикации, дающие технически грамотное описание устройств, способных создавать помехи сигналам GPS).

Как известно, приемники GPS и GLONASS существенно различаются по их технической реализации. В системе GPS применяется кодовое разделение каналов, благодаря чему все спутники излучают C/A-коды на общей несущей частоте 1575,42 МГц (L1). Частотное разделение каналов в GLONASS обуславливает излучение сигналов на разных несущих в диапазоне 1598,0625—1615,5 МГц (L1). Отсюда — в этих системах задействуются разные аппаратуры формирования и алгоритмы обработки измеряемых величин.

За рубежом комбинированные GPS/GLONASS-приемники выпускает ряд компаний, среди которых — 3S Navigation, Ashtech, JPS, Sokkia, Spectra Precision (США), Leicka (Швейцария) и др. В России массовое производство пока не налажено, но разработку таких приемников уже завершили РНИИ КП, КБ «НАВИС» (Москва), Российский институт радионавигации и времени, ЗАО «Котлин», фирма «Софт Нав» (Санкт-Петербург) и Ижевский радиозавод.

Интегрирование систем GLONASS и GPS предполагает:

- интеграцию радионавигационных полей, т.е. возможность совместного использования навигационных параметров каждой из интегрируемых систем при решении навигационной задачи;

- интегрирование приемоиндикаторной аппаратуры потребителей, способной работать в системе GLONASS/GPS.

Для совместного использования навигационных параметров (псевдодальностей и псевдоскоростей) необходимо устранение имеющихся расхождений в используемых системах координат и шкалах времени систем GLONASS и GPS. Эфемеридная информация, поступающая от спутников каждой из систем, рассчитывается в своей системе координат: ПЗ-90 для GLONASS и WGS-84 для GPS. Совместное применение обоих систем возможно благодаря близости используемых систем координат: ПЗ-90 в GLONASS и WGS-84 в GPS, а также имеющимся соотношениям перехода от одной системы координат к другой.

Реализация принципа интегрирования космических радионавигационных систем GLONASS и GPS определится, прежде всего, тем, насколько быстро будут решены вопросы, связанные с интегрированием радионавигационных полей, а также со стандартизацией и разработкой интегрированной приемоиндикаторной аппаратуры потребителей.