Satelliittinavigointijärjestelmä

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23.11.2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 16 muokkausta .

Satelliittinavigointijärjestelmä  (GNSS, English  Global Navigation Satellite System, GNSS ) on järjestelmä, joka on suunniteltu määrittämään maa-, vesi- ja ilmaobjektien sekä matalan kiertoradan avaruusalusten sijainti ( maantieteelliset koordinaatit ) . Satelliittinavigointijärjestelmien avulla voit myös saada signaalin vastaanottimen nopeuden ja suunnan . Lisäksi voidaan saada tarkka aika. Tällaiset järjestelmät koostuvat avaruuslaitteista ja maasegmentistä (ohjausjärjestelmät).

Vuodelle 2020 kolme satelliittijärjestelmää tarjoavat täyden peiton ja keskeytymättömän toiminnan koko maapallolle - GPS , GLONASS , Beidou [1 ] .

Kuinka se toimii

Satelliittinavigointijärjestelmien toimintaperiaate perustuu etäisyyden mittaamiseen kohteen antennista ( jonka koordinaatit on hankittava) satelliitteihin , joiden sijainti tiedetään erittäin tarkasti . Kaikkien satelliittien sijaintitaulukkoa kutsutaan almanakkaksi , joka kaikilla satelliittivastaanottimella tulee olla ennen mittausten aloittamista . Yleensä vastaanotin säilyttää almanakkan muistissa viimeisimmän sammutuksen jälkeen, ja jos se ei ole vanhentunut, se käyttää sitä välittömästi. Jokainen satelliitti lähettää koko almanakkan signaalissaan. Näin ollen, kun tiedetään etäisyydet useisiin järjestelmän satelliitteihin, voidaan tavanomaisia ​​geometrisia rakenteita käyttäen laskea almanakkaan perustuen kohteen sijainti avaruudessa.

Satelliitin ja vastaanotinantennin välisen etäisyyden mittausmenetelmä perustuu siihen, että radioaaltojen etenemisnopeuden oletetaan olevan tiedossa (itse asiassa tämä asia on erittäin monimutkainen, nopeuteen vaikuttavat monet huonosti ennustettavat tekijät, mm. ionosfäärikerroksen ominaisuudet jne.). Etenevän radiosignaalin ajan mittausmahdollisuuden toteuttamiseksi jokainen navigointijärjestelmän satelliitti lähettää tarkkoja aikasignaaleja käyttämällä atomikelloja , jotka on täsmällisesti synkronoitu järjestelmän ajan kanssa . Satelliittivastaanottimen toimiessa sen kello synkronoituu järjestelmän ajan kanssa ja signaalien jatkovastaanotossa lasketaan itse signaalin sisältämän säteilyajan ja signaalin vastaanottoajan välinen viive. Näiden tietojen perusteella navigointivastaanotin laskee antennin koordinaatit. Kaikki muut liikeparametrit (nopeus, kurssi, kuljettu matka) lasketaan sen ajan mittauksen perusteella, jonka kohde vietti liikkuessaan kahden tai useamman pisteen välillä tietyillä koordinaatilla.

Peruselementit

Satelliittinavigointijärjestelmän pääelementit:

• erityisiä radiosignaaleja lähettävien satelliittien kiertoratakonstellaatio ( Satellite Constellation ) ;
• maaohjaus- ja valvontajärjestelmä ( maasegmentti ), mukaan lukien lohkot satelliittien nykyisen sijainnin mittaamiseen ja niille vastaanotettujen tietojen lähettämiseen ratatietojen korjaamiseksi ;
• satelliittinavigointijärjestelmien kuluttajalaitteet (" satelliittinavigaattorit "), joita käytetään koordinaattien määrittämiseen;
• valinnainen: maassa sijaitseva majakkajärjestelmä , joka voi merkittävästi parantaa koordinaattien määrityksen tarkkuutta; [yksi]
• valinnaisesti: tietoradiojärjestelmä korjausten lähettämiseksi käyttäjille, mikä voi merkittävästi parantaa koordinaattien määrittelyn tarkkuutta [2] .

