Що краще: ГЛОНАСС, GPS або Galileo?

Наше деловое партнерство www.banwar.org

У сучасному світі, де нормальне функціонування окремих галузей безпосередньо залежить від якості послуг, що поставляються в області навігаційних супутникових систем, питання зовсім не пусте.
На сьогоднішній день існує декілька супутникових навігаційних систем, призначених для визначення місця розташування і точного часу, а також параметрів руху (швидкості і напрямку руху і т. Д.) Для наземних, водних і повітряних об'єктів.

З точки зору доступності та застосування інтерес представляють чотири системи: російська ГЛОНАСС, американська NAVSTAR GPS, європейська система Galileo і китайська система BeiDou / Compass.
Системи ГЛОНАСС і NAVSTAR GPS повністю введені в експлуатацію і є глобальними.

Мал. 1. Існуючі засоби навігаційно-часового забезпечення.
На різних етапах введення в експлуатацію знаходяться системи Galileo і BeiDou / Compass, які в перспективі також забезпечать глобальний сервіс.

Мал. 2. Перспективні засоби навігаційно-часового забезпечення.
Склад навігаційних систем.
Будь-яка супутникова навігаційна система складається з трьох основних сегментів:

• Космічний сегмент або орбітальне угруповання;
• наземний сегмент управління і контролю ;
• Призначений для користувача сегмент.

Розглянемо матеріальну частину, тобто скільки супутників має кожна система і де їх можна знайти.
Орбітальне угруповання системи ГЛОНАСС представлена ​​30 космічними апаратами з яких станом на 29 / 06-2014 23 знаходяться в системі, 2 в резерві. Решта супутники на етапі введення в експлуатацію або технічному обслуговуванні. Космічні апарати обертаються на кругових орбітах в трьох орбітальних площинах на висоті 19100 км. Число супутників в кожній орбітальній площині - 8.
До складу орбітального угрупування системи NAVSTAR GPS входять 32 космічних апарати, що обертаються на кругових орбітах в 6 орбітальних площинах на висоті 20183 км. Число супутників в кожній орбітальній площині 4.
Орбітальне угруповання системи Galileo складуть 30 супутників (27 операційних і 3 резервних). Повністю розгорнути орбітальне угруповання планується в 2016 році, коли виведуть на орбіту всі 30 супутників (27 операційних і 3 резервних). Орбітальне угруповання системи GALILEO буде розташовуватися в трьох площинах, нахилених до екватора під кутом 56 градусів на висоті 23224 км., По 9 супутників в кожній орбітальній площині.
Орбітальне угруповання системи Beidou / Compass, буде складатися з 36 КА, 5 КА будуть перебувати на геостаціонарній орбіті; 5 КА на похилій геосинхронной орбіті; 24 КА на середньої навколоземній орбіті. Решта супутники, можливо, складуть орбітальний резерв. Таке розміщення орбітального угрупування забезпечить системі цілодобовий глобальне охоплення поверхні Землі.
Найбільший інтерес представляють системи ГЛОНАСС і NAVSTAR GPS.
За точністю вимірювання обидві системи приблизно рівні. Згідно з даними системи диференціальної корекції і моніторингу на 30 червня 2014 р точність обох систем становить 5-7 м. Американська система має більш розвинену мережу станцій, що передають поправки для диференціального режиму. Ці станції, розташовані на території США, Канади, Японії, КНР, ЄС і Індії, дозволяють знизити похибка на території цих країн до 1-2 м.
У той же час Російські станції диференціальної корекції розташовані в основному на території РФ.
Поточна мережа наземних станцій налічує 14 станцій в Росії, одну станцію в Антарктиді і одну в Бразилії. Розвиток системи передбачає розгортання восьми додаткових станцій на території Росії і кількох станцій за кордоном (додаткові станції будуть розміщені в таких країнах, як Куба, Іран, В'єтнам, Іспанія, Індонезія, Нікарагуа, Австралія, дві в Бразилії, і ще одна додаткова буде розміщена в Антарктиді).
Безсумнівною перевагою вітчизняної системи є більш висока точність в приполярних областях Землі за рахунок більш високого способу орбіт.
За повідомленням Reuters, співробітники шведської компанії Swepos, яка обслуговує загальнонаціональну мережу супутникових навігаційних станцій, визнали перевагу російської системи навігації ГЛОНАСС над американською GPS.
За словами Бо Йонссона, заступник голови підрозділу геодезичних досліджень, ГЛОНАСС забезпечує більш точне позиціонування в північних широтах: «вона (Глонасс) працює трохи краще в північних широтах, тому що орбіти її супутників розташовані вище, і ми бачимо їх краще, ніж супутники GPS». Йонссон повідомив, що 90% клієнтів його компанії використовують Глонасс в комбінації з GPS. Потрібно відзначити, що тут пан Йонссон не зовсім точний. Мова, швидше за все, йде не про висоту орбіт, орбіти супутників GPS трохи вище ніж у ГЛОНАСС, а про нахил орбітальних площин: 64,80 у системи ГЛОНАСС проти 550 у системи GPS.
І все ж найкраща точність визначення місця розташування досягається при використанні пристроїв, що дозволяють приймати сигнали як від системи ГЛОНАСС, так і від системи GPS.
Справа в тому, що для точного визначення координат потрібно чотири супутники тієї чи іншої системи. Однак в більшості випадків таке визначення дає досить низьку точність: її складно використовувати в умовах міської забудови для вирішення певних завдань.
З ростом числа спостережуваних супутників точність зростає. Зазвичай спостерігається 6-9 супутників системи GPS. Якщо ми працюємо на закритій місцевості: в горах, в лісі, особливо в міському ландшафті, коли ми фактично ходимо в джунглях, то кількість супутників, які ми бачимо, може дуже сильно зменшуватися - або геометрія їх розташування може ставати неефективною.
Наприклад, супутники можуть вибудовуватися в одну лінію уздовж вулиці. В цьому випадку, загальна кількість супутників, які ми можемо спостерігати, є дуже важливим аспектом: чим їх більше, тим вище якість в настільки обмежених умовах. Так за даними все тієї ж системи диференціальної корекції і моніторингу на 30 червня 2014 р точність навігаційних визначень при спільному використанні ГЛОНАСС і GPS зростає до 3-5 м.
На нижче наведених діаграмах представлена доступність систем ГЛОНАСС і GPS за даними системи диференціальної корекції і моніторингу на 30 червня 2014 р
Тут PDOP - зниження точності за місцем розташування.

