АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ - Студенческий научный форум

VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВРЕМЕННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ

Шопина О.В. 1
1Пензенский Государственный Университет Архитектуры и Строительства
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

В настоящее время, спутниковые системы навигации широко используются для обеспечения навигации и позиционирования с высокой точностью для всех потребителей на любом месте и в любое время.

Глобальная Система Позиционирования(GPS) создана и поддерживается на государственном уровне США Спутниковая Система Глобальной Навигации (GLONASS) создана в России. Обе эти навигационные системы работают.

Европейский Союз запланировал создать еще одну глобальную навигационную систему (GNSS) Galileo с бюджетом 3.8 миллиарда долларов еще в 1999. Ожидалось, что Galileo начнет предоставлять услуги к концу 2008.

Кроме того, другие страны: Индия, Китай и Япония также планируют создать свои собственные спутниковые системы навигации.

В настоящее время работают или готовятся к развертыванию следующие спутниковые навигационные системы: GPS,ГЛОНАСС,Galileo,RNSS, Бейдоу, QZSS.Краткая характеристика всех систем приведена в таблице 1.

Таблица 1-Краткая характеристика современных спутниковых навигационных систем

Название спутниковой сети

Страна и

Дата создания, запуск первого спутника

Количество запущенных спутников

Возможности

GPS

США

1974

31,планируются еще

Позволяет всегда и везде определить местоположение(точность до 1м) и скорость объекта. Используется.

  • Геодезия

  • Картография: Навигация: с

  • Спутниковый мониторинг транспорта:

  • Сотовая связь: Тектоника

  • Активный отдых:

  • Геотегинг:

ГЛОНАС

Россия

1976

27,планируются еще

Позволяет определить местоположение(точность до 2м; К 2015 г. планируется увеличить точность позиционирования до 1,4 метра, к 2020 году — до 0,6 метра с дальнейшим доведением до 10 см) и скорость объекта. При совместном использовании ГЛОНАСС и GPS в совместных приёмниках (практически все ГЛОНАСС-приёмники являются совместными) точность определения координат практически всегда отличная вследствие большого количества видимых КА и их хорошего взаимного расположения

Galileo

Европейский союз

2008

(планируется 30)

Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач, достигнута договорённость о совместимости и взаимодополнению с системой NAVSTAR GPS третьего

RNSS

Индия

2013

1 ,система в разработке

IRNSS предполагает определение координат местонахождения объекта с точностью порядка 20 метров для региона Индийского океана (около 1500 км вокруг Индии) и менее 10 метров – непосредственно по Индии и территориям сопредельных государств, охваченным данной системой навигации.

«Бейдоу»

Китай

2000

16,система в разработке

Станции слежения оборудованы двухчастотными приемниками UR240 и антеннами UA240, разработанными китайской компанией UNICORE и способными принимать сигналы систем GPS и Compas. Навигатор в китайской системе является не только приемником, но и передатчиком сигнала. Устройство пользователя после получения сигнала посылает ответный сигнал через оба спутника. Наземная станция по задержке сигнала рассчитывает географические координаты пользователя, определяет высоту по имеющейся базе данных и передает сигналы на устройство пользовательского сегмента

QZSS

Япония

2010

1,система в разработке

предназначена для мобильных приложений, для предоставления услуг связи (видео, аудио и другие данные) и глобального позиционировании. может улучшить работу системы GPS двумя способами: во-первых, повышением доступности GPS-сигналов, и во-вторых, повышением точности и надёжности работы навигационных систем, работающих с GPS.( комбинированная система GPS и QZSS даёт улучшенную производительность; сигналы о доступности спутников GPS, передаваемые со спутников QZSS, совместимы с модернизированными сигналами GPS).

Американская система GPS—спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение во всемирной системе координат WGS 84. Позволяет в любом месте Земли(не включая приполярные области), почти при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы.[2]Спутниковая группировка состоит из 24 непрерывно работающих спутников, расположенных в 6 орбитальных плоскостях с наклонением 64.5ок плоскости Геостационарной орбиты ГСО). Имеются и резервные спутники. Каждый спутник излучает так называемый Р код, обработка которого в GPS приемнике обеспечивает точность выше 10 м, и С/А код, обеспечивающий точность около 20 м. В настоящее время сформулированы требования к GPS-III – навигационной системе третьего поколения. Первый спутник GPS-III будет запущен в 2012/2013, а новая спутниковая группировка заработает в новом составе к 2017/2018. Согласно текущему прогрессу, первый запуск спутника GPS-III вероятно будет отложен на 2015. По сравнению с существующей, система GPS-III будет иметь следующие -точность местоопределения составит 1 м без организации дополнительных мер, а такой недостаток GPS системы, как уязвимость от внешнего воздействия будет устранен.

Будут добавлены дополнительные услуги связи, приема и передачи сигналов бедствия и поиска объектов.[1]

ГЛОНАСС – Глобальная Навигационная Спутниковая Система была разработана в 1978 г. Орбитальная группировка в полном составе из 24 спутников в 3-х орбитальных плоскостях с наклонением орбиты 64.5о была введена в действие в 1995 г.Точность местоопределения - 30 метров для C/A-кода и около 10 метров для P-кода. С 1998, из-за недостатка ассигнований, орбитальная группировка GLONASS не поддерживалось должным образом. В результате, число действующих спутников сократилось на 9.