Listauksen huomautukset :

1  On maadoitettu (integroitu) segmenttidifferentiaalikorjausjärjestelmälle(SDCS) 2  2010-luvun puolivälistä lähtien se on ollut olennainen osa GNSS:ää.

Yleiskatsaus satelliittinavigointijärjestelmiin

Historialliset järjestelmät

• Transit  - maailman ensimmäinen satelliittinavigointijärjestelmä, USA, 1960-1996.
• Cyclone  on ensimmäinen satelliittinavigointijärjestelmä Neuvostoliitossa [2] , 1976-2010.
• Cicada  - matalan kiertoradan "avaruuden navigointijärjestelmä" * (SNS) - Cyclone-meren satelliittinavigointijärjestelmän siviiliversio, Transitin analogi - 1976-2008.
• Sail  - matalan kiertoradan KNS (sillä nimellä se otettiin käyttöön vuonna 1976) - sarja venäläisiä (neuvostoliittolaisia) sotilasnavigointisatelliitteja.

Satelliittijärjestelmät käytössä ja kehitteillä

• GPS :n  omistaa Yhdysvaltain puolustusministeriö . Tämä tosiasia on joidenkin valtioiden mukaan sen suurin haittapuoli. GPS-navigointia tukevat laitteet ovat yleisimpiä maailmassa. Tunnetaan myös aiemmalla nimellä NAVSTAR.
• GLONASS  - kuuluu Venäjän federaation puolustusministeriölle . Järjestelmän kehittäminen aloitettiin virallisesti vuonna 1976, järjestelmän täysi käyttöönotto saatiin päätökseen vuonna 1995. Vuoden 1996 jälkeen satelliittikonstellaatio väheni ja romahti vuoteen 2002 mennessä. Se kunnostettiin vuoden 2011 loppuun mennessä. Tällä hetkellä kiertoradalla on 127 satelliittia, joista 122:ta käytetään aiottuun tarkoitukseen [3] . Vuoteen 2025 mennessä järjestelmän on odotettavissa syvällistä modernisointia.
• Beidou on kiinalainen maailmanlaajuinen satelliittinavigointijärjestelmä, joka perustuu geostationaarisiin , geosynkronisiin ja keskikiertoradalla oleviin satelliitteihin. Ohjelman toteuttaminen aloitettiin vuonna 1994 . Ensimmäinen satelliitti lähti kiertoradalle vuonna 2000. Vuodesta 2015 lähtien järjestelmällä oli 4 toimivaa satelliittia: 2 geostationaarisilla kiertoradoilla, 3 geosynkronisilla kiertoradoilla ja 4 keskipitkillä maapallon kiertoradoilla. 23. kesäkuuta 2020 laukaistiin BeiDou-järjestelmän 15. satelliitti, mikä saattoi päätökseen maailmanlaajuisen satelliittinavigointijärjestelmän luomisen. Kiinan presidentti Xi Jinping ilmoitti 31. heinäkuuta 2020 Beidou-järjestelmän toiminnan aloittamisesta [4] .
• DORIS  on ranskalainen navigointijärjestelmä. Järjestelmän toimintaperiaate liittyy Doppler-ilmiön käyttöön . Toisin kuin muut satelliittinavigointijärjestelmät, se perustuu kiinteiden maanpäällisten lähettimien järjestelmään, vastaanottimet sijaitsevat satelliiteissa. Satelliitin tarkan sijainnin määrittämisen jälkeen järjestelmä voi määrittää maapallon pinnalla olevan majakan tarkat koordinaatit ja korkeuden. Sen oli alun perin tarkoitus seurata valtameriä ja mantereiden ajelehtia.
• Galileo  on eurooppalainen järjestelmä, joka on parhaillaan luomassa satelliittikonstellaatiota. Marraskuussa 2016 kiertoradalla on 16 satelliittia, joista 9 on aktiivisia ja 7 testataan. Satelliitti on tarkoitus ottaa käyttöön kokonaan vuoteen 2020 mennessä [5] .

