Для понимания ГНСС (Глобальных Навигационных Спутниковых Систем) полезно сначала понять отношение между ГНСС и GPS. Лучший способ суммировать концепцию заключается в том, что Глобальная Система Позиционирования (GPS) является только одной из поддерживающих частей сети ГНСС. Хотя GPS очень важен для ГНСС, существует еще четыре других констелляции, составляющих всю систему ГНСС. Одной из основных функций наличия нескольких систем (констелляций) является обеспечение лучшей безопасности в случае, если одна констелляция становится ненадежной или не может работать в определенных условиях.
5 констелляций ГНСС были разработаны отдельными правительствами и ЕС соответственно:
- США (GPS)
- QZSS (Япония)
- BEIDOU (Китай)
- GALILEO (ЕС)
- GLONASS (Россия)
1. GPS
GPS была первой системой ГНСС, запущенной в 1978 году и полностью доступной для глобального использования в 1994 году. GPS была представлена как независимая военная навигационная система после того, как Министерство обороны США поняло потенциальную ценность технологии. Система была специально создана для обеспечения высокой точности и высокой безопасности от помех и воздействия врагов во время войны. GPS была впервые сделана общедоступной по указу Рейгана в 1983 году.
GPS работает в части радиоспектра между 1 и 2 ГГц, известной как L-диапазон. Это было выбрано по следующим основным причинам:
- Низкие частоты имеют большую ионосферную задержку
- Можно упростить конструкцию антенны
- Эффект погоды на распространение сигнала GPS будет минимизирован
Несмотря на то, что GPS была первой системой ГНСС, она до сих пор остается самой точной навигационной системой в мире. Новейшие спутники GPS используют рубидиевые часы и синхронизируются с наземными цезиевыми часами для еще большей точности.
2. QZSS
QZSS (Квази-зенитная спутниковая система) - это японская региональная спутниковая система, иногда называемая "японским GPS".
QZSS использует один геостационарный спутниковый орбит и три в QZO, которые имеют орбиту в форме восьмерки с северно-южной асимметрией.
Система времени первого поколения QZSS (TKS) будет основана на рубидиевых часах и будет нести базовый прототип экспериментальной системы синхронизации кристаллических часов. Технология TKS (система времени) - это новая система, которая не требует бортовых атомных часов и уже используется навигационными спутниковыми системами, включая GPS, ГЛОНАСС и Галилео. Это позволяет системе работать оптимально, когда спутники находятся в прямом контакте с наземной станцией, что делает ее отличным решением для констелляции QZSS.
QZSS совместим с GPS, что является важной особенностью для обеспечения достаточного количества спутников для стабильности с высокоточным позиционированием.
3. BeiDou
BEIDOU - это китайская спутниковая навигационная система, состоящая из трех отдельных спутниковых констелляций, BeiDou-1, BeiDou-2 и BeiDou-3.
BeiDou-1
Экспериментальная система спутниковой навигации BeiDou-1 была построена в 2000 году с использованием только трех спутников с ограниченными навигационными и охватными возможностями. Она в основном использовалась в Китае и близлежащих регионах и была завершена в конце 2012 года.
BeiDou-2
BeiDou-2 (COMPASS) - это вторая итерация системы, которая начала работать в декабре 2011 года с частичным использованием 10 спутников. Система обслуживает клиентов в регионе Азиатско-Тихоокеанского региона с 2012 года.
BeiDou-3
Система третьего поколения под названием BeiDou-3 началась в 2015 году с целью обеспечения глобального охвата. Развертывание было завершено в 2020 году, что позволило использовать возможности поиска и спасения на системе.
4. Galileo
GALILEO - это европейская система ГНСС, разработанная с совместимостью с GPS и ГЛОНАСС, начавшая предоставлять услуги в декабре 2016 года.
Приемники системы используют "Систему определения местоположения ГАЛИЛЕО" для отслеживания положения спутника, применяя принципы триангуляции.
В целом, система Галилео состоит из трех основных частей: Космос, Наземный сегмент и Пользователь.
- Космический сегмент функционирует для генерации и передачи кодов и фазовых сигналов в структуре сигнала Галилео. Он также хранит и повторно передает навигационные данные, отправленные Наземным сегментом.
- Наземный сегмент контролирует всю констелляцию, включая навигационные и распространительские услуги. Основные части наземного сегмента:
- Два центра управления на земле (GCC)
- Телеметрическая сеть
- Станции отслеживания и управления (TT&C)
- Сеть станций передачи миссий (ULS)
- Сеть станций датчиков Галилео (GSS)
- Пользовательский сегмент состоит из приемников ГАЛИЛЕО, цель которых отслеживание координат спутниковых констелляций и предоставление временных услуг. Для этого они получают сигналы Галилео, измеряют псевдодальность и выполняют навигационные уравнения.
5. ГЛОНАСС
ГЛОНАСС - это российская версия GPS, начавшая разработку в 1976 году в Советском Союзе. С момента создания было выпущено 5 версий:
- GLONASS (1982)
- GLONASS-M (2003)
- GLONASS-K (2011)
- GLONASS-K2 (2015)
- GLONASS-KM (2025 - В настоящее время находится в стадии исследований)
Помогающая система GLONASS (A-GLONASS) имеет те же основные функции, но с дополнительными возможностями, специально предназначенными для смартфонов. Примерами дополнительной функциональности, доступной с A-GLONASS, являются навигация с пошаговыми инструкциями и данные о движении в реальном времени, которые тесно связаны с работой сотовых вышек для быстрого и точного определения местоположения.
Чем отличаются GLONASS и GPS GNSS?
Сеть GPS США использует 31 спутник, в то время как у GLONASS их 24. Система GPS США немного точнее, чем GLONASS, и работает на более низкой частоте. Это означает, что GPS обеспечивает более надежную сеть для пользователей и не имеет серьезных преимуществ перед GLONASS. Из-за большей силы сети GLONASS обычно используется в качестве резервной системы для GPS, когда теряются сигналы.