Gps и глонасс: что это, как работает и в чем разница. Gps и глонасс – спутниковые системы: чем отличаются, и что лучше Спутниковые системы навигации gps и глонасс
Система ГЛОНАСС является крупнейшим навигационным комплексом, который позволяет отслеживать местоположение различных объектов. Проект, запущенный в 1982 г., по сей день активно развивается и совершенствуется. Причем работа ведется как над техническим обеспечением ГЛОНАСС, так и над инфраструктурой, позволяющей использовать систему все большему количеству людей. Так, если первые годы существования комплекса навигация посредством спутников использовалась преимущественно в решении военных задач, то сегодня ГЛОНАСС - это технологичный инструмент позиционирования, который стал обязательным в жизнедеятельности миллионов гражданских пользователей.
Глобальные системы спутниковой навигации
Ввиду технологической сложности глобального спутникового позиционирования на сегодняшний день полностью соответствовать этому названию могут лишь две системы - ГЛОНАСС и GPS. Первая является российской, а вторая - плодом американских разработчиков. С технической точки зрения ГЛОНАСС - это комплекс специализированного аппаратного оснащения, расположенного и на орбите, и на земле.
Для связи со спутниками используются специальные датчики и приемники, считывающие сигналы и формирующие на их основе данные о местоположении. Для расчета временных параметров применяются специальные Они служат для определения положения объекта с учетом трансляции и обработки радиоволн. Сокращение погрешностей позволяет обеспечивать более достоверный расчет параметров позиционирования.
Функции спутниковой навигации
В спектр задач глобальных систем спутниковой навигации входит определение точного местоположения наземных объектов. Помимо географического положения, глобальные навигационные спутниковые системы позволяют учитывать время, путь следования, скорость и другие параметры. Реализуются эти задачи посредством спутников, находящихся в разных точках над земной поверхностью.
Применение глобальной навигации используется не только в транспортной отрасли. Спутники помогают в поисково-спасательных операциях, выполнении геодезических и строительных работ, а также без них не обходится координация и обслуживание других космических станций и аппаратов. Военная отрасль также не остается без поддержки системы подобных целей обеспечивает защищенный сигнал, предназначенный специально для авторизованной аппаратуры Министерства обороны.
Система ГЛОНАСС
Полноценную работу система начала лишь в 2010 г., хотя попытки ввести комплекс в активную работу предпринимались с 1995 г. Во многом проблемы были связаны с низкой долговечностью используемых спутников.
На данный момент ГЛОНАСС - это 24 спутника, которые работают в разных точках орбиты. В целом навигационную инфраструктуру можно представить тремя компонентами: управляющий комплекс (обеспечивает контроль группировки на орбите), а также навигационные технические средства пользователей.
24 спутника, каждый из которых имеет свою постоянную высоту, распределены на несколько категорий. На каждое полушарие приходится по 12 спутников. Посредством спутниковых орбит над поверхностью земли формируется сетка, за счет сигналов которой определяются точные координаты. Помимо этого, спутниковый ГЛОНАСС имеет и несколько резервных объектов. Они также находятся каждый на своей орбите и не бездействуют. В круг их задач входит расширение покрытия над конкретным регионом и замена выходящих из строя спутников.
Система GPS
Американский аналог ГЛОНАСС - это система GPS, которая начинала свою работу также в 1980-е, но только с 2000 года точность определения координат сделал возможным ее широкое распространение среди потребителей. На сегодняшний день спутники gps гарантируют точность до 2-3 м. Задержка в развитии возможностей навигации долгое время была обусловлена ограничениями позиционирования искусственного характера. Тем не менее их снятие позволило с максимальной точностью определять координаты. Даже при условии синхронизации с миниатюрными приемниками достигается результат, соответствующий ГЛОНАСС.
Отличия между ГЛОНАСС и GPS
Между навигационными системами выделяется несколько отличий. В частности, есть разница в характере расстановки и движении спутников на орбитах. В комплексе ГЛОНАСС они движутся по трем плоскостям (по восемь спутников на каждую), а в системе GPS предусматривается работа в шести плоскостях (примерно по четыре на плоскость). Таким образом, российская система обеспечивает более широкий охват наземной территории, что отражается и в более высокой точности. Однако на практике краткосрочная «жизнь» отечественных спутников не позволяет использовать весь потенциал системы ГЛОНАСС. GPS, в свою очередь, поддерживает высокую точность за счет избыточного количества спутников. Тем не менее российский комплекс регулярно вводит новые спутники, как для целевого использования так и в качестве резервной поддержки.
