Как развивается система спутниковой навигации ГЛОНАСС

Уходящий 2022 год для отечественной системы ГЛОНАСС юбилейный. 40 лет назад были запущены первые спутники системы. Прошедшие годы только укрепили правильность решения и взятого курса на глобальную навигацию, услуги которой сегодня являются обязательным условием социально-экономического развития.

Дальнейшее распространение услуг глобальной навигации на повседневную жизнь определяется развитием космического комплекса, управляемого Решетневской фирмой. С какими сложностями пришлось столкнуться отечественной системе навигации за время своего существования, в каких отраслях жизни она оказалась наиболее востребованной – об этом в своем интервью расскажет Сергей Карутин, генеральный конструктор системы ГЛОНАСС.

– На юбилей принято подводить итоги. Сергей Николаевич, каких результатов добилась система ГЛОНАСС и насколько она важна? В чем заключаются ее основные задачи?

– Спутниковая навигация присутствует практически во всех сферах нашей повседневной жизни. Мы строим маршруты движения, используя навигационный приемник, встроенный в обычный смартфон. Вышки сотовых операторов принимают сигналы навигационных спутников, что позволяет им синхронизировать свою работу при трансляции данных на высокой скорости. Беспилотная сельхозтехника значительно увеличивает производительность обработки плодородных земель. Благодаря высокой точности в установлении координат обеспечивается слаженная работа служб спасения при экстренном реагировании на ДТП. Эти и многие другие процессы становятся доступными благодаря работе российской системы ГЛОНАСС.

ГЛОНАСС является первой системой, предоставляющей обычным потребителям сигналы навигации в двух частотных диапазонах. Это определило направление развития высокоточных технологий в строительстве, геодезии, сельском хозяйстве, картографии, а также в стремительно развивающейся отрасли беспилотного транспорта.

Современная отечественная экономика переживает этап цифровой трансформации, что требует высокой точности при синхронизации каждого процесса, построения детальной модели пространства, в котором проходит наша деятельность. Отвечая на данный запрос, ГЛОНАСС обеспечивает передачу национальной временной шкалы UTC(SU) и геоцентрической системы координат ПЗ-90.

Российская система ГЛОНАСС делает нас независимыми в области навигации. Это обеспечивает необходимые условия для планомерного социально-экономического развития, безопасности и обороны, проведения научных изысканий.

Стоит отметить, что космические спутники ГЛОНАСС – это сложные высокотехнологичные, многофункциональные аппараты, работающие на средних орбитах. В основе работы наиболее гуманной космической системы поиска и спасания КОСПАС-SARSAT лежит платформа наших спутников для размещения своих передатчиков, что позволяет получить глобальное покрытие всей земной поверхности.

Важный факт: при проведении летных испытаний передатчик спутника «Глонасс-К» №11Л спас жизни экипажа и пассажиров вертолета, который потерпел крушение в горах Канады. Нашей навигационной системой действительно можно гордиться.

– Насколько развитие ГЛОНАСС позволило повысить точность навигации? Какие сейчас параметры у системы?

– Точность позиционирования по сигналам ГЛОНАСС повышается планомерно, отвечая на актуальные требования потребителей. Изначально погрешность в определении координат системой составляла около 20 м. В 2009 году был создан модернизированный наземный комплекс управления, что обеспечило переход на технологию эфемеридно-временного обеспечения без запросов. Космический комплекс позволил уменьшить погрешность навигации до 2,8 м. Но потребители проводят оценку точности по-своему. Им важна точность при определении их координат, а этот параметр находится под влиянием геометрии орбитальной группировки, среды передачи сигналов спутников, условий приема этих сигналов оборудованием потребителя и его особенностями. В совокупности все эти факторы позволяют потребителям устанавливать координаты, применяя наиболее простую одночастотную аппаратуру, получая погрешность до 9,5 м. Если исключить влияние среды распространения в многочастотном оборудовании, погрешность снизится втрое – до 3,5 м.

Над дальнейшим повышением точности работают функциональные дополнения – с их помощью можно определять координаты с точностью до 0,03 м. Перспективы их развития – тема отдельного разговора, сегодня хотелось бы отметить достижения, которых удалось добиться основе всей системы: космическому комплексу.

– Какие критерии лежат в основе определения качества услуг ГЛОНАСС, и на каком уровне они находятся?

