- Уровень cas-2 будет доступен только ограниченному кругу потребителей. Предполагается, что система обеспечит определение места с точностью 3,0 - 4,0м.

Особенности основных систем спутниковой навигации NAVSTAR/GPS и ГЛОНАСС

Обе системы имеют двойное назначение - военное и гражданское, поэтому излучают два вида сигналов:

• один -L1 - с пониженной точностью определения координат (~100,0м) - для гражданского применения;

• другой - L2 - высокой точности (~10,0м - 15,0м и точнее) для ограниченного применения.

Для ограничения доступа к точной навигационной информации вводят специальные помехи, которые могут быть учтены после получения ключей от Военного Ведомства США.

В настоящее время эти помехи отменены, и точный сигнал доступен гражданским приёмникам, однако, в случае соответствующего решения государственных органов стран-владельцев, военный код может быть снова восстановлен.

Спутники NAVSTAR/GPS располагаются в шести плоскостях на высоте примерно ~20180,0км.

Спутники ГЛОНАСС находятся в трёх плоскостях на высоте примерно ~19100,0км.

Номинальное количество спутников в обеих системах - 24.

Группировка NAVSTAR/GPS полностью укомплектована в апреле 1994-го и с тех пор поддерживается. Группировка ГЛОНАСС была полностью развёрнута в 1995 году, но в течение 10 лет практически не поддерживалась.

В настоящее время идёт её активное восстановление. Обе системы используют сигналы "псевдошумовых" последовательностей, применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при малой мощности излучения передатчиков.

В соответствии с назначением, в каждой системе есть две базовые частоты:

L1 - стандартной точности и L2 - высокой точности.

Для NAVSTAR/GPS: L1 = 1575,42мГц и L2 = 1227,6мГц.

Для ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно:

L1 = от 1602,56мГц до 1615,5мГц и L2 = от 1246,43мГц до 1256,53мГц.

Сигнал L1 доступен всем пользователям, сигнал L2 — только военным, то есть, не может быть расшифрован без специального, секретного ключа.

Каждый спутник навигационной системы, помимо основной информации, передаёт также вспомогательную и управляющую информацию - для непрерывной работы приёмного оборудования. В эту категорию входит полный альманах - таблица положений всей спутниковой группировки на орбите, передаваемых последовательно в течение нескольких минут.

Таким образом, старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка 1-й минуты) - это называется "горячий" ("теплый") старт, но может занять и до 15-ти минут, если приёмник вынужден получать полный альманах - так называемый "холодный старт".

Необходимость в "холодном старте" возникает обычно при первом включении приёмника, либо если он долго не использовался.

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить так называемое "дифференциальное измерение" расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени.

Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию ("дифференциальную поправку к координатам"), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до 10,0см.

Дифференциальная поправка основана на геостационарных объектах (спутниках и наземных базовых станциях), обычно является платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты услуги). В настоящее время функционирует бесплатная европейская геостационарная навигационная услуга -EGNOS - European Geostationary Navigation Overlay Services, основанная на двух геостационарных спутниках, дающая высокую точность местонахождения объекта (до 30,0см), но работающая с перебоями и ненадёжно. В США её аналог - WAAS.

Спутниковые навигационные системы GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) функционируют в собственном системном времени. Все процессы измерений фиксируются в этой шкале времени. Необходимо, чтобы шкалы времени навигационных спутников были согласованы между собой. Это достигается независимой привязкой каждой из шкал спутников к системному времени.

Системная шкала времени есть шкала атомного времени. Она задаётся сектором управления и контроля, где поддерживается с точностью более высокой, чем бортовые шкалы спутников.

Системное время GPS есть Всемирное координированное время - UTC, отнесённое к началу 1980 г.: T-GPS = UTC(1980.0).

UTC - Coordinated Universal Time - универсальное координированное время - часовой пояс на нулевом меридиане (ранее называлось Гринвичским средним временем - Greenwch Mean Time - GMT, или зулусским временем). Поправки T-GPS к Всемирному координированному времени UTC регистрируются с высокой точностью и передаются в виде постоянной величины в навигационном сообщении, а также публикуются в специальных бюллетенях.

Системное время ГЛОНАСС периодически подстраивается под Всемирное координированное время (T-ГЛОНАСС = UTC).

При доведении количества действующих спутников до 18, на территории России обеспечивается практически 100%-ная непрерывная навигация. На остальной части Земного шара при этом перерывы в навигации могут достигать 1,5час.

Практически непрерывная навигация по всей территории Земного шара обеспечивается при полной орбитальной группировке из 24-х спутников.

Увеличение количества навигационных спутников ГЛОНАСС, используемых по целевому назначению до 18, позволяет повысить доступность навигации с использованием системы ГЛОНАСС на территории России с 66% до 90% , а по всей территории Земли с 56% до 80%.

Навигационные системы Китая

Китай добился успехов в области спутниковой навигации. В стране создана региональная навигационная система на базе 3 геостационарных спутников "Бэйдоу-1" (BD-1), которая применяется на транспорте, в рыболовной отрасли, морской навигации и разработке месторождений полезных ископаемых. Китай разрабатывает проект спутниковой группировки новой навигационной системы "Компас-2". Китай в качестве партнера участвует также в создании европейской навигационной системы “Galileo”. Новые системы Обзора Земли и Навигации (ОЗН) Китая создаются для повышения качества и конкурентоспособности национальных космических систем, внедрения систем космической информации в практическую деятельность госструктур (прежде всего в данные госстатистики) и интеграции национальных и зарубежных систем в единый комплекс обзора Земли и навигации (GPS/ГЛОНАСС/Galileo/Compass).