Также применяются разные методы кодирования сигнала - американцы используют код CDMA, а в ГЛОНАСС - FDMA. При расчете приемниками данных для позиционирования российская спутниковая система предусматривает более сложную модель. В результате для использования ГЛОНАСС необходимо высокое потребление энергии, что отражается в габаритах устройств.
Что позволяют возможности ГЛОНАСС?
Среди базовых задач системы — определение координат объекта, способного взаимодействовать ГЛОНАСС. GPS в этом смысле выполняет схожие задачи. В частности, рассчитываются параметры движения наземных, морских и воздушных объектов. За несколько секунд транспортное средство, обеспеченное соответствующим навигатором может вычислить характеристики собственного движения.
При этом использование глобальной навигации уже стало обязательным для отдельных категорий транспорта. Если в 2000-х распространение спутникового позиционирования относилось к контролю определенных стратегических объектов, то сегодня приемниками снабжаются морские и авиационные суда, общественный транспорт и т. д. В скором будущем не исключено и обязательное обеспечение ГЛОНАСС-навигаторами всех частных автомобилей.
Какие устройства работают с ГЛОНАСС
Система способна обеспечивать непрерывное глобальное обслуживание всех без исключения категорий потребителей независимо от климатических, территориальных и временных условий. Как и услуги системы GPS, ГЛОНАСС навигатор предоставляется бесплатно и в любой точке планеты.
Среди устройств, которые имеют возможность приема спутниковых сигналов, значатся не только бортовые навигационные средства и GPS-приемники, но также и сотовые телефоны. Данные о местоположении, направлении и скорости движения отправляются на специальный сервер по сетям GSM-операторов. В использовании возможностей спутниковой навигации помогает специальная программа ГЛОНАСС и различные приложения, которые занимаются обработкой карт.
Комбинированные приемники
Территориальное расширение спутниковой навигации обусловило сращивание двух систем с точки зрения потребителя. На практике устройства ГЛОНАСС нередко дополняются GPS и наоборот, что повышает точность позиционирования и временных параметров. Технически это реализуется посредством двух датчиков, интегрированных в один навигатор. На основе этой идеи и производятся совмещенные приемники, работающие одновременно с системами ГЛОНАСС, GPS и сопутствующей аппаратурой.
Кроме повышения точности определения такой симбиоз делает возможным отслеживание местоположения, когда спутники одной из систем не улавливаются. Минимальное количество орбитальных объектов, «видимость» которых требуется для работы навигатора, составляет три единицы. Так, если, например, программа ГЛОНАСС становится недоступной, то на помощь придут спутники gps.
Другие системы спутниковой навигации
Разработкой проектов, схожих по масштабам с ГЛОНАСС и GPS, занимается Европейский союз, а также Индия и Китай. планирует реализовать систему Galileo, состоящую из 30 спутников, что позволит добиться непревзойденной точности. В Индии планируется запуск системы IRNSS, работающей посредством семи спутников. Навигационный комплекс ориентируется на внутригосударственное использование. Система Compass от китайских разработчиков должна состоять из двух сегментов. Первый будет включать 5 спутников, а второй - 30. Соответственно, авторы проекта предполагают два формата обслуживания.
Сегодня трудно найти сферу социально-экономического развития, в которой не могли бы использоваться услуги спутниковой навигации. Наиболее актуальным остаётся применение ГЛОНАСС-технологий в транспортной отрасли, включая морское и речное судоходство, воздушный и наземный транспорт. При этом, по данным экспертов, порядка 80% навигационного оборудования применяется на автомобильном транспорте.
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ
Одна из основных областей применения спутниковой навигации — мониторинг транспорта. Эта услуга наиболее важна для промышленных, строительных, транспортных предприятий. Навигационное оборудование, принимающее сигналы системы ГЛОНАСС, позволяет определить местоположение автомобиля, показания измерительных датчиков могут обеспечивать как безопасность пассажирских перевозок, так и удобство и оптимизацию эксплуатации коммерческого транспорта, исключить его нецелевое использование. Внедрение системы позволяет владельцам автопарков за 4-6 месяцев сократить издержки на их обслуживание на 20-30%.
