Спутниковые радионавигационные системы (СРНС)

Функция определения места сегодня входит в комплекс услуг, предоставляемых многими современными спутниковыми системами связи, например глобальными спутниковыми системами персональной связи Globalstar, Iridium, где эта задача решается собственными средствами, региональной спутниковой системой персональной связи Thuraya, где координаты определяются с помощью сигналов спутниковой радионавигационной системы GPS, спутниковой системы коммерческого управления транспортом Futeltracs, в которой предусмотрен собственный режим определения координат.

Принципиальные отличия услуг по определению координат современных спутниковых радионавигационных систем состоят в том, что СРНС являются специализированными системами, которые предоставляют возможность определять координаты с очень высокой точностью и большой надежностью, существенно превосходящей ту, которая предоставляется системами связи, определение координат в них осуществляется пассивным способом, что позволяет существенно уменьшить габариты и стоимость аппаратуры потребителя, возможность определять координаты в СРНС предоставляется на бесплатной основе всем обладателям аппаратуры потребителя, в то время как в спутниковых системах связи необходимо платить абонентскую плату. Помимо координат СРНС позволяют определять в реальном масштабе времени три составляющие скорости, точное время и направление движения, эти возможности позволяют оценивать оптимальность маршрутов перемещения транспорта и/или груза, соблюдение правил движения и договорных обязательств, совокупность информации, которую можно получить в результате обработки сигналов СРНС, позволяет создавать автоматизированные системы управления транспортными, грузовыми и пассажирскими потоками.

Потребность в оперативной высокоточной навигации сухопутных, морских, воздушных и низкоорбитальных космических объектов обусловили создание в 70−90-е гг. XX в. среднеорбитальных СРНС второго поколения — системы ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) в СССР и NAVSTAR (Navigation Sattelite providing Time And Range) в США, позднее появилось другое общепринятое название GPS (Global Positioning System), когда система стала использоваться не только для военных, но и для мирных целей. Несколько позже в профессиональную лексику был введен термин GNSS (Global Navigation Satellite System) — глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС).

Основное назначение СРНС второго поколения — глобальная оперативная навигация приземных подвижных объектов: наземных (сухопутных, морских, воздушных) и низкоорбитальных космических. Термин «глобальная оперативная навигация» означает, что подвижной объект, оснащенный навигационной аппаратурой потребителя (НАП), может в любом месте приземного пространства в любой момент времени определить (уточнить) параметры своего движения — три координаты и три составляющие вектора скорости, а также поправку к бортовой шкале времени и скорость ее изменения. Поскольку эти системы предоставляют для потребителя возможность высокоточной синхронизации, то это свойство широко используется в связных системах для увеличения скорости передачи данных.

Принцип определения своего места в глобальной системе позиционирования заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких навигационных спутников (не менее трех) — с известными параметрами их орбит на каждый момент времени, и вычислении по измененным расстояниям своих координат.

В СРНС второго поколения применяются навигационные ИСЗ (НИСЗ) на круговых орбитах с высотой 20 000 км над поверхностью Земли. Благодаря использованию атомных стандартов частоты (АСЧ) на НИСЗ в системе обеспечивается взаимная синхронизация навигационных радиосигналов, излучаемых орбитальной группировкой спутников.

Радионавигационное поле в СРНС второго поколения наряду с основной функцией (глобальная автономная оперативная навигация приземных подвижных объектов) позволяет проводить: локальную высокоточную навигацию наземных подвижных объектов (сухопутных, морских, воздушных) на основе дифференциальных методов навигации с применением стационарных наземных корректирующих станций.

СРНС второго поколения включают в себя три сегмента: орбитальную группировку (ОГ) навигационных спутников; наземный комплекс управления (НКУ) орбитальной группировкой НИСЗ; навигационную аппаратуру пользователей (НАП).

Принципы построения СРНС ГЛОНАСС и GPS в общих чертах идентичны, но отличаются техническим выполнением подсистем.

В настоящее время можно выделить следующие основные категории пользователей навигационных и связных услуг:

• — в системах обеспечения безопасности движения воздушного и водного (морского и речного) транспорта, деятельность которых регламентируется ИКАО и ИМО и при котором предусматривается непрерывное глобальное обеспечение связи и навигации;
• — персональные пользователи средств навигации и связи;
• — дальние транспортные и грузовые перевозки, транспортировка контейнеров смешанными видами транспорта;
• — местное движение, включая связь и навигацию на дорогах и в пределах города;

обеспечение навигационными средствами индивидуального транспорта;

• — движение в сельских, удаленных, малонаселенных и лесных районах;
• — связь и навигация на железнодорожном транспорте, повышение интенсивности движения поездов без угрозы безопасности, контроль местонахождения вагонного парка;
• — навигация и связь для малых судов, рыболовства и отдыха на воде;
• — обеспечение деятельности различных служб в чрезвычайных ситуациях (спасательные службы, службы скорой помощи, милиция, пожарная служба).