– Основными количественными параметрами навигационной услуги ГЛОНАСС выступают точность, доступность для потребителей, стойкость к помехам и рабочая зона. Действующие спутники на орбите обеспечивают моментальную всепогодную навигацию глобального масштаба с вышеназванными погрешностями. Но при этом должно соблюдаться условие приема потребителем сигналов со спутников, расположенных выше 5° над уровнем горизонта с любого направления.

В то же время, для основной массы потребителей необходимо обеспечить навигацию с точностью до 2 м в окружении плотной городской застройки. Это значит, что показатель минимального угла приема сигналов должен быть увеличен в пять раз – до 25° над уровнем горизонта. Чтобы получить подобные параметры, в прошлом году стартовало проектирование высокоорбитального космического комплекса ГЛОНАСС. За основу была взята платформа спутника «Глонасс-К».

Требование повысить устойчивость к помехам навигационной услуги стало актуальным не так давно. Основным фактором стало активное применение персональных устройств постановки этих помех. Самый простой прибор, обеспечивающий маскирующие помехи мощностью 0,1 Вт, подключенный к бортовой сети электропитания авто, способен подавить навигационное поле в радиусе до 3 м. Для решения данной задачи потребуется внедрение нового поколения приемников навигации.

– Насколько широким является использование услуг ГЛОНАСС в масштабе последнего десятилетия? В какой сфере можно наблюдать наиболее активный скачок роста за последние годы?

– Услуги ГЛОНАСС находят практическое применение в основном в области связи и телематики. В последнее время наблюдается активный рост рынков геодезических приборов, систем автоуправления сельхозтехникой. Не менее активно идет развитие строительства и энергетики, однако масштабы данного рынка несколько уступают всем вышеперечисленным областям.

– Каких успехов удалось достичь в работе по импортозамещению комплектующих спутников навигации?

– Все проходит планомерно: на орбите находятся три спутника «Глонасс-К», разработанных и собранных в рамках проекта импортозамещения, который стартовал в 2014 г.

– Сергей Николаевич, какие преимущества будут у высокоорбитального сегмента? Что планируется в его создании и на каком этапе проходят работы в данный момент?

– В наших планах – запуск шести аппаратов «Глонасс-В» в трех плоскостях. Это позволит получить нужную доступность в городах, а также увеличит на 25% точность навигации в России и Восточном полушарии. Создание аппаратов «Глонасс-В» происходит на базе «Глонасс-К», эти спутники будут транслировать только новые сигналы с кодовым разделением.

Сегодня специалисты Решетневской фирмы работают над разработкой эскизных проектов данного космического комплекса. В следующем году стартует этап разработки рабочей документации, после чего можно будет перейти к созданию первых спутников.

– Какие перспективы в развитии спутников и всей системы ГЛОНАСС вы можете назвать?

– Ко всему вышесказанному хотелось бы добавить тенденции в сокращении стоимости и унификации. Спутники «Глонасс-М» эксплуатируются более двух гарантийных сроков активного использования, в связи с чем последний аппарат данного поколения 7 лет был в резерве на Земле. По этой причине, проектируемые сегодня технические решения должны закрывать потребности пользователей как в 2040 г., так и в будущем. Аппараты IVпоколения, «Глонасс-К2», более сложные и многофункциональные. Их замена при условии выработки ресурса только одной из целевых нагрузок, экономически не рациональна. Поэтому проектирование малого спутника, который можно поместить в одной орбитальной позиции с основным аппаратом IVпоколения, сделает более гибким применение ресурса всего комплекса и минимизирует затраты.

Новые российско-китайские договоренности о совместном использовании станций ГЛОНАСС и Beidou

На прошедшей встрече по стратегическому сотрудничеству с использованием средств спутниковой навигации между двумя странами была подписана важная договоренность, регламентирующая вопрос взаимного расположения в странах-соседках ГЛОНАСС и Beidou.

Как сообщил руководитель Роскосмоса Ю. Борисов, результатом данного договора станет повышение точности, надежности навигационных данных. Отечественные измерительные станции разместятся в трех китайских, а китайские — в трех российских городах.

Помимо этого, представители Роскосмоса выразили надежду, что коллективные программы спутниковой навигации, а также исследования космоса найдут дальнейшие точки для их укрепления и расширения.