Одна из технологий, реализуемых в России на основе спутниковой навигации — Интеллектуальная транспортная система (ИТС). Она включает в себя мониторинг перевозки опасных, крупногабаритных и тяжеловесных грузов, контроль режима труда и отдыха водителей, управление и диспетчеризацию пассажирских перевозок, информирование пассажиров городского транспорта.
Эффективность применения услуг спутниковой навигации на наземном транспорте можно оценивать по таким критериям как:
- снижение числа дорожно-транспортных происшествий, а также погибших и пострадавших при ДТП, снижение времени реагирования на ДТП;
- снижение времени нахождения в пути, повышение привлекательности общественного транспорта;
- повышение качества расходования бюджетных средств.
По оценкам специалистов, за счёт внедрения интеллектуальных транспортных систем рост ВВП России может составить 4-5% в год.
Мониторинговыми и навигационно-информационными технологиями на базе услуг системы ГЛОНАСС оснащены муниципальный и общественный транспорт Алтайского, Краснодарского, Красноярского, Ставропольского, Хабаровского краёв, Астраханской, Белгородской, Вологодской, Калужской, Курганской, Магаданской, Московской, Нижегородской, Новосибирской, Пензенской, Ростовской, Самарской, Саратовской, Тамбовской, Тюменской областей, Москвы, республик Мордовия, Татарстан, Чувашия. В целом по России элементы ИТС реализованы и эффективно работают более чем в 100 городах.
ПОИСК И СПАСАНИЕ
Оборудование, принимающее сигналы навигационных спутников, устанавливается на автомобилях скорой медицинской помощи, а также транспортных средствах служб МЧС. Координатно-временное обеспечение на основе спутниковых данных позволяет более оперативно прибывать бригадам медиков и спасателей к местам чрезвычайных происшествий для оказания помощи пострадавшим. При помощи ГЛОНАСС отслеживается местоположение и передвижение групп пожарных.
Один из показательных примеров применения глобальной спутниковой навигации в интересах спасения человеческих жизней — система ЭРА-ГЛОНАСС (экстренное реагирование при авариях). Её основная задача — определение факта дорожно-транспортного происшествия и передача данных на сервер реагирования. При аварии автомобиля, установленный на нем навигационно-телекоммуникационный терминал автоматически определяет координаты, устанавливает связь с серверным центром системы мониторинга и передает данные об аварии по каналам сотовой связи оператору. Эти данные позволяют определить характер и тяжесть ДТП и осуществить немедленное реагирование машин скорой помощи. Применение данных Глобальной навигационной спутниковой системы через ЭРА-ГЛОНАСС позволяет значительно снизить уровень смертности от травм, полученных в результате дорожных аварий.
Ещё одна область применения ГЛОНАСС в интересах спасения человеческих жизней — сочетание глобальной спутниковой навигации с Международной системой поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ. Эта функция предусмотрена на навигационных космических аппаратах последнего поколения «Глонасс-К». Уже на этапе лётных испытаний спутник «Глонасс-К» № 11 в марте 2012 года через ретранслятор этой системы передал сигнал бедствия о потерпевшем крушение канадском вертолёте, благодаря чему экипаж был спасён.
ПЕРСОНАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ
Чипсеты с навигационными приёмниками сигналов ГЛОНАСС используются в смартфонах, планшетах, цифровых камерах, устройствах для фитнеса, носимых трекерах, портативных компьютерах, навигаторах, часах, очках и других устройствах. Персональная навигация становится основной сферой применения технологий спутниковой навигации.
Использование ГНСС-технологий способствовало появлению совершенно новых видов спорта и активного отдыха. Примером этого является геокэшинг — туристическая игра с применением спутниковых навигационных систем, смысл которой в нахождении тайников, спрятанных другими участниками игры. Еще один новый вид спорта геотэгинг — гонка по пересеченной местности по заранее определенным спутниковым координатам.
Перспективным направлением применения ГЛОНАСС-технологий являются социальные системы, предусматривающие помощь людям с ограниченными возможностями здоровья или малолетним детям. Используя навигационное оборудование с голосовым интерфейсом, незрячий человек может определить свой путь в магазин, поликлинику и т.д. Обладатели подобных устройств могут в случае возникновения опасности или резкого ухудшения самочувствия вызвать экстренную помощь, нажав тревожную кнопку. Индивидуальный спутниковый трекер может помочь родителям в режиме онлайн отслеживать местонахождение своего ребёнка с целью контроля его безопасности.