Luotu alueellisia satelliittijärjestelmiä

• IRNSS  on intialainen satelliittinavigointijärjestelmä, jota kehitetään. Tarkoitettu käytettäväksi vain Intiassa. Ensimmäinen satelliitti laukaistiin vuonna 2008 . IRNSS-satelliitteja on yhteensä 7.
• QZSS  - Japanilainen Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) suunniteltiin vuonna 2002 kaupalliseksi järjestelmäksi, joka sisältää palveluita matkaviestintään, yleisradiotoimintaan ja laajaan navigointiin Japanissa ja Kaakkois-Aasian lähialueilla. Ensimmäinen QZSS-satelliitti laukaistiin vuonna 2010. Suunnitelmissa on luoda kolmen satelliitin tähdistö geosynkronisilla kiertoradoilla sekä oma differentiaalikorjausjärjestelmä .

Navigointijärjestelmien käyttö

Navigoinnin lisäksi satelliittijärjestelmien ansiosta saatuja koordinaatteja käytetään seuraavilla toimialoilla:

• Geodesia : navigointijärjestelmien avulla määritetään pisteiden tarkat koordinaatit
• Navigointi : Navigointijärjestelmiä käyttäen suoritetaan sekä meri- että maantieliikennettä
• Liikenteen satelliittiseuranta : navigointijärjestelmien avulla valvotaan autojen sijaintia ja nopeutta sekä ohjataan niiden liikettä
• Matkapuhelin : Ensimmäiset GPS-matkapuhelimet ilmestyivät 90-luvulla. Joissakin maissa (esim. Yhdysvalloissa) tätä käytetään hätänumeroon soittavan henkilön sijainnin nopeaan määrittämiseen. Venäjällä käynnistettiin samanlainen projekti vuonna 2010 - Era-GLONASS .
• Tektoniikka , levytektoniikka : levyn liikkeiden ja värähtelyjen havaintoja tehdään navigointijärjestelmillä
• Aktiivinen virkistys : on erilaisia ​​pelejä, joissa käytetään navigointijärjestelmiä, esimerkiksi Geokätköilyä jne.
• Geotagging : tiedot, kuten valokuvat, "liitetään" koordinaatteihin sisäänrakennettujen tai ulkoisten GPS-vastaanottimien ansiosta