Мал. 3. Доступність ГНСС ГЛОНАСС.

Рис.4. Доступність ГНСС GPS.

Рис.5. Доступність ГНСС ГЛОНАСС + GPS.
Планується збільшення точності обох систем.
До 2015 року точність системи ГЛОНАСС доведуть до 1,4 м, до 2020 року - 0,6 м з подальшим збільшенням цього показника до 10 см. Система GPS, після виведення на орбіту супутників нового покоління, забезпечить своїм користувачам точність 0,6-0 , 9 м. При використанні диференціального режиму, вже сьогодні цілком можлива точність 0,1 м.
Система Galileo, як очікується, забезпечить точність 30 см в низьких широтах при одночасному прийомі сигналу від 8-10 супутників. За рахунок більш високої, ніж у супутників GPS орбіти, на широті полярного кола буде забезпечена точність 1 м.
Про точність системи Beidou / Compass сьогодні говорити поки рано, з огляду на те що система розгорнута в повному обсязі. Однак 8 травня 2014 року система пройшла експертну перевірку, в ході якої було встановлено, що її точність становить менше 1 м. За заявою академіка АН Китаю Ян Юаньсі точність супутникової системи Бейдоу при роботі в диференціальному режимі перевершує аналогічні показники системи GPS.

У питанні надійності систем і підтримання космічного угруповання пальма першості на поточний момент за американською системою GPS. Важливою відмінністю системи ГЛОНАСС від системи GPS полягає в тому, що супутники ГЛОНАСС в своєму орбітальному русі не мають резонансу (синхронності) з обертанням Землі, що забезпечує їм більшу стабільність.

Таким чином, угруповання КА ГЛОНАСС не вимагає додаткових коригувань протягом всього терміну активного існування. Проте, термін служби супутників ГЛОНАСС помітно коротше. В системі ГЛОНАСС планується доведення гарантованого терміну активного існування супутника на орбіті до 10 років.
Про небезпеки.
2 квітня 2014 року відбулося великий збій в роботі системи ГЛОНАСС. Протягом майже 11 годин все 24 супутника системи видавали некоректні дані, тобто система виявилася непрацездатною. Працездатність системи відновили, в причинах розбираються. Питання, чи можливе повторення подібних ситуацій, залишається відкритим.
Але не все гладко в питаннях підтримки необхідної кількості космічних апаратів в складі орбітального угрупування і у GPS.
У 2009 році Головне бюджетно-контрольне управління США (GAO) випустило звіт про майбутнє системи GPS, в якому висловлено занепокоєння тим, що орбітальне угруповання може виявитися нездатною забезпечити потрібні експлуатаційні якості в період з 2010 до 2018 року (System Design & Test newsletter, May 2009 GPS World, May 27, 2009). Бред Паркінсон, перший директор відділу реалізації програми GPS, головний архітектор і захисник GPS, заявив: "Можливо, що в угрупованні виявиться менше 24 супутників".