АВИАЦИЯ
В авиации навигационные приемники интегрированы в бортовые комплексы аэронавигационного обеспечения, которые обеспечивают маршрутную навигацию и заход на посадку в сложных метеорологических условиях. Огромное значение спутниковая навигация имеет для обеспечения посадки самолетов малой авиации на необорудованные аэродромы. Системы навигации на основе ГЛОНАСС повышают безопасность вертолетовождения, повышают точность навигации беспилотных летательных аппаратов.
ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ
Использование ГНСС-технологий морского/речного назначения в России стремится к 100%. Емкость российского рынка оценивается в 18 560 единиц водного транспорта, включая грузовые и пассажирские речные и морские суда. Технологии ГЛОНАСС применяются в судоходстве при проводке судов и маневрирование в сложных условиях (шлюзы, порты, каналы, проливы, ледовая обстановка), навигации на внутренних водных путях, мониторинге и учёте флота, спасательных операциях.
Рост объема перевозок по Северному морскому пути, который позволяет существенно сократить время доставки товаров из Азиатско-Тихоокеанского региона в Европу, приводит к повышению интенсивности судоходства в районе с крайне суровыми климатическими условиями. В условиях штормов и плотных туманов без спутниковой навигации сложно обеспечить безопасность движения судов.
ГЕОДЕЗИЯ И КАРТОГРАФИЯ
Технологии ГЛОНАСС используются в городском и земельном кадастре, планировании и управлении развитием территорий, для обновления топографических карт. Использование технологий ГЛОНАСС ускоряет и удешевляет процесс создания карт и их актуализацию — в ряде случаев отпадает необходимость в дорогостоящей аэрофотосъемке или трудоемкой топографической съемке. В Российской Федерации текущий объем рынка геодезического оборудования на базе ГНСС оценивается в 2,3 тыс. ед.
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Научное сообщество активно использует навигационные данные для наблюдений и исследований Земли. ГЛОНАСС способствует развитию методов и средств, предназначенных для решения фундаментальных задач геодинамики, формирования Земной системы координат, построения модели Земли, измерения приливов, течений и уровня моря, определение и синхронизация времени, локализации разливов нефти, рекультивации земель после захоронений опасных отходов.
Навигационные сигналы от космических аппаратов ГЛОНАСС играют важную роль в изучении сейсмических процессов. С помощью спутниковых данных более точно, чем через наземное оборудование, можно фиксировать процессы смещения тектонических плит. Помимо этого, возмущения в ионосфере, зафиксированные при помощи навигационных спутников, дают учёным данные о приближающихся подвижках земной коры. Таким образом, глобальная спутниковая навигация позволяет прогнозировать землетрясения и минимизировать их последствия для человека. Технологии на основе ГЛОНАСС помогают также осуществлять контроль за автомобильными и железными дорогами на лавиноопасных участках в горных местностях.
КОСМИЧЕСКАЯ НАВИГАЦИЯ
В космической отрасли технологии ГЛОНАСС применяются для отслеживания средств выведения, высокоточного определения орбит космических аппаратов, определения ориентации космического аппарата относительно Солнца, для точного наблюдения, контроля и целеуказания системам противоракетной обороны.
В частности, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS оснащены: ракета-носитель «Протон-М», ракета-носитель «Союз», разгонные блоки «Бриз», «Фрегат», «ДМ», космические аппараты «Метеор-М», «Ионосфера», «Канопус-СТ», «Кондор-Э», «Барс-М», «Ломоносов», а также железнодорожные подвижные комплексы, используемые для транспортировки ракет-носителей и компонентов ракетного топлива.
В космической отрасли большое количество проектов требуют высокоточного знания орбит космических аппаратов при решении задач дистанционного зондирования Земли, разведки, картографирования, мониторинга ледовой обстановки, чрезвычайных ситуаций, а также в области изучения Земли и мирового океана, построения высокоточной динамической модели геоида, высокоточных динамических моделей ионосферы и атмосферы. При этом точность знания положения объектов требуется на уровне единиц сантиметров, специальные методы обработки измерений системы ГЛОНАСС от приемников, расположенных на борту космического аппарата, позволяют успешно решить и эту задачу.
СТРОИТЕЛЬСТВО
В России технологии ГЛОНАСС применяются при мониторинге строительной техники, а также мониторинге смещения дорожного полотна, мониторинге деформаций линейных стационарных объектов, в системах управления дорожно-строительной техникой.
