Что такое спутниковая система

Спутниковая система навигации

Спутниковая система навигации — комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты) и времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

Содержание

Основные элементы

Основные элементы спутниковой системы навигации:

Принцип работы

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

В реальности работа системы происходит значительно сложнее. Ниже перечислены некоторые проблемы, требующие специальных технических приёмов по их решению:

Применение систем навигации

Кроме навигации, координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях:

Современное состояние

В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:

Принадлежит министерству обороны США. Этот факт, по мнению некоторых государств, является её главным недостатком. Устройства поддерживающие навигацию по GPS являются самыми распространёнными в мире. Также известна под более ранним названием NAVSTAR.

ГЛОНАСС

Принадлежит министерству обороны России. Система, по заявлениям разработчиков наземного оборудования, будет обладать некоторыми техническими преимуществами по сравнению с GPS. После 1996 года спутниковая группировка сокращалась и к 2002 году практически полностью пришла в упадок. Была полностью восстановлена только в конце 2011 года. Отмечается малая распространенность клиентского оборудования. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.

Бэйдоу

Развёртываемая Китаем подсистема GNSS предназначена для использования только в этой стране. Особенность — небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите. В настоящий момент выведено на орбиту Земли восемь навигационных спутников. Согласно планам, к 2012 году она сможет покрывать Азиатско-Тихоокеанский регион, а к 2020 году, когда количество спутников будет увеличено до 35, система «Бэйдоу» сможет работать как глобальная. Реализация данной программы началась в 2000 году. Первый спутник вышел на орбиту в 2007-ом.

Galileo

Европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году.

IRNSS

Индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в этой стране. Первый спутник был запущен в 2008 году.

Первоначально японская QZSS была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. Первый запуск спутника для QZSS был запланирован на 2008 г. В марте 2006 японское правительство объявило, что первый спутник не будет предназначен для коммерческого использования и будет запущен целиком на бюджетные средства для отработки принятых решений в интересах обеспечения решения навигационных задач. Только после удачного завершения испытаний первого спутника начнётся второй этап и следующие спутники будут в полной мере обеспечивать запланированный ранее объём услуг.

Основные характеристики систем навигационных спутников

55 (63)

11ч 58 мин

Технические детали работы систем

Рассмотрим некоторые особенности основных действующих систем спутниковой навигации (GPS и ГЛОНАСС):

100 м) для гражданского применения и другой высокой точности (

Дифференциальное измерение

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т. н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет точность порядка 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются. Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до десяти сантиметров. Дифференциальная поправка пересылается либо с геостационарных спутников, либо с наземных базовых станций, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.

В настоящее время (2009 год) существуют бесплатные американская система WAAS, европейская система EGNOS, японская система MSAS основанные на нескольких передающих коррекции геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).

Запланировано создание системы коррекции для ГЛОНАСС под названием СДКМ.

См. также

Примечания

Ссылки

Международный форум по спутниковой навигации Мероприятие, посвящённое вопросам спутниковой навигации

Мобильный ГИС для предприятий лесного хозяйства GPS навигация, контроль лесоустроительных данных по спутниковым снимкам, карта лесхоза, таксационное описание в мобильном телефоне.

Источник

Спутниковые системы: обзор, характеристики и применение

Для того чтобы обеспечить безопасность человечества, сейчас используют даже космическое пространство. Именно для этого были созданы спутниковые системы. Впервые использована такая технология была в 1957 году. Именно тогда был запущен первый искусственный спутник. Уже в семидесятых годах была создана радионавигационная система. Благодаря ей можно было определить координаты любых сигналов, которые были отправлены со спутника. На данный момент такая система безопасности используется для различных работ, а также для того, чтобы обеспечивать защиту как государству, так и отдельным гражданам.

Что же собой представляют обычные спутниковые технологии? Это комплекс связей электронно-технического типа. Причем нужно заметить, что работать такие системы могут только при наземном и космическом оборудовании. Более того, системы могут с легкостью определить географические данные и высоту, дату и скорость движения водных, а также наземных и воздушных предметов.

Классификация

Спутниковые навигационные системы делятся на несколько типов. Укажем на какие.

Поисковые навигационные, которые более известны как GPS, охранные для работы сайтов и телефонов. Помимо этого, имеются навигационные, которые позволяют защищать квартиры и другие территории, а также поисковые, которые необходимы для функционирования автомобилей.

