История и развитие систем глобального позиционирования. Использование систем GPS/ГЛОНАС в современных геодезических изысканиях

Работа из раздела: «Геология, гидрология и геодезия»

/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Институт начального и среднего профессионального образования

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

История и развитие систем глобального позиционирования. Использование систем gps/глонас в современных геодезических изысканиях

Работу выполнилД. Т. Шавешов

Специальность 120101 Прикладная геодезия

Научный руководитель

Должность, ученая степень,

ученое звание А.С. Стебловский

Нормоконтролер

Должность, ученая степень,

ученое званиеА.С. Стебловский

Краснодар

2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Исторический экскурс создания систем глобального позиционирования

1.1 История создания и развития системы ГЛОНАСС (РФ)

1.2 История создания и развития системы GPS (США)

1.3 Системы глобального позиционирования других стран

1.3.1 Европейская навигационная система Galileo

1.3.2 Китайская навигационная система Beidou

2. Принципы и технологии работы систем глобального позиционирования

2.1 Основные элементы и принципы работы ГЛОНАСС

2.1.1 Подсистема навигационных космических аппаратов ГЛОНАСС

2.1.2 Подсистема контроля и управления ГЛОНАСС

2.2 Основные элементы и принципы работы GPS

2.2.1 Подсистема навигационных космических аппаратов GPS

2.2.2 Подсистема контроля и управления GPS

2.3 Сравнение и недостатки систем ГЛОНАСС и GPS

3. Аппаратура потребителей и сферы применения систем глобального позиционирования

3.1 Аппаратура потребилей систем глобального позиционирования

3.1.1 Приёмники

3.1.2 Трекеры

3.1.3 Логгеры

3.2 Сферы применения систем глобального позиционирования

3.3 Использование систем GPS/ГЛОНАСС в современных геодезических изысканиях

3.4 Использование систем GPS/ГЛОНАСС для построения геодезический сетей

3.4.1 Построение глобальной опорной геодезической сети

3.4.2 Построение континентальных опорных геодезических сетей

3.4.3 Построение государственной геодезической сети России на основе спутниковых технологий

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Исторически для пространственного ориентирования человек использовал небесные светила. Мореплаватели ориентировались по звездам, Луне и Солнцу. По ним они определяли направление движения, а зная время в пути и среднюю скорость движения, можно было сориентироваться в пространстве и определить расстояние до конечного пункта назначения. Однако при плохих погодных условиях данный метод определения местоположения не работал, и можно было легко сбиться с курса.

С появлением компаса задача значительно упростилась: увеличилась точность определения направления и уменьшилась зависимость от погоды. Позднее для определения местоположения, в частности в океане, использовались угловые наблюдения небесных тел. Вначале сам термин «навигация» относился исключительно к управлению морскими/речными судам (navis, означающее «корабль», и agere -- управлять, передвигать), затем этот термин стал применяться к любому виду транспортных средств. Вот как этот термин трактовался в книге «American Practical Navigator». изданной в 19 веке: «Навигация -- это процесс управления движением транспортного средства, быстрый и безопасный, из одной точки в другую». Советский энциклопедический словарь дает следующее определение термина: навигация -- наука о способах выбора пути и методах вождения судов, летательных аппаратов (воздушная навигация или аэронавигация) и космических аппаратов (космическая навигация). Основными задачи навигации является нахождение оптимального маршрута (траектории), определение местоположения, направления и значения скорости и других параметров движения объекта.

Таким образом, одним из наиболее важных и практически заметных научно-технических достижений 20 в. стало создание спутниковых радионавигационных систем (СРНС) - ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США). В современной научно-технической литературе ГЛОНАСС, GPS, а также сходные с ними по параметром ГНСС, создаваемые другими странами, объединяют под общим названием «Глобальная навигационная спутниковая система» (ГНСС), в англоязычной литературе - Global navigation satellite system (GNSS).

Введенные в эксплуатацию в конце 1950-х годов, эти системы первоначально предназначались для решения задач местоопределения динамичных объектов военного назначения. Однако полученный в процессе испытаний и эксплуатации ГНСС результат и опыт показал, что создаваемое этими системами глобальное навигационно-временное покрытие позволяет обеспечивать не только высокоточную навигацию подвижных средств, но и решать на принципиально новой основе широкий круг других прикладных задач, которые при проектировании данных систем изначально не рассматривались

В настоящее время ГНСС нашли своё применение во множестве сфер жизнедеятельности человека. Например: геодезические изыскания, морская, автомобильная, авиа- и туристическая навигация, медицина, сельское хозяйство, чрезвычайные ситуации и строительство. Сотни фирм во всем мире выпускают миллионы экземпляров аппаратуры потребителей (АП) ГНСС различных классов, в том числе недорогие малогабаритные приборы для индивидуальных пользователей. В результате АП ГНСС, наряду со средствами мобильной связи и другими новейшими достижениями радиоэлектроники, стала не только средством профессиональной деятельности, но и предметом личного использования.

Целью дипломной работы является рассмотрение основных этапов исторического развития, технологий работы и применения глобальных навигационных спутниковых систем, изучение сфер применения.

1. Исторический экскурс создания систем глобального позиционирования

1.1 История создания и развития системы ГЛОНАСС (РФ)

В декабре 1976 г. было принято Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР 'О развертывании Единой космической навигационной системы ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система)'. Это постановление де факто узаконило уже начавшиеся работы по созданию новой системы и определило порядок ее разработки и испытаний. Технические предложения по системе ГЛОНАСС в составе КА 11Ф654 'Ураган' были разработаны в красноярском НПО прикладной механики (НПО ПМ) в начале 1976 г. и рассмотрены межведомственной комиссией в августе того же года.

Создание этой навигационной системы было предопределено потребностями новых потенциальных потребителей, прежде всего военных, нуждавшихся в высокоточной привязке своего положения во времени и пространстве.

В 1976 г. на вооружение Советской Армии была принята навигационно-связная система 'Циклон-Б' в составе шести космических аппаратов 'Парус', обращающихся на околополярных орбитах высотой 1000 км. Позже, через три года была сдана в эксплуатацию спутниковая радионавигационная система (СРНС) 'Цикада' в составе четырех космических аппаратов на орбитах того же класса, что и у КА 'Парус'. И если первая система использовалась исключительно в интересах Министерства обороны СССР, то вторая предназначалась, главным образом, для навигации гражданских морских судов. Оснащение спутниковой навигационной аппаратурой судов торгового флота оказалось очень выгодным, поскольку благодаря повышению точности судовождения удавалось настолько сэкономить время плавания и топливо, что бортовая аппаратура потребителя окупала себя после первого же года эксплуатации.

В ходе испытаний этих и предшествовавшей им системы 'Циклон' было установлено, что погрешность местоопределения движущегося судна по навигационным сигналам этих спутников составляет 250-300 м. Выяснилось также, что основной вклад в погрешность навигационных определений вносят погрешности передаваемых спутникам собственных эфемерид, которые рассчитываются и закладываются на борт КА средствами наземного комплекса управления (НКУ).

С целью повышения точности определения и прогнозирования параметров орбит навигационных спутников была отработана специальная схема проведения измерений параметров орбит средствами НКУ, разработаны более точные методики прогнозирования. Для выявления локальных особенностей гравитационного поля Земли, оказывающих воздействие на выбранные орбиты навигационных космических аппаратов (НКА), на такие же орбиты были запущены специальные геодезические спутники 'Космос-842' и 'Космос-911'. Комплекс принятых мер позволил уточнить координаты измерительных средств и вычислить параметры согласующей модели гравитационного поля, предназначенной специально для определения и прогнозирования параметров движения НКА. В результате точность передаваемых в составе навигационного сигнала собственных эфемерид была повышена практически на порядок, так что их погрешность на интервале суточного прогноза не превышала 70-80 м. Как следствие, погрешность определения морскими судами своего местоположения уменьшилась до 80-100 м.

Однако выполнить требования всех потенциальных классов новых потребителей низкоорбитальные системы не могли в силу принципов, заложенных в основу их построения. Так, если для неподвижных потребителей, имеющих двухканальную приемную аппаратуру, погрешность определения местоположения удалось снизить до 32 м (данные для СРНС 'Транзит'), то при движении погрешности сразу же начинают возрастать из-за неточности счисления пути - низкоорбитальные СРНС не позволяли определять скорость движения. Более того, по получаемым измерениям можно определить только две пространственные координаты. Вторым недостатком низкоорбитальных систем было отсутствие глобальности покрытия, поскольку, например, на экваторе спутники проходили через зону видимости потребителя в среднем через 1.5 часа, что допускает проведение только дискретных навигационных сеансов. Наконец, ввиду использования в сеансе лишь одного НКА продолжительность измерений может доходить до 10-16 мин. Большая длительность сеансов и значительные интервалы между ними делают неизбежным применение специальных мероприятий для счисления пути. При этом ошибки счисления и ограничивают точность местоопределения. Тем не менее была испытана самолетная аппаратура применительно к сигналам как системы 'Транзит', так и 'Цикада'. При этом подтвердилось, что погрешность определения местоположения слабо зависит от маневров самолета и действительно определяется преимущественно погрешностями знания путевой скорости, не выходя за пределы 1,8 км.

СРНС второго поколения изначально проектировались как системы, которым все перечисленные недостатки не свойственны. Главным требованием при проектировании было обеспечение потребителю в любой момент времени возможности определения трех пространственных координат, вектора скорости и точного времени, что достигается путем одновременного приема сигналов от как минимум четырех НКА. В конечном итоге, это привело к реализации важной технической идеи - координации пространственного положения НКА на орбитах и координации по времени излучаемых спутниками сигналов. Координация движения всех НКА придает системе сетевые свойства, которых она лишается при отсутствии коррекции положения НКА.

В качестве орбит для новой системы первоначально были выбраны средневысокие (20000 км) полусуточные орбиты, которые обеспечивали оптимальное соотношение между количеством космических аппаратов в системе и величиной зоны радиообзора. Однако впоследствии высота рабочей орбиты была уменьшена до 19100 км. Это было сделано исходя из того, что для спутников, имеющих период обращения, равный половине суток, проявляется резонансный эффект влияния геопотенциала, приводящий к достаточно быстрому 'разрушению' заданного относительного положения НКА и конфигурации системы в целом. Очевидно, что в этом случае для поддержания системы пришлось бы чаще проводить коррекции орбиты каждого спутника. При выбранной высоте орбиты для гарантированной видимости потребителем не менее четырех спутников их количество в системе должно составлять 18, однако оно было увеличено до 24-х с целью повышения точности определения собственных координат и скорости потребителя путем предоставления ему возможности выбора из числа видимых спутников четверки, обеспечивающей наивысшую точность. Следует отметить, что в настоящее время это требование потеряло актуальность, поскольку современная стандартная навигационная аппаратура потребителя (АП) имеет возможность принимать сигналы от 8 до 12 спутников в зоне радиовидимости одновременно, что позволяет не заботиться о выборе оптимальной четверки, а просто обрабатывать все принимаемые измерения.

Одной из главных проблем создания СРНС, обеспечивающей беззапросные навигационные определения одновременно по нескольким спутникам, является проблема взаимной синхронизации спутниковых шкал времени с точностью до миллиардных долей секунды (наносекунд, нс), поскольку рассинхронизация излучаемых спутниками навигационных сигналов всего в 10 нс вызывает дополнительную погрешность в определении местоположения потребителя до 10-15 м. Для решения задачи высокоточной синхронизации бортовых шкал времени потребовалась установка на спутниках высокостабильных цезиевых стандартов частоты и наземного водородного стандарта (на порядок более стабильного), а также создания наземных средств сличения шкал с погрешностью 3-5 нс.

В 1977-78 гг. в научно-производственном объединении прикладной механики (НПО ПМ) имени академика М.Ф. Решетнёва проводилось эскизное проектирование системы, материалы которого были одобрены в сентябре 1978 г. межведомственной комиссией под председательством генерал-майора И. В. Мещерякова. Тактико-техническое задание на систему ГЛОНАСС было согласовано с главнокомандующими всех видов Вооруженых Сил и министерствами: Минобщемашем, Минрадиопромом, Минавиапромом, Миноборонпромом, Минморфлотом, Минрыбхозом, Минсудпромом и Министерством гражданской авиации. В ноябре 1978 г. ТТЗ было утверждено Министром обороны СССР.

