Система Глобального Позиционирования (GPS)
3.1 Global Positioning System (GPS) - спутниковая система определения местонахождения подвижных объектов (см. рисунок 2).
Рисунок 2 – Спутник GPS
3.1.1 Система GPS создана министерством обороны США и позволяет с точностью до 20 м определять в любой точке земного шара место нахождения неподвижного либо движущегося объекта на земле, в воздухе и на море в трех измерениях с очень высокой точностью. Более того, GPS сообщает скорость передвижения объекта. Эта система позволяет оснастить речные и морские суда, автомобили, самолеты электронными картами, на которых показывается место нахождения объекта и кратчайший (либо наиболее удобный) путь к пункту назначения. GPS используется также для составления географических карт и в задачах геодезии. Система широко используется и гражданскими абонентами.
3.1.2 Система создана в спутниковой сети, образованной спутниками связи, вращающимися вокруг земли по высоким орбитам. В 1995 г. сеть имела 24 спутника. Для вхождения в GPS каждый абонент должен иметь небольшое устройство. Последнее в бытовом варианте имеет размер, равный портсигару, что позволяет носить его в кармане костюма. Устройство с высокой точностью показывает три координаты объекта, находящегося в любой точке планеты. Одним из важнейших компонентов устройства являются атомные часы, способные измерять время с точностью до наносекунды. Сигналы устройства синхронизируются с приемо-передатчиками спутников связи.
3.1.3 Кроме высокой точности измерения координат своего местоположения и скорости различных подвижных объектов, а также определения времени, важными ее достоинствами являются непрерывность выдачи информации, всепогодность и скрытность.
3.1.4 Сигналы, несущие навигационную информацию, излучаются на двух частотах: 1575,45 МГц (L1) и 1227,6 Мгц (L2). На второй частоте излучаются только сигналы с военным кодом P(Y), несущим высокоточную информацию (P — Precision, точный) и защищенным криптографическим методом от имитационных помех, о чем свидетельствует индекс Y. На первой частоте передаются сигналы как с кодом P(Y), так и общедоступным кодом C/A. Сигналы обоих кодов представляют собой псевдошумовую последовательность импульсов, с помощью которой осуществляется фазовая манипуляция несущей частоты. Военный код P(Y) имеет продолжительность 267 суток, а код С/А — 1 мс. Прием сигналов с кодом P(Y) дает возможность работы в режиме высокой точности измерений (PPS), а сравнение времени прихода сигналов на частотах L1 и L2 позволяет вычислять дополнительную задержку, возникающую при прохождении сигналов через ионосферу из-за нелинейности (увеличении пути) распространения в ней радиоволн.
Прием сигналов с кодом С/А только на одной частоте не дает возможности вычислять ошибки, вносимые при прохождении радиоволн через ионосферу. Кроме того, сама структура кода обеспечивает значительно худшие характеристики в режиме стандартной точности измерений (SPS). За счет преднамеренного ухудшения точности путем ввода ошибок при формировании навигационных параметров (режим избирательного доступа — SA) погрешность измерений в режиме SPS может быть доведена до 300 м и более.
3.1.5 Кроме кодов С/А и Р навигационные спутники регулярно передают специальные сообщения, которые содержат дополнительные сведения: о состоянии спутников и их параметрах — системном времени, эфемеридах (наборах параметров, точно описывающих орбиты спутников), прогнозе ионосферной задержки, показателях работоспособности. Передача навигационного сообщения длиной 1500 бит осуществляется со скоростью 50 бит/с на частотах L1 и L2. Для передачи полного сообщения обо всех спутниках требуется 12,5 минуты.
Сравнение GPS и ГЛОНАСС
4.1 Системы GPS и ГЛОНАСС во многом подобны, но имеют и различия. 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 |
| 1 Количество спутников (проектное) | ||
| 2 Количество орбитальных плоскостей | ||
| 3 Количество спутников в каждой плоскости | ||
| 4 Тип орбиты | Круговая (S=0+-0,01) | Круговая |
| 5 Высота орбиты | 19100 км | 20200 км |
| 6 Наклонение орбиты, град | 64,8+-0,3 | 55 (63) |
| 7 Период обращения | 11 ч 15,7 мин. | 11 ч 56,9 мин. |
| 8 Способ разделения сигналов | Частотный | Кодовый |
| 9 Навигационные частоты, МГц: L1 L2 | 1602,56 — 1615,5 1246,44 — 1256,5 | 1575,42 1227,6 |
| 10 Период повторения ПСП | 1 мс | 1 мс (С/А-код) 7 дней (Р-код) |
Продолжение таблицы 2
| 11 Тактовая частота ПСП, МГц | 0,511 | 1,023 (С/А-код) 10,23 (Р,Y-код) |
| 12 Скорость передачи цифровой информации, бит/с | ||
| 13 Длительность суперкадра, мин | 2,5 | 12,5 |
| 14 Число кадров в суперкадре | ||
| 15 Число строк в кадре | ||
| 16 Погрешность* определения координат в режиме ограниченного доступа: горизонтальных, м вертикальных, м | не указана | 18 (P,Y-код) 28 (P,Y-код) |
| 17 Погрешности* определения проекций линейной скорости, см/с | 15 (СТ-код) | <200 (С/А-код) 20 (P,Y-код) |
| 18 Погрешность* определения времени в режиме свободного доступа, нс в режиме ограниченного доступа, нс | 1000 (СТ-код) — | 340 (С/А-код) 180 (P,Y-код) |
| 19 Система отсчета пространственных координат | ПЗ-90 | WGS-84 |
| * Погрешности в определении координат, скорости и времени для системы ГЛОНАСС — 0,997, для GPS — 0,95. |
Заключение
Созданные системы слежения ГЛОНАСС и GPS являются уникальными научно-техническими комплексами, обеспечивающими в настоящее время наибольшую точность глобальной временной и координатной привязки абонентов. Однако это стало возможным благодаря применению в бортовых радиотехнических комплексах ИСЗ наиболее передовых достижений в области квантовых стандартов частоты и созданию соответствующих систем баллистического обеспечения. Применяемые в настоящее время в этих системах радиосигналы обеспечивают необходимый уровень предельной точности проведения измерений координат.