Первый модифицированный спутник GLONASS-M был запущен 26 Декабря 2004. Тестирование спутника было успешно завершено и спутник введен в эксплуатацию. Спутник GLONASS-M передает два сигнала для гражданских потребителей и имеет ожидаемый срок эксплуатации 7 лет. Точность местоопределения и точность сигналов времени возросли в два раза благодаря точной температурной стабилизации часов Cs. Надежность и целостность системы GLONASS также улучшены. Девять новых спутников GLONASS-M разрабатываются в НПО ПМ.

Новое поколение спутников GLONASS-K также разрабатывается в НПО ПМ. Масса спутника GLONASS-K в 2 раза меньше, чем спутника GLONASS-M, а срок активного существования составит 10 лет.

Спутники GLONASS-К будут передавать 3 сигнала в интересах гражданских потребителей и будут передавать объединенный информационный пакет, который предоставить возможность оказания дополнительных услуг по спасению, поиску и связи в чрезвычайных ситуациях. Всего планируется заказать 27 спутников GLONASS-K.[2]

Европейская Система Galileo— совместный проект спутниковой системы навигацииЕвропейского союза иЕвропейского космического агентства, является частью транспортного проекта Трансевропейские сети. Система предназначена для решения геодезических и навигационных задач. Ныне существующиеGPS-приёмникине смогут принимать и обрабатывать сигналы со спутников Галилео хотя достигнута договорённость о совместимости и взаимодополнению с системойNAVSTAR GPSтретьего поколения. Финансирование проекта будет осуществляться в том числе за счёт продажи лицензий производителям приёмников.. Ожидается, что «Галилео» войдёт в строй в 2014—2016 годах, когда наорбитубудут выведены все 30 запланированныхспутников(27 операционных и 3 резервных). В отличие от американскойGPSи российскойГЛОНАСС, система Галилео не контролируется национальными военными ведомствами, однако, в 2008 году парламент ЕС принял резолюцию «Значение космоса для безопасности Европы», согласно которой допускается использование спутниковых сигналов для военных операций, проводимых в рамках европейской политики безопасности. Разработку системы осуществляет Европейское космическое агентство. Общие затраты оцениваются в 4,9 млрд евро.

Спутники «Галилео» будут выводиться на орбиты высотой 23 222 км (или 29 600,318 км от центра Земли), проходя один виток за 14 ч 4 мин и 42 с и обращаясь в трех плоскостях, наклонённых под углом 56° к экватору, что обеспечит одновременную видимость из любой точки земного шара по крайней мере четырёх аппаратов. Временна́я погрешность атомных часов, установленных на спутниках, составляет одну миллиардную долю секунды, что обеспечит точность определения места приёмника около 30 см на низких широтах. За счёт более высокой, чем у спутников GPS орбиты, на широте Полярного круга будет обеспечена точность до одного метра.[3]

Индийская Спутниковая Региональная Система Навигации(RNSS)— индийская региональнаяспутниковая система навигации, проект которой был принят к реализации правительствомИндии. Разработка осуществляетсяИндийской организацией космических исследований(ISRO). Система будет обеспечивать только региональное покрытие самой Индии и частей сопредельных государств.

Спутниковая группировка IRNSS должна состоять из семи спутников на геосинхронных орбитах на высоте около 24 000 км в апогее. Причем четыре спутника из семи в IRNSS будут размещены на орбите с наклонением в 29° по отношению к экваториальной плоскости. Все семь спутников будут иметь непрерывную радиовидимость с Индийскими управляющими станциями.

Земной сегмент IRNSS будет иметь станцию мониторинга, станцию резервирования, станцию контроля и управления бортовыми системами. Государственная компания ISRO является ответственной за развертывание IRNSS, которая будет находиться целиком под контролем Индийского правительства. Навигационные приемники, которые будут принимать сигналы IRNSS, также будут разрабатываться и выпускаться индийскими компаниями.

IRNSS предполагает определение координат местонахождения объекта с точностью порядка 20 метров для региона Индийского океана (около 1500 км вокруг Индии) и менее 10 метров – непосредственно по Индии и территориям сопредельных государств, охваченным данной системой навигации.

В 2012 году Для индийской системы были заказаны рубидиевые часы.

Первоначально планировалось, что спутники будут запускаться с 2012-го по 2014 год, а окончательный ввод системы в эксплуатацию произойдёт к 2015 году. Затем начало запусков было перенесено со второй половины 2012 года на май 2013 года.