Основные элементы

Следует рассмотреть, какие элементы включают в себя спутниковые системы. Они имеют наземные системы контроля. Помимо этого, ими можно управлять с самой планеты, устанавливая координаты каждого спутника. Также довольно быстро получается информация с них. Имеется приемное оборудование, которое необходимо для максимального обеспечения получения данных. Установлены радиомаяки. Они обеспечивают работу системы, которая увеличивает точность, с которой определяются координаты. Есть радиосистема, которая позволяет передавать какие-либо поправки к ранее указанным координатам. Также создаются орбитальные группировки, которые могут включать в себя от 2 до 30 спутников, они необходимы для излучения особенных сигналов.

Принципы работы

Не лишним будет рассмотреть принципы работы спутниковых систем. Они имеют специальные антенны, которые находятся на объекте. Они способны при помощи своих функций и определенных технологий вычислять расстояние от этой антенны до спутника, который находится на орбите. При этом делается это с максимальной точностью. Для того, чтобы обеспечить расшифровку данных, следует использовать таблицу, которая называется альманах. При этом ее нужно сохранить в памяти самого устройства, которое получает сигналы, и указать расположение спутников. Если таблица не устарела, то вычислить, где находится прибор, будет довольно легко путем небольших геометрических расчетов. Для того чтобы их совершить, необходимо получить сигналы с, как минимум, трех спутников.

Однако что делать, если нужно получить местонахождение объекта, который расположен над поверхностью? Для этого необходима информация с четвертого спутника. Все данные обрабатываются наземными блоками, которые обеспечивают вывод нужных координат. Надо заметить, что данные обязательно требуют корректировки. Это связано с тем, что на них может влиять атмосферное давление, температура окружающей среды и так далее. К сожалению, эти факторы имеют свойство добавлять погрешности, которая может быть минимальной (30 м) или максимальной (100 метров).

Для того чтобы уменьшить неточность, можно также использовать специальный режим GPS. Он называется дифференциальным. Благодаря этому можно передать поправки, которые будут определять местонахождение объекта до 1 см. При этом любая спутниковая система сможет накапливать и обрабатывать данные, которые были получены не за один период. Именно поэтому любой ученый и работающий со спутниковыми системами может с легкостью даже через время узнать скорость объекта, а также его траекторию пути и так далее.

На данный момент спутниковые технологии являются довольно популярными системами. При этом работает сразу несколько навигационных технологий. Речь идет об американской GPS, русской ГЛОНАСС и европейской Galileo. Благодаря им можно с легкостью определить местонахождение любого объекта, а также скорость его движения, траекторию пути, причем неважно, где он находится: в воздухе, в воде или же на земле. Рассмотрим далее системы навигации подробнее. Начнем с американской GPS.

История этой разработки началась еще в 1973 году. В начале ее назвали DNSS, потом переименовали, а спустя время разработка получила современное название – GPS. Первый спутник навигационной системы был выведен на орбиту в далеком 1974 году. В 1993 году их количество уже превысило 20 штук. За счет этого сеть глобальной спутниковой системы смогла полностью покрыть земную поверхность.

Первоначально эта система, как и многие другие, работала в военных комплексах. Она была разработана для Соединенных Штатов Америки. И только в 2000 году была снята секретность с этой системы. После этого GPS распространилась у гражданских жителей и стала максимально популярной. В настоящее время Пентагон может с легкостью отключать ее над определенными территориями, где идет война, работают службы, либо же создавать помехи или загружать сигналы. Спецслужбы США могут и имеют право делать это.

ГЛОНАСС

Спутниковая система ГЛОНАСС начала функционировать с девяностых годов XX века. Сейчас она имеет более 20 спутников, которые находятся на орбите. Сейчас их планируют увеличить до 30. В 2007 году эта система была открыта для всей территории Российской Федерации. При этом она охватывает полностью все государство, и ее можно использовать во многих направлениях.

Благодаря ей можно осуществлять грузовые и пассажирские перевозки. Следует отметить, что данная система мониторинга является средством, которое может с легкостью определить траекторию движения. Сейчас эту навигацию используют МЧС, полиция и также кареты скорой помощи.

Нужно заметить, что, благодаря развитию спутниковых систем, ГЛОНАСС теперь работает с маячком слежения. Все данные поступают на удаленный сервис. Здесь она сохраняется и передается самому пользователю. При этом сбор информации может занимать от 15 до 250 секунд. Далее программа обрабатывает данные и передает человеку местонахождение определенного объекта.

