КАК ЭТО РАБОТАЕТ

НА ПЕРВЫЙ взгляд принцип действия спутниковой навигации довольно прост и сводится к решению не слишком сложной геометрической задачи. Если известны координаты нескольких спутников и точное расстояние от них до приемника, то вполне можно рассчитать местонахождение последнего. Расстояние до спутников автомобильный штурман высчитывает на основе сравнения времени между моментом излучения и моментом приема сигнала. Для корректной работы навигатору надо “поймать” минимум три спутника.

Пользуясь терминологией специалистов, система космического позиционирования состоит из трех сегментов. В первый входит орбитальная группировка навигационных космических аппаратов. Следующая часть включает в себя наземный комплекс управления спутниками. И третий сегмент – это сами навигационные приборы, в нашем случае – автомобильные.

Схема положения спутников на околоземной орбите называется альманахом. На его основе и проводятся геометрические вычисления. Разумеется, по мере движения автомобиля координаты приемника все время меняются, поэтому сигнал от спутников обновляется и перерасчитывается каждые несколько секунд. За счет этого можно отследить перемещения объекта, вычислить его скорость и пройденный путь.

Каждый навигатор держит в памяти альманах и после выключения. Это избавляет его от необходимости каждый раз искать спутники заново. Если прибор постоянно используется в течение дня, то привязка к спутникам осуществляется буквально в течение минуты. Это называется “горячим стартом”. Но при самом первом включении устройства или же если оно не использовалось в течение какого-то времени, поиск спутников может занимать десять-двадцать минут. Этот процесс получил название “холодный старт”.

GPS

История

ИДЕЯ создания системы глобального позиционирования NAVSTAR GPS (NAVigation Satellites providing Time And Range & Global Positioning System) возникла практически сразу после запуска первого советского спутника земли. Американские ученые под руководством директора лаборатории прикладной физики Ричарда Кершнера одновременно заметили, что частота сигнала от спутника меняется вместе с его перемещением и на этой основе можно вычислить как его координаты, так и свои собственные.

Уже в 1964 году в строй вступает первая американская навигационная система TRANSIT, у которой было сугубо военное назначение – с ее помощью c борта подводных лодок осуществлялись пуски баллистических ракет “Polaris”. Однако для гражданской навигации эта система не годилась. Точность определения координат неподвижного объекта у нее ограничивалась 50 метрами, а подвижного – в десять раз больше. Кроме того, TRANSIT не обеспечивал непрерывного определения координат из-за того, что спутник, находящийся на низкой орбите, был в поле зрения на конкретном участке планеты не более часа.

Чтобы исправить положение, в 1967 году был запущен спутник нового поколения с более высокой орбитой “TIMATION-I”, а через два года – “TIMATION-II”. В 1973 году обе эти системы были объединены в единую – NAVSTAR GPS. Первый тестовый запуск спутника, близкого к современному поколению, был осуществлен 14 июля 1974 года. Поначалу эта система также использовалась только военными. Предоставить гражданским организациям доступ к точному позиционированию помог печальный инцидент, когда в небе над Советским Союзом был сбит потерявший ориентацию южнокорейский “Боинг” с 269 пассажирами на борту. Тогда президент США Рональд Рейган разрешил использовать GPS не только в военных, но и в мирных целях, но точность определения для гражданских пользователей искусственно снизили.

Дальнейшее развитие программы было задержано катастрофой многоразового космического аппарата “Challenger” в 1986 году. Этот корабль помимо других задач должен был использоваться и для развертывания второй группы спутников проекта NAVSTAR GPS. Работы продолжились через пару лет. В 1990 году, во время операции “Буря в пустыне”, были временно отключены искусственные помехи, снижающие точность позиционирования для гражданских пользователей – военных приемников попросту не хватало. А в декабре 1993 года было принято окончательное решение о бесплатном предоставлении услуг GPS частным лицам.

Полностью система NAVSTAR GPS была готова в 1995 году, а через пять лет были сняты все ограничения в гражданском использовании, в результате чего точность позиционирования тогда выросла с 200 до 20 метров.