Однако к тому времени из-за слишком долгого периода согласования задания были сорваны первоначальные сроки по развертыванию системы. Поэтому 29 августа 1979 г. по ГЛОНАСС вышло новое Постановление ЦК и совета министров СССР. В нем были установлены следующие сроки выполнения работ по системе:

- начало летных испытаний и создание системы из 4-6 КА 'Ураган' для проверки основных принципов и технических характеристик -1981 год;

- создание системы из 10-12 КА 'Ураган' (в двух орбитальных рабочих плоскостях) и сдача ее на вооружение в составе и с тактико-техническими характеристиками по согласованию между Минобороны, Минобщемашем и Минрадиопромом - 1984 год;

- дооснащение системы до 24 КА - 1987 год.

Однако и этот порядок и сроки пришлось еще раз уточнить в июле 1981 г. В новом Постановлении ЦК и совета министров сроком начала развертывания системы был назван 1982 г.

Летные испытания системы ГЛОНАСС были начаты 12 октября 1982 г. запуском первого КА 11Ф654 'Ураган' и двух габаритно-весовых макетов 11Ф654ГВМ. Затем в последующих шести запусках на орбиту выводились по два штатных спутника. Это было связано с неготовностью электронной аппаратуры спутников. Лишь с восьмого запуска в рамках развертывания системы ГЛОНАСС (16 сентября 1986 г.) на орбиту были выведены сразу три штатных КА. Дважды (10 января и 31 мая 1989 г.) вместе с двумя КА 'Ураган' на орбиту выводились пассивные геодезические КА ПКА 'Эталон', используемые для уточнения параметров гравитационного поля и его влияния на орбиты КА 'Ураган'.

Для отработки навигационной аппаратуры были изготовлены базовые комплекты по шесть штук каждого наименования для ВВС, ВМФ, СВ, МГА, ММФ и РВСН. Всего для летных испытаний было выделено 22 космических аппарата (9-10 запусков). Это число спутников было израсходовано к 16 сентября 1987 г. Однако к этому моменту система не была развернута даже для ограниченного использования (12 спутников в двух плоскостях). Лишь после запуска 4 апреля 1991 г. в составе ГЛОНАСС оказалось одновременно 12 работоспособных космических аппарата.

24 сентября 1993 г. первая очередь системы ГЛОНАСС была принята на вооружение. С этого момента стали проводиться запуски КА в третью орбитальную плоскость. 14 декабря 1995 г. после 27-го запуска 'Протона-К' с 'Ураганами' развертывание штатной конфигурации системы ГЛОНАСС было завершено. Всего с октября 1982 г. по декабрь 1998 г. на орбиту были выведены 74 КА 'Ураган' и восемь его габаритно-весовых макетов (ГВМ). За время развертывания системы шесть 'Ураганов' оказались на нерасчетных орбитах из-за отказов разгонного блока 11С861.

В августе 2001 года была принята федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система», согласно которой полное покрытие территории России планировалось ужем в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков ракетоносителей, и вывести на орбиту 18 спутников -- таким образом, к концу 2009 года группировка вновь должна была насчитывать 24 аппарата. При этом точность определения местоположения пользователей системы достигнет 1-5 м, как у GPS. Фактически произведённые запуски представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Фактически произведенные запуски НКА [15]

Дата	Последние и планируемые запуски
26 октября 2007	РН «Протон-К» стартовал с Байконура и вывел на околоземную орбиту три модифицированных КА «Глонасс-М»
25 декабря 2007	С космодрома «Байконур» стартовал РН «Протон-М» и вывел на орбиту три КА «Глонасс-М». Запуск увеличил число работающих спутников до 16 (одновременно 4 спутника, запущенные в 2001--2003 годах, были выведены из группировки)
25 сентября 2008	Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М» в каждом. Запуск увеличил число работающих спутников до 18 (1 спутник был выведен из состава группировки).
25 декабря 2008	Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М»
14 декабря 2009	Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М»
2 марта 2010	Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М». Запуск увеличил число работающих спутников до 21 КА (плюс 2 КА в орбитальном резерве)
2 сентября 2010	Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М». Число работающих спутников 21 КА (плюс 2 КА в орбитальном резерве и на 06.09.2010 3 КА на этапе ввода в эксплуатацию)
5 декабря 2010	Запуск РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М». В результате выведения разгонного блока с тремя КА на нерасчётную орбиту потеряны три аппарата «Глонасс-М»
3 октября 2011	Запуск КА «Глонасс-М» при помощи РН «Союз-2-1Б»
4 ноября 2011	Запуск трёх КА серии «Глонасс-М» РН «Протон-М»
26 апреля 2013	Запуск КА «Глонасс-М» при помощи РН «Союз-2-1Б», космодром Плесецк
2 июля 2013	РН «Протон-М» с тремя КА «Глонасс-М» взорвался после старта
сентябрь, октябрь 2013	два запуска с космодрома Плесецк при помощи РН «Союз»
24 марта 2014	Выведенен на орбиту спутник Глонасс-М № 54 с помощью ракеты-носителя Союз-2.1б
1 декабря 2014	Выведен на орбиту спутник Глонасс-К с космодрома Плесецк с помощью ракеты-носителя Союз-2.1б Это второй запуск спутника третьего поколения

В настоящее время орбитальная группировка глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС следующая [16]:

- всего в составе орбитальной группировки ГЛОНАСС: 28 КА;

- используются по целевому назначению: 24 КА;

- на этапе ввода в систему: 0 КА;

- временно выведены на техобслуживание: 0 КА;

- на исследовании главного конструктора: 2 КА;

- орбитальный резерв: 0 КА;

- на этапе лётных испытаний: 2 КА.

1.2 История создания и развития системы GPS (США)

Навигационная система Global Positioning System (GPS) является частью комплекса NAVSTAR, который разработан, реализован и эксплуатируется Министерством обороны США. Разработка комплекса NAVSTAR (NAVigation Satellites providing Time And Range - навигационная система определения времени и дальности) была начата ещё в 1973 году, а уже 22 февраля 1978 года был произведён первый тестовый запуск комплекса, а в марте 1978 года комплекс NAVSTAR начали эксплуатировать. Первый тестовый спутник был выведен на орбиту 14 июля 1974 года, а последний из 24 необходимых спутников для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 году. Гражданский сегмент военной спутниковой сети NAVSTAR принято называть аббревиатурой GPS, коммерческая эксплуатация системы в сегодняшнем виде началась в 1995 году.

Спустя более 20-ти лет с момента тестового запуска системы GPS и 5 лет с момента начала коммерческой эксплуатации Глобальной системы позиционирования GPS, 1 мая 2000 года министерство обороны США отменило особые условия пользования системой GPS, существовавшие до тех пор. Американские военные выключили помеху SA( selective availability), искусственно снижающую точность гражданских GPS приёмников, после чего точность определения координат с помощью бытовых навигаторов возросла как минимум в 5 раз. На рисунке 1 представлены графики ошибки в навигации до и после отключения режима селективного доступа. После отмены американцами режима селективного доступа точность определения координат с помощью простейшего гражданского GPS навигатора составляет от 5 до 20 метров (высота определяется с точностью до 10 метров) и зависит от условий приема сигналов в конкретной точке, количества видимых спутников и ряда других причин. Приведенные цифры соответствуют одновременному приему сигнала с 6-8 спутников. Большинство современных GPS приёмников имеют 12-канальный приемник, позволяющий одновременно обрабатывать информацию от 12 спутников. Военное применение навигации на базе NAVSTAR обеспечивает точность на порядок выше (до нескольких миллиметров) и обеспечивается зашифрованным P(Y) кодом. Информация в C/A коде (стандартной точности), передаваемая с помощью L1, распространяется свободно, бесплатно, без ограничений на использование.

Рисунок 1 Ошибки в навигации до и после отключения режима селективного доступа

Основой системы GPS являются навигационные спутники, движущиеся вокруг Земли по 6 круговым орбитальным траекториям (по 4 спутника в каждой), на высоте 20180 км. Спутники GPS обращаются вокруг Земли за 12 часов, их вес на орбите составляет около 840 кг, размеры - 1.52 м. в ширину и 5.33 м. в длину, включая солнечные панели, вырабатывающие мощность 800 Ватт. 24 спутника обеспечивают 100 % работоспособность системы навигации GPS в любой точке земного шара. Максимальное возможное число одновременно работающих спутников в системе NAVSTAR ограничено числом 37. В настоящий момент на орбите находится 32 спутника, 24 основных и 8 резервных на случай сбоев.

Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной управляющей станции (Master Control Station - MCS), которая находится на базе ВВС Шривер, шт. Колорадо, США. С нее осуществляется управление системой навигации GPS в мировом масштабе. База ВВС Шривер (Schriever) является местом размещения 50-го космического соединения США - подразделения командования воздушно-космических сил.

Наземная часть системы GPS состоит из десяти станций слежения, которые находятся на островах Кваджалейн и Гавайях в Тихом океане, на острове Вознесения, на острове Диего-Гарсия в Индийском океане, а также в Колорадо-Спрингс, в мысе Канаверел, шт. Флорида и т.д.. Количество наземных станций непрерывно растет, на всех станциях слежения используются приемники GPS для пассивного слежения за навигационными сигналами всех спутников. Информация со станций наблюдения обрабатывается на главной управляющей станции MCS и используется для обновления эфемерид спутников. Загрузка навигационных данных, состоящих из прогнозированных орбит и поправок часов, производится для каждого спутника каждые 24 часа.

Система является глобальной, всепогодной и обеспечивает возможность получения точных координат и времени 24 часа в сутки.

глобальный позиционирование геодезический сеть

1.3 Системы глобального позиционирования других стран

1.3.1 Европейская навигационная система Galileo

Проект навигационной сети Galileo возник в 1999 году как плод совместных усилий всех европейских государств. США сразу же выступили против создания Galileo, так как опасались потери контроля над навигационными спутниками в зонах военных конфликтов. Давление со стороны Штатов привело к совершенно противоположному результату: многие страны решили выйти из-под зависимости от контролируемой Америкой сети GPS. Таким образом, проект Galileo за достаточно короткий срок получил все необходимые на реализацию средства. Полная стоимость проекта ориентировочно составляет 3 миллиарда долларов, в его финансировании помимо европейских государств участвует ещё и Китай.

Проект навигационной сети Galileo изначально ориентирован на гражданское использование и должен поддерживать большое количество разнообразных сервисов. Реализация проекта подразумевает два варианта его использования: открытый, т.е. бесплатный вариант OS (open service), будет транслировать сигнал по двум полосам частот (1164-1214 МГц и 1563-1591 МГц), что, в случае одновременного их использования, обеспечит точность навигации с погрешностью до 4-х метров. А в варианте CS (commercial service, или коммерческое использование), система будет транслировать сигнал ещё и по третьей, дополнительной полосе частот 1260-1300 МГц. При использовании трёхполосного сигнала и наземных трансляционных станций точность позиционирования достигнет значения погрешности менее 10 см.

Общее количество спутников системы Galileo: 30. Проектная дата завершения работ: 2011 год. Текущее состояние: первый спутник был запущен в декабре 2005 года, а первый сигнал системы Galileo был получен в январе 2006.

1.3.2 Китайская навигационная система Beidou

Изначально китайская навигационная система планировалась исключительно для военных нужд, однако китайское правительство вскоре изменило свою позицию, объявив, что сеть Beidou будет также работать и для гражданского населения, причём совершенно бесплатно. Это заявление спровоцировало небольшой конфликт с европейским сообществом, которое планировало продавать услуги собственной сети Galileo и ресиверы для приёма её сигнала китайцам. Однако возможно, что для Galileo ещё не всё потеряно: неизвестно, сможет ли сеть Beidou обеспечить такую же точность позиционирования, как Galileo.

Общее количество спутников системы Beidou: 35. Проектная дата завершения работ: покрытие Китая и частей сопредельных государств - к 2008 году, в дальнейшем - глобальное покрытие.

