В КНР создан достойный аналог GPS и ГЛОНАСС

В КНР полностью завершен процесс установки ключевых компонентов глобальной системы навигации “Бэйдоу”. Такую информацию предоставило известное информагентство, ссылающееся на слова руководителя Управления спутниковыми системами навигации Китая Ж. Чэньци.

Специалист сообщил о завершении процесса настройки ключевых параметров китайской глобальной системы навигации “Бэйдоу”. В прошлом году посредством 7 ракет запустили десять космических аппаратов. Формирование спутниковой системы Бэйдоу-3 на средневысокой околоземной орбите полностью завершилось. Это говорит о том, что процесс установки ключевых компонентов системы навигации “Бэйдоу-3” можно считать завершенным.

Чэньци утверждает, что летом текущего года будут запущены еще 2 космических аппарата. После этого “Бэйдоу” будет считаться полностью сформированной.

Эксперт также рассказал о том, что обслуживание на основе глобальной системы навигации КНР “Бэйдоу” имеет спрос в 120 государствах и регионах планеты.

Во второй декаде последнего месяца прошлого года в КНР с успехом запустили 2 космических аппарата системы. Как отмечал в то время ведущий конструктор “Бэйдоу” Я. Чанфэн, это событие стало свидетельством благополучного завершения процесса вывода всех 24 космических аппаратов сети на среднюю околоземную орбиту и окончания работы по формированию главного спутникового созвездия в пределах данной группировки.

“Бэйдоу” является разрабатываемым КНР глобальным комплексом навигации, который будет считаться достойным аналогом GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия). Как ожидается, в наступившем году “Бэйдоу” будет оказывать обслуживание в области навигации потребителям из всех уголков планеты.

Перспективы развития в 2020: улучшение рабочих показателей GPS

Полковник Д. Клэкстон

Старший по объединению программ координатно-временного и навигационного обеспечения, Центр космических и ракетных систем американских Военно-воздушных сил

Вот уже четыре десятилетия глобальный спутниковый комплекс навигации GPS по праву считается настоящим эталоном в сфере координатно-временного и навигационного обеспечения не только для американских граждан, но и всей планеты. Сегодня эта система настолько прочно вошла в жизнь каждого из нас, что мы это просто перестали замечать. Кроме того, большинство людей на нашей планете считает, что система GPS находится в постоянном доступе, как и, к примеру, электричество либо вода в кране, и это само собой разумеется.

Однако эта доступность системы GPS – результат сложнейшей работы, выполняемой Управлением программы GPS, а также организациями-партнерами. В следующие 1,5-2 года предположительно будут поэтапно улучшаться эксплуатационные характеристики всех элементов обновленной системы GPS III, разрабатываемых в период с 2007-2009 по 2019 гг. Учитывая все корректировки, вносимые в структуру Центра аэрокосмических и ракетных систем (начало использования SMC 2.0), можно утверждать, что программу GPS в очень скором времени ожидают глобальные перемены. Далее разберем самую свежую информацию по всем элементам программы.

 

Сведения о стадиях выполнения программ

  1. GPS III

В части космического компонента обновленной системы GPS были с успехом решены задачи, определенные в 2018 г. Космический аппарат SV01 “Веспуччи” был запущен 23.12.18 г. в интересах каждого, кто имеет непосредственное отношение к GPS. Специалистам, разрабатывавшим систему GPS III, посчастливилось реализовывать данный проект совместно с лидерами рынка. Орбитальная проверка этого спутника закончилась в середине лета прошлого года. Ее итоги стали подтверждением соответствия заявленных изначально показателей действительности. С наступившего года контролировать и управлять космическим аппаратом SV01 будет 14-я воздушная армия американских Военно-воздушных сил, а не SMC. После этого будут проведены летные испытания спутника, а эксплуатировать его начнут в середине весны текущего года.

Космический аппарат SV02 “Магеллан” отправили на орбиту 22.08.19 г. посредством ракеты-носителя Delta IV Medium фирмы United Launch Alliance – новейшей модели ракет-носителей этого типа. Кораблю удалось достичь заданной высоты, проверочные мероприятия на орбите прошли в первые недели осени. Как ожидается, SV02 станет следующим космическим аппаратом, который начнут эксплуатировать в текущем году.

Космические аппараты SV03 и SV04 были приняты у компании Lockheed Martin 16.05.19 г. и 10.09.19 г. Как ожидается, они будут запущены в начале весны и в середине лета этого года соответственно.

Сложности все же есть – эту область деятельности нельзя назвать простой – но специалисты, создающие GPS III, намерены достичь всех поставленных целей: улучшить и оптимизировать самое крупное производство космических аппаратов в Минобороны, с успехом провести пусковые мероприятия, чтобы повысить рабочие показатели и эффективность системы, обеспечить доступ пользователей к “глобальному” гражданскому сигналу L1C.

 

  1. GPS IIIF

Была начата работа над созданием первых 2-х космических аппаратов GPS IIIF, результаты которой, скорее всего, повторят успех проектирования GPS III. Проект по производству космических аппаратов GPS IIIF в течение 12 месяцев рассматривается ответственными органами. Процедура рассмотрения подойдет к концу в начале весны этого года. Так как производитель Lockheed Martin одновременно изготавливает 2 серии космических аппаратов GPS, важно заметить, что GPS IIIF будет выгодно выделяться за счет значительного сокращения продолжительности сборочных, установочных и проверочных мероприятий за счет усовершенствования серийного выпуска на базе производственного опыта GPS III.

Кроме того, на проекте GPS IIIF основывается предложение SMC по стандартизации совместных решений и процедур для разных проектов в целях улучшения качественных характеристик, ускорения поставок и минимизации расходов. С учетом проектов по приобретению 22 космических аппаратов и сроков поставок в течение пятнадцати лет для программы согласовали стратегию по использованию перспективных технологических решений, а также подготовили почву для совместной работы с Исследовательской лабораторией американских Военно-воздушных сил, чтобы вовремя перейти к новейшим решениям, которые соответствуют будущим потребностям американских Вооруженных сил. Особенно заметен прогресс, который был достигнут GPS IIIF, на пути к повышению основных эксплуатационных показателей и следующим запускам. Первый космический аппарат типа GPS IIIF будет доставлен на орбиту ориентировочно через 6 лет.