Услуги спутниковой навигации помогают в определении местоположения географических объектов с сантиметровой точностью при прокладке нефте- и газопроводов, линий электропередач, уточнять параметры местности при возведении зданий и сооружений, дорожном строительстве. По оценкам отечественных и зарубежных экспертов, применение ГЛОНАСС повышает эффективность строительных и кадастровых работ на 30-40%.
Применение услуг ГЛОНАСС позволяет оперативно передавать информацию о состоянии сложных инженерных сооружений, потенциально опасных объектов, таких как плотины, мосты, туннели, промышленные предприятия, атомные электростанции. При помощи спутникового мониторинга у специалистов своевременно появляются сведения о необходимости дополнительного диагностирования этих сооружений и их ремонта.
СИСТЕМЫ СВЯЗИ
ГЛОНАСС используется для временного протоколирования денежных транзакций по фондовому, валютному и сырьевому дилингу. Непрерывный и точный способ регистрации переводов и возможность их отслеживания является основой деятельности международных торговых систем межбанковской торговли. Крупнейшие инвестиционные банки используют ГЛОНАСС для того, чтобы синхронизировать компьютерные сети своих подразделений по всей России. Объединенная биржа ММВБ-РТС использует временные сигналы ГЛОНАСС для точной регистрации котировок при совершении сделок. Аппаратура ГЛОНАСС, применяемая в интересах телекоммуникационной инфраструктуры, обеспечивает решение задач синхронизации сетей связи.
ВООРУЖЕНИЕ
Особое значение система ГЛОНАСС имеет для эффективности решения задач Вооруженными Силами и специальными потребителями. Система используется для решения задач координатно-временного обеспечения всех видов и родов войск, в том числе для повышения эффективности применения высокоточного оружия, беспилотной авиации, оперативного управления войсками.
Спутниковой навигацией пользуются водители, велосипедисты, туристы – даже любители утренних пробежек отслеживают собственный маршрут при помощи спутников. Вместо того чтобы расспрашивать прохожих, как найти нужный дом, большинство предпочитают достать смартфон и задать этот вопрос ГЛОНАСС или GPS. Несмотря на то, что модули спутниковой навигации установлены в каждом смартфоне и в большинстве спортивных часов, только один человек из десяти понимает, как работает эта система и как в море девайсов с функциями GPS/ГЛОНАСС найти подходящий.
Как устроена спутниковая навигационная система
Аббревиатура GPS расшифровывается как Global Positioning System: «система глобального позиционирования», если переводить дословно. Идея использовать спутники на околоземной орбите для определения координат наземных объектов появилась в 1950-е, сразу после того, как Советский Союз запустил первый искусственный спутник. Американские ученые отслеживали спутниковый сигнал и обнаружили, что его частота меняется, когда спутник приближается или отдаляется. Поэтому, зная свои точные координаты на Земле, можно вычислить и точное расположение спутника. Это наблюдение и дало толчок для разработки глобальной системы расчета координат.
Первоначально открытием заинтересовался флот – разработку начала военно-морская лаборатория, но со временем было решено создать единую систему для всех вооруженных сил. Первый спутник GPS вывели на орбиту 1978-м. Сейчас сигналы передают около тридцати спутников. Когда навигационная система заработала, военные ведомства США сделали подарок всем жителям планеты – открыли свободный доступ к спутникам, так что каждый может пользоваться Global Positioning System бесплатно, был бы приемник.
Вслед за американцами Роскосмос создал свою систему: первый спутник ГЛОНАСС вышел на орбиту в 1982 году. ГЛОНАСС – Глобальная навигационная спутниковая система, работающая по тому же принципу, что и американская. Сейчас на орбите находятся 24 российских спутника, которые обеспечивают координирование.
Чтобы воспользоваться одной из систем, а лучше двумя одновременно, нужен приемник, который будет получать сигналы от спутников, а также компьютер для расшифровки этих сигналов: местоположение объекта вычисляется, исходя из интервалов между полученными сигналами. Точность вычислений – плюс-минус 5 м.
Чем больше спутников «видит» устройство, тем больше информации может предоставить. Для определения координат навигатору достаточно увидеть всего два спутника, но если он запеленгует хотя бы четыре спутника, девайс сможет сообщить, например, скорость передвижения объекта. Поэтому современные навигационные устройства считывают все больше параметров:
- Географические координаты объекта.
- Скорость его передвижения.
- Высоту над уровнем моря.