Ключевое ПО для «ЭРА-ГЛОНАСС» находится в стадии импортозамещения

 

АО «ГЛОНАСС» занимается вопросами импортозамещения разрабатываемого компанией ПО, используемого при функционировании сервисов «ЭРА-ГЛОНАСС». Данная программа стартовала еще в 2020 г. вместе с появлением дочерней фирмы IconSoft. Именно она является интегратором, разработчиком, а также поставщиком отечественных навигационных технологий. За прошедшее время компании успешно внедрили ряд разработок, включающих вопросы поддержки эксплуатации различных девайсов, мониторинга работы софта, управления бизнес-процессами и много другое. Это позволило сократить сроки запуска новых продуктов (15%), подключения клиентов (10%), оптимизировать затраты по доработке инфосистем (5%).

Еще одна разработка, получившая название «АйконТим», успешно выполняет функции планирования, контроля за проектами. Она результативно замещает импортные таск-менеджеры, обеспечивая подключение госструктур.  Данная разработка прошла этап сертификации и ждет присоединения к реестру отечественного ПО.

Изначально вопросы импортозамещения решались сменой проприетарного ПО и использованием импортных Open Source решений. На второй стадии ставятся задачи формирования своего контура компонентов на открытом коде, способных соответствовать более строгим требованиями в плане безопасности.

Космический комплекс на высокой орбите позволит расширить возможности системы ГЛОНАСС

В настоящее время специалисты работают над расширением возможностей системы ГЛОНАСС. Поможет в этом космический комплекс, расположенный на высокой орбите. С его помощью точность спутниковой навигации будет существенно расширена, что благоприятно скажется на развитии таких отраслей, как геодезическая, транспортная и т.д.

ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Рядовые пользователи уже привыкли к системе ГЛОНАСС и, пользуясь ее возможностями, зачастую даже не подозревают, что их гаджеты используют в работе данные от аппаратов различных систем. Чаще всего это происходит при перекрывании источника сигнала естественным рельефом местности либо в черте современных мегаполисов. Если возможностей одной системы недостаточно, ее всегда готовы дополнить другие.

Данный подход напрямую имеет отношение к навигационной независимости страны. Расширить ее возможности и точность позиционирования поможет новая система спутников. Они будут перемещаться по особым орбитам – геосинхронным наклонным, напоминающим две огромные восьмерки. Высота полета аппаратов составит 36 тыс.км., почти вдвое больше, чем у сегодняшних устройств. Эксперты прогнозируют двукратный рост эффективности по сравнению со  среднеорбинальными спутниками. Вторая особенность – новые аппараты в основном будут пролетать над нашей страной, что позволит оптимизировать финансовые затраты на их обслуживание. Страны, расположенные в зоне полета спутников, смогут получать от них данные на коммерческой основе.

Помимо передачи навигационных сигналов новые устройства будут транслировать специальные поправки, которые позволят повысить точность позиционирования для рядовых пользователей до сантиметров. Какая детализация позволит улучшить качество беспилотного вождения современных транспортных средств, доставлять грузы до двери заказчика и т.д. С радостью воспримут новые возможности и специальные пользователи из таких отраслей, как геодезия, авиация, судоходство и т.д.

ИНВЕСТИЦИИ В БУДУЩЕЕ

Новая система позволит улучшить точность, а также надёжность навигации для России, Арктики, прилегающих стран. Особую актуальность она будет иметь в местах, имеющих проблемы с прямой видимостью навигационных спутников – горные и удаленные районы, зоны плотной городской застройки.

По мнению специалистов, в состав нового космического комплекса войдут 6 спутников, которые расширят и дополнят возможности действующей отечественной системы.

Ожидаемая активизация рынка потребительских устройств, оснащенных поддержкой ГНСС

Согласно прогнозным данным количество используемых потребительских устройств, оснащенных поддержкой ГНСС (расшифровывается как Глобальные Навигационные Спутниковые Системы), на ближайшие пять лет будет прирастать ежегодно почти на 5%. В свою очередь, это создаст предпосылки для устойчивого роста спроса на услуги ГНСС.

В настоящее время все популярнее становятся IoT и носимые девайсы, использующие в работе данные о своем местоположении, что обуславливает популярность LSI-приемников с ГНСС. Для товаров данного класса важна точность позиционирования, а также уровень надежности связи даже в условиях невысокой стабильности. Помимо этого, их мобильность требует уменьшения размеров батарей, тогда как прием сигналов от спутников, а также функции позиционирования являются довольно энергозатратными, в силу чего уменьшается срок работы элементов питания. Решение данной задачи является одним из приоритетных направлений многих технологических компаний, занимающихся усовершенствованием старых и разработкой новых продуктов.

Последние модели смартфонов на Android содержат высокомощные ГНСС-чипы, позволяющие обрабатывать двухчастотные данные по нескольким созвездиям. Для версий ОС старше Android 9 пользователям предоставляется возможность выключения энергосбережения рабочего цикла, что влечет за собой повышения функционирования чипов.