В итоге система была запущена в коммерческую эксплуатацию 27 декабря 2012 как региональная система позиционирования, при этом спутниковая группировка составляла 16 спутников. Планируется, что на полную мощность система выйдет лишь к 2020 году. Китайские представители также отметили, что ещё предстоит урегулировать вопросы, касающиеся частотных диапазонов, с российской, американской и европейской сторонами, которые также владеют спутниковыми навигационными группировками. А пока китайская система работает на частоте сигнала B1, также отмеченный Евросоюзом как E2, с частотой 1559,052 -- 1591,788 МГц. Обе стороны до сих пор не достигли окончательной договорённости по вопросам совместимости своих будущих спутниковых навигационных систем, несмотря на продолжающиеся с 2009 года переговоры по вопросу наложения специальных сигналов системы Compass на специальные сигналы PRS системы Galileo (диапазон L1, центральная частота 1575,42 МГц).

2. Принципы и технологии работы систем глобального позиционирования

Принципиальная особенность систем глобального позиционирования заключается в том, что опорными радионавигационными точками (ОРНТ) в них являются навигационные космические аппараты (НКА) совершающие автономное орбитальное движение. Поэтому в отличие от региональных и местных навигационных систем наземного базирования, основными подсистемами которых являются аппаратура базовых станций и аппаратура потребителя, в комплекс глобальной навигационной системы обязательно входит еще одна подсистема - наземный комплекс управления (НКУ). Эта подсистема обеспечивает контроль и прогнозирование параметров орбиты НКА, контроль точности и коррекцию бортовых эталонов времени, дистанционный мониторинг исправности бортовой аппаратуры и управление режимами ее работы, составом, объемом и скоростью передачи служебной информации и пр. В настоящее время в структуру ГНСС входя три основные подсистемы [9]:

- подсистема навигационных космических аппаратов;

- подсистема контроля и управления (НКУ)

- подсистема аппаратуры потребителя (АП).

Кроме указанных подсистем в структуру ГНСС входят так называемые средства функциональных дополнений, т.е. специальная наземная аппаратура, используемая для обеспечения потребителям в определенном регионе или локальной области дополнительных возможностей, например повышения точности измерений за счет использования дифференциальных методов измерений.

Общие принципы взаимодействия отдельных подсистем и функциональных дополнений ГНСС иллюстрирует структурная схема, приведенная на рисунке 2.

Рисунок 2 Общая структура глобальной навигационной спутниковой системы

Более подробно принципы и особенности построения отдельных навигационных спутниковых систем рассмотрим ниже.

2.1 Основные элементы и принципы работы ГЛОНАСС

Полная орбитальная группировка в СРНС ГЛОНАСС содержит 24 штатных космических аппарата на круговых орбитах на высоте 19100км., в трех орбитальных плоскостях по восемь КА в каждой. Управление орбитальным сегментом ГЛОНАСС осуществляет наземный комплекс управления. Он включает в себя Центр управления системой (г. Краснознаменск, Московская область) и сеть станций слежения и управления, рассредоточенных по территории России.

Наземный комплекс управления осуществляет сбор, накопление и обработку траекторной и телеметрической информации обо всех спутниках системы, формирование и выдачу на каждый спутник команд управления и навигационной информации, а также контроль качества функционирования системы в целом. Управление спутниками ГЛОНАСС осуществляется в автоматизированном режиме. Выведение спутников ГЛОНАСС на орбиту осуществляется носителем тяжелого класса «ПРОТОН» с разгонным блоком с космодрома Байконур. Носитель одновременно выводит три спутника ГЛОНАСС.

ГЛОНАСС является государственной системой, которая разрабатывалась как система двойного использования, предназначенная для нужд Министерства обороны и гражданских потребителей. Обязанности по управлению и эксплуатации системы ГЛОНАСС возложены на Министерство обороны Российской Федерации (Космические войска).

По новому, корректированному, проекту программы ГЛОНАСС спутниковая группировка системы будет состоять из 30 космических аппаратов, часть из которых будет находиться в рабочем резерве.

При доведении количества действующих спутников до восемнадцати, на территории России обеспечивается практически 100% непрерывная навигация. На остальной части земного шара при этом перерывы в навигации могут достигать полутора часов.

Практически непрерывная навигация по всей территории Земли обеспечивается при полной орбитальной группировке из двадцати четырёх действующих спутников.

Принцип определения позиции аналогичен американской системе NAVSTAR (GPS). В данный момент используются спутники типов ГЛОНАСС и ГЛОНАСС-М. С началом эксплуатации спутников нового поколения ГЛОНАСС-К планируется повысить точность определения координат до 5 метров.

Системы спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS состоят из трех основных сегментов: космического (спутники), наземного управления спутниками и навигационного оборудования конечных пользователей системы. Число пользователей навигационной системы GPS и ГЛОНАСС постоянно растет и на сегодняшний день очень многочисленно.

В системе ГЛОНАСС применяется разделение сигналов по частотам (FDMA), которые излучают искусственные спутники на две фазы. Первый сигнал имеет частоту в диапазоне L1 1600 МГц, а второй - частоту в диапазоне L2 1250 МГц. При нахождении пользователя с навигационным прибором ГЛОНАСС в зоне видимости спутника ему доступен сигнал с частотой в диапазоне L1 1600 МГц. Вторая частота используется исключительно для нужд военной навигации.

Система спутниковой навигации GPS применяет СDMA - кодовое деление сигналов, и так же имеет два диапазона частот L1 1575,42 МГц и L2 1227,6 МГц [8].

2.1.1 Подсистема навигационных космических аппаратов ГЛОНАСС

Основное назначение навигационных спутников -- формирование и излучение жестко синхронизированных сигналов, которые используются потребителями для навигационных определений, а назначение навигационно-координационного центра - контроль функционирования бортовых систем и организация управления их работой. Соответственно, в состав бортовой аппаратуры входят передатчики и антенны навигационных сигналов и телеметрической информации, антенны и приемники данных и команд, передаваемых от подсистемы контроля и управления, бортовой эталон времени и частоты, блоки ориентирования, источники питания и различное вспомогательное оборудование. На НКА может также размещаться дополнительное оборудование, например детекторы обнаружения ядерных взрывов и элементы систем боевого управления.

Согласно проекту, полная орбитальная группировка российской ГНСС ГЛОНАСС должна содержать 24 штатных НКА, размещенных на трех круговых орбитах, по восемь НКА в каждой (Рисунок 3). Отметим, что заданная точность навигационно-временных определений обеспечивается при наличии 21 НКА (по семь на каждой орбите), а полную функциональность система сохраняет при выходе из строя до шести НКА (по два на каждой орбите). Таким образом, полная группировка ГЛОНАСС содержит «горячий резерв» от трех до шести НКА.

Рисунок 3 Схема размещения спутников ГЛОНАСС на орбитах

Полномасштабные летные испытания ГНСС ГЛОНАСС начались в 1982 г. запуском спутника «Космос-1413». Первоначально разрабатывавшаяся как система военного назначения, ГНСС ГЛОНАСС в 1999 г. получила статус системы двойного (военного и гражданского) применения, ответственными за использование, поддержание и развитие которой являются Министерство обороны РФ и Российское космическое агентство. Соответствующими постановлениями Правительства РФ от 1995 и 1999 гг. определено, что ГНСС ГЛОНАСС в стандартном режиме может бесплатно использоваться в гражданских, коммерческих и научных целях любыми потребителями. Основным документом, устанавливающим взаимоотношения потребителей с системой, является Интерфейсный контрольный документ ГЛОНАСС. Развертывание орбитальной группировки до полного состава - 24 НКА - завершилось в 1995 г., однако затем из-за выработки ресурса НКА и отсутствия средств на запуск новых аппаратов произошла существенная деградация системы и в конце 1990-х годов число работоспособных НКА сократилось до 8-10 единиц. Для восстановления работоспособности системы в начале XXI в. была принята Федеральная целевая программа ГЛОНАСС, предусматривающая выделение необходимых средств на глубокую модернизацию и дальнейшее развитие российской ГНСС.

Спутники первого поколения ГЛОНАСС, имевшие гарантированный срок активного существования (САС) 3 года (фактический средний срок порядка 4,5 лет), заменяются аппаратами ГЛОНАСС-М (САС 7 лет), а в дальнейшем планируется переход на аппарат ГЛОНАСС-К (САС 10 лет). Согласно данным [1], основные характеристики перечисленных модификаций спутников приведены на рисунке 4.

Среди перечисленных направлений развития системы новым является реализация технологии автономной навигации. Для этого на НКА размещается бортовая аппаратура межспутниковых измерений, осуществляющая измерения расстояний между НКА и скоростей их относительного перемещения, а также средства межспутниковой связи и обмена данными. Результаты межспутниковых измерений позволяют дополнять и корректировать информацию, «загружаемую» с наземных контрольных станций и сохранять работоспособность системы при ее отсутствии.

Рисунок 4 Технические характеристики спутников орбитальной группировки ГЛОНАСС

Спутники ГЛОПАСС-С размещены на трех круговых орбитах. Наклонение орбитальных плоскостей составляет 64,8°, долготы восходящих узлов (точек пересечения экваториальной плоскости с полуплоскостями орбит, соответствующим движению НКА с юга на север) различаются на 120°. В каждой орбитальной плоскости восемь НКА разнесены по аргументу широты через 45°, а аргументы широты НКА в каждой из орбитальных плоскостях сдвинуты относительно соседней на ±15°.

Высоте круговых орбит, равной 19100 км над поверхностью Земли, соответствует поминальный период обращения равный 11 ч 15 мин 44 с [3, 11], не кратный периоду суточного вращения Земли. Орбиты с таким периодом, называемые несинхронными, менее чувствительны к возмущениям, обусловленным неоднородностью гравитационного поля Земли по сравнению с синхронными круговыми орбитами (12 ч 00 мин), используемыми в системе GPS [5, 6]. Действительно, след синхронной орбиты НКА на поверхности Земли раз в сутки проходит через одни и те же точки, поэтому картина возмущения орбиты неоднородностями гравитационного поля будет повторяться для каждого НКА, при этом заметно отличаясь от картины возмущений для всех других НКА. След же несинхронной круговой орбиты, благодаря вращению Земли, медленно (с периодом 7 сут 23 ч 27 мин 28 с) перемещается относительно поверхности Земли, при этом возмущения орбит для всех НКА в среднем практически одинаковы [3].

2.1.2 Подсистема контроля и управления ГЛОНАСС

Подсистема контроля и управления (НКУ) ГЛОНАСС включает в себя ряд взаимосвязанных элементов, важнейшими из которых являются:

- центр управления системой (ЦУС);

- центральный синхронизатор (ЦС); I

- контрольные станции (КС).

НКУ решает следующие основные задачи.

1. Проводит траекторные измерения для контроля, уточнения и прогнозирования параметров орбит (эфемерид) НКА.

2. Выполняет временные измерения для определения и прогноза отклонений БІІІВ, формируемых синхронизаторами всех НКА, относительно общесистемной шкалы времени (СШВ), формируемой ЦС.

3. Формирует массив служебной информации, содержащий прогноз эфемерид, поправки к бортовой шкале времени НКА, альманах и другие данные.

4. Обеспечивает передачу («закладку») этих данных в бортовой компьютер НКА для включения в навигационное сообщение, передаваемое потребителю, а также для коррекции БШВ (их синхронизации с СШВ).

5. Ведет радиотелеметрический контроль, диагностику и прогноз состояния бортовой аппаратуры НКА.

6. Выполняет мониторинг качества радионавигационных сигналов излучаемых НКА, с целью выявления возможных неисправностей и отклонений в работе бортовой аппаратуры; контролирует сдвиг фазы дальномерного сигнала НКА относительно фазы сигнала ЦС.

7. Осуществляет планирование, программное и командное управление полетом НКА и функционированием бортовых систем.

8. Планирует работу всех элементов НКУ, обработку и обмен данными между его элементами.

Далее рассмотрим основные функции, выполняемые составными частями НКУ.