Сейчас в Российской Федерации разрабатывается новый проект, который был назван «Эра-ГЛОНАСС». Его разрабатывают для того, чтобы во время каких-либо экстренных ситуаций, спецслужбы могли экстренно реагировать и выезжать на аварии. Сейчас планируется, что система спутникового мониторинга транспорта будет запущена в 2020 году. Она будет рассчитана на то, что данные будут передаваться автоматически службе в случае каких-либо серьезных ДТП. Речь идет о тех, при которых срабатывают подушки безопасности. Далее оператор свяжется с водителем и постарается уточнить все детали. Если будет отсутствовать ответ или же информация будет подтверждена, сразу будут выезжать медики, сотрудники полиции и МЧС.

«Галилео»

Данная спутниковая система разработана для всех стран, которые входят в Евросоюз. Сейчас данная система безопасности работает, и разработка ее стоила 2 млрд долларов. Была названа в честь ученого Галилео Галилея. Он является итальянским астрономом.

Данная система полностью не зависит от других спутниковых систем, а также не контролируется российской ГЛОНАСС и американской GPS. Нужно заметить, что это устройство позволяет узнать местоположение объекта с точностью до одного метра. Подобного проекта сейчас нет. Также она имеет опции поиска и спасения человека. В России это система только разрабатывается, а в других странах этого просто нет.

Охрана транспортных средств

На данный момент многих автолюбителей может привлечь информация о спутниковой противоугонной системе. Она довольно удобна и надежна. Работает по принципу, устанавливая связь между антеннами автомобиля и несколькими спутниковыми технологиями. Таким образом, на определенное устройство приходит местоположение всех интересующих машин, соответственно, пользователь может определить нахождение транспортного средства до одного метра.

Нужно заметить, что такая охранная система, по мнению многих пользователей, является довольно надежной. Нейтрализовать ее довольно проблематично, если сравнивать с обычной сигнализацией. Некоторые модели разработки способны работать таким образом, что они блокируют движение машины. Из-за этого человек не сможет проехать даже одного метра. Иногда злоумышленники используют джаммеры. Это глушители, которые не пускают сигнал. Разработчики системы сделали так, что она не подвластна подобным устройствами. Она либо не воспринимает излучение, либо, наоборот, блокирует их работу.

«Эшелон»

Спутниковая охранная система «Эшелон» стала работать с сентября 2003 года на территории Российской Федерации. Она представляет собой сигнализацию GPS-типа, которая имеет программируемый блок. При этом настраивать его придется особым образом. Если пытается кто-то угнать машину, то сразу же сработает сигнализация, а также заблокируется двигатель, если нет связи с диспетчером. Если преступник будет использовать джаммер, то он попросту будет отключен. Именно так работает охранная система «Эшелон». Также нужно заметить, что имеются определенные преимущества данной разработки. Она способна предотвратить угон, даже если с владельцем нет никакой связи. Пользователи пишут, что есть также ряд других дополнительных функций, например, можно заблокировать двигатель при увеличении скорости, выезда за определенные границы или же ускорении транспортного средства. Тогда машина просто не будет ехать. Даный алгоритм также изменяется дистанционно. Нужно всего лишь отправить необходимую команду в систему по GSM-каналу.

«Аркан»

Еще одна хорошая спутниковая навигационная система – это «Аркан». Она также работает с системами автомобиля. Нужно заметить, что она будет неэффективной, если имеются средства, которые давят GPS-канал. Стандартная функция – это доставка сообщений на диспетчерский пульт. Она работает со специальной сетью навигации, благодаря чему злоумышленник не сможет вывести данную систему из рабочего состояния. Дело в том, что она изменяет частоту. Соответственно, данное решение считается максимальная технологическим, а также без труда система может установить местонахождение любой машины. Более того, нужно отметить, что «Аркан» является такой спутниковой системой слежения, которая может максимально быстро передать координаты любого автомобиля, в котором установлена система, только при нажатии тревожной кнопки. Также это происходит при несанкционированном доступе к автомобилю. Если разряжается аккумулятор, то система переходит в режим экономии. Можно также контролировать работу канала при помощи подачи тестовых сигналов.

Спутниковая связь

Следует также и сказать о спутниковой системе связи. Существует несколько видов. Рассмотрим некоторые из них.