Navigointisatelliittijärjestelmien pääominaisuudet

parametri, menetelmä	GPS NAVSTAR	SRNS GLONASS	TEN GALILEO	BDS KOMPASSI
Kehityksen alku	1973	1976	2001	1983
Ensimmäinen aloitus	22. helmikuuta 1978	12. lokakuuta 1982	28. joulukuuta 2005	30. lokakuuta 2000
NS:n määrä (reservi)	24(3)	24(3)	27(3)	30(5)
Ratatasojen lukumäärä	6	3	3	3
NS:ien lukumäärä kiertoradalla (reservi)	neljä	8(1)	9(1)	9
Ratatyyppi	Pyöreä	pyöreä (e=0±0,01)	Pyöreä	Pyöreä
Ratakorkeus (laskettu), km	20183	19100	23224	21528
Orbitaalin kaltevuus, asteet	~55 (63)	64,8±0,3	56	~55
Nimellinen vallankumousjakso keskimääräisessä aurinkoajassa	~11 h 58 min	11 h 15 min 44 ± 5 ​​s	14 h 4 min ja 42 s	12 h 53 min 24 s
Signaalin ominaisuudet	CDMA	FDMA (CDMA suunniteltu)	CDMA	CDMA
NS-signaalin erotusmenetelmä	Koodi	Kooditaajuus (koodi testeissä)	Kooditaajuus	ei dataa
taajuuksien määrä	2+1 suunniteltu	24 + 12 suunniteltu	5	2+1 suunniteltu
Radiosignaalien kantoaaltotaajuudet, MHz	L1 = 1575,42 L2 = 1227,60 L5 = 1176,45	L1=1602.5625…1615.5 L2=1246.4375…1256.5 L3= 1207,2420…1201,7430 L5-signaali taajuudella 1176,45 MHz (suunniteltu)	E1=1575,42 (L1) E6 = 1278,750 E5=L5+L3 E5=1191.795 E5A=1176.46 (L5) E5B=1207.14 E6=12787.75	B1=1575,42 (L1) B2=1191.79 (E5) B3=1268.52 B1-2=1589.742 B1-2=1589.742 B1=1561.098 B2=1207.14 B3=1268.52
Aluekoodin (tai sen segmentin) toistojakso	1 ms (C/A-koodi)	1 ms	ei dataa	ei dataa
Aluekoodin tyyppi	Kultakoodi (C/A-koodi 1023 numeroa)	M-sekvenssi (CT-koodi 511 numeroa)	M-sekvenssi	ei dataa
Etäisyyskoodin kellotaajuus, MHz	1,023 (C/A-koodi) 10,23 (P,Y-koodi)	0,511	E1 = 1,023 E5 = 10,23 E6 = 5,115	ei dataa
Digitaalisen tiedon siirtonopeus (vastaavasti SI- ja D-koodi)	50 merkkiä/s (50 Hz)	50 merkkiä/s (50 Hz)	25, 50, 125, 500, 100 Hz	50/100 25/50 500
Superframe-kesto, min	12.5	2.5	5	ei dataa
Superkehyksen kehysten määrä	25	5	ei dataa	ei dataa
Rivien määrä kehystä kohti	5	viisitoista	ei dataa	ei dataa
Ajoitusjärjestelmä	UTC (USNO)	UTC(SU)	UTC (GST)	UTC (BDT)
Koordinaattien viitejärjestelmä	WGS-84	PZ-90/PZ-90.02/PZ-90.11	ETRF-00	CGCS-2000
Efemiriksen tyyppi	Muokatut Kepleri-elementit	Geosentriset koordinaatit ja niiden derivaatat	Muokatut Kepleri-elementit	ei dataa
Säteilysektori suunnasta maan keskipisteeseen	L1=±21 0:ssa L2=±23,5 0:ssa	±19 klo 0	ei dataa	ei dataa
Maan sektori	±13,5 0:ssa	±14,1 0:ssa	ei dataa	ei dataa
Differentiaalin korjausjärjestelmä	WAAS	SDCM	EGNOS	SNAS
Korkean kiertoradan geosynkroninen segmentti	Ei	T&K käynnissä	T&K käynnissä	3 NS
Geostaationaarinen segmentti	Ei	T&K käynnissä	T&K käynnissä	5 NS
Tarkkuus	5 m (ilman DGPS:ää )	4,5 m - 7,4 m (ilman DGPS:ää )	1 m (avoin signaali), 0,01 m (suljettu)	10 m (avoin signaali), 0,1 m (suljettu)

Differentiaalimittaus

Erilliset satelliittivastaanottimien mallit mahdollistavat ns. Kahden pisteen välisten etäisyyksien "differentiaalimittaus" erittäin tarkasti ( senttimetreinä ). Tätä varten navigaattorin sijainti mitataan kahdesta pisteestä lyhyellä aikavälillä. Samaan aikaan, vaikka jokaisessa tällaisessa mittauksessa virhe on 10-15 metriä ilman maapohjaista korjausjärjestelmää ja 10-50 cm tällaisella järjestelmällä, mitatun etäisyyden virhe on paljon pienempi, koska tekijät, jotka häiritsevät mittaustulokset (satelliitin kiertoradan virhe, ilmakehän epähomogeenisuus tietyssä maan päällä jne.) tässä tapauksessa vähennetään keskenään.