Технические особенности

Орбитальная группировка NAVSTAR GPS на сегодняшний день состоит из 32 спутников – 24 основных, которые обеспечивают полное покрытие земного шара, и восемь резервных. Максимально на орбиту можно вывести до 37 спутников этой системы. Космические объекты движутся на высоте 20.180 км по шести круговым орбитальным траекториям – по четыре спутника на каждую. Период их обращения вокруг планеты составляет 11 ч 58 мин.

Служба наземного обеспечения включает в себя порядка десяти станций слежения, разбросанных по разным частям света, и главной станции MCS (Master Control Station), которая находится на базе ВВС Шривер в американском штате Колорадо.

ГЛОНАСС

История

РАБОТЫ по созданию системы позиционирования в Советском Союзе начались одновременно с выводом на орбиту первого искусственного спутника Земли группой ученых во главе с известным деятелем науки Владимиром Котельниковым. Уже в 1958–1959 годах в нескольких ведущих НИИ страны начались масштабные исследования по этой проблеме, а в 1963 году начались работы по построению низкоорбитальной навигационной спутниковой системы “Циклон” (военный вариант) и “Цикада” (гражданский). Первый отечественный навигационный спутник “Космос-192” был выведен на орбиту в 1967 году. Одной из его особенностей было использование только одного спутника для определения координат. Впоследствии спутники системы “Цикада” оборудовались и приемниками для получения сигналов от объектов, терпящих бедствие.

Первый спутник собственно системы ГЛОНАСС был выведен на орбиту 12 октября 1982 года. Через 11 лет система была принята в эксплуатацию, а в 1995 году спутниковая группировка достигла оптимального количества – 24 объекта. Правда, из-за бедственного экономического положения в стране число работающих спутников сократилось, поэтому конкуренции заокеанскому комплексу GPS наша система составить не смогла. Серьезно взяться за возрождение ГЛОНАСС смогли лишь в 2001 году, когда была принята федеральная целевая программа “Глобальная навигационная система”. В то время она предполагала покрыть территорию России к 2008 году, а выйти на полную мощность – в 2010 году.

Технические особенности

Как и GPS, группировка ГЛОНАСС является системой двойного назначения – в первую очередь военного и лишь затем гражданского. На данный момент на орбите находятся 17 спутников, из которых два еще в стадии ввода в эксплуатацию. Объекты находятся на круговой геостационарной орбите на высоте 19.100 км. Время обращения спутника вокруг Земли занимает 11 ч 45 мин. Первоначально использовались спутники первого поколения ГЛОНАСС, срок службы которых составлял всего три года (последний был запущен в 2005 г.). Кроме того, в 2003 году начался запуск модернизированных моделей ГЛОНАСС-М, они служат по семь лет. На очереди последний проект – ГЛОНАСС-К, срок службы его спутников 10 лет, они излучают сигналы разных типов, в том числе совместимые с GPS. Первый запуск спутников третьего поколения намечен в 2010 году. Чтобы охватить весь земной шар, группировке потребуется 24 рабочих спутника и еще несколько резервных.

Наземный сегмент состоит из нескольких квантово-оптических измерительных и командно-измерительных пунктов, расположенных по всей территории России, а также командного пункта в Москве. Что касается гражданских наземных пользователей, в частности автомобилистов, то их процент на данный момент ничтожно мал в сравнении с владельцами GPS-навигаторов.

Европа и Азия

“Galileo”

ЕВРОПЕЙСКИЙ навигационный проект, который отличается своей сугубо гражданской направленностью. Он не принадлежит государственным и военным структурам. Разработкой занимается Европейское космическое агентство, в которое входит 18 стран. По замыслу создателей, система должна заработать на полную мощность в 2013 году. Тогда на орбите должно находиться 30 спутников – 27 работающих и три резервных. Общая стоимость проекта составляет 3,8 млрд евро.

