Основные различия спутниковых систем навигации

Все ГНСС создавались с целью обеспечения возможности навигации или точного позиционирования для конечных пользователей. Однако в технических характеристиках GPS и ГЛОНАСС присутствуют существенные различия [1, 3]. Они обусловлены тем, что обе системы проектировались в период Холодной войны; система Galileo создавалась позже в результате международного сотрудничества. Недавно, в рамках программы совместного развития систем ГНСС, ГЛОНАСС анонсировала передачу сигналов, совместимых с GPS и Galileo.

Если говорить об основных различиях систем, то в первую очередь следует упомянуть о различном количестве орбит у систем. У Российского ГЛОНАССА их три, у американского GPS их 6. Существует различие в частоте передачи сигнала у GPS и Gallileo 1575,42 МГц, у ГЛОНАСС диапазон частот от 1602,5625 до 1615,5 МГц. Также применяется различный способ модуляции сигнала: у ГЛОНАСС – частотное разделение, у GPS и Gallileo- временной разделение.

Каждая система передает сигналы на разных частотах. Однако спутники GPS и Galileo передают разный псевдослучайный код на одной частоте, это в свою очередь дает преимущества потребителям (их приемник может одновременно принимать сигналы двух систем без дополнительной доработки), но создает ряд технических трудностей разработчикам обоих систем. ГЛОНАСС передает один сигнал на нескольких различных частотах.

Наземный сегмент каждой системы глобального позиционирования включает в себя распределенную сеть наземных станций, которые обеспечивают мониторинг работоспособности спутников и передают данные об их орбитах на главную управляющую станцию. По причине ограниченности наземного сегмента ГЛОНАСС только территорией России, спутники ГЛОНАСС некоторое время остаются без наблюдения, что приводит к снижению качества работы системы.

Дифференциальный режим определения координат

Спутниковые навигационные системы позволяют потребителю получить координаты с точностью порядка 10-15 м. Однако для многих задач, особенно для навигации в городах, требуется большая точность. Один из основных методов повышения точности определения местонахождения объекта основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений [6].

Дифференциальный режим DGPS (Differential GPS) позволяет установить координаты с точностью до 3 м в динамической навигационной обстановке и до 1 м – в стационарных условиях. Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного GPS-приёмника, называемого опорной станцией. Она располагается в пункте с известными координатами, в том же районе, что и основной GPS-приёмник.

В настоящее время существуют множество региональных и локальных дифференциальных систем.

Региональные системы предназначены для навигационного обеспечения отдельных участков земной поверхности. Обычно региональные системы используют в крупных городах, на транспортных магистралях и судоходных реках, в портах и по берегу морей и океанов. Диаметр рабочей зоны региональной системы обычно составляет от 500 до 2000 км. Она может иметь в своём составе одну или несколько опорных станций.

Локальные системы имеют максимальный радиус действия от 50 до 220 км. Они включают обычно одну базовую станцию. Локальные системы обычно разделяют по способу их применения: морские, авиационные и геодезические локальные дифференциальные станции.

Факторы, искажающие результаты навигационных измерений

Источники погрешностей, воздействующих на результаты измерений псевдодальностей, могут быть условно разделены на три группы, связанные, соответственно, со спутником, приемником, а также со средой распространения сигнала.

Как бы точны ни были атомные часы на спутниках, все же и у них имеются источники небольших погрешностей. Специальные станции следят за этими часами и могут выверить их, если выявиться хотя бы незначительный уход.

Приемники пользователей также иногда ошибаются. Компьютер приемника может округлить математическую операцию, или электрические помехи могут привести к ошибочной обработке навигационных сигналов.

При прохождении через атмосферу скорость распространения радиоволн отличается от скорости света в вакууме, поэтому в вычисленные значения псевдодальностей необходимо ввести поправку.

Все источники погрешностей, приведенные выше, суммируются и придают каждому измерению навигационных параметров некоторую неопределенность.