Lisäksi on useita järjestelmiä, jotka lähettävät selventäviä tietoja kuluttajalle ("koordinaattien differentiaalinen korjaus"), mikä mahdollistaa vastaanottimen koordinaattien mittaustarkkuuden nostamisen jopa 10 senttimetriin. Differentiaalikorjaus lähetetään joko geostationaarisista satelliiteista tai maanpäällisiltä tukiasemilta , se on maksullinen (signaalin dekoodaus on mahdollista vain yhdellä tietyllä vastaanottimella "palvelutilauksen" maksamisen jälkeen).

Vuodelle 2009 oli saatavilla seuraavat ilmaiset korjausjärjestelmät: amerikkalainen WAAS (GPS), eurooppalainen EGNOS (Galileo), japanilainen MSAS (QZSS) [6] . Ne perustuvat useisiin geostationaarisiin satelliitteihin, jotka lähettävät korjauksia, mikä mahdollistaa suuren tarkkuuden (jopa 30 cm).

GLONASS-korjausjärjestelmän luominen nimeltä SDCM saatiin päätökseen vuoteen 2016 mennessä.

Muistiinpanot

1. ↑ "Beidoun" päätapahtumat // Kiina . - 2020. - Nro 9 . - S. 26-27 .
2. ↑ Suvorov E. F. Kronikka kotimaisen satelliittijärjestelmän idean alkuperästä, kehityksestä ja ensimmäisistä vaiheista. M .: Kuchkovon kenttä, 2014. - 232 s., ill. — ISBN 978-5-9950-0389-2 .
3. ↑ KNS GLONASS -ryhmän nykyinen kokoonpano . Käyttöpäivä: 27. tammikuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 29. maaliskuuta 2016. (määrätön)
4. ↑ Mo Qian, Pei Xiaotong. Legenda nimeltä "Beidou" // Kiina . - 2020. - Nro 9 . - S. 24 .
5. ↑ Roskosmos: Sojuz-ST-B-kantoraketti Galilio-avaruusaluksella laukaistiin onnistuneesti Kouroun kosmodromista. (linkki ei saatavilla) . Käyttöpäivä: 16. syyskuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 3. helmikuuta 2016. (määrätön) 
6. ↑ Nykyiset ja suunnitellut maailmanlaajuiset ja alueelliset satelliittinavigointijärjestelmät ja satelliittipohjaiset lisäysjärjestelmät Arkistoitu 22. helmikuuta 2016 Wayback Machinessa / unoosa 2010

Kirjallisuus

• Serapinas B.B. Globaalit paikannusjärjestelmät. - M.  : IKF "Katalogi", 2002. - 106 s.
• Antonovich KM Satelliittinavigointijärjestelmien käyttö geodesiassa  : monografia : 2 nidettä . - M .  : Kartgeocenter, 2005. - T. 1.
• Antonovich KM Satelliittinavigointijärjestelmien käyttö geodesiassa  : monografia : 2 nidettä . - M .  : Kartgeocenter, 2006. - T. 2.
• Genike A.A., Pobedinsky G.G. Globaalit satelliittipaikannusjärjestelmät ja niiden soveltaminen geodesiassa. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä — M.  : Kartgeotsentr, 2004. — 355 s. — ISBN 5-86066-063-4 .

Linkit

• Kansainvälinen satelliittinavigointifoorumi Tapahtuma, joka on omistettu satelliittinavigoinnin kysymyksiin
• Kuinka GPS- ja GLONASS-navigointijärjestelmät toimivat (video)

Navigointijärjestelmät _
Satelliitti	historiallinen kauttakulku Cicada / Sykloni Nykyinen globaali Galileo GPS beidou GLONASS Nykyinen alue DORIS IRNSS QZSS
Maadoitus	Omega Alpha Loran-C Lokki Decca Konsoli DORIS
Differentiaalikorjausjärjestelmät	WAAS SDCM EGNOS SNAS MSAS GAGAN