Планируется, что точность бесплатного определения координат составит примерно один метр, а в коммерческом режиме – и вовсе 10 сантиметров. Кроме того, системой “Galileo” смогут пользоваться летчики, моряки, спасатели и агенты правительственных служб.

Первый спутник был выведен на орбиту 28 декабря 2005 года с помощью российского носителя “Союз-ФГ”. Что касается дальнейшего развития системы, то финансовые проблемы начались у Европейского космического агентства еще больше года назад, когда проект чуть не провалился из-за разногласий в схемах его финансирования. Нынешний экономический кризис поставил “Galileo” под еще большую угрозу. На данный момент говорить о его использовании в автомобильной навигации не приходится.

“Beidou”

КИТАЙСКИЙ вариант спутниковой навигационной системы. Само название означает “Северный ковш”, то есть созвездие Большой Медведицы. Система работает с 2000 года, за это время на орбиту выведено пять спутников. В будущем году планируется запустить еще 12 объектов. Всего же, по замыслу китайских властей, в космосе должно находиться около 30 спутников. Ожидается, что в полной мере группировка заработает уже в 2010 году.

Система должна стать бесплатной для гражданских пользователей и быть совместимой с ГЛОНАСС и GPS.

IRNSS

ИНДИЙСКИЙ проект (Indian Regional Navigation Satellite System), рассчитанный на покрытие самой страны и некоторых сопредельных государств. Всего на геосинхронную орбиту к 2011 году планируется вывести семь спутников. Система является государственной, а навигационные приборы будут разрабатываться и изготавливаться местными компаниями.

Коллеги-соперники

ЧТОБЫ наглядно представить сходства и различия автомобильных навигационных приборов, давайте сравним два устройства, близких по типу, функциям, размерам и ценовой категории. Одно из них разработано американской фирмой – крупнейшим поставщиком средств навигации, другое является детищем отечественной компании. Итак, заокеанский “Garmin nuvi 5000” против российского “Glospace SGK-70”.

Прибор от “Garmim”, как и все аппараты этой фирмы, использует исключительно спутники системы GPS. Устройство “Glospace” – первый в мире бытовой автомобильный навигатор, который может одновременно принимать сигналы от двух систем-конкурентов – ГЛОНАСС и GPS.

Что касается собственно навигации, то возможности аппаратов примерно равны. Многое тут зависит от встроенной программы-штурмана. Собственный гарминовский софт справедливо считается одним из лучших в мире. Он полностью русифицирован и использует русскоязычные карты “City Navigator NT”. Первоначально устанавливаемая на “Glospace SGK-70” программа “ПалмГИС ГЛОНАСС/GPS” от компании “Киберсо” менее наглядна и удобна, но в последнее время на аппарат ставится программа АВТОСПУТНИК от компании “Навигационные системы”, которая умеет работать с обеими спутниковыми системами. По своим возможностям и удобству интерфейса она может потягаться со знаменитым заокеанским софтом, а кроме того, способна работать с дорожными пробками, что гарминовские разработчики считают излишним для российских реалий.

О технической начинке “Garmin” традиционно не сообщает, многозначительно называя ее “абсолютно достаточной для всех задач”. Зато про российский аппарат известно, что оснащен он сразу двумя спутниковыми приемниками – 12-канальным ГЛОНАССовским и 20-канальным GPS-прибором. Теоретически это должно обеспечивать лучшую работу со спутниками, но рядовой автомобилист при прямом сравнении вряд ли найдет различия в поведении обоих навигаторов.

В общем и целом, приборы достаточно похожи, и однозначный выбор в пользу той или иной системы пока что сделать нельзя, да и особой необходимости в этом нет. Если все системы легальны и бесплатны, то при подборе навигатора следует руководствоваться собственными предпочтениями в пользу размера, сервисных функций и эргономики. А к месту назначения вас приведет практически любой современный навигатор. Кстати, есть сведения, что АвтоВАЗ в будущем году собирается устанавливать на свои автомобили мультимедийные навигационные устройства, одновременно использующие ГЛОНАСС и GPS. Предполагается, что их будут совместно производить российская компания “АвтоАудиоЦентр” и китайская “Shenzhen Hangsheng Electronics”. Основываясь на хорошей репутации этих фирм, можно предположить, что это навигационное оборудование будет достаточно качественным. Весь вопрос только в его стоимости.