Еще одной важной областью, в которой используются данные устройства, является логистика. Компактные трекеры позволяют отслеживать широкие группы позиций промышленного и даже животного происхождения (посылки, коробки, скот и т.д.). Их функционирование напрямую зависит от успешной реализации вопросов минимизации питания трекеров. Длительность работы батарей значительно увеличивается благодаря применению аппаратных либо встроенных настроек, позволяющих оптимизировать баланс производительности и энергопотребления. Однако на этом пути могут возникнуть определенные сложности, связанные с невозможностью снижения уровня энергопотребления. Впрочем, вариантов интеграции чипов ГНСС в девайсы существует немало, остается лишь выбрать лучшие из них в плане энергоэффективности.

В последние годы распространение Covid-19 вызвало рост новых приложений, работающих с данными от чипов ГНСС. К примеру, существенно возросла востребованность в отслеживании цепочек поставок. На базе функциональной ГНСС были организованы геозоны, позволяющие мониторить и соблюдать правила карантина для заболевших людей. Одно из основных применений – сбор данных касательно местоположения отслеживаемых персон при помощи их смартфонов с целью информирования властей в случае несоблюдения условий самокарантина.

Точность работы ГЛОНАСС возможно увеличить вдвое

 

ЦНИИмаш, занимающийся разработкой ПО для «Роскосмос», планирует вдвое улучшить точность установления координат ГЛОНАСС. Статья с доказательной базой вышла в последнем выпуске издания «Космонавтика и ракетостроение».

Представленные общественности выводы основываются на результатах масштабных экспериментов, датируемых прошлыми тремя годами, в их основу легли сведения со станций наземного типа. Помимо них информация поставлялась иными ведомственными аналитическими центрами.

Полученные результаты позволяют утверждать следующее: расчет поправок сигнала может вестись с использованием всего полутора-двух десятков станций, размещенных в РФ. При этом авторами отмечается тот факт, что применение информации, поступающей из иных гражданских ведомств, а также ее децентрализованная обработка помогут успешно отслеживать недостоверные данные, обеспечив защиту от непредвиденных ситуаций.

Возможно ли отключить Россию от GPS

 

Константин Крейденко, занимающий должность главреда журнала «Вестник ГЛОНАСС», поделился своим мнением по поводу возможности отключения России от GPS. Эксперт считает, что при желании отключение ее от навигационных спутников GPS возможно, но техническая реализация данного шага слишком сложна, не говоря уже о финансовых и репутационных потерях компании.

Это произошло на фоне рекомендаций Росавиации быть готовыми к потенциально возможному отключению системы GPS. Роскосмос также сообщил о намерениях направить в соответствующие инстанции предложения касательно замены абонентского оборудования, эксплуатирующегося авиационной отраслью, с GPS на ГЛОНАСС.

Говоря о технических аспектах вопроса, Крейденко пояснил, почему такая задача является трудновыполнимой. Дело в том, что отключение РФ повлечет одновременное отключение половины всей группировки, которую после пролета России необходимо снова включать и заново тестировать.

Он пояснил, что работа российского ГЛОНАСС основана на 24 спутниках, расположенных на трех орбитах высотой порядка 19 тыс. км. У конкурентов спутников больше, и для точного определения координат и остальных характеристик одновременно потребуется минимум 3 аппарата.

США располагает тремя станциями на экваторе, отвечающими за управление остальными спутниками. Сами аппараты не зафиксированы в какой-то точке над землей, а вращаются вокруг нее со скоростью 2 оборота в сутки. Таким образом, отключить спутники над Россией невозможно, отключение затронет огромную площадь, накрывающую территории сопредельных государств. Такие отключения неизбежно затронут ту же Индию или Японию, что повлечет за собой огромные репутационные риски.

Намного проще реализовать не отключение, а создание помех. Такая тактика применяется при необходимости скрывать перемещение высокопоставленного государственного лица. Аналогичное решение облюбовали и мошенники, проезжающие бесплатно по платным трассам.

Выставить помеху для определенной территории намного проще, также можно использовать способ подмены сигнала. Так как они являются открытыми, то вопрос заключается лишь в поиске необходимого кода, структуры сигнала с последующей простановкой неверных координат.