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Спутниковая связь

По оценкам специалистов в перспективе всеми системами фиксированной электросвязи будет охвачено около 70,0 % поверхности Земли, системами сотовой связи может быть охвачено всего 15,0% поверхности Земли, системами спутниковой связи будет охвачено 100% поверхности Земли, включая водную поверхность. Но спутниковая связь обеспечит только 30,0% всего международного трафика.

Спутниковая связь сегодня незаслуженно занимает последнее место на рынке телекоммуникационных услуг. Это говорит, прежде всего, об ограниченности ресурсов частотного диапазона, ограничении числа спутников-ретрансляторов, находящихся одновременно, как правило, на геостационарной орбите и все еще достаточно высокими тарифами на системы и услуги спутниковой связи. Тарифы на услуги спутниковой связи имеют тенденцию к снижению, они не зависят от длины канала, установленного на время обмена сообщениями. В ближайшем будущем Операторы спутниковой связи внедрят в коммерческую эксплуатацию среднеорбитальные (MEO) системы спутниковой (космической) связи и низкоорбитальные (LEO) системы спутниковой связи, что приведет к революции в телекоммуникациях.

Не смотря на то, что темпы роста информационного трафика, передаваемого по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС), обгоняют все виды связи, в том числе и спутниковую связь, охват волоконно-оптической связью населенных пунктов всех регионов, например, России - перспектива весьма далекая, дорогая и трудоемкая.

Антенны, а также приемо-передатчики (трансиверы) и другая аппаратура связи, расположенные на Земле, называются наземными (базовыми) трансиверными станциями - BTS.

Восходящий (исходящий, прямой, вверх) канал - uplink - канал от наземной станции до спутника.

Нисходящий (входящий, обратный, вниз) канал - downlink - канал от спутника к наземной станции.

Транспондер - электронное оборудование спутника, принимающее сигналы восходящего канала и преобразующее их в сигналы нисходящего канала. Спутниковые орбиты:

1. Круговые орбиты с центром окружности в центре Земли;

Эллиптические орбиты с центром, находящимся в одном из фокусов эллипса;

2. Орбиты в разных плоскостях: экваториальные орбиты - расположены в плоскости земного экватора; полярные орбиты проходят над обоими полюсами Земли;

3. Наклонные орбиты - все остальные орбиты;

Орбиты над уровнем моря:

- Геостационарные (геосинхронные) околоземные орбиты - GEO - geostationary earth orbit - lnmarsat . Геостационарные (или геосинхронные) спутники движутся на расстоянии 35 786км от поверхности Земли по круговой (эллиптической) орбите, поэтому угловая частота вращения спутника совпадает с угловой частотой вращения Земли.

.

.

.

.

.

Спутники на таких орбитах используются для передачи телеметрической информации, телерадиовещания, метеорологии, реже - в качестве магистралей стационарных телекоммуникационных сетей. Задержка сигнала - 260,0мс.

Срок функционирования спутника GEO на орбите - около 10 -15 лет.

Трех спутников GEO достаточно для покрытия любой точки Земли.

В связи с необходимостью высокой мощности сигнала (десятки Ватт) спутники на этих орбитах для организации мобильной связи использовать нельзя - это опасно для человека. Время одного оборота спутника GEO вокруг Земли ~ 24 часа

(23 час. 56 мин. 4,091с).

• Средние околоземные орбиты - MEO - medium earth orbit. Спутники MEO движутся на расстоянии 5 000,0км - 12 000,0км от поверхности Земли. На этих орбитах находится небольшое количество спутников, но по оценкам экспертов будущее может быть именно за ними. Задержки сигнала - до 70,0мс - 80,0мс. Для покрытия любой точки Земли на орбите должно быть не менее 18 спутников. Функционирования спутника MEO на орбите составляет 10,0лет.

Время одного оборота спутника вокруг Земли ~ 6 часов.

• Низкие околоземные орбиты - LEO - lov earth orbit. Спутники LEO движутся на расстоянии до 4000,0км. Они использовались ранее исключительно в целях, разведки, но постепенно на этих орбитах появились телекоммуникационные спутники Iridium, Globalstar и другие. Задержка сигнала - до 5,0мс - 10,0мс. Короткий срок функционирования спутника на орбите: всего 5,0 - 8,0 лет. Общее количество спутников на орбите должно быть от 48 до 200 - для разных сетей и их назначения.

Время одного оборота вокруг Земли 95,0 - 120,0мин.

• Сильноэллиптические орбиты – (HEO - highly elliptial orbit). Этот класс спутников включает все спутники с некруговыми орбитами. Орбиты проектируются для коммерческих телекоммуникационных организаций так, чтобы перигей был над большими городами, чтобы улучшить качество связи. Радиационные пояса Ван Аллена (ученый), состоящие из ионизированных частиц, находятся на высотах 2000,0 - 6000,0км (внутренний пояс Ван Аллена) и 15000,0 - 30000,0км (внешний пояс Ван Аллена), поэтому использовать эти орбиты для размещения спутников связи довольно сложно и дорого.

Задержки сигнала зависят от точки орбиты.

Пример размещения спутников GEO на геостационарной (геосинхронной) орбите (Inmarsat)

2. Пример размещения трех спутников на геостационарной орбите

120⁰ 120⁰

120⁰

3. Пример размещения геостационарных (геосинхронных) спутников Земли на "поясе (орбите) Кларка"

Орбитальная скорость 3075,0м/с, т.е. навигационный спутник делает один оборот вокруг Земли приблизительно за 24,0 часа

Северный полюс

Радиус орбиты: