1. Навігаційні інформаційні системи

Навігаційні системи поділяються на два типи:

• наземного базування;

• супутникового.

Серед систем наземного базування можна виділити американські системи Omega та Loran-C, російські Альфа та Чайка, англійські Decca та Consol. Проте ці системи мають великий недолік – вони працюють в порівняно невеликій зоні дії випромінювання передавачів.

Найбільш перспективні супутникові системи навігації. Окрім розроблених NAVSTAR GPS (США), ГЛОНАСС (Росія) та Бейдоу (Кітай), які будуть розглянуті в роботі, існують системи, що знаходяться в стані проектування, такі як Галілео (Європа) та IRNSS (Індія). Ці системи мають набагато більшу зону дії (для деяких з них увесь земний шар) порівняно з наземними і будуть розглянуті далі у роботі.

Супутникова система навігації – комплексна електронно-технічна система, що складається з сукупності наземного і космічного устаткування, призначена для визначення місцеположення (географічних координат і висоти), а також параметрів руху (швидкості і напрями руху і т. ін.) для наземних, водних і повітряних об'єктів.

Основні елементи супутникової системи навігації є|з'являються|:

• орбітальне угрупування, що складається з декількох (від 2 до 31) супутників, які випромінюють спеціальні радіосигнали;

• наземна система управління і контролю, що включає блоки вимірювання поточного положення супутників і передачі на них отриманої інформації для коректування інформації про орбіти;

• приймальне клієнтське устаткування («супутникових навігаторів»), яке використовується для визначення координат;

• опціональні системи|: інформаційна радіосистема для передачі користувачам поправок, що дозволяють значно підвищити точність визначення координат.

Принцип роботи супутникових систем навігації заснований на вимірюванні відстані від антени на об'єкті (координати якого необхідно отримати) до супутників, положення яких відоме з великою точністю. Таблиця положень всіх супутників називається альманахом, який повинен мати будь-який супутниковий приймач до початку вимірювань. Зазвичай приймач зберігає альманах в пам'яті з часу останнього виключення і якщо він не застарів – миттєво використовує його. Кожен супутник передає в своєму сигналі весь альманах. Таким чином, знаючи відстані до декількох супутників системи, за допомогою звичайних геометричних розрахунків, на основі альманаху, можна обчислити положення об'єкту в просторі.

Метод вимірювання відстані від супутника до антени приймача заснований на визначеності швидкості розповсюдження радіохвиль. Для здійснення можливості вимірювання часу розповсюдження радіосигналу кожен супутник навігаційної системи випромінює сигнали точного часу у складові свого сигналу, використовуючи точно синхронізований з системним часом атомний годинник. При роботі супутникового приймача його годинник синхронізується з системним часом і при подальшому прийомі сигналів обчислюється затримка між часом випромінювання, що міститься в самому сигналі, і часом прийому сигналу. Маючи в своєму розпорядженні цю інформацію, навігаційний приймач обчислює координати антени. Для отримання інформації про швидкість більшість навігаційних приймачів використовують ефект Доплера. Додатково накопичуючи і обробляючи ці дані за певний проміжок часу, стає можливим обчислити такі параметри руху, як швидкість (поточну, максимальну, середню), пройдений шлях і таке інше.

У реальності робота системи відбувається|походить| значно складніше. Нижче перераховані деякі проблеми, що вимагають спеціальних технічних прийомів по їх рішенню|розв'язанню|:

• відсутність атомного годинника в більшості навігаційних приймачів. Цей недолік|нестача| зазвичай|звично| усувається вимогою отримання|здобуття| інформації не менше чим з трьох (2-мірна|мірна| навігація при відомій висоті) або чотирьох (3-мірна|мірна| навігація) супутників. За наявності сигналу хоч би|хоча би| з одного супутника можна визначити поточний час з|із| хорошою|доброю| точністю.

• неоднорідність гравітаційного поля Землі|грунту|, що впливає на орбіти супутників;

• неоднорідність атмосфери, через яку швидкість і напрям розповсюдження радіохвиль може мінятися в певних межах;

• віддзеркалення|відображення| сигналів від наземних об'єктів, що особливо помітно в місті;

• неможливість розмістити на супутниках передавачі великої потужності, із-за чого прийом їх сигналів можливий тільки|лише| в прямій видимості на відкритому повітрі.

1.5Окремі моделі супутникових приймачів дозволяють проводити|виробляти| так звані «диференціальні вимірювання|вимір|» відстаней між двома точками з|із| великою точністю (сантиметри). Для цього вимірюється положення|становище| навігатора в двох точках з|із| невеликим проміжком часу. При цьому, хоча кожне таке вимірювання|вимір| має точність близько 10-15 метрів без наземної системи коректування і 10-50 см з|із| такою системою, виміряна відстань має похибку набагато меншу, оскільки|тому що| чинники|фактори|, що заважають|мішають| вимірюванню|виміру| (похибка орбіт супутників, неоднорідність атмосфери і таке інше) в цьому випадку взаємно віднімаються. Крім того, є декілька систем, які посилають уточнюючу інформацію («диференціальну поправку до координат»), що дозволяє підвищити точність вимірювання|виміру| координат приймача до десяти|десятеро| сантиметрів. Диференціальна поправка заснована на геостаціонарних| об'єктах (супутниках, наземних базових станціях), зазвичай|звично| є|з'являється| платною (розшифровка сигналу можлива тільки|лише| одним певним приймачем після|потім| оплати «підписки на послугу»). На сьогодні |нині|існує безкоштовна європейська система EGNOS| (European| Geostationary| Navigation| Overlay| Services|), що заснована на двох геостаціонарних| супутниках, дає високу точність (до 30 см), але|та| вона працює з|із| перебоями і ненадійно|ненадійний|. У Північній Америці її аналогом є|з'являється| система WAAS|.

В даний час|нині| працюють або готуються до розгортання наступні|слідуючі| системи супутникової навігації:

1. NAVSTAR GPS, відоміша під назвою GPS.. Належить міністерству оборони США – єдина повністю працююча супутникова навігаційна система.

2. ГЛОНАСС. Знаходиться на етапі розгортання супутникового угрупування. Належить міністерству оборони Росії.

3. Бэйдоу. Розгорнена в даний час Китаєм. Призначена для використання тільки в цій країні. Особливість — невелика кількість супутників, що знаходяться на геостаціонарній орбіті.

4. Галілео (Galileo). Європейська система, що знаходиться на етапі створення супутникового угрупування.