Для чего автобусам нужен Глонасс

С 2019 г., по истечении сроков проведения предшествующего эксперимента, согласно европротоколу оформление документации, сопутствующей произошедшему ДТП, проводится на основании данных, полученных от ГЛОНАСС. Основное предназначение этой системы –возможность экстренного реагирования в случае совершения ДТП. Еще одним важным моментом является ее полная совместимость с европейской ecall. Оснащение ГЛОНАСС городских и пригородных автобусов началось в 2017 г, в последующие годы ей стали оснащаться все транспортные средства, выпускающиеся в РФ.

Главная задача, стоявшая перед системой – сокращение сроков, необходимых для прибытия на место группам экстренного реагирования при попадании автобуса в аварию либо прочих экстренных ситуациях. Как следствие, это позволило уменьшить уровень травматизма, смертельных исходов на дорогах, а также оптимизировать алгоритмы перевозки пассажиров и грузов.

С начала 2018 г. все новые автомобили в РФ обязательно оснащаются системой «ЭРА ГЛОНАСС». Обязательным данное требование является для транспорта, регулярно перемещающегося через границу, на остальные авто оно не распространяется.

Таким образом, автобусы и маршрутки активно используют в своей работе сервис ГЛОНАСС, позволяющий не только оперативно прибыть на место совершения аварии спасателям или экстренным службам, но и в целом увеличить безопасность передвижения жителей и гостей российских городов.

Решающий фактор ГЛОНАСС

На прошедшем десятом Международном симпозиуме под названием «Метрология времени и пространства» была представлена тема о новом витке развития известной системы ГЛОНАСС. Организатором стал НИИ физико-технических, радиотехнических измерений (РФ). Целью мероприятия стал обмен опытом по метрологическому обеспечению.

На симпозиуме обсуждались вопросы, которые касаются масштабных систем спутниковой навигации, используемых для измерения, четкой и оперативной передачи времени, информации пространственного характера. Всего в мероприятии участвовало 150 человек, представляющих Россию, Германию, а также Индию и Швейцарию. Было прослушано 100 докладов, а два из них были представлены ведущими сотрудниками АО «Информационные спутниковые системы»(«ИСС»).

О космическом комплексе ГЛОНАСС участники узнали от зам. генерального конструктора «ИСС» А.Кузовникова. В ходе доклады были раскрыты темы:

  • состояние группировки на орбите;
  • процесс производства новых систем «ГЛОНАСС-К», «ГЛОНАСС-К2»;
  • имеющиеся возможности по созданию других навигационных спутников.

Также докладчиком был зам. генерального директора организации С. Ревнивых. Он рассказал о разрабатываемых направлениях, которые помогут повысить точность системы, в том числе и про новый бортовой стандарт, обеспечивающий частоту с более высокой стабильностью. Точность системы напрямую будет зависеть от применения нового стандарта и внедрения радиолиний, используемых в межспутниковом пространстве. Вышеперечисленные направления – это важные факторы для обеспечения национальной безопасности РФ, ее социального благополучия, экономического развития.

Главный конструктор С. Корутин подчеркнул – цифровая экономика государства нереальна – без создания максимально четкой модели для пространства и возможностей по передаче точного времени, которые будут обеспечивать синхронизацию процессов. Поэтому основой для перехода к «цифре» в экономике становится ГЛОНАСС.

Россия и КНР стали партнерами в сфере спутниковой навигации

 

В. Путин побывал с деловым визитом в Пекине, где между РФ и КНР было подписано 16 важных межправительственных соглашений. Они укрепят связи между государствами в разных областях. Одним из этих документов стало соглашение о партнерских отношениях в сфере спутниковой навигации. Китайская система Beidou начнет совместную работу с ГЛОНАСС. Сделка была заключена 4.02.2022. Сторонами сделки стали госкорпорация «Роскосмос» и китайское ведомство, которое курирует работу глобальной спутниковой навигации.

При взаимном дополнении обеих крупных систем спутникового мониторинга объектов можно добиться более высокой точности позиционирования и тем самым усовершенствовать качество сервиса. Такой подход также уменьшает риски получения некорректной информации из-за сбоев, вызванных поломками отдельных спутниковых аппаратов. В соглашении есть пункт о необходимости согласования системных шкал времени рос. системы с той, которая действует в КНР. Согласование будет проводиться, отталкиваясь от шкалы UTC, которая используется разными государствами.

В целом в ходе визита рос. президента в Пекин обсуждались различные вопросы, касающиеся сотрудничества между государствами. Обе страны заявили о своей готовности строить тесные партнерские отношения, которые основаны на уважительном отношении и мирном урегулировании разногласий.