Чи потрібна Росії власна система супутникової навігації? Однозначно потрібна. Без використання сучасних навігаційних технологій важко буде забезпечити конкурентоспроможність національної економіки.

Не можна також ігнорувати той факт, що система GPS, втім, як і російська ГЛОНАСС, контролюється військовими відомствами.Тому ставити російську економіку в залежність від американської GPS, з урахуванням можливостей режиму селективного доступу і навмисного "загрубления" або спотворення сигналу над певною географічною територією, а також існуючих техногенних, економічних та інших ризиків, як мінімум, недалекоглядно.Особливо в умовах дії економічних санкцій, спрямованих в першу чергу на ослаблення позиції Росії на міжнародній економічній арені, і нового витка «холодної» протистояння Росії і блоку НАТО.
Через побоювання, що системи ГЛОНАСС можуть бути використані у військових цілях, держдепартамент США відмовив Роскосмосу у видачі дозволів на будівництво на американській території декількох російських вимірювальних станцій.У відповідь на заборону з 1 червня 2014 року призупинено роботу на території РФ станцій для системи GPS.А вже з 1 вересня робота цих станцій може бути припинена.Відключення наземних станцій відіб'ється тільки на надточному позиціонуванні, яке не використовується в цивільних цілях.
Проте, випадок досить показовий.Що стосується Galileo, то система являє собою яскравий приклад не дуже успішної спроби створення глобальної навігаційної супутникової системи із залученням на комерційній основі приватного капіталу, тобто змішування функцій держави і бізнесу.Це вже призвело до затримки створення європейської системи Galileo на кілька років.
За оцінками фахівців, система Galileo може заробити в повному обсязі після 2014 року.Для користувачів системи (за винятком авіації, торгового флоту, урядових і військових організацій, спецслужб, рятувально-пошукових служб) буде доступна відкрита і комерційна служби.Відкрита служба забезпечить користувачів безкоштовним сигналом з точністю на рівні сучасних систем.Гарантії його отримання надаватися не будуть.
Завдяки досягнутим компромісів з урядом США застосовується формат даних, який використовується також в сигналах модернізованої GPS, дозволить взаємодоповнювати системи GPS і Galileo.Комерційна служба надаватиме кодований сигнал, що дозволяє отримати підвищену точність позиціонування.Права на використання сигналу планується перепродувати через провайдерів.Передбачається гнучка система оплати в залежності від часу використання та виду абонента.Очевидно, що користувачам системи Galileo в сферах, де потрібна висока точність позиціонування, доведеться нести додаткові витрати за послуги користування системою.
Система Beidou / Compass знаходиться в комерційній експлуатації з грудня 2012 р Система буде забезпечувати користувачів даними про позиції, швидкості і точний час.Дані будуть надаватися по відкритих каналах.Крім галузевих можливостей використання системи, розробники анонсували також можливість обміну текстовими повідомленнями між абонентами системи.
Персональні користувачі системи зможуть скористатися сервісом з надання інформації про найближчі готелях, ресторанах, парковках, культурних об'єктах шляхом відправки текстових повідомлень місцевих постачальників послуг.Постачальники послуг негайно знайдуть необхідну інформацію, грунтуючись на місцезнаходження користувача, і потім, відправлять електронну карту, наприклад, в телефон користувача.Користувач також зможе отримати послуги з доданою вартістю, такі як замовлення номера в готелі, столика в ресторані або замовлення паркувального місця.
Хоча роботи по сумісності систем Beidou / Compass і ГЛОНАСС почалися в 2014 р, поки невідомо чи буде доступний повний функціонал системи Вeidou / Compass російським користувачам.

Мал.6. Зона покриття системи Beidou на поточний момент.

Таким чином, сьогодні в світі існує дві дійсно глобальних системи супутникової навігації: ГЛОНАСС і GPS.

Однозначної відповіді на питання яка система все-таки краще, на сьогоднішній день дати не зможе ніхто.
Що використовувати: російську систему ГЛОНАСС, підтримавши вітчизняного виробника, або використовувати систему GPS ризикуючи бути відключеним від системи в самий невідповідний момент? Очевидні переваги використання апаратури, яка підтримує як ГЛОНАСС так і GPS, адже з позиції рядового споживача, ніж з великою кількістю глобальних супутникових навігаційних систем здатна працювати його апаратура, тим краще з точки зору доступності та якості послуги навігаційного визначення.
Уже сьогодні на ринку можна знайти двох-або трехсістемную апаратуру, яка крім GPS і ГЛОНАСС зможе працювати з сигналами Galileo. Якщо будуть успішно розгорнуті орбітальні угруповання Galileo і Compass, то не змусить себе чекати і ГЛОНАСС / GPS / Galileo / Compass-апаратура споживача. Вибір залишається за вами.

Олексій Афанасов

Поділитися:

Переглядів: 3963