ВЫБИРАТЬ ИЛИ НЕТ?

ГОВОРЯ прямо, рядовому российскому автомобилисту должно быть все равно, какая система применяется его навигатором. В идеале он даже не должен лишний раз забивать себе этим голову, потому что для гражданских лиц обе спутниковые группировки абсолютно равнозначны. Как и GPS, отечественная спутниковая система может без ограничения использоваться любыми пользователями, в том числе и для автомобильной навигации. В указе президента РФ “Об использовании глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах социально-экономического развития Российской Федерации” от 18 мая 2007 года прописано, что “доступ к гражданским навигационным сигналам глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС …предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений”. В то же время между российской и американской сторонами существует ряд договоренностей о совместном использовании обеих спутниковых систем для мирного применения. Для автомобилистов это означает, что в каждой стране можно изготавливать навигаторы с так называемой бинарной системой, которая использует сигналы от спутников того и другого типов.

Зато когда речь заходит о навигации в военной или государственной сфере, безусловно, такой крупной стране, как Россия, необходима собственная спутниковая группировка. Это вопрос безопасности. Ведь в некоторых случаях американская сторона может попросту отключить систему для всех пользователей, кроме собственной армии, как это уже было во время первой войны в Ираке. И если военных российские власти прямо обязывают пользоваться собственной навигацией, то всем остальным только рекомендуют. Более того, буквально на днях правительство РФ предложило внести в Государственную думу законопроект о том, что GPS-навигация может быть запрещена к использованию на автомобилях, принадлежащих государству.

Стефан Бернард, менеджер по маркетинговым коммуникациям представительства “Garmin” в Европе:

– В НАСТОЯЩЕЕ время все навигаторы нашей фирмы, поставляемые в Россию, используют исключительно GPS-сигналы. Что касается российской системы ГЛОНАСС, то, по нашему мнению, в данный момент она развита не в той степени, чтобы удовлетворять нашим требованиям. Однако мы готовы к сотрудничеству, и как только ваша спутниковая группировка заработает в полном режиме, вполне возможно, что наши навигационные приборы будут использовать информацию от ГЛОНАСС. Все вышесказанное также относится и к европейскому проекту “Galileo”.

Александр Казаков, генеральный директор компании ЗАО “Центр Навигационных Технологий”:

– НАШИ программы и электронные карты одинаково совместимы и с GPS, и с ГЛОНАСС. Поэтому на маркетинговую политику более широкое распространение ГЛОНАСС вряд ли повлияет. Массовое использование отечественной системы мы рассматриваем как дополнительные технические и маркетинговые возможности, поскольку у потребителя появится возможность выбора и сравнения этих систем.

Конечно, система ГЛОНАСС еще не готова к использованию. В глобальном масштабе она может заработать только в 2012 году, как только государство выведет на орбиту полноценную спутниковую группировку. Наша компания заранее уже сегодня адаптировала свою навигационную программу “Навител Навигатор” под использование ГЛОНАСС.

Андрей Кузнецов, исполнительный директор компании “Навигационные Системы”, руководитель проекта АВТОСПУТНИК:

– ОСНОВНОЕ техническое преимущество комбинированной GPS/ГЛОНАСС-системы – это радикальное повышение точности и надежности навигации. Сочетание двух навигационных систем не только увеличивает число одновременно видимых спутников, но и обеспечивает работу на нескольких частотах, компенсируя ионосферное искажение сигнала. Практически точность “потребительской” GPS/ГЛОНАСС- навигации – 1-5 метров, а современного массового GPS-навигатора – от 5 до 50 метров”.

Вам понравилась эта статья?




Интересные новости по теме


Комментарии

Обзоров машин на сайте:

4 6 6 2