Спутниковый интернет. Данная система получила свои особенности. Речь идет о наличии входящего и исходящего трафика, а также использовании современных технологий, которые позволяют их совмещать. За счет этого подобные спутниковые системы связи называются асимметричными. Особенность интернета также заключается в том, что один канал может использоваться одновременно несколькими пользователями. Это связано с тем, что космическая орбита способна передавать для всех каналов и клиентов сигнал одновременно.

Магистральная связь. Данная система была разработана для того, чтобы облегчить передачу большой информации. Первая из них была «Интерсат», далее появились несколько других организаций, которые были закреплены за определенными регионами. На данный момент системы связи вытесняют волоконно-оптические сети.

Подвижная спутниковая связь. Среди особенностей такой системы можно отметить то, что используются небольшие антенны, из-за чего и прием сигнала немного затрудненный. Для того чтобы увеличивать дальность приема, можно использовать специальные передатчики, которые следует разместить на спутниках. Последние также нужно отправить на дистанционную орбиту. Благодаря таким системам обеспечивается связь среди морских суден, а также между некоторыми региональными операторами. Для того чтобы увеличить радиосигнал и усилить его, необходимо увеличить количество спутников. Их также располагают на некоторых орбитах, которые позволяют передавать информацию операторам сотовой сети.

Система VSAD. Также интересная система, которая имеет небольшой объем аппаратуры. Представляет собой обычный терминал. Данная система нужна для того, чтобы обеспечить связь на спутниковом уровне для небольших организаций, которые не нуждаются в высокой пропускной способности любого канала. Помимо этого, данная система может работать с некоторыми каналами по требованию.

Спутниковое телевидение

Уже давно использование спутниковых систем привело к телевидению, которое работает также на определенных технологиях. С середины прошлого века все активнее используется космическое пространство, при этом сейчас оно не только служит для передачи информации на определение местонахождения некоторых объектов, но и позволяет смотреть телевизор. Как это происходит?

Для этого необходимо установить специальную мощную антенну, которая будет принимать сигнал от спутника. Благодаря ей можно ловить сигналы практически со всего мира. При этом те территории, которые способны ловить подобные волны, считаются зоной покрытия. Антенна, которая принимает сигналы, имеет вид тарелки. Так она является многим уже знакомой, так как сейчас является популярной. Благодаря таким поверхностям радиоволны отражаются, фокусируется в месте, где имеется конвектор. Он принимает сигнал, однако потом его конвертирует и отправляет на ресивер. Последний является приемником, который преобразует все полученные сигналы в радиоволны, и соответственно человек может смотреть телевизор.

Следует отметить, что применение спутниковых систем позволяет получать высококачественную картинку, а также звук. Такое свойство передачи сигнала называется цифровым. Более того, спутниковое телевидение позволяет смотреть человеку передачи со всего мира. Особенно такое будет полезно людям, которые работают на специфических работах, а также занимаются изучением языков. Это также позволяет найти огромное количество тематических телеканалов, что дает возможность смотреть мультики либо же круглосуточно искать какие-либо передачи о природе или музыке.

Благодаря спутниковому телевидению у себя дома можно расширить кругозор, также получить большое количество положительных эмоций от просмотра передач. Также это позволяет сэкономить деньги. Ведь человеку необходимо лишь заплатить за приобретение тарелки и ее настройку, далее не стоит платить за кабельного оператора. Потому что спутниковое оборудование работает только благодаря приему сигнала со спутника, а это бесплатно. Надо отметить, что подобное чаще всего выручают жителей в больших районах или, наоборот, в маленьких населенных пунктах. Во втором случае нередко аналоговая связь оставляет желать лучшего, а картинка довольно плохая. Именно поэтому многие заинтересованы в установке тарелок. Нужно заметить, что иногда также бывают проблемы с приемом сигнала, поэтому использование такой спутниковой системы действительно выручает и позволяет просматривать телевизор в любой момент.

Итоги

Также следует сказать о телевизионной системе, которая позволяет принимать сотни каналов со всего мира. На самом деле применение таких систем сейчас является еще не до конца улучшенными, поэтому идет активная их разработка, что позволяет максимально обеспечить удобную жизнь человеку. Следует обратить внимание на такие системы при работе с сигнализациями для автомобилей, а также выбирая между аналоговым сигналом и цифровым.

Источник