Какие могут возникнуть погрешности в работе GPS/ГЛОНАСС
Спутниковая навигация хороша тем, что доступна круглосуточно из любой точки планеты. Где бы вы ни находились, если у вас есть приемник – вы сможете определить координаты и построить маршрут. Однако на практике сигнал спутников могут глушить физические препятствия или погодные катаклизмы: если вы проезжаете подземный туннель, а сверху к тому же бушует шторм, сигнал может не «добить» до приемника.
Эту проблему решили за счет технологии A-GPS: она предполагает, что приемник обращается через альтернативные каналы связи к серверу. Тот, в свою очередь, использует данные, полученные от спутников. Благодаря этому можно пользоваться навигационной системой в помещениях, туннелях, в непогоду. Технология A-GPS рассчитана на смартфоны и прочие персональные устройства, поэтому, выбирая навигатор или смартфон, уточняйте, поддерживает ли он этот стандарт. Так вы сможете быть уверенными, что устройство не подведет в ответственный момент.
Владельцы смартфонов иногда жалуются, что навигатор работает не точно или периодически «отключается», не определяет координаты. Как правило, это связано с тем, что в большинстве смартфонов функция GPS/ГЛОНАСС по умолчанию отключена. Для расчетов координат устройство использует сотовые вышки или беспроводной интернет. Проблема решается настройкой смартфона, активацией нужного способа определения координат. Также может потребоваться калибровка компаса или сброс настроек навигатора.
Виды навигаторов
- Автомобильные. Навигационные система, завязанная на спутниках ГЛОНАСС или их американских аналогах, может быть частью бортового компьютера авто, но чаще покупают отдельные устройства. Они не только определяют координаты машины и позволяют без проблем добраться из пункта А в пункт Б, но также защищают от угона. Даже если злоумышленники угонят машину, ее можно будет отследить по маячку. Плюс специальных устройств для авто еще и в том, что они предусматривают установку антенны – за счет антенны можно усилить ГЛОНАСС-сигнал.
- Туристические. Если в автомобильный навигатор можно установить специальный набор карт, то к туристическим устройствам предъявляются более строгие требования: современные модели допускают использование расширенного набора карт. Однако самый простой туристический девайс – это только приемник сигнала с простейшим компьютером. Он может даже не отмечать координаты на карте, и тогда потребуется бумажная карта с навигационной сеткой. Впрочем, сейчас такие устройства покупают только из соображений экономии.
- Смартфоны, планшеты с GPS/ГЛОНАСС-приемником. Смартфоны также позволяют загрузить расширенный набор карт. Их можно использовать, как автомобильные и туристические навигаторы, главное – установить приложение и загрузить необходимые карты. Многие из полезных навигационных программ – бесплатные, но за некоторые нужно заплатить небольшую сумму.
Навигационные программы для смартфонов
Одна из самых простых программ, рассчитанных на тех, кто не хочет вникать в функционал: MapsWithMe. Она позволяет загрузить из сети карту нужного региона, чтобы затем пользоваться ею, даже если соединения с интернетом не будет. Программа покажет местоположение на карте, отыщет отмеченные на этой карте объекты – их можно сохранять в закладки и пользоваться потом быстрым поиском. На этом функционал исчерпывается. Программа использует только векторные карты – другие форматы загрузить нельзя.
Владельцы устройств на Android могут воспользоваться программой OsmAnd. Она подходит водителям и пешеходным туристам, поскольку позволяет автоматически проложить маршрут по автодорогам или горным тропинкам. ГЛОНАСС-навигатор будет вести вас по маршруту голосовыми командами. Кроме векторных карт, можно использовать растровые, а также отмечать путевые точки и записывать треки.
Ближайшая альтернатива OsmAnd – приложение Locus Map. Оно подойдет для пешеходных туристов, поскольку напоминает классическое навигационное устройство для туристов, какие были в ходу до появления смартфонов. Использует и векторные, и растровые карты.
Туристические устройства
Смартфоны и планшеты могут заменить специальное GPS/ГЛОНАСС-устройство для туризма, но у такого решения есть свои недостатки. С одной стороны, если есть смартфон, не нужно покупать никаких дополнительных девайсов. На большом ярком экране легко работать с картой, выбор приложений широкийо – мы указали всего несколько программ, охватить все предложения невозможно. Но у смартфона есть и недостатки:
- Быстро разряжается. В среднем устройство работает