Центр управления системой (ЦУС), соединенный каналами связи различных типов со всеми элементами НКУ, осуществляет планирование и координацию всех используемых в его работе средств. В том числе, НКУ на основе полученных данных прогноза эфемерид и частотно-временных поправок с помощью баллистического центра проводит расчет пространственно-временных характеристик группировки НКА. При этом используются данные системы единого времени, системы определения параметров вращения Земли, систем мониторинга гелио- и геофизической обстановки. Необходимо отметить, что требования к точности контроля параметров орбиты и синхронизации шкалы времени, которые должен обеспечить НКУ ГНСС, существенно выше, чем в любой другой области космонавтики, поскольку погрешности в этих параметрах непосредственно определяют итоговые погрешности координат. Погрешности определения и прогноза параметров орбиты не должны превышать 10 - 15 м, поэтому при расчетах необходимо учитывать такие факторы, как световое давление на НКА, влияние релятивистские; эффектов на гравитационное поле Земли, неравномерность вращения Земли и ее полюсов, а также наличие реактивных сил, связанных с азоотделением материалов покрытия НКА (в большинстве других приложений считается, что влияние этих факторов имеет второй порядок малости). По результатам многолетних наблюдений при наименее благоприятных условиях средняя квадратическая погрешность эфемеридных данных составляет по высоте 5 м. (СКО), вдоль орбиты 20 м (СКО), по нормали к плоскости орбиты 10 м (СКО). При благоприятных условиях погрешности по высоте и вдоль орбиты приблизительно в 2 раза меньше.

Центральный синхронизатор использует цезиевые бортовые независимые стандарты частоты с относительной нестабильностью порядка 1*10-13, водородные наземные стандарты частоты с относительной нестабильностью порядка 1*10-14, а также наземные средства сличения шкал с погрешностью 3-5 нс. Эти требования обусловлены тем, что для ГНСС, обеспечивающей беззапросные навигационные определения одновременно по нескольким спутникам необходима синхронизация бортовой шкалы времени и шкалы времени центрального синхронизатора с точностью до единиц наносекунд, поскольку рассинхронизации в 10нс соответствует! погрешность местоопределения порядка 10 - 15 м. Шкала времени центрального синхронизатора (СШВ) «привязана» к национальной шкале времени России UTC (SU) [5, 12].

Контрольные станции (КС) осуществляют траекторные и временные измерения, необходимые для формирования эфемеридной информации и оценки расхождений БШВ относительно СШВ, а также ведут прием телеметрической информации и передачу («закладку») информации на борт НКА. Отличие сети КС ГЛОНАСС от GPS состоит в том, что ее структура полностью обеспечивает функционирование системы с национальной территории. КС распределены по всей территории России (Рисунок 5), кроме того, на основе соответствующих договоренностей, могут использоваться КС, расположенные на территории СНГ Размещение сети КС обеспечивает проведение в течение суток по каждому спутнику 10-12 сеансов измерений; объем данных, получаемых в одном сеансе, составляет примерно 1 Кбайт. В стандартном режиме закладка на НКА высокоточных эфемерид и временных поправок производится 1 раз в сутки, хотя имеющаяся сеть КС позволяет делать это 2 раза в сутки. Сеть КС обладает достаточной избыточностью, поэтому выход из строя одной станции не приводит к ухудшению параметров системы. В наихудшем случае работоспособность системы ГНСС ГЛОНАСС может обеспечить ЦУС совместно с всего одной КС, однако при это интенсивность работы КС будет близка к предельно допустимой. При планировании работ на сутки определяются основные и резервные станции, при этом аппаратура всех станций имеет тройное резервирование (рабочий комплект, резервный комплект, комплект для регламентных и профилактических работ).

Рисунок 5 Расположение контрольных станций на территории России

Для периодической юстировки радиотехнических КС используются квантово-оптические станции (КОС) и лазерные дальномеры; для этого на НКА размещаются специальные оптические отражатели. Всего используется около 20 таких комплексов трех видов: лазерная дальномерная система «Гео-ИК», КОС «Эталон» и КОС «Майданак» (Узбекистан).

Еще одной составной частью контрольных станций ГЛОНАСС является аппаратура контроля поля (АКП) - высокоточная аппаратура потребителя, располагаемая в точках с эталонными координатами и оснащенная высокоточным эталоном времени. Аппаратура обеспечивает контроль точности решения навигационной задачи и качества информации, содержащихся в навигационных сообщениях НКА.

Режим контроля точности предусматривает решение навигационной задачи по каждому оптимальному созвездию спутников и сравнение результатов с эталонными координатами. В случае, если точность решения задачи не соответствует расчетной, могут приниматься следующие меры:

- передача на борт НКА команды о включении в кадр навигационной информации (НИ) признака непригодности сигнала НКА для проведения НВО;

- поиск причины аномальной работы с использованием телеметрической информации;

- пересчет и перезакладка на борт уточненной навигационной информации (прогноза эфемерид, часов и др.).

Режим контроля навигационного сообщения предусматривает сравнение измеренных значений псевдодальностей и псевдоскоростей со значениями, рассчитанными на основании прогнозов, содержащихся в НС по всем НКА, находящимся в зоне радиовидимости АКП. Одновременно контролируется отсутствие в НС сигнала запроса, формируемого бортовым компьютером в случае нештатной ситуации, выявленной в режиме самотестирования. Опыт эксплуатации ГНСС ГЛОНАСС подтверждает, что перечисленных мер достаточно для поддержания расчетных характеристик навигационного поля.

2.2 Основные элементы и принципы работы GPS

Система NAVSTAR имеет 24 рабочих спутника с орбитальным периодом в 12 часов на высоте примерно 20200 км от поверхности Земли. В шести различных плоскостях имеющих наклон к экватору в 55° , расположено по 4 спутника. Указанная высота необходима для обеспечения стабильности орбитального движения спутников и уменьшения фактора влияния сопротивления атмосферы.

Министерство Обороны США (DoD) осуществляет непрерывное слежение за спутниками. На каждом спутнике расположено несколько высокоточных атомных часов и они непрерывно передают радиосигналы с собственным уникальным идентификационным кодом. МО США имеет 4 станции слежения за спутниками, три станции связи и центр осуществляющий контроль и управление за всем наземным сегментом системы. Станции слежения непрерывно отслеживают спутники и передают данные в центр управления. В центре управления вычисляются уточнённые элементы спутниковых орбит и коэффициенты поправок спутниковых шкал времени, после чего эти данные передаются по каналам станций связи на спутники по крайней мере один раз в сутки.

Каждый спутник GPS передаёт два радиосигнала: на частоте L1=1575.42 МГц и L2=1227.60 МГц [8]. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN), P-код и C/A код. “Точный” или P-код может быть зашифрован для военных целей. “Грубый” или C/A код не зашифрован. Сигнал L2 модулируется только с P-кодом. Большинство гражданских пользователей используют C/A код при работе с GPS системами. Некоторые приёмники Trimble геодезического класса работают с P-кодом.

Основы системы GPS в общем схожи с основами системы ГЛОНАСС, и базируется на спутниковой трилатерации, спутниковой дальнометрии и точной временной привязке.

Точные координаты могут быть вычислены для места на поверхности Земли по измерениям расстояний от группы спутников (если их положение в космосе известно). В этом случае спутники являются пунктами с известными координатами. Предположим, что расстояние от одного спутника известно и мы можем описать сферу заданного радиуса вокруг него. Если мы знаем также расстояние и до второго спутника, то определяемое местоположение будет расположено где-то в круге, задаваемом пересечением двух сфер. Третий спутник определяет две точки на окружности. Теперь остаётся только выбрать правильную точку. Однако одна из точек всегда может быть отброшена, так как она имеет высокую скорость перемещения или находится на или под поверхностью Земли. Таким образом, зная расстояние до трёх спутников, можно вычислить координаты определяемой точки.

Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приёмника умноженным на скорость света. Для того, чтобы определить время распространения сигнала нам необходимо знать когда он покинул спутник. Для этого на спутнике и в приёмнике одновременно генерируется одинаковый псевдослучайный код. Приёмник проверяет входящий сигнал со спутника и определяет когда он генерировал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света (~ 300000 км/с) даёт искомое расстояние. Использование кода позволяет приёмнику определить временную задержку в любое время. Кроме того, спутники могут излучать сигнал на одной и той же частоте, так как каждый спутник идентифицируется по своему Псевдослучайному коду (PRN или PseudoRandom Number code).

Как видно из сказанного выше, вычисления напрямую зависят от точности хода часов. Код должен генерироваться на спутнике и приёмнике в одно и то же время. На спутниках установлены атомные часы имеющие точность около одной наносекунды. Однако это слишком дорого, чтобы устанавливать такие часы в каждый GPS приёмник, поэтому измерения от четвёртого спутника используются для устранения ошибок хода часов приёмника. Эти измерения можно использовать для устранения ошибок, которые возникают если часы на спутнике и в приёмнике не синхронизированы. Если часы на спутнике и в приёмнике имеют одинаковую точность хода, то точное местоположение может быть найдено по измерениям расстояния до двух спутников. Если получены измерения с трёх спутников и все часы точные, то круг описанный радиус-вектором от третьего спутника будет пересекаться. Однако, если часы в приёмнике спешат на 1 секунду, то картина будет выглядеть следующим образом.

Когда GPS приёмник получает серию измерений, которые не пересекаются в одной точке, то компьютер в приёмнике начинает вычитать (или добавлять) время методом последовательных итерации до тех пор, пока не сведёт все измерения к одной точке. После этого вычисляется поправка и делается соответствующее уравнивание.

Если вам требуется третье измерение, то необходим четвёртый спутник для устранения ошибок хода часов в приёмнике. Таким образом, при работе в поле вам необходимо иметь минимум четыре спутника, чтобы определить трёхмерные координаты объекта.

2.2.1 Подсистема навигационных космических аппаратов GPS

В США разработки концепции среднеорбитальной ГНСС второго поколения были начаты в 1970-е годы. Полномасштабные работы по созданию и испытанию ГНСС, в то время называвшейся NAVSTAR, начались в 1978 г. запуском четырех НКА. Полное развертывание ГНСС, в настоящее время официально именуемой GPS, завершилось в 1995 г.

Основным документом, регламентирующим использование системы, является Интерфейсный контрольный документ GPS, распространение которого возложено на компанию ARINC.

Штатная орбитальная группировка ГНСС GPS состоит из 24 основных НКА, расположенных на шести круговых орбитах. Дополнительно на некоторых орбитах могут находиться резервные НКА, предназначенные для сохранения параметров системы при выходе из строя основных НКА (Рисунок 6). Наклонение орбитальных плоскостей 55°; долготы восходящих узлов различаются на 60°. Высоте орбит около 20 ООО км соответствует период обращения равен 12 ч 00 мин, т. е. орбиты НКА GPS являются синхронными.

Рисунок 6 Схема размещения спутников GPS на орбитах

В процессе создания эксплуатации ГНСС GPS НКА подвергались неоднократной модернизации. Опытные НКА № 1-12 (Блок-I) были сконструированы так, чтобы поддерживать нормально работу без контакта с наземными средствами в течение 3-4 дней. НКА, предназначенные для регулярной эксплуатации, получили Наименование Блок-ІІ, Блок-IIR. НКА Блок-ІІ (№ 13-40) обеспечивает местоопределение без контакта НКУ в течение 14 дней. WKA Блок-IIR (№ 41-66) должен обеспечивать местоопределение без контакта с НКУ по крайней мере в течение 14 дней при работе совместно с НКА Блок-ІІ и в течение минимум 180 дней с работающей системой автономной навигации Autonav [12].

Для реализации технологии Autonav на НКА Блок-IIR размещаются средства межспутниковой связи, обмена данными и измерения взаимных дальностей, позволяющие проводить автономную синхронизацию БШВ и автономное уточнение параметров орбит. Именно эти средства и обеспечивают автономную работу ГНСС в течение 180 дней без существенного ухудшения точности (СКО определения координат в течение указанного периода не более 16 м) с сохранением характеристик по устойчивости функционирования. При отсутствии системы Avtonav такая точность может быть сохранена только в течение двух недель. Следует отметить, что эта технология может быть реализована лишь при наличии на орбите не менее 16 НКА типа II-R.

Перспективные НКА Блок-IIF, предназначенные для замены НКА Блок-IIR, предполагают увеличение срока службы до 14 и более лет, а также совершенствование структуры сигнала и координатно-временного обеспечения НКА. В частности, на этих НКА будет установлена система межспутниковых измерений Crosslink Nav, являющаяся развитием технологии Avtonav. Рассматривается возможность включения в систему наземных станций межспутниковых измерений, аналогичных тем, что размещаются на НКА. Утверждается, что наличие даже одной такой станции позволяет существенно повысить точность эфемеридных измерений в условиях ограничений на расположение наземных КС.

2.2.2 Подсистема контроля и управления GPS

Наземный комплекс управления GPS состоит из сети наземных станций слежения, расположенных по всему миру (Рисунок 7). Сеть включает главную (ведущую) станцию, КС и земные станции ввода данных на НКА (три). Главная станция контроля и управления находится на авиабазе Фалкон (Шривер) ВВС США в районе г. Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. Ее основу составляет центр управления с вычислительным комплексом и средства передачи данных на земную станцию связи с НКА. Контрольные станции в настоящее время размещены на атолле Диего-Гарсиа (архипелаг Чагос в Индийском океане), на о. Вознесения (в Атлантическом океане), на Гавайях и атолле Кваджалейн (в Тихом океане); одна КС совмещена с главной станцией [10]. Тот факт, что станции расположены сравнительно равномерно по земному шару вблизи экватора, создает благоприятные условия для наблюдений за НКА.

Рисунок 7 Схема расположения элементов наземного комплекса управления GPS

Эти станции принимают сигналы спутников GPS и осуществляет прецизионные измерения дальности до 1ІКА, по которым на главной станции осуществляются точные расчеты параметров орбит, ионосферной модели и корректирующих поправок для бортовых часов. Для точного определения орбит НКА используется беззапросный метод. По соответствующим измерениям задержки дальномерных сигналов НКА осуществляется точное определение параметров орбит и параметров движения НКА. Через земные станции связи (атолл Диего-Гарсиа, о. Вознесения, атолл Кваджалейн) главная станция передает на борт каждого НКА эти параметры совместно с данными обработки метеорологической информации, позволяющей уточнить параметры модели тропосферы. Производится также мониторинг состояния НКА и управление их работой.

2.3 Сравнение и недостатки систем ГЛОНАСС и GPS

В данном разделе рассмотрим некоторые особенности основных систем спутниковой навигации (GPS и ГЛОНАСС):

Обе системы имеют двойное назначение -- военное и гражданское, поэтому излучают два вида сигналов: один с пониженной точностью определения координат (~100 м) для гражданского применения и другой высокой точности (~10-15 м и точнее) для военного применения. Спутники NAVSTAR располагаются в шести плоскостях на высоте примерно 20 180 км. Спутники ГЛОНАСС (шифр «Ураган») находятся в трёх плоскостях на высоте примерно 19 100 км. Hоминальное количество спутников в обеих системах -- 24. Группировка NAVSTAR полностью укомплектована в апреле 1994-го и с тех пор поддерживается, группировка ГЛОНАСС была полностью развёрнута в декабре 1995-го, но с тех пор значительно деградировала. В настоящий момент идёт её активное восстановление.

Обе системы используют сигналы на основе «псевдошумовых последовательностей», применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при невысокой мощности излучения передатчиков.

В соответствии с назначением, в каждой системе есть две базовые частоты -- L1 (стандартной точности) и L2 (высокой точности). Для NAVSTAR L1=1575,42 МГц и L2=1227,6 МГц. В ГЛОHАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602,56 до 1615,5 МГц и L2 от 1246,43 до 1256,53. Сигнал в L1 доступен всем пользователям, сигнал в L2 -- только военным (то есть, не может быть расшифрован без специального секретного ключа).

Каждый спутник системы, помимо основной информации, передаёт также вспомогательную, необходимую для непрерывной работы приёмного оборудования. В эту категорию входит полный альманах всей спутниковой группировки, передаваемый последовательно в течение нескольких минут. Таким образом, старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка 1-й минуты) -- это называется «тёплый старт», но может занять и до 15-ти минут, если приёмник вынужден получать полный альманах -- т. н. «холодный старт». Необходимость в «холодном старте» возникает обычно при первом включении приёмника, либо если он долго не использовался.

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить. «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 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 основана на геостационарных объектах (спутниках, наземных базовых станциях), обычно является платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу»). В настоящее время (2006-й год) существует бесплатная европейская система EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services), основанная на двух геостационарных спутниках, дающая высокую точность (до 30 см), но работающая с перебоями и ненадёжно. В Северной Америке её аналогом является система WAAS.

Несмотря на некоторые преимущества, у GPS есть и недостатки. Например, GPS- приемник может быть отключен в любой момент, скажем, из соображений безопасности США. Кроме того, внедрение GPS- технологии подразумевает наличие подробных электронных карт c масштабом до 100 м, которые есть в свободной продаже не в каждой стране.

Нельзя не упомянуть то обстоятельство, что при вычислении координат спутниковая система допускает погрешности. Природа этих ошибок различна. Основными источниками ошибок, влияющими на точность навигационных вычислений в GPS-системе, в частности, являются:

- погрешности, обусловленные режимом селективного доступа (Selective availability, S/A). Используя данный режим, Министерство Обороны США намеренно снижает точность определения местонахождения для гражданских лиц. В режиме S/A формируются ошибки искусственного происхождения, вносимые в сигнал на борту GPS-спутников с целью огрубления навигационных измерений. Такими ошибками являются неверные данные об орбите спутника и искажения показаний его часов за счет внесения добавочного псевдослучайного сигнала. Величина среднеквадратического отклонения из-за влияния этого фактора составляет, примерно, 30 м.

- погрешности, связанные с распространением радиоволн в ионосфере. Задержки распространения сигналов при их прохождении через верхние слои атмосферы приводят к ошибкам порядка 20-30 м днем и 3-6 м ночью. Несмотря на то, что навигационное сообщение, передаваемое с борта GPS- спутника, содержит параметры модели ионосферы, компенсация фактической задержки, в лучшем случае, составляет 50%.

- погрешности, связанные с распространением радиоволн в тропосфере. Возникают при прохождении радиоволн через нижние слои атмосферы. Значения погрешностей этого вида при использовании сигналов с С/А- кодом не превышают 30 м.

- эфемеридная погрешность. Ошибки обусловлены расхождением между фактическим положением GPS-спутника и его расчетным положением, которое устанавливается по данным навигационного сигнала, передаваемого с борта спутника. Значение погрешности обычно не боее 3м.

- погрешность ухода шкалы времени спутника вызвана расхождением шкал времени различных спутников. Устраняется с помощью наземных станций слежения или за счет компенсации ухода шкалы времени в дифференциальном режиме определения местоположения.

- погрешность определения расстояния до спутника является статистическим показателем. Он вычисляется для конкретного спутника и заданного интервала времени. Ошибка не коррелированна с другими видами погрешностей. Ее величина обычно не превышает 10 м.

К недостаткам системы ГЛОНАСС обычно относят:

необходимость сдвига диапазона частот вправо, так как в настоящее время ГЛОНАСС мешает работе, как подвижной спутниковой связи, так и радиоастрономии

- при смене эфемерид спутников, погрешности координат в обычном режиме увеличиваются на 25-30м, а в дифференциальном режиме - превышают 10 м;

- при коррекции набежавшей секунды нарушается непрерывность сигнала ГЛОНАСС. Это приводит к большим погрешностям определения координат места потребителя, что недопустимо для гражданской авиации;

- сложность пересчета данных систем ГЛОНАСС и GPS из-за отсутствия официально опубликованной матрицы перехода между используемыми системами координат.

В итоге, не смотря на то, что системы GPS и ГЛОНАСС во многом подобны, но имеют и различия (что хорошо видно из таблицы 2). Они разрабатывались с учетом наиболее вероятных областей применения. Поэтому ГЛОНАСС имеет преимущества на высоких широтах, а GPS -- на средних.

Таблица 2 - Основные характеристики навигационных систем ГЛОНАСС и GPS

Характеристики	ГЛОНАСС	GPS
Количество спутников (проектное)	24	24
Количество орбитальных плоскостей	3	6
Количество спутников в каждой плоскости	8	4
Тип орбиты	Круговая (S=0+-0,01)	Круговая
Высота орбиты	19100 км	20200 км
Наклонение орбиты, град	64,8+-0,3	55 (63)
Период обращения	11 ч 15,7 мин.	11 ч 56,9 мин.
Способ разделения сигналов	Частотный	Кодовый
Навигационные частоты, МГц: L1 L2	1602,56 -- 1615,5 1246,44 -- 1256,5	1575,42 1227,6
Характеристики	ГЛОНАСС	GPS
Период повторения ПСП	1 мс	1 мс (С/А-код) 7 дней (Р-код)
Тактовая частота ПСП, МГц	0,511	1,023 (С/А-код) 10,23 (Р,Y-код)
Скорость передачи цифровой информации, бит/с	50	50
Длительность суперкадра, мин	2,5	12,5
Число кадров в суперкадре	5	25
Число строк в кадре	15	5
Погрешность* определения координат в режиме ограниченного доступа: горизонтальных, м вертикальных, м	не указана	18 (P,Y-код) 28 (P,Y-код)
Погрешности* определения проекций линейной скорости, см/с	15 (СТ-код)	<200 (С/А-код) 20 (P,Y-код)
Погрешность* определения времени в режиме свободного доступа, нс в режиме ограниченного доступа, нс	1000 (СТ-код) --	340 (С/А-код) 180 (P,Y-код)
Система отсчета пространственных координат	ПЗ-90	WGS-84
* Погрешности в определении координат, скорости и времени для системы ГЛОНАСС -- 0,997, для GPS -- 0,95.

3. Аппаратура потребителей и сферы применения систем глобального позиционирования

3.1 Аппаратура потребилей систем глобального позиционирования

3.1.1 Приёмники

Приёмник -- радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками группы GPS и/или ГЛОНАСС. Пример GPS-приёмника представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 Пользовательский GPS-приёмник

Максимальная точность измерения составляет 3 - 5 метров, а при наличии корректирующего сигнала от наземной станции -- до 1 мм (обычно 5-10мм) на 1 км расстояния между станциями (дифференциальный метод). Точность коммерческих навигаторов составляет от 150 метров (у старых моделей при плохой видимости спутников) до 3 метров (у новых моделей на открытом месте). Кроме того, при использовании систем SBAS и местных систем передачи поправок точность может быть повышена до 1-2 метров по горизонтали.

На базе приёмников создаются как самостоятельные устройства --имеющие собственный процессор для необходимых расчётов и (в основном, у навигаторов) дисплей для отображения информации, и GPS-приставки к КПК и ноутбукам, которые бывают беспроводные (BlueTooth, Wi-Fi, IrDa) и проводные (USB, RS-232, PS/2). Последние также жаргонно называют GPS-мышками из-за внешнего сходства с компьютерными мышами. Помимо этих устройств, для навигации используются онбордеры (встроенные автомобильные компьютеры).

Всё навигационное оборудование условно делится на пользовательское (Рисунок 8) и профессиональное (Рисунок 9). Профессиональное отличается качеством изготовления компонент (особенно антенн) и ПО, поддерживаемыми режимами работы (например RTK, binary data output), рабочими частотами (L1+L2), алгоритмами подавления многолучевости, солнечной активности (влияние ионосферы), поддерживаемыми системами навигации (например только GPS или ГЛОНАСС, а также GPS+ГЛОНАСС) и, разумеется, ценой.

Пользовательские приёмники помимо собственно широты, долготы и высоты способны сообщить: точное время (некоторые приёмники имеют выход PPS); ориентацию по сторонам света (в моделях без встроенного компаса -- только направление скорости при движении); высоту над уровнем моря (при условии приёма сигнала более четырёх спутников или при наличии встроенного баровысотомера); направление на точку с координатами, заданными пользователем; текущую скорость, пройденное расстояние, среднюю скорость; данные с информацией о состоянии дороги -- пробки, дорожные работы и т. д. (в моделях, оснащённых TMC-приёмником и при наличии службы «Канал автодорожных сообщений») текущее положение на электронной карте местности (модели, оснащённые картами), а также текущее положение относительно трека.

Рисунок 9 Профессиональный GPS-приёмник

Информация о пути перемещения (трек) может быть скопирована в файл, а затем передана (в частности, через Интернет) другим пользователям GPS, желающим двигаться тем же маршрутом.

При использовании GPS-приставки информация выводится на КПК, сотовый телефон или компьютер, к которому подключена эта приставка с помощью навигационного программного обеспечения. Физически соединение, как правило, осуществляется через последовательный порт (RS-232, USB, Bluetooth). Для связи приёмника с компьютером может использоваться двоичный (текстовый) протокол производителя приёмника (Garmin, Magellan и другие) либо производителя чипсета (Magellan, Sirf, Trimble и другие), при этом абсолютное большинство приёмников поддерживают обмен информацией с помощью текстового протокола NMEA.

Наличие карты существенно улучшает пользовательские характеристики навигатора. Навигаторы с картами показывают положение не только самого приёмника, но и объектов вокруг него.

Все электронные карты можно поделить на два основных типа -- векторные и растровые.

Растровые карты -- это самый простой и доступный тип карт. Фактически это изображение местности, к которому привязываются географические координаты. Масштаб растровой карты напрямую зависит от исходного варианта; или это фотография со спутника, или отсканированная бумажная карта. В России лучше всего представлены растровые карты крупных городов, для других районов карты найти проблематично. Также есть проблема привязки координат карты к координатам, выдаваемым приёмником (проблема датума). На платформах PC и Windows Mobile для использования растровых карт доступна популярная программа OziExplorer. Так же огромный массив растровых (фотографических, и растеризованных векторных) карт и средства работы с ними, включая поддержку работы с GPS-приёмниками, предоставляют такие интернет-сервисы, как Карты Google.

Векторные карты представляют собой базу данных, где хранится информация об объектах, их характеристиках и взаимном месторасположении, географических координатах и прочем. В картах могут храниться разнообразные характеристики местности: горы, реки, озера, впадины, дороги, мосты, уровни антропогенных загрязнений, типы растительности, расположение линий ЛЭП. Также многие подробные карты хранят множество таких объектов как заправки, гостиницы, кафе и рестораны, стоянки, посты дорожной полиции, запрещённые к проезду зоны, достопримечательности и памятники, культурные артефакты, больницы.

Поскольку в них не содержится объёмных графических изображений, места в памяти они занимают гораздо меньше, чем растровые и быстрее работают. Безусловным преимуществом векторных карт, является возможность искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие необходимые путешественнику места. Кроме того, векторные карты позволяют показывать разную детализацию объектов при отображении карты в разных масштабах.

Существуют навигационные системы, позволяющие пользователю дополнять карты навигатора своими собственными объектами.

В специализированных автомобильных GPS-навигаторах (Рисунок 10) существует возможность прокладывать маршруты по векторной навигационной карте -- с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже дорожных пробок.

Рисунок 10 Автомобильный GPS-навигатор

3.1.2 Трекеры

Следующий тип аппаратуры потребителя это - трекер, он содержит приёмник, с помощью которого он определяет свои координаты, а также передатчик для отправки их удаленному пользователю.

По конструкции различают два класса трекеров:

Персональный портативный трекер -- обычно так называется GPS-трекер малых размеров. Предназначен для индивидуального использования.

Автомобильный трекер (часто называемый: Автомобильный контроллер) -- это станционное устройство, которое подключается к бортовой сети автомобиля или другого транспортного средства.

Трекер может применяться для определения местонахождения людей, животных, товаров или транспорта, а также других объектов. Устройство записывает полученную информацию с регулярными интервалами, а затем может эти данные записывать или передавать их посредством радиосвязи, GPRS- или GSM-соединения, спутникового модема на сервер поддержки или другой компьютер (например, в виде SMS или по сети Интернет). В случае использования сервера поддержки, он обрабатывает полученные данные и регистрирует их в своей базе данных; затем пользователь трекера может зайти на сервер системы в сети Интернет под своим именем и паролем, и система отображает местонахождение и географию перемещения на карте. Передвижения трекера можно анализировать либо в режиме реального времени, либо позже. Функция трекинга существует у некоторых моделей сотовых телефонов.

Возможности применения трекеров включают:

Контроль за передвижением транспорта. Например, транспортная компания или такси-сервис могут поставить такое устройство на свои средства передвижения и, таким образом, получать информацию о времени и маршруте, искать угнанный автотранспорт.

Контроль за передвижением животных. Такие трекеры могут быть в виде ошейников или использоваться учёными или хозяевами домашних животных.

Контроль за ходом спортивных соревнований. Трекер позволяет узнать о нарушении правил, если участник соревнований решит сократить путь (например, в планеризме) или для определения величины дистанции (например, в джоггинге)

Наблюдение за людьми. Могут использоваться для контроля за передвижениями человека или его автомобиля для изучения его привычек, для поиска и защиты детей или пожилых людей. При этом родители на своём компьютере могут установить зону, в которой может находиться их ребёнок. Если владелец сотового телефона с функцией трекинга покинет эту зону, то на компьютер или на сотовый телефон родителей будет выведен сигнал тревоги.

Наблюдение за работниками. контроль помогает выявить маршрут выездных работников. Например торговых представителей, водителей, мерчандайзеров и др. С помощью программы для работы торговых агентов, в которой установлен контроль можно следить придерживаются ли маршрута персонал компании. Это помогает оптимизировать рабочий процесс, снизить не целевое использование рабочего времени.

Полуавтоматическое снабжение цифровых фотографий геотегами в EXIF/IPTC, для привязки фотографий к глобальным координатам и дальнейшего просмотра на картах.

Некоротые трекеры на сегодняшний день поддерживают кнопку «SOS», которая позволяет ребенку и любому другому пользователю отправить тревожный сигнал с точными координатами на несколько номеров в виде SMS сообщения.

Однако существуют и контрмеры против треккинга. Для этих целей используются средства подавления сигнала от трекера, которые могут создавать помехи в работе также других устройств, использующих те же частоты, что и трекер. Поэтому во многих странах использование средств подавления сигнала признаётся незаконным. При этом трекер продолжает записывать своё местоположение и эта информация может быть получена его собственником позже.

Против трекеров можно использовать также подавление сигнала, в результате чего трекер не может определить своего местоположения и теряется его основная функция.

Однако, некоторые производители трекеров, уже предусмотрели и совершенствуют информирование пользователя в случае обнаружения вероятности подавления сигнала противоугонных комплексов.

3.1.3 Логгеры

Еще один тип устройств это логгеры (logger, другими словами: recorder или DATA-логгер) -- особый класс радиоприёмников, который может работать в режиме обычного приёмника (только принимая информацию от спутниковой группировки) или -- в режиме рекордера/логгера записывая информацию о пройденном пути (треке) в свою встроенную память. Впоследствии накопленную информацию из приёмника можно выгрузить в компьютер для её анализа.

Некоторые производители для наименования производимых логгеров используют термин -- пассивный трекер (Passive Tracker).

Особенности конструкции

Логгеры бывают портативные (с питанием от малогабариного аккумулятора) или автомобильные (для закрепления его в транспортном средстве, с питанием от бортовой сети).

Наличие встроенной памяти для записи пути (трека, лога). В современных моделях логгеров объём памяти может достигать такой величины, что позволяет записать в него трек(и) размером до 200 000 точек.

Питание портативного логгера может быть автономным (от аккумуляторных батарей), от бортовой сети автомобиля или от USB-порта компьютера. Встречаются конструкции с комбинированным питанием -- от аккумуляторов и с питанием от солнечных батарей.

Некоторые модели логгеров имеют кнопку, нажимая на которую можно на записываемом пути отметить ту или иную важную (интересную) точку своего пути. Отмеченная точка будет отображена на пройденном пути специальной меткой.

3.2 Сферы применения систем глобального позиционирования

Системы глобального позиционирования нашли широкое применение во многих сферах жизнедеятельности человека. С помощью них можно создавать и обновлять базы данных ГИС для различных дисциплин. В частности они нашли широкое применение в сфере природных ресурсов, развития инфраструктуры и контроля городского хозяйства, сельском хозяйстве и социальных науках. Положение, время и дополнительную информацию можно собирать двигаясь по суше, воде и воздуху над интересующем вас местоположением.

Специалисты работающие в области природных ресурсов, такие как, геологи, географы, лесники и биологи использую ГНСС картографические системы для записи положений и дополнительной информации об объектах. Например, лесники в качестве дополнительной информации могут регистрировать возраст, состояние, количество и тип леса. Они могут также проводить съёмку территорий подлежащих вырубке или посадке. Биологи имеют возможность регистрировать ареалы расселения диких животных, маршруты их миграций, численность популяций и другую информацию.

GPS помогает при сборе данных о типах почв, которые в комбинации с трёхмерными моделями территорий позволяют выделить отдельные слои и аспекты для предсказания областей, требующих специального управления. Кроме того, GPS/ГЛОНАСС можно использовать для картографирования местоположения колодцев и других источников воды; записи размеров озёр и их состояния; регистрации ареалов распространения рыбы и диких животных; изменений береговой линии, полевых угодий и климатических зон.

Приложения в сфере городского хозяйства картографических систем включают в себя контроль транспортных потоков и инфраструктуры коммунального хозяйства. Улицы и проспекты могут быть оцифрованы при перемещении по этим объектам с одновременной записью координат. Состояние дорог, опасные участки требующие ремонта участки вводятся в виде дополнительной информации для последующего использования в программах инвентаризации и ГИС.

GPSГЛОНАСС оказывается крайне эффективным при съёмке канализационных, газовых и водных трубопроводах, а также электрических и телефонных линий. Такие объекты как, крышки колодце и пожарные гидранты картографируются как точки с соответствующей атрибутивной информацией.

Аварийные машины и ремонтные бригады могут использовать GPS/ГЛОНАСС для навигации непосредственно к месту аварии коммуникаций. Время их прибытия и отправления точно регистрируется, вместе с их комментариями и планом выполнения сервисных работ.

Кроме того, с помощью спутниковой навигации можно выполнять съёмку земельных участков, участков проведения строительных работ, объектов улиц и заводов расположенных в черте города.

GPSГЛОНАСС картографические системы помогают описывать особенности участков полей находящихся в интенсивном сельскохозяйственном применении. Вы можете точно связать такие характеристики как микроклимат, тип почвы, участки урожая повреждённые насекомыми или болезнями, объём собираемой продукции и т. п. с их местоположением.

Положение трактора или самолёта может быть использовано совместно с данными о типе почвы для выполнения более экономного расхода удобрений или химических распылителей. Это напрямую снижает стоимость затрат на удобрения и уменьшает загрязнение природных водных источников этими веществами.

Такие технология оказывает агрономам существенную помощь в создании баз данных, после анализа которых можно оценить эффект влияния различных методик проведения сельскохозяйственных работ на сбор выращенной продукции.

Археологи и историки могут использовать картографические системы для навигации и регистрации раскопок и исторических мест. Когда желаемая точка маршрута найдена, в базу данных ГИС записываются исчерпывающие данные по объекту, что позволяет в дальнейшем полностью восстановить картину на определённый момент времени.

В качестве примера, можно привести исследования выполненные антропологами в джунглях Венесуэлы. Учёные исследовали “белые пятна” в джунглях и использовали картографические GPS системы для регистрации мест проживания неизвестных местных племён. Местоположения и сопутствующие данные об уровне культурного развития которые были собраны, помогли в дальнейшем правительственным органам Венесуэлы создать резервации, чтобы сохранить в неприкосновенности уникальный быт местных племён.

Картографические GPSГЛОНАСС системы можно использовать в любых приложениях требующих точной временной привязки, положений и другой атрибутивной информации. Конечный результат не ограничивается выводом на карту. Положения объектов и маркеры времени могут быть также переданы в программные пакеты которым необходима информация для всевозможного моделирования, например создания цифровых моделей местности (ЦММ).

3.3 Использование систем GPS/ГЛОНАСС в современных геодезических изысканиях

Позитивные технико-экономические предпосылки, способствующие широкому применению спутниковых методов при проведения на местности различного вида съемок, связаны с открывшимися возможностями производить координатные определения оперативно, с высокой точностью, при любых условиях погоды и при отсутствии прямой видимости между пунктами. Основным ограничительным фактором является при этом требование обеспечения свободного обзора той части небосвода, где в момент измерений находятся наблюдаемые спутники. На практике такое требование не всегда удается выполнить из-за наличия различных экранирующих объектов (кроны деревьев, геодезические наружные знаки, стены зданий и др.), окружающих установленный на пункте спутниковый приемник. В этой связи при организации работ предпочтение отдают комбинированным методам, подразумевающим рациональное сочетание спутниковых наблюдений с измерениями такими геодезическими инструментами, как электронные тахеометры.

Накопленный к настоящему времени опыт применения упомянутых комбинированных методов свидетельствует о том, что спутниковые технологии чаще всего используют для создания съемочного обоснования снимаемого участка местности, а детальная съемка осуществляется только на открытых территориях или с помощью наземных технических средств. Создаваемое при этом геодезическое обоснование чаще всего реализуется через построение локальных сетей, для которых характерны небольшие удаления между пунктами и сравнительно невысокие требования к точности координатных определений.

С технико-экономической точки зрения при проведении спутниковых измерений в таких сетях целесообразно использовать сравнительно недорогие одночастотные приемники геодезического типа в сочетании с оперативными и экономичными методами наблюдений и последующей обработки.

Примерами могут служить такие приемники, как «Землемер Л1-М» (РИРВ, Россия), SR 510 ( Leica, Швейцария), 4600 LS Suveror (Trimble, США), Geotracer 2100 (Geotronics, Швеция), Pro Mark II (Thales, Франция) и др. Перечисленные типы приемников приспособлены для работы как в быстродействующем статическом режиме («Быстрая статика»), так и в полукинематическом режиме, получившем название Stop/Go (Стою/Иду). Они достаточно просты в обращении, имеют сравнительно небольшой вес и потребляют небольшое количество электроэнергии. Точность измерений такими приемниками в сочетании с отмеченными режимами измерений характеризуется средними квадратическими ошибками на уровне около 2 см в плане и 5 см по высоте. Поскольку свойственные спутниковым технологиям методы позволяют получать ориентированные в пространстве векторы, которые характеризуются не только линейной величиной, но и направлением, то последнее свойство используется при съемках для определения азимутальных направлений с погрешностью в несколько угловых секунд. Эта точность зависит, прежде всего, от расстояния между пунктами и возрастает по мере увеличения дальности.

Разработанные к настоящему времени спутниковые технологии широко используются при проведении на местности самых разнообразных съемок. Наряду с хорошо известными топографическими съемками следует отметить такие области применения, как:

- съемки, связанные с различного рода землеустроительными работами;

- съемки, приуроченные к прокладке трасс для шоссейных и железных дорог;

- геодезическое обеспечение геолого-геофизических работ;

- съемки, связанные с ведением лесного хозяйства.

Этот перечень может быть существенно расширен.

Не останавливаясь на отдельных особенностях спутниковых координатных определений, характерных для различных видов съемок, выделим обобщенные особенности, связанные с применением спутниковых методов.

При проведении спутниковых измерений при благоприятных условиях наблюдения спутников могут быть использованы хорошо отработанные геодезические подходы и методы. Вместе с тем съемки местности приходится во многих случаях проводить в условиях, когда поступающие от спутников радиосигналы экранируются различного рода препятствиями. Такая ситуация возникает чаще всего при проведении съемок в залесенных районах, которые в нашей стране занимают обширные территории.

Для успешного использования спутниковых технологий в залесенной местности предложены различные подходы. В некоторых случаях предлагается размещать приемники на полянах или даже делать необходимые вырубки деревьев. В Методических рекомендациях, разработанных Сибирским научно-исследовательским институтом геологии, геофизики и минерального сырья (СНИИГГиМС) [7], приведена специальная таблица, регламентирующая удаление приемника от деревьев в зависимости от высоты последних. С целью обеспечения качественных измерений рекомендуется производить установку приемников на полянах с радиусом от 5 до 170 м (в зависимости от высоты деревьев, возвышающихся над уровнем антенны от 2,5 м до 30 м).

Другой подход к решению рассматриваемой проблемы состоит в разработке специальной облегченной мачты, позволяющей оперативно поднимать антенну приемника на высоту, исключающую экранировку сигналов кронами деревьев. Полученные результаты свидетельствуют о том, что точность спутниковых измерений в таких условиях эквивалентна точности, характерной для открытой местности.

При проведении различного рода съемок спутниковыми методами повышенное внимание уделяется минимизации ошибок измерений, обусловленных отражениями как от подстилающей поверхности, так и от окружающих объектов (многопутность). Для решения этой проблемы производится модернизация антенных систем спутниковых приемников, которые оснащаются дополнительными приспособлениями, позволяющими ослабить влияние отражений на прямые сигналы, поступающие от спутников. Наряду с этим совершенствуются методы обработки, ориентированные на минимизации влияния отражений. Одной из специфик выполняемых работ, связанных со съемкой местности, является целесообразность применения местных координатных систем, причем потребителей чаще всего интересуют высоты, получаемые из нивелирования. В то же время спутниковые методы позволяют получать геодезические высоты, относящиеся к поверхности выбранного эллипсоида, которые существенно отличаются от нивелирных высот. Как свидетельствуют экспериментальные данные [4, 13], такие расхождения даже на участках сравнительно небольших размеров могут достигать 40 см и более.

Для решения отмеченной проблемы в создаваемые сети включают пункты с известными из нивелирования высотными отметками. Если же возникает необходимость получения информации для всех остальных пунктов сети без проложения на местности многочисленных нивелирных ходов, то такая проблема может быть решена на основе совместного использования спутниковых и гравиметрических данных.

Технология выполнения работ по производству съемок подробно рассмотрена в «Инструкции по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS», ГКИНП (ОНТА)-02-262 - 02 [2].

Кинематический режим измерений и обработки в реальном времени (Kinematic GPS -- RTK GPS) [14] при времени измерений на одном пункте до 5 с позволяет выполнять обработку в реальном масштабе времени (on line), т. е. одновременно с выполнением измерений. Основное применение кинематического режима измерений и обработки в реальном времени (Real-Time Kinematic GPS - RTK GPS) -- это плановая и высотная съемки открытой территории, создание локальных сетей сгущения на небольших удаленных объектах, вынос в натуру проектов. Сравнительные данные по производительности [14] приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнительные данные по производительности

Вид работ	RTK GPS	Тахеометрия	Нивелирование	Обработка
Плановая съемка	220%	100%	-	0,5 ч
Планово-высотная съемка	240%	100%	-	0,5 ч
Высотная съемка	240%	-	100%	0,3 ч
Создание сетей сгущения	300%	100%	-	1,5 ч
Вынос проекта в натуру	325%	100%	-	-

Наиболее важным преимуществом кинематического режима измерений и обработки в реальном времени (Real -Time Kinematic GPS -- RTK GPS) является полное отсутствие необходимости повторного выезда на объект для исправления выявленных в процессе обработки недостатков, так как обработка и контроль качества выполняются непосредственно в процессе измерений.

Не всегда повышение производительности от использования спутниковых приемников оправдывает высокую стоимость технических средств и программного обеспечения, поэтому использование на конкретных видах работ тех или иных моделей спутниковых приемников необходимо увязывать с требуемой точностью получения координат. Так, например, точность определения координат для плановой привязки спутниковых снимков среднего разрешения, для координирования отдельных объектов при обновлении карт мелких масштабов 1:50 000 - 1:1 000 000 лежит в пределах 5 - 100 м. При использовании навигационного режима измерений и обработки точность порядка 5 -- 40 м может быть получена в реальном масштабе времени, а более высокая, порядка 1 м, при последующей камеральной обработке. При этом не требуется применять дорогостоящие фазовые геодезические приемники, а достаточно использовать более дешевые приемники и соответствующее программное обеспечение. Недорогие кодовые спутниковые приемники многих фирм в последнее время получили встроенную функцию дифференциальных определений в реальном масштабе времени (DGPS).

3.4 Использование систем GPS/ГЛОНАСС для построения геодезический сетей

Опорные геодезические сети, создаваемые спутниковыми методами, принято в мировой практике подразделять на глобальные, континентальные, национальные, региональные и локальные геодезические сети. Применительно к территории России предусмотрено построение на основе спутниковой технологии фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС), представляющей собой высшее звено в структуре координатного обеспечения территории нашей страны. Последующими звеньями в государственной опорной геодезической сети по своему рангу являются высокоточная геодезическая сеть (ВГС) и спутниковая геодезическая сеть 1 класса (СГС-1). Вместе с тем в последние годы достаточно интенсивно развиваются локальные геодезические сети, базирующиеся на совместном использовании спутниковых и традиционных наземных методов. В последующих подразделах приведена краткая информация об особенностях построения и состоянии развития спутниковых геодезических опорных сетей как в нашей стране, так и за рубежом.

3.4.1 Построение глобальной опорной геодезической сети

Характерные для современных спутниковых систем позиционирования особенности, проявляющиеся в возможности точного и оперативного определения координат пунктов, расположенных в пределах всего земного шара, были использованы в последние десятилетия для создания глобальной опорной геодезической сети.

Систематические спутниковые наблюдения, проводимые на пунктах глобальной сети, позволяют периодически уточнять координаты этих пунктов, вычислять точные значения эфемерид наблюдаемых спутников, входящих в рассматриваемые системы позиционирования. Кроме того, они позволяют изучать геодинамические явления, происходящие в земной коре, в пределах всего земного шара, и в таких составных частях атмосферы, как ионосфера и тропосфера.

Для обеспечения точного мониторинга вращения Земли и движения полюсов с помощью современных космических геодезических технологий Международное бюро времени (МБВ) - Bureau International de l'Heure (BIH) в 1984 г. создало наземную систему - BTS84 (BIH Terrestrial System) на основе спутниковых лазерных дальномерных систем (SLR), радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (VLBI) и спутниковых доплеровских измерений. В 1988 г., когда Международная служба вращения Земли IERS (International Earth Rotation Service) заменила BIH, была создана система координат ITRF88 (IERS Terrestrial Reference System), которая соответствовала следующим требованиям:

- система является геоцентрической с началом в центре масс Земли, включая океан и атмосферу;

- ориентация системы согласуется с параметрами ориентирования Земли - Earth Orientation Parameter (ЕОР) на эпоху 1984,0;

- используемая в системе модель скоростей станций имеет нулевые величины остаточного вращения по отношению к земной коре;

- масштаб соответствует общеземной системе координат.

Для поддержания ITRF в соответствии с вышеназванными требованиями, начиная с 1988 г., ежегодно производится уточнение системы путем включения в нее новых измерений и пунктов. Для получения скоростей движения станций была использована модель движения тектонических плит NUVEL-1, в которой соблюдалось требование отсутствия остаточного вращения.

Модель NUVEL-1 вместе с неравномерным распределением станций ITRF по всему миру дает смещение между ITRF и IERS ЕОР 0,2 угловых миллисекунды в год. К 1992 г. это несовпадение с осью вращения Земли достигло примерно одной угловой миллисекунды. Скорости станций модели NUVEL-1 были пересмотрены с использованием спутниковых наблюдений на 150 пунктах и вошли в систему координат ITRF92.

Отмеченный подход обусловил необходимость организации Международной службы GPS для геодинамики (IGS), в состав которой наряду с административными подразделениями вошли не только многочисленные станции слежения, но и центры по обработке данных, включая и анализ получаемых результатов. Точность определения координат пунктов, входящих в глобальную опорную геодезическую сеть, на начальной стадии характеризовалась средними квадратическими ошибками на уровне около 15 мм в плане и около 35 мм по высоте. По мере совершенствования методики наблюдений и обработки, отмеченные ошибки были уменьшены до 5 мм в плане и 8 мм по высоте.

В середине 90-х годов в составе службы IGS были организованы международные центры по обработке и анализу получаемых данных. Для согласования поступающей в эти центры информации был разработан специальный формат независимого обмена программным обеспечением, который получил сокращенное название SINEX.

