Совмещенные приемные модули систем ГЛОНАСС/GPS производства КБ «ГеоСтар Навигация»
Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) - комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), параметров движения (скорости, направления движения и т. д.) и временной синхронизации для наземных, водных и воздушных объектов.
История развития глобальных навигационных спутниковых систем
В настоящее время в эксплуатации находятся две ГНСС: американская NAVSTAR (GPS) и российская система ГЛОНАСС. Объем статьи не позволяет подробно рассмотреть принципы работы этих систем, однако эти вопросы были неоднократно и достаточно подробно освещены в литературе, например [1...3], поэтому ограничимся хронологией.
Работы по созданию системы NAVSTAR (NAVigation Satellites providing Time And Range - навигационные спутники, обеспечивающие измерение времени и расстояния) начались в США в 1973 году по заказу Министерства обороны США. Запуск одиннадцати спутников первой группы (Block I) был осуществлен в 1978-85 годах. В период с 1979 по 1988 программа то приостанавливалась, то вновь возобновлялась, но, тем не менее, в 1994 году спутниковая группировка была укомплектована, и в июле 1995 года было объявлено о полной готовности системы из 24 спутников. Хотя 24 спутника обеспечивают стопроцентную работоспособность системы в любой точке Земли, такое количество не всегда может обеспечить уверенный прием сигнала и хороший расчет положения объекта. В настоящее время для увеличения точности позиционирования и резерва на случай сбоев общее число спутников на орбите поддерживается в большем количестве (максимум - 32 аппарата, часть которых периодически отключается для плановой диагностики).
Советская (в дальнейшем - российская) система «ГЛОНАСС» (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) разрабатывалась в качестве «адекватного ответа» по заказу Министерства обороны СССР. Первый спутник был запущен в 1982 году. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой из 12 спутников. В декабре 1995 года спутниковая группировка была развернута до штатного состава - 24 спутника. Заметим, что за это время в общей сложности был запущен 71 космический аппарат «Глонасс» (военное название «Ураган»), однако малый расчетный срок службы космических аппаратов (3 года) и несколько неудачных запусков не позволяли планомерно наращивать состав орбитальной группировки.
Изначально обе системы предназначались только для военных целей. Решение о частичном использовании системы навигации для гражданских целей было принято Правительством США после того, как в 1983 году был сбит, вторгшийся в воздушное пространство СССР, самолет корейских авиалиний. Тем не менее, для гражданских потребителей точность позиционирования была искусственно занижена (эти ограничения были сняты только в 2000 году). На отечественном рынке приемники системы NAVSTAR (GPS) стали появляться в 1993 году. Целевая аудитория на тот момент была достаточно ограниченной (если не сказать, точечной): геодезия, некоторые задачи авиации (например, аэрофотосъемка) и морского флота, привязка к системе единого времени. Внедрению на более объемные сегменты рынка (например, мониторинг транспортных средств) препятствовала высокая стоимость аппаратуры.
В каком состоянии на тот момент пребывала система ГЛОНАСС? Пациент был скорее мертв, чем жив. Декабрь 1995 года - на орбите 25 спутников; в декабре 1998 года - состав орбитальной группировки сократился до тринадцати космических аппаратов; в октябре 2000 года - до восьми; в декабре 2001 - до шести; в декабре 2002 года - семь спутников. [4]. Относительно приличный вид орбитальная группировка приняла только 25 декабря 2005 года, когда ее состав увеличился до тринадцати космических аппаратов.
К концу 90-х годов появились приемники, поддерживающие обе системы (NAVSTAR и ГЛОНАСС), которые выпускались как отечественными, так и зарубежными производителями. Соответственно, вопрос о предоставлении сигналов «ГЛОНАСС» гражданским потребителям решился автоматически. Но, во-первых, двухсистемные приемники были дороже, нежели односистемные (NAVSTAR), а во-вторых - состояние орбитальной группировки ГЛОНАСС не позволяло вносить заметный вклад в конечный результат (было непонятно за что платить лишние деньги). К 2000 году 76% рынка навигационной аппаратуры потребителя (НАП) занимали автомобильные приложения [5] - главным образом, мониторинг транспортных средств. Система ГЛОНАСС практически никак не участвовала на этом рынке.
Именно в этот момент произошла нелестная для отечественных производителей подмена понятий. Строго говоря, термины GPS (Global Positioning System - Глобальная система позиционирования) и ГНСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) - это синонимы, которые описывают некое понятие, то есть определенный класс систем. Термины NAVSTAR и ГЛОНАСС - реализации таких систем, то есть конкретные проекты. Однако тот факт, что других реально функционирующих ГНСС (GPS) кроме NAVSTAR не было, привел к тому, что под GPS стала пониматься именно система NAVSTAR. Соответственно, «Совмещенные приемники ГЛОНАСС/GPS» стал общепринятым термином «де-факто».
Хуже другое: длительное вялотекущее состояние «ГЛОНАСС: то ли он есть, то ли его нет» в значительной степени подорвало у потребителей доверие к системе ГЛОНАСС, как к общественно значимому отечественному бренду, и эту ситуацию предстоит исправлять.