 

  1. Наземная система управления последней версии GPS OCX

В течение всего 2019 г. применялись компоненты наземной системы управления последней версии OCX Block 0, чтобы гарантировать контроль над системой в процессе пусковых мероприятий и летных испытаний двух кораблей GPS III SV01 и SV02, проходящих сейчас проверки на орбите, которые будут осуществляться до их присоединения к штатной группировке. Кроме того, подошел к концу процесс разработки программы для OCX Block 1, что гарантировало переход программы с этапа разработки на этап интеграции, проверки, а впоследствии и запуска системы. Инвестиции в программу за 2018 и 2019 годы, нацеленные на ее развитие и улучшение процессов производства, являются результативными и делают возможным проведение измерений в режиме онлайн для принятия решений на основе имеющейся информации и оперативного получения программного кода лучшего качества. В итоге, с OCX больше проблем не возникает. Она превращается в масштабную, сложную программную систему, столкновение которой с некоторыми трудностями и рисками неизбежно. Однако на сегодняшний день мы располагаем всеми нужными средствами для того, чтобы гарантировать стабильность ее рабочих характеристик.

 

  1. Поддержание имеющегося намного комплекса управления GPS

Имеющиеся инфраструктурные возможности наземного комплекса управления GPS OCX стабильно развиваются для того, чтобы поддерживать “эталон” системы в сфере координатно-временного и навигационного обеспечения. Это обеспечит бесперебойную работу системы до использования технологического решения следующего поколения. Самое крупное обновление наземного комплекса управления за все время существования GPS, получившее название Версия 7.5, было проведено весьма успешно. Оно предполагает виртуализацию сети, использование двухфакторной аутентификации, бесперебойное взаимодействие с глобально размещенными наземными станциями и улучшение шифрования полетной информации.

Поскольку было важно снизить вероятность появления возможных угроз и повысить уровень безопасности киберпространства, в качестве платформы отслеживания GPS OCX была введена система кибербезопасности Red Dragon (RDCSS), чтобы объединить информацию, анализировать ее и информировать о любых проблемах. Результатом этого стала разработка производительной и действенной системы для выявления, разбора и составления отчетности об инцидентах, имеющих связь с безопасностью.

Помимо этого, в конце лета прошлого года произошло объединение Red Dragon с системой по обеспечению безопасности киберпространства для компаний космической направленности, что обеспечило создание устойчивого многоуровневого комплекса защиты для сохранения функциональности системы GPS.

 

  1. Навигационное потребительское оборудование

Весь 2019 год американские военные испытывали навигационные платы GPS последнего поколения, позволившие оптимально решать задачи, в которых рассчитываются координаты и время. 1-я плата для военного навигационного потребительского оборудования прошла сертификацию в 2019 г. Сегодня применяются основные технологические решения для создания иных разновидностей плат для GPS-приемников, которые используются разными системами вооружения оборонного ведомства. Результаты этой колоссальной работы стали кульминацией практически 20-летней деятельности по обновлению военного навигационного потребительского оборудования. В скором времени будут применяться платформы, способные взаимодействовать с военным сигналом M-Code – бомбардировщик Б-2 Военно-воздушных сил, универсальная бронемашина JLTV Корпуса морской пехоты, эсминец серии “Арти Бёрк” Военно-морских сил, боевая бронемашина Stryker – для проверки данных технологических решений.

В рамках 2-го этапа развития навигационного потребительского оборудования последнего поколения, который находится на стадии выполнения, будет проведена масштабная работа в сфере определения требований для оружия высокой точности, модульного переносимого устройства, плат и элементов со сниженными параметрами массы и габаритов и потребления энергии. С военным навигационным потребительским оборудованием последней версии оборонное ведомство и все категории войск смогут на протяжение длительного времени эффективно и быстро решать задачи навигации.

 

Проекты     

Объединение функционала обновленных решений GPS III в части базовых американских проектов – главная цель Управления проекта GPS, которое предлагает обслуживание координатно-временного и навигационного обеспечения Вооруженным силам Америки и обычным потребителям. Прямо сейчас дорабатываются планы, объединяются текущие проекты и развивается сотрудничество между проектными командами, чтобы гарантировать стабильное совершенствование и непрерывное оказание высококачественного обслуживания.

 

Проект по подготовке к отправке в космос

Специалисты, отвечающие за отправку космических аппаратов в космос, добились результатов колоссального значения в конце 2018 г. Это было выдающееся достижение первопроходцев. Произошел успешный запуск космического аппарата SV01 GPS III, 1-го спутника последней версии. Центр аэрокосмических и ракетных систем вел сотрудничество со SpaceX для доставки в космос спутникового аппарата SV01 посредством ракеты-носителя Falcon 9. Это стало для SpaceX стартовым запуском спутника для обеспечения государственной безопасности. Аппарат отправили в космос под управлением OCX Block 0, первым действующим компонентом инфраструктуры наземного комплекса управления последнего поколения.

Это выдающееся достижение стало реальным благодаря очень тесному взаимодействию, нацеленности на результат и объединению усилий специалистов из разных команд, отвечающих на все моменты – космические аппараты, полезную нагрузку, отправку на орбиту, контроль, отслеживание сигналов, закупки, использование, контрольные проверки и проч. Сейчас полетом спутника SV01 стала управлять команда подготовки к использованию, однако это не говорит о том, что у команды подготовки к отправке на орбиту теперь мало забот.

В конце лета объединение усилий команд, отвечающих на программу полетов, подготовку к отправке в космос и работе на орбите, сделало возможной доставку на орбиту корабля SV02 с максимальной точностью, и сейчас команда подготовки к отправке в космос вносит корректировки в процесс с учетом имеющегося опыта, так как вскоре, уже в наступившем году, будут запущены еще 3 аппарата. Помимо этого, ведется серьезная работа по созданию программы отправки на орбиту космического корабля GPS IIIF.

 

Проект по подготовке к использованию

Так как 2 аппарата GPS III уже отправлены в космос, настал подходящий момент для реализации проекта по интеграции, который был создан и утвержден в рамках программы модернизации GPS III в 2018 г. К сегодняшнему дню подошел к концу процесс обновления действующего наземного комплекса управления, что обеспечивает управление 1-м кораблем GPS III. Как ожидается, его летные проверки закончатся в первые месяцы текущего года, а введен в работу он будет в середине этой весны. Все участвующие в процессе команды и фирмы выразили свою готовность, и, поскольку обновление действующего наземного комплекса управления подошло к концу, наступило подходящее время для полноценного использования этих аппаратов и демонстрации их расширенных возможностей пользователям. Предполагается, что за несколько месяцев данные возможности пройдут проверку в реальных условиях и будут подготовлены к эксплуатации.

 

Проект по задействованию в работе военного сигнала M-Code

Так как обновление действующего наземного комплекса управления подошло к концу, полноценное использование сигнала M-Code сейчас определяется вводом в действие системы ранней эксплуатации военного сигнала M-Code GPS в наземном комплексе управления, внедрением на глобально размещенных станциях оборудования обслуживания сигналов, типом программы целевого планирования, созданием военного навигационного пользовательского оборудования 1-го этапа, объединением военных платформ и операционализацией наземного пользовательского оборудования для космической эксплуатации. Финальная цель – улучшение способности Объединенного центра космических операций выдавать реакцию на внезапно появляющиеся и склонные к переменам потребности военных пользователей, которые сталкиваются с серьезными врагами. Мы работаем над сохранением совместной работы с представителями Стратегического командования, Космического командования и теми, кто пользуется системой GPS в Вооруженных силах Америки и иных странах.

 

Подведение итогов

Участвовать в реализации проектных решений GPS сегодня – почетно и увлекательно. Власти и исполнители приложили неимоверные усилия для того, чтобы создать условия для объединения и сотрудничества для результативного и стабильного координатно-временного и навигационного обеспечения военных и гражданских потребителей, используя возможности решений GPS III. Мы можем наслаждаться уникальными возможностями современного мира во многом благодаря GPS.

Жизнь без GPS. Ужасы Америки.

Жизнь без GPS. Ужасы Америки.
Несколько месяцев назад для Министерства торговли США научно-исследовательский институт RTI International разработал доклад о пользе, которую приносит глобальная система позиционирования «GPS». В данном докладе также был исследован вопрос о том, как повлияет отключение GPS на сельское хозяйство в течение 1 месяца во время посевных работ. Были тщательно просчитаны все убытки и оказалось, что удар будет нанесен не только по сельскому хозяйству, но и по всем секторам экономики. Всего лишь за 1 месяц без GPS промышленность в Америке не получит почти 45 млрд долларов! Даже если отключить глобальную систему в другое время, потеря для бюджета окажется чуть меньше, около 35 млрд. долларов.
Читать далее Жизнь без GPS. Ужасы Америки.

Проблемы в работе GPS в аэропорту Израиля

Проблемы в работе GPS в аэропорту Израиля
Израильской службой по управлению аэропортами было размещено заявление об участившихся случаях в перерывах работы GPS в последние летние месяцы. Об этом сообщает газета Haaretz.

Властями Израиля была подтверждена информация, поступившая от Международной ассоциации пилотов авиалиний «IFALPA», о том, что в воздушном пространстве возле главного аэропорта страны Бен-Гурион авиалайнеры полностью теряли сигналы GPS. Вследствие чего данной организацией были предупреждены все пилоты о возможных опасностях, связанных с этим.

В свою очередь управление аэропортов сообщило о принятие всех мер, призванных обеспечить безопасные условия для пилотов в районе аэропорта. В последствии было заявлено, что все системы навигации работают без сбоев, в штатном режиме.

По сообщениям от своих источников газета Haaretz написала, что сбои в работе GPS происходят только в дневные часы, а для безопасной посадки авиалайнеров существуют и альтернативные системы навигации. Другим источником газеты отмечалось, что сообщение израильских властей как раз и служит призывом, чтобы пилоты переключились на альтернативную систему.

Проблемы в работе GPS в аэропорту Израиля
Управление аэропортов уведомило, что причина проблемы пока не выявлена. По данным одного из представителей профсоюза пилотов получена информация о сбое в работе GPS в Средиземноморье, особенно в восточной его части.

Осенью 2018 г. о подобных проблемах с GPS сообщали власти Норвегии. Похожие проблемы возникали у натовских лётчиков во время учений возле границ РФ. По их мнению, это было связано с активацией действий российских вооруженных сил в Арктике. На что пресс-секретарём президента России Дмитрием Песковым был дан ответ об отсутствии информации по данному вопросу.
Российские эксперты отвергают такие предположения и обвинения в адрес наших военных. По их мнению, причина проблем на учениях со связью кроется в плохо скоординированных действиях во время натовских манёвров и плохой работе радиоэлектронных средств, которая была не согласованна и привела к сбоям и помехам.

Принципы навигации

Ключевые составляющие спутникового комплекса навигации

Космическая составляющая

Космическая сфера, включающая спутниковые аппараты навигации, является комплексом источников сигналов радионавигации, которые отправляют в одно время огромное количество служебных данных. Ключевые функции каждого спутникового аппарата – создание и отправка радиосигналов, требуемых для потребительских навигационных определений и отслеживания работы бортовых спутниковых устройств.

Наземная составляющая

Наземная составляющая содержит космодром, командно-измерительный пункт и управляющий отдел. Космодром используется для доставки спутниковых единиц на нужные высоты при изначальном обустройстве комплекса навигации, а также время от времени он позволяет восполнять космические аппараты после их повреждения либо изнашивания. Ключевую инфраструктуру космодрома составляют техническая позиция и система запуска. Первый объект позволяет принимать, хранить, собирать ракеты-носители и спутниковые аппараты, испытывать их, заправлять и состыковывать. Второй объект позволяет доставлять носитель со спутниковым аппаратом навигации в точку отправления, устанавливать на систему запуска, проходить тесты перед запуском, заправлять носитель, наводить и запускать.

Командно-измерительная система позволяет снабжать спутниковые аппараты навигации служебными данными, требуемыми для организации сеансов навигации, контролировать и управлять ими как спутниками.

Управляющий комплекс, имеющий связь посредством радиолиний информации и управления с космодромом и командно-измерительной системой, способствует координации работы всех составляющих спутникового комплекса навигации.

Пользовательская составляющая

Пользовательская составляющая включает потребительское оборудование. Оно принимает сигналы от космической кораблей навигации, измеряет показатели навигации и обрабатывает полученные значения. Для того, чтобы решать задачи навигации, в потребительском оборудовании имеется особое вмонтированное устройство. Обилие видов имеющегося потребительского оборудования покрывает нужды наземных, морских, авиационных, космических (не дальше ближнего космического пространства) пользователей.

Функционирование комплекса навигации

Новейшая спутниковая навигация базируется на следовании теории дальномерных измерений без запросов между спутниковыми аппаратами навигации и пользователем. Это свидетельствует о том, что пользователь получает вместе с навигационным сигналом сведения о местонахождении космических аппаратов. В это же время измеряются расстояния до навигационных спутниковых аппаратов. Метод измерения этих расстояний базируется на расчете временных задержек поступающего сигнала от спутникового аппарата по сравнению с оригиналом, который генерируется потребительским оборудованием.

На рисунке изображен график расчета местонахождения пользователя с координатами x, y, z на базе расчета расстояний до 4-х навигационных спутниковых аппаратов. Разноцветными жирными линиями выделены окружности, в середине которых разместились спутниковые аппараты. Радиусы окружностей можно соотнести с реальными расстояниями, то есть фактическими расстояниями между спутниковыми аппаратами и пользователями. Разноцветные неяркие линии – это окружности с радиусами, которые можно соотнести с рассчитанными расстояниями, отличающимися от реальных и называемыми по этой причине псевдодальностями. Отличие реальной дальности от псевдодальности – значение, представляющее собой произведение скорости света на уход часов b, то есть значение смещения часов пользователя относительно системного времени. На картинке отображена ситуация, когда уход потребительских часов превышает “0” – т. е. потребительские часы идут с опережением времени системы, вследствие чего рассчитанные псевдодальности уступают реальным дальностям.

В идеале, когда расчеты выполняются верно и значения спутниковых и потребительских часов ничем не отличаются, чтобы выяснить пространственное местоположение пользователя, требуется лишь рассчитать до 3-х спутниковых аппаратов навигации.

По факту значения, которые показывают часы, входящие в состав потребительского оборудования навигации, не совпадают с показаниями бортовых часов навигационных спутниковых аппаратов. В этой ситуации для решения задачи навигации к неизвестным до этого значениям (3 потребительских координаты) нужно добавить дополнительный – смещение между потребительскими часами и временем системы. Следовательно, в общей ситуации, чтобы решить задачу навигации, пользователь должен “отслеживать” по меньшей мере четыре спутниковых аппарата навигации.

Системы координат

Для нормального функционирования спутниковых комплексов навигации нужны сведения о характеристиках вращения нашей планеты, ключевые лунные и планетарные эфемериды, информация о земном гравитационном поле, об атмосферных разновидностях, сверхточные сведения о действующих координатных и временных системах.

Геоцентрическими системами координат называются системы координат, точка отсчета которых располагается в центре масс нашей планеты. Их другое название – общеземные либо глобальные.

Для создания и обслуживания общеземных систем координат применяются 4 главных способа космической геодезии:

  • радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ);
  • лазерная локация космических кораблей;
  • доплеровские системы измерения;
  • навигационные измерения космических кораблей ГЛОНАСС и прочих глобальных спутниковых комплексов навигации.

Международная земная система координат ITRF – это идеальная модель земной системы координат.

В новейших спутниковых комплексах навигации применяются разные, в большинстве случаев отечественные, системы координат.

Временные системы

Исходя из вида задачи, которую нужно решить, применяются 2 разновидности систем времени: астрономические и атомные.

Системы астрономического времени зависят от суточного вращения нашей планеты. Идеальной моделью для создания шкал астрономического времени являются солнечные либо звездные сутки. Это зависит от местоположения точки на небе, по которой измеряется время.

Всемирное время UT – среднее солнечное время на меридиане Гринвича.

Всемирное координированное время UTC – имеет синхронизацию с атомным временем и считается стандартным во всех странах, по которому сверяется национальное время.

Атомное время – время, измеряемое с помощью электромагнитных колебаний, исходящих от атомов либо молекул во время их изменения своего энергетического состояния. В 1967 г. на Генеральной конференции мер и весов было выяснено, что атомная секунда выступает в роли перехода между  самыми тонкими уровнями F=4, M=0 и F=3, M=0 главного состояния 2S1/2 атома цезия-133, на который не влияют внешние поля, и что частоте данного перехода соответствует величина 9 192 631 770 Гц.

Спутниковый комплекс радионавигации выступает пространственно-временной системой, действует в зоне, покрывающей все пространство около Земли, и использует свое время системы. Ключевое значение в глобальных спутниковых комплексах навигации имеет вопрос синхронизации подсистем по времени. Синхронизация по времени имеет большое значение и для сохранения определенного порядка передачи сигналов всех спутниковых аппаратов навигации. Она позволяет применять пассивные дальномерные (псевдодальномерные) измерительные способы. Наземный командно-измерительный комплекс позволяет синхронизировать временные шкалы всех космических кораблей навигации способом их проверки и изменения (непосредственного и алгоритмического).

Радиосигналы навигации

Выбирая разновидности и показатели сигналов, которые применяются в спутниковых комплексах радионавигации, требуется принимать к сведению множество правил и условностей. От сигналов требуются гарантии получения высокоточных измерений времени поступления (задержки) сигнала и его доплеровской частоты, а также повышенной вероятности верной расшифровки навигационных данных. Еще сигналы должны обладать пониженным уровнем взаимной корреляции, чтобы сигналы различных навигационных спутников без труда различались навигационным потребительским оборудованием. Помимо этого, сигналы глобальных спутниковых комплексов навигации должны с наибольшей эффективностью пользоваться выделенной частотной полосой при низком уровне излучения вне полосы, отличаться значительной устойчивостью к помехам.

Практически все действующие спутниковые комплексы навигации, кроме комплекса NAVIC из Индии, применяют для отправки сигналов диапазона L. Этот индийский комплекс будет отправлять сигналы еще и в S-диапазоне.

Типы модуляции

С усовершенствованием спутниковых комплексов навигации подвергались изменению применяемые типы модуляции радиосигналов.

Во многих системах навигации сперва применялись только сигналы с бинарной (2-хпозиционной) фазовой модуляцией – ФМ-2. Сегодня в спутниковых комплексах навигации происходит переход к иному модуляционному типу, называющемуся BOC-сигналами.

BOC-сигналы отличаются от сигналов с ФМ-2 главным образом тем, что символ моделирующей ПСП BOC-сигнала является не видеоимпульсом в форме прямоугольника, а участком меандрового колебания, который включает в себя заданное неизменное количество периодов k. По этой причине сигналы с BOC-модуляцией зачастую носят название “меандровые шумоподобные сигналы”.

Применение сигналов с BOC-модуляцией способствует повышению потенциальных точностных характеристик измерения и разрешающего показателя по задержке. В это же время сокращается уровень взаимных помех при одновременной работе систем навигации, применяющих классические и обновленные сигналы.

Навигационная информация

Все спутниковые аппараты получают от наземных управляющих станций навигационные данные, передаваемые обратно потребителям в составе навигационного сообщения. Навигационные сообщения включают в себя различные данные, нужные для определения координат потребителя и синхронизации его временной шкалы со стандартом, использующимся в стране.

Виды сведений навигационного сообщения:

  • эфемеридные данные, требуемые для определения координат спутникового аппарата с приемлемыми точностными характеристиками;
  • погрешность расхождения временной шкалы на борту с системной временной шкалой для того, чтобы учитывать временные смещения космического корабля при измерениях навигации;
  • различия между временной шкалой системы навигации и национальной временной шкалой, требуемые для того, чтобы решить задачи синхронизации пользователей;
  • признаки пригодности со сведениями о состоянии спутникового аппарата для быстрого исключения космических аппаратов с обнаруженными отказами из навигационного решения;
  • комплекс данных об орбитах и состоянии каждого корабля в группе для долговременного детального прогнозирования перемещений космических кораблей и составления планов измерений;
  • характеристики модели ионосферы, которые нужны одночастотным устройствам приема для того, чтобы компенсировать неточности навигационных измерений, вызванных замедлением перемещения сигналов в ионосфере;
  • характеристики вращения нашей планеты для точности обнаружения потребительского местонахождения во всех системах координат.

Обновление признаков пригодности происходит через пару сек. при выявлении отказа. Эфемеридные и временные характеристики обычно обновляются каждые 30 мин. или реже. Кроме того, срок обновления для различных комплексов индивидуален и может составлять 4 ч., а вот обновление альманаха происходит только раз в 24 часа или реже.

По типу содержащихся сведений навигационное сообщение бывает оперативным и неоперативным и отправляется в форме потока цифровой информации. Поначалу в каждом спутниковом комплексе навигации применялась структура типа “суперкадр/кадр/строка/слово”. При такой структуре поток цифровых данных представляет собой последовательность сменяющих друг друга суперкадров, в составе суперкадра — ряд кадров, в составе кадра – ряд строк.

Согласно структуре “суперкадр/кадр/строка/слово” создавались сигналы комплексов БЭЙДОУ, ГАЛИЛЕО (за исключением E6), GPS (LNAV информация, L1), сигналы российского глобального спутникового комплекса навигации с разделением по частотам. Исходя из типа комплекса размеры суперкадров, кадров и строк имеют различия, а вот метод формирования не меняется.

Сегодня почти во всех сигналах применяется гибкая структура строки. В такой структуре навигационное сообщение создается в форме непостоянной последовательности строк разных видов. Каждая разновидность строки обладает собственной индивидуальной структурой и имеет в составе заданный тип данных (об этом рассказывалось выше). Навигационная потребительская аппаратура находит в потоке следующую строку, выявляет ее разновидность и на основании этого собирает данные, имеющиеся в данной строке.

Гибкая структура строки навигационного сообщения помогает гораздо продуктивнее работать с пропускной способностью канала отправки информации. Однако основное преимущество навигационного сообщения с гибкой структурой строки – это возможность ее эволюционного обновления при следовании условию обратной совместимости. Для этих целей в интерфейсно-контрольном документе для создателей навигационной пользовательской аппаратуры отдельно обозначается, что, если потребительское оборудование навигации в навигационном сообщении обнаруживает нетипичные строки, оно будет их просто пропускать. Это предоставляет возможность добавления во время обновления глобального спутникового комплекса навигации к до этого известным типам строк строки современных типов. Навигационная пользовательская аппаратура старого образца пропускает строки с современными типами и, как следствие, не применяет новшества, вводимые во время обновления комплекса навигации, однако при этом ее рабочие показатели остаются прежними.