В конце мая 2013 года стало известно, что запуск первого спутника IRNSS-1A ракета-носителемиPSLV-C22 запланирован на 12 июня 2013 года с космодрома на острове Шрихарикота в Бенгальском заливе, однако впоследствии был отложен из-за выявленных несоответствий при проведении электрических испытаний. Спутник был успешно выведен на орбиту 1 июля 2013 года и уже успешно передает сигналы на Землю .[4]

Навигацио́нная систе́ма «Бэйдо́у» или Спутниковая навигационная система «Бэйдоу»- китайская спутниковая система навигации. На 26 октября 2012года включает в себя 16 спутников, расположенных на геостационарной орбите и обеспечивала определение географических координат в Китае и на соседних территориях. Планируется, что космический сегмент навигационной спутниковой системы Бэйдоу будет состоять из 5 спутников на ГСО и 30 спутников на орбитах, отличных от ГСО.

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 к 2020 году. Китайские представители также отметили, что еще 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 сигналы B1, также отмеченный Евросоюзом как E2, с частотой 1559,052-1591,788 МГц. Обе стороны до сих пор не достигли окончательной договоренности 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).

Предположительные будущие частоты B2: 1166,22 - 1217,37 МГц, B3: 1250,618 - 1286,423 МГц. Навигатор в китайской системе является не только приемником, но и передатчиком сигнала. Станция мониторинга через два спутника посылает сигнал пользователю. Устройство пользователя после получения сигнала посылает ответный сигнал через оба спутника. Наземная станция по задержке сигнала рассчитывает географические координаты пользователя, определяет высоту по имеющейся базе данных и передает сигналы на устройство пользовательского сегмента.[5]

ЯпонскаяQuasi-Zenithнавигационная система (QZSS)— проект трёхспутниковой региональной системы синхронизации времени и одна изсистем дифференциальной коррекциидля GPS, сигналы которой будут доступны вЯпонии. Первый спутник Митибики(был запущен 11 сентября 2010 года Полное развёртывание системы предполагается в 2013 г.

Работа над общим проектом квази-зенитной спутниковой системы была одобрена правительством Японии в 2002 году. В неё включились компании Advanced Space Business Corporation (ASBC), Mitsubishi Electric Corp., Hitachi Ltd.и GNSS Technologies Inc. Однако ASBS прекратила существование в 2007 году.

Работа была продолжена организацией Satellite Positioning Research and Application Center (SPAC). SPAC принадлежит четырём департаментам правительства Японии: министерствам образования, культуры, спорта, науки и технологий; внутренних дел и связи ; Министерство экономики, торговли и промышленности и министерству земли, инфраструктуры, транспорта и туризма.

QZSS предназначена для мобильных приложений, для предоставления услуг связи (видео, аудио и другие данные) и глобального позиционирования. Что касается услуг позиционирования, QZSS сама по себе предоставляет ограниченную точность и по существующей спецификации не работает в автономном режиме. С точки зрения пользователей QZSS предстаёт как система дифференциальной коррекции. Система позиционирования QZSS может работать совместно с геостационарными спутниками в японской системе MTSAT, находящейся в процессе создания, которая сама по себе является системой дифференциальной коррекции, подобной системе WAAS, созданной США.

Спутники будут находиться на высокой эллиптической орбите. Такие орбиты позволяют спутнику держаться более 12 часов в день с углом возвышения более 70 (то есть большую часть времени спутник находится практически в зените). Этим и объясняется термин «quasi-zenith», то есть «кажущийся находящимся в зените», который дал название системе. По состоянию на июнь 2003 года предлагаемые орбиты располагаются в диапазоне от 45° наклонения с небольшим эксцентриситетом до 53° со значительным эксцентриситетом. [6]

В скором будущем одновременно начнут работать три глобальных навигационных спутниковых системы GPS, GLONASS и GALILEO. Во многих странах сейчас широко используется только GPS, нормальное функционирование которой зависит от правительства США. В некоторых отраслях, как например диспетчеризация полетов самолетов, использование GPS является обязательной главнейшей составной частью инфраструктуры.

В то же время, навигационные системы в ближайшем будущем составят неотъемлемую часть инфраструктуры государства и напрямую будут влиять не только на безопасность, но и на развитие промышленного производства в целом.

Ни одно государство не хочет в своем развитии зависеть в какой -либо области от другого, хотя и дружественного в данный момент, государства. Поэтому поиск альтернативы GPS и привел к созданию GALILEO и присоединению к ней многих развитых государств. Преимущества, которые появляются от присоединения к альтернативной навигационной системе на этапе ее развития следующие:

- диверсификация рисков, связанных с работой GNSS, посредством диверсификации инфраструктуры земного сегмента и используемого оборудования;

- создание новых рабочих мест при условии разработки и экспорта нового оборудования для GNSS;

- возможность заблаговременного внедрения технологических преимуществ использования GNSS в системы связи, транспорта и развитие новых технологий. [7]

Список используемых источников :

  1. http://ru.wikipedia.org/wiki/GPS

  2. http://ru.wikipedia.org/wiki/ГЛОНАСС

  3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Галилео_(спутниковая_система_навигации)

  4. http://ru.wikipedia.org/wiki/IRNSS

  5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Бэйдоу

  6. http://ru.wikipedia.org/wiki/QZSS

  7. http://www.gps-profi.ru

Просмотров работы: 5010