На основе обработки и анализа результатов, проводимых в течение ряда лет спутниковых наблюдений из всего набора пунктов, входящих в глобальную сеть, было выделено несколько десятков наиболее стабильных пунктов, которые были использованы для уточнения Международного наземного референцного каркаса (ITRJF). Этот каркас предназначен не только для установления положения и масштаба геоцентрической координатной системы, но и для определения параметров вращения Земли и, как следствие, для установления взаимосвязи со звездной (небесной) системой координат.

По результатам обработки измерений координат пунктов, входящих в ITRF, было уточнено положение центра масс Земли, который принят за начало геоцентрической системы координат. Достигнутая при этом точность оценивается средней квадратической ошибкой на уровне около 10 см. Проводимые в этой связи еженедельные определения в течение нескольких лет выявили следующий разброс смещений начала координат:

-- по оси X от -20 до +60 мм,

-- по оси Y от 0 до +90 мм,

-- по оси Z от -80 до +30 мм.

Кроме того, зарегистрирован разброс значений масштабирующего фактора в пределах от +2-10~9 до -6-10~9 Изменений в ориентировке координатных осей при этом не замечено.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что значения координат, относящиеся к различным эпохам, могут несколько различаться. В частности, такое расхождение относится и к широко используемым координатным системам WGS-84 и ITRF, поскольку первая из них относится к эпохе 1984 г., а вторая может относиться к более поздним эпохам.

Для контроля за состоянием исходной глобальной координатной системы и проведения в случае необходимости корректировки этой системы служба IGS с 1 января 1994 г. перешла на постоянное отслеживание координат пунктов глобальной опорной геодезической сети и на систематическую обработку получаемых при этом результатов.

Исследовательский центр наук о Земле (GFZ) в Потсдаме (Германия) в числе других аналитических центров в Европе и США ведет разработки в области построения и эксплуатации глобальной сети постоянных GPS-пунктов . Данные с этих пунктов предназначены для целей Международной службы GPS для геодинамики (IGS), осуществляющей определение точных орбит спутников, координат и скоростей GPS-пунктов, а также поправок часов. Предполагается, что глобальная иерархическая сеть IGS после завершения ее создания и развития, будет состоять из 30-40 основных станций и 150-200 станций региональных и локальных сетей. 24 из них (в том числе 4 основных, 20 региональных и локальных станций) работают под эгидой GFZ. В число курируемых GFZ постоянных пунктов IGS на территории СНГ включены следующие: Китаб, Звенигород, Дудинка, Красноярск, Майданак, Ташкент, Петропавловск, Душанбе, Чимкент, Иссык-Куль, Каракол, Нарын.

3.4.2 Построение континентальных опорных геодезических сетей

Стремление к созданию на отдельных континентах геодезической координатной основы повышенной точности с учетом характерных для конкретных континентов факторов, оказывающих влияние на изменения с течением времени значений определяемых координат, обусловило целесообразность построения континентальных опорных геодезических сетей. Одним из примеров такой сети может служить Европейская геодезическая опорная сеть, основу которой составляет референцный каркас, получивший сокращенное название EUREF. Создание такой сети на базе использования спутниковых технологий, включающей в себя около 90 пунктов, было начато в конце 80-х годов. При ее построении с участием 16-ти европейских стран наряду с использованием GPS были предусмотрены измерения с помощью спутниковых лазерных дальномерных систем (SLR) и радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (VLBI). На рисунке 10 приведена схема расположения пунктов, вошедших в состав EUREF.

Рисунок 10. Схема постоянно действующих пунктов системы EUREF по состоянию на 1995 г.

Обработка результатов выполненных измерений производилась с участием 12-ти вычислительных центров. Полученная при этом точность, базирующаяся на формализованном учете случайных ошибок измерений, оказалась на уровне менее 1 см по всем трем координатным осям. В то же время из сравнения с лазерными и интерференционными измерениями реальная точность оценивается на уровне нескольких сантиметров.

Характерные для EUREF вычисляемые значения координат пунктов, входящих в эту сеть, находят применение не только для текущего использования заинтересованными организациями, но и для вычисления параметров перехода к другим координатным системам (в частности, ITRF и WGS-84).

В последующие годы EUREF получила дальнейшее развитие как за счет организации дополнительных станций спутниковых наблюдений, так и за счет подключения к этой сети целого ряда ранее не участвующих стран (Чехия, Венгрия, Польша, Латвия и др.).

3.4.3 Построение государственной геодезической сети России на основе спутниковых технологий

Наряду с глобальной и континентальными геодезическими сетями, создаваемыми на основе применения спутниковых методов, аналогичные подходы используются и при построении национальных опорных геодезических сетей, охватывающих как территории отдельных стран, так и их составных частей. К числу таких стран относится и Россия, на территории которой в соответствие с Концепцией перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений создается новая высокоэффективная государственная геодезическая сеть, базирующаяся на применении методов спутниковой геодезии.

Концепция перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений разработана с целью обеспечить наиболее рациональное и эффективное в существующих условиях практическое определение координат и высот пунктов земной поверхности на всей территории страны с точностями, требуемыми для решения возможно более широкого круга научно-технических и производственных задач. В соответствии с концепцией указанная цель может быть достигнута, если на территории страны (или группы заинтересованных стран) будет существовать единая по точности сеть надежно закрепленных на местности геодезических пунктов со средними расстояниями между ними порядка 30 - 35 км (средняя плотность 1 пункт на 1000 км2). В этом случае любой заинтересованный потребитель, располагающий как минимум двумя двухчастотными спутниковыми приемниками, может выполнять интересующие его координатные определения дифференциальным методом относительно пунктов указанной сети. По крайней мере один из этих пунктов всегда будет находится на расстоянии не далее 20 - 25 км от места определений. Как было рассмотрено выше, именно до таких расстояний полностью реализуется инструментальная точность современных спутниковых приемников при продолжительности наблюдений около часа. В менее обжитых районах плотность опорной сети может быть уменьшена до 1 пункта на 2000 км2. Отрицательное влияние на точность увеличивающихся расстояний между опорными пунктами и пунктами, определяемыми потребителями, можно компенсировать увеличением времени наблюдений. В малообжитых и труднодоступных районах допускается увеличение расстояний между пунктами опорной сети до 100 км. В этом случае для привязки развиваемых потребителем локальных сетей к единой государственной системе координат с требуемой точностью, возможно увеличение продолжительности наблюдений до нескольких часов и даже суток.

Взаимное положение опорных пунктов должно быть известно со средними квадратическими ошибками не более 1,0--1,5 см. Такая опорная сеть в настоящее время может быть создана существующей спутниковой аппаратурой при следующих условиях:

-- создаваемая сеть будет опираться на построения более высокого уровня, обеспечивающие исключение деформаций регионального и глобального характера;

-- создаваемая сеть будет отнесена к единой для всей страны геоцентрической системе координат.

Концепция послужила базовым документом при разработке Основных положений о государственной геодезической сети и Инструкции по построению государственной геодезической спутниковой сети, в соответствии с которыми предусмотрено создание на территории России и других заинтересованных государств трех уровней или классов государственной геодезической спутниковой сети:

-- фундаментальная астрономо-геодезическая сеть (ФАГС);

-- высокоточная геодезическая сеть (ВГС);

-- спутниковая геодезическая сеть 1 класса (СГС-1)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Успешное развитие современных спутниковых радионавигационных систем (GPS, ГЛОНАСС, Galileo) определяет перспективные направления в формировании информационных технологий.

Совершенствование конструирования космической аппаратуры позволит решить проблемы долговечности спутников на орбитах, повышать автоматизацию управления с наземных контрольно-измерительных комплексов, обеспечить прохождение радиосигналов в любых погодных условиях.

Следует ожидать появления новых функциональных возможностей, новых идей и потребностей при создании портативных спутниковых приемников.

В частности, возможно дальнейшее решение задач автомобильной безопасности - отслеживание координат автомобилей, скорости их передвижения, передача информации о движении автомобилей через сотовую связь на посты контроля.

Спутниковая аппаратура способна отслеживать и оптимизировать движение поездов с применением автоматического торможения при наличии опасности.

Практически спутниковая навигация позволит решать чрезвычайно сложные задачи регулирования и выведения летательных аппаратов на взлетно-посадочных полосах, где следует обеспечивать дециметровые точности в любых погодных условиях.

Спутниковые системы позволяют решить навигационные задачи при прохождении судов в морях и океанах, а в дальнейшем - обеспечить непрерывное отслеживание маршрутов всех судов, находящихся в плавании.

Следует ожидать активного внедрения спутниковой аппаратуры в сельскохозяйственное производство, где будет решена задача не только координатного обеспечения полей, но и отслеживания мониторинга растений.

Активное внедрение спутниковой навигации в сетевую коррекцию наземными механизмами позволит решать задачи роботизации производства, особенно при управлении машинами в горнорудном производстве.

Разрабатываются портативные приемники сотовой связи с встроенными навигационными операциями определения местоположения, маркировки объектов, направлений передвижения.

Портативные приемники в цифровом исполнении, встроенные в цифровые фотокамеры, позволят получать на изображении точные координаты того места, где был выполнен этот снимок.

Миллиметровые и субмиллиметровые точности, достигаемые приемниками геодезического назначения, позволяют решать фундаментальные научные задачи, в том числе, в науках о Земле.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1). Власов, И.Б. Глобальные спутниковые системы [Текст]: учеб. пособие. / И.Б. Власов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 182 с.

2). Инструкции по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS [Текст]. ГКИНП (ОНТА)-02-262--02, - М.: ЦНИИГАиК, 2002. - 124 с.

3). Перова, А.И. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования [Текст] / А.И. Перова, В.Н. Харисова. - М.: Радиотехника, 2005. - 688 с.

4). Побединский, Г.Г., Еруков С.В. Использование спутниковых приемников GPS WILD-SYSTEM 200 Верхневолжским АГП / Г.Г. Побединский, С.В. Еруков //Геодезия и картография. - 1994. - № 1. - С. 9- 14.

5). Поваляев, А.А. Спутниковые радионавигационные системы: время, показания часов, формирование измерений и определение относительных координат [Текст] / А.А. Поваляев. - М.: Радиотехника, 2008. - 328 с.

6). Поваляев, А.А., Вейцель В.А., Мазепа Р.Б. Глобальные спутниковые системы синхронизации и управления движением в околоземном пространстве [Текст] / А.А. Поваляев, В.А. Вейцель, Р.Б. Мазепа. - М.: Вузовская книга, 2012. - 188 с.

7). Прихода, А.Г. Геодезическое обеспечение геолого-геофизических работ с использованием глобальных спутниковых систем [Текст]: метод.рекомендации / А.Г. Прихода, А.П. Лапко,Г.И. Мальцев и др. - Новосибирск, 2000. - 158 с.

8). Серапинас, Б.Б. Глобальные системы позиционирования [Текст]: Учеб. изд. / Б.Б. Серапинас. - М.: ИКФ «Каталог», 2002. - 106 с.

9). Синякин, А.К. Физические принципы работы GPS/ГЛОНАСС [Текст]: монография / А.К. Синякин, А.В. Кошелев. - Новосибирск: СГГА, 2009. - 110 с.

10). Соловьев, Ю.А. Системы спутниковой навигации [Текст] / Ю.А. Соловьев. - М.: Эко-Трендз, 2000. - 267 с.

11). Шебшаевич, В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы [Текст] / В. С. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.

12). Яценков, В.С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС [Текст] /В.С. Яценков. - М.: Горячая линия, 2005. - 272 с.

13). Leick, A. GPS Satellite Surveying (Second Edition) [Текст] / A. Leick. - A Wiley-Interscience Publication, New York, 1994. - 560 p.

14). Schaefers, N.A. RTK GPS Put to Practice. Challenging the Total station / N.A. Schaefers //GIM (Geomatics Info Magazine). - February 1996. - № 2. - Vol. 10. - P. 65-68.

15). Глонасс-101: лучше меньше, да лучше // CNews [Электронный ресурс]. URL: http://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/glonass101_luchshe_menshe_

da_luchshe/ (дата обращения: 15.04.2015).

16). Состав группировки КНС ГЛОНАСС // Информационно-аналитический центр ГЛОНАСС [Электронный ресурс]. URL: http://glonass-iac.ru/GLONASS/ (дата обращения: 20.04.2015)