Сообщения сигналов отечественной системы навигации с разделением по кодам обладают строковой структурой.

Что может привести к ухудшению точностных характеристик

На точностные характеристики определения пользователем собственного местонахождения, скоростных показателей движения и времени оказывают влияние огромное количество факторов, подразделяющихся на:

  • погрешности системы, которые вносятся оборудованием космического комплекса. Погрешности, которые имеют связь с работой спутникового оборудования на борту и наземного управляющего комплекса глобальной спутниковой системы навигации, возникают чаще всего из-за ошибок частотно-временного и эфемеридного обеспечения;
  • неточности, которые возникают на пути следования сигнала от корабля на орбите до пользователя. Погрешности возникают из-за отличия скоростных характеристик следования радиосигналов в земной атмосфере от скоростных характеристик их следования в безвоздушном пространстве, из-за того, что скорость зависит от физических параметров разных атмосферных слоев;
  • погрешности, которые возникают в потребительских устройствах. Погрешности устройств делятся на систематическую погрешность замедления сигнала оборудования в пользовательском оборудовании и флуктуационные погрешности, вызванные шумовыми эффектами и движением пользователя.

Помимо этого, на точностные характеристики навигационно-временного определения оказывает огромное влияние то, как располагаются по отношению друг к другу спутниковые аппараты навигации и пользователь.

Количественным показателем погрешности определения координат и поправки значений, отображаемых часами, которая связана с нюансами расположения спутникового аппарата и пользователя в пространстве, является т. н. геометрический фактор (коэффициент геометрии). В материалах на английском языке фигурирует обозначение GDOP.

Коэффициент геометрии говорит о том, во сколько раз уменьшились точностные показатели измерений, и определяется такими величинами, как:

  • геометрический фактор точностных характеристик расчета координат пользователя навигационной системы в пространстве. Обозначение в англоязычных материалах – PDOP;
  • геометрический фактор точностных характеристик расчета координат пользователя навигационной системы в горизонтальной плоскости. Обозначение в англоязычных материалах – HDOP;
  • геометрический фактор точностных характеристик расчета координат пользователя навигационной системы в вертикальной плоскости. Обозначение в англоязычных материалах – VDOP;
  • геометрический фактор точностных характеристик расчета поправки показаний часов пользователя навигационной системы. Обозначение в англоязычных материалах – TDOP.

Как повысить точностные характеристики навигационного обеспечения

Действующие сегодня глобальные спутниковые комплексы навигации GPS и ГЛОНАСС обеспечивают удовлетворение потребности в навигационном обслуживании множества пользователей. Однако сейчас остаются нерешенными несколько задач, требующих высокоточного навигационного обеспечения. Среди них – взлет, подготовка к посадке, приземление летательных аппаратов, вождение судов вблизи берега, навигация вертолетов и автотранспорта и проч.

Стандартный способ повышения точностных характеристик навигации – применение дифференциального (относительного) режима определений.

Относительный режим предусматривает применение 1 либо нескольких основных устройств приема, расположенных в местах с определенными координатами, которые в одно время с устройством приема пользователя (нестационарным) принимают сигналы одних и тех же спутниковых аппаратов.

Повышение точностных характеристик навигационных определений происходит благодаря тому, что погрешности измерения навигационных показателей основного и пользовательского устройств приема не коррелируются. При определении разности рассчитываемых показателей происходит компенсация большинства этих погрешностей.

Относительный метод основывается на знании местоположения точки опоры – контрольно-корректирующего пункта либо комплекса опорных пунктов, относительно которых могут быть определены поправки к расчету псевдодальностей до спутниковых аппаратов навигации. Если данные поправки будут учтены в пользовательском оборудовании, точностные характеристики определения, в том числе, местоположения можно повысить во много раз.

Чтобы использовать относительный режим на больших территориях – к примеру, в РФ, Евросоюзе, Америке – корректирующие дифференциальные поправки отправляются с применением геостационарных спутниковых аппаратов. Системы, которые реализуют этот подход, называются широкозонными дифференциальными системами.

Все подробности о системах функциональных дополнений глобального спутникового комплекса навигации, предоставляющих пользователям расширенные корректирующие данные, можно найти во вкладке “Функциональные дополнения”.

Америка усовершенствует комплекс ускоренного контроля GPS

Изготовители инновационного комплекса ускоренного контроля GPS (которая по функционалу ничем не отличается от отечественной контролирующей и управляющей подсистемы ГЛОНАСС), называющейся GPS OCX, закончили итоговое квалификационное испытание усовершенствованных устройств приема для контрольных станций, подготовленных к внедрению, которое запланировано на август.

Организация Raytheon, разработавшая систему, заявляет, что GPS OCX представляет собой усовершенствованный элемент наземного мониторинга, который при содействии американских ВВС призван обновить весь комплекс GPS.

Д. Уахграс, глава отдела организации Raytheon, создавшей комплекс, по разведке, информационному обеспечению и сервисным средствам, сообщает, что:

улучшенные устройства приема позволяют комплексу принимать и расшифровывать все военные и гражданские сигналы GPS III. Это одна из ключевых функций, которой действующая сегодня система не обладает. Монтаж устройств приема для контрольных станций осуществляется без задержек и должен закончиться, в соответствии с контрактом, летом 2021 г.

Улучшенные устройства приема созданы для измерения и мониторинга военных и гражданских сигналов, отправляемых действующими спутниками, а также сигналов, отправляемых инновационным комплексом GPS III.

Эти устройства приема будут, кроме того, обеспечивать формирование коррекционных моделей на главной управляющей станции, предоставляя датчикам спутников данные, требуемые для осуществления основной коррекции. Это поможет достичь наибольшей точности.

Научные сотрудники России: временной отсчет в системе GPS будет обнулен

Представители ВНИИФТРИ, хранилища стандарта времени России, в интервью агентству РИА Новости рассказали, что запланированное обнуление временного отсчета в системе GPS США не будет касаться клиентов, для которых от этого зависит стабильность и качество работы, и владельцев высокотехнологичных средств навигации.

В ночь с 6 на 7 апреля текущего года произойдет обнуление временного отсчета GPS. В системе задействовано учетное оборудование, способное произвести отслеживание максимум 1024 недель (примерно 19,5 лет). Последний отсчет был начат в конце лета 1999 г. Из-за сброса отсчета на устаревшей навигационной аппаратуре будет отображаться неверная дата, так как номер недели фиксируется средствами навигации в составе сообщения от спутника.

Следующее подобное обнуление времени запланировано на 20.11.2038 г.

Работники института сообщили, что новые модели устройств приема всех глобальных навигационных спутниковых систем обычно по умолчанию оборудованы комплексом программ с автоматическим устройством обновления информации при получении сигнала. Клиенты, чья профессиональная деятельность связана с постоянным отслеживанием точных данных сигналов международных навигационных спутниковых комплексов и синхронизацией по времени, вовремя выполняют обновление технических устройств и заблаговременно принимают к сведению все показатели работы своего оборудования.

Ученые отметили, что трудности с приемом неверного времени могут наблюдаться у крайне устаревшего оборудования, которое уже практически не используется.

Точку зрения научных сотрудников полностью разделяет гендиректор навигационного холдинга России “СпейсТим” А. Смятских. Он полагает, что сбои настроек GPS не должны каким-либо образом повлиять на функционирование инновационных средств навигации, изготовленных в России.

Смятских утверждает, что пользователи навигационных устройств приема ГЛОНАСС/GPS либо самого инновационного мультисистемного приемного оборудования, которые получают информацию от систем GPS, ГЛОНАСС, европейской Galileo, китайской BeiDou, не столкнуться с какими-либо трудностями. Они также будут получать точные и регулярные координаты навигации.

Совсем недавно управление по связям с общественностью 50-го крыла базы ВВС США Шривер ввиду грядущих перемен посоветовало всем, кто пользуется GPS, передавать информацию в навигационный центр береговой охраны, если возникнут какие-либо сбои. В свою очередь пилоты гражданской авиации в случае проблем в функционировании GPS будут передавать информацию в Федеральное авиационное управление, а военнослужащие – в Операционный центр системы.

Отдел внутренней безопасности Соединенных Штатов, кроме того, разместил на своих ресурсах меморандум, где сделал предупреждение всем лицам, пользующимся GPS, о риске возникновения сбоев в функционировании аппаратуры последних моделей.

Комментарии кремлевского коменданта относительно сбоев GPS-навигации в столице

Кремлевский комендант С. Хлебников утверждает, что компромисс со службами такси в вопросах определения геолокации вблизи Кремлевских стен недостижим. Он связывает это с мерами антитеррористической безопасности.

В Москве неоднократно случались массовые проблемы в работе GPS-навигаторов. Например, в 2016 г. при подъезде к Кремлевскому Ансамблю навигатор фиксировал местонахождение его владельца около аэропорта Внуково. В конце 2017 г. от многих людей поступала информация, что при пребывании в разных районах Москвы их геолокация фиксировались в окрестностях аэропорта Шереметьево. В то время пресс-секретарь президента России Д. Песков в одном из интервью заявил, что он не знает, связаны ли эти сбои с кремлевскими “глушилками”, и порекомендовал обратиться с данным вопросом в Федеральную службу охраны.

В самом начале прошлого года в столице снова произошел сбой в работе GPS, в связи с чем службы такси, множество транспортных компаний и обычных пользователей столкнулись с определенными трудностями.

Хлебников на вопрос о возможности решения проблемы с представителями служб такси относительно определения геолокации вблизи Кремлевских стен ответил, что, по его мнению, компромисса добиться не получится. Об этом свидетельствует неудачный опыт других стран, например, Великобритании. На аэродромах этой страны ситуация была особенно удручающей.

Московский Кремль является исторической частью столицы, одним из самых красивых архитектурных сооружений мира. Здесь располагается официальная резиденция российского президента, а также палаты, соборы и церкви.

Что думает создатель GPS?

Около 4 десятилетий назад, во время подготовки Б. Паркинсоном и его коллегами пилотных спецификаций для системы GPS, инженер создал несколько эскизов, отображающих его видение того, как это технологическое решение может использоваться через много лет. На одном таком эскизе, выполненном на обычном бумажном листе, инженер в 1978 году описал, как технологию можно будет применять в качестве автомобильной навигации. Второй эскиз отображал схему применения данной технологии в сельскохозяйственной отрасли. Этих набросков было несколько. Но остался один способ использования системы, который Паркинсон не описал. И вот сегодня множество разных организаций в любой точке земного шара применяет технологию GPS для тайного наблюдения за миллионами пользователей смартфонов.

В разговоре с представителями журнала Forbes после вручения королевской премии в сфере инженерии как главному изобретателю системы GPS Паркинсон заявил, что вариант использования технологии для наблюдения за людьми через смартфоны он не поддерживает. При этом он имеет в виду не то, законны эти действия или нет, а то, что безостановочное наблюдение за кем-либо само по себе не является хорошим делом.

Множество организаций во всем мире применяют технологию GPS для тайного наблюдения за нашим местоположением через смартфоны. К примеру, результаты недавней журналистской проверки издания New York Times показали, что по меньшей мере 75 организаций, функционирующих на американской территории, тайно собирают сведения о местоположении почти 200 млн. пользователей смартфонов посредством мобильных сервисов. Также стало известно, что отдельные сервисы могут передавать данные о местонахождении пользователей с точностью до метров тысячи раз за сутки.

Законченное в начале текущего года независимое журналистское расследование сайта Motherboard продемонстрировало, что для обнаружения посредством смартфонов потенциальных преступников поручительские организации даже приобретают информацию о пользователях у региональных сотовых операторов AT&T, T-Mobile Sprint.

В конце 70-х гг. изобретатель GPS принимал непосредственное участие в создании и тестировании комплекса глобального позиционирования, нашедшего в наше время широчайшее применение, из-за чего его часто называют “отцом GPS”.

Технология, созданная при участии трех других инженеров Д. Спилкера, Х. Фрухауфа и Р. Шварца, использует 6 из 24 искусственных спутников, синхронизирующихся с наземными наблюдательными объектами и устройствами приема. Наблюдательные объекты нужны для выявления и наблюдения за характеристиками орбит, расчета баллистических показателей, регулирования отклонения от маршрута движения и настройки оборудования внутри космических аппаратов. Устройство, принимающее сигнал, рассчитывает задержку перемещения сигнала от спутника до приемника. Из принятого сигнала данное устройство получает информацию о местоположении спутника. Чтобы рассчитать расстояние от спутника до принимающего устройства, нужно величину задержки сигнала умножить на скорость света. Для успешного функционирования системы GPS нужна информация по меньшей мере с четырех спутников. Сигналы от них дают возможность принять информацию о широте и долготе, 4-й спутник поставляет сведения о высоте объекта над поверхностью. Имеющиеся величины можно записать в систему уравнений, из которых потом определить координаты местонахождения пользователя с точностью до 2 м.

Несомненно, технология GPS сначала создавалась для военных целей. С ее помощью можно было точно задавать направление баллистических ракетных установок, устанавливать на летательные аппараты навигационное оборудование высокой точности, узнавать точное местоположение своих солдат и солдат неприятеля для изменения направления артиллерийских орудий. Но в скором времени данная технология стала применяться и для гражданских целей.

Например, управляющие проходившей в текущем месяце церемонией вручения королевской премии в сфере инженерии рассказали, что система GPS дала возможность упростить миссии по гуманитарной помощи в разных зонах конфликта. GPS стало незаменимым помощником в точном земледелии и выдает пользователям точный маршрут перемещения между двумя заданными пунктами без применения классических карт.

Как выяснилось, последнее упомянутое преимущество технологии GPS и вызывает больше всего опасений у ее изобретателя. В своем выступлении на церемонии вручения королевской премии Паркинсон заметил, что комплекс глобального позиционирования пострадал от своего же успеха. Это он объяснил тем, что люди совсем перестали использовать классические карты, а также тем, что разные неполадки в системе могут стать причиной настоящих катастроф.

Создатель технологии GPS рассказал, что область использования этой системы за последние почти полвека расширилась многократно, и зачастую методы ее применения вызывали удивление даже у ее разработчиков. Кроме содействия в отслеживании движения автомобильного, водного, воздушного транспорта, эта технология еще активно применяется в экономической сфере, что не может не беспокоить Паркинсона.

Изобретатель советует для гарантий секретности приобретать небольшие устройства, которые могут обеспечить защиту вашей личной жизни от любопытного начальства, а также заблокировать все другие системы GPS.

Мнение Паркинсона полностью разделил Д. Браун, в прошлом исполнительный директор организации BP и один из членов комиссии королевской премии в сфере инженерии. Он заявил, что изобретение большей части самых важных для развития человечества технологий всегда, независимо от года изобретения, демонстрировало крайне неожиданные результаты.

В своем интервью журналу Forbes Браун рассказал, что одним из таких результатов выступает отсутствие секретности частной жизни.

Паркинсон все же осознает и даже в определенной мере выражает согласие с тем, почему организации стараются оправдать применение технологических решений отслеживания местонахождения людей – это сильно упростит процесс предоставления людям “более релевантной” рекламы. Изобретателя возмущает лишь то, что мнением самих людей относительно этого обычно никто не интересуется.

Паркинсон утверждает, что компании перед применением технологических решений отслеживания местонахождения людей должны обязательно спрашивать их разрешения.

Изобретатель вспоминает, что в 1978 г. он разработал 8 эскизов, отображающих его представление об эксплуатации новой технологии. К примеру, один из них описывал технологическое решение, которое могло бы найти применение в самоуправляемом автотранспорте. Паркинсон имел несколько ясных идей и знал, как их реализовать. Он сожалеет, что в будущем его изобретение начали использовать совсем не в тех областях, которые он себе представлял.

Преимущества ГЛОНАСС заставили Пентагон волноваться

Россия снова заставила Пентагон волноваться. На этот раз поводом послужила российская навигационная система ГЛОНАСС, которая отлично защищена от любых воздействий. Именно это и заставляет власти США нервничать. К слову, американская GPS проигрывает ГЛОНАСС по ряду пунктов.

Во-первых, GPS достаточно часто «глючит» и теряет сигнал. За 1 месяц в США более 40 самолетов теряли сигнал во время неблагоприятных погодных условий. Власти США понимают серьезность ситуации, поэтому обдумывают варианты резервной системы. По подсчетам это обойдется налогоплательщикам в 200 млн долларов.

Во-вторых, ГЛОНАСС использует спутники нового поколения, а разработка системы началась в советское время и продолжается до сих пор, поэтому оборудование является надежным и современным. Военный эксперт Игорь Коротченко отмечает еще один плюс — у российской спутниковой системы достаточно резервных аппаратов на орбите на случай оперативной замены неисправным.

В-третьих, ГЛОНАСС и GPS имеют как минимум по 24 одновременно работающих спутника на орбите. Но принцип их работы различается, в чем и кроется преимущество российской разработки. Отечественные спутники расположены асинхронно, что дает возможность получать более точные данные со всего мира. GPS этим похвастаться не может.

В-четвертых, системы отличаются способом кодирования сигнала. ГЛОНАСС является безопасной и надежной, используя защищенную выделенную линию. GPS — разработка военных США, поэтому она более простая и экономичная, что сказывается на безопасности.

Стоит отметить, что в случае непредвиденной политической ситуации Пентагон может просто выключить GPS или сделать все сигналы ошибочными, поэтому ГЛОНАСС — система, за которой будущее.