Современное состояние системы ГЛОНАСС
Некоторые положительные сдвиги начались с принятием в 2001 году Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система» [6]. Она состоит из пяти подпрограмм, из которых наиболее значимыми можно считать первые три:
Обеспечение функционирования и развития системы ГЛОНАСС;
Разработка, подготовка производства и изготовление навигационного оборудования и аппаратуры для гражданских потребителей;
Внедрение и использование спутниковых навигационных систем на транспорте.
Фактические изменения к лучшему можно отсчитывать от 25 декабря 2005 года, когда начала осуществляться замена спутников семейства «Глонасс» на спутники «Глонасс-М» (военное наименование «Ураган-М»). Основными характерными отличиями были:
Срок активного существования спутника увеличен до семи лет;
Точность позиционирования увеличена в 2...2, 5 раза за счет предоставления гражданским пользователям сигналов в двух диапазонах L1 (1598...1609МГц) и L2 (1243...1252МГц).
В дальнейшем было осуществлено семь запусков (по три спутника в каждом), таким образом, на орбиту было выведено 23 спутника «Глонасс-М» (с учетом двух спутников, запущенных 25.12.2005). Из спутников, входящих в состав орбитальной группировки (по состоянию на 08.03.2010):
18 используется по целевому назначению;
Два временно выведены на техобслуживание.
В течение 2010 года планируется еще два запуска, а именно: три спутника «Глонасс-М» в сентябре и три спутника в декабре (два «Глонасс-М» и один спутник третьего поколения «Глонасс-К»). Таким образом, в течение этого года орбитальная группировка будет полностью укомплектована.
К вопросу о надежности спутников. Из 23 спутников «Глонасс-М» на данный момент из состава орбитальной группировки окончательно выведен только один, проработавший 42 месяца. Максимальную наработку (62 месяца) на данный момент имеет «переходной» (от «Глонасс» к «Глонасс-М») спутник, запущенный в декабре 2004 года и все еще входящий в состав группировки. Периодически ряд спутников выводился на техобслуживание, но возвращался в состав орбитальной группировки через непродолжительное время. Трудно оценить, насколько объективен срок эксплуатации в семь лет, но на данный момент каких-то оснований ожидать «обвала» нет.
Что орбитальная группировка обеспечивает на сегодняшний день? На рисунке 1 представлен расчет зоны видимости системы ГЛОНАСС для конкретной точки Земли (в частности, город Минск). Видим, что на протяжении всех суток видно не менее четырех спутников (минимальное количество, необходимое для расчета координат и высоты), а, как правило, число видимых спутников существенно больше.
Считается, что для определения с заявленной точностью необходимо, чтобы значение PDOP (позиционный трехмерный геометрический фактор) было меньше шести. Интегральная доступность рассчитывается на основе текущего альманаха для суточного интервала как процент времени, в течение которого это условие выполняется. о системе ГЛОНАСС
Опять же учтем ожидаемый ввод в эксплуатацию трех недавно запущенных спутников.
Внимание Правительства РФ к системе ГЛОНАСС
Напомним, что спутниковая навигационная система включает в себя три сегмента:
Космический. К нему относятся спутники, выведенные на орбиту Земли.
Наземный сегмент управления. Он состоит из главной станции, совмещенной с вычислительным центром группы контрольно-измерительных станций, и наземного эталона времени и частоты. (Более подробно - в источниках [1...3]).
Наземный сегмент потребителей. К нему относится приемное оборудование всех конечных пользователей ГНСС. Основная задача навигационной аппаратуры потребителей (НАП) - прием информации со спутников, ее интерпретация и вывод на дисплей либо в канал связи в надлежащем виде.
Если с первыми двумя сегментами все понятно (они финансируются из бюджета), то третий сегмент оплачивается конечным пользователем, и его необходимо убедить перейти от более дешевых односистемных GPS-приемников на более дорогие (а это объективная реальность) двухсистемные ГЛОНАСС/GPS.
Заказчиков Министерства обороны и других силовых структур, а также авиацию, морской флот и МЧС особенно убеждать не надо. Там понятно, что поскольку система NAVSTAR принадлежит Министерству обороны США, то она именно им и контролируется, а, следовательно, может быть отключена (или загрублена) в неких конфликтных ситуациях или в других случаях, если возникнет такая необходимость (прецеденты были). И возразить здесь нечего - это их система. Другое дело, что это решение затронет интересы потребителей, хотя бы и нейтральных по отношению к данной конфликтной ситуации. Наличие аппаратуры потребителя, поддерживающей собственную навигационную систему, будет допустимым выходом из положения, пусть и с некоторой потерей качества. Заинтересованность в двухсистемной аппаратуре должны проявлять аналогичные ведомства других государств; причина также понятна: есть две системы, пусть обе чужие, но вероятность, что будет работать хотя бы одна, больше. Тем не менее, объем рынка военных приложений, использующих навигационные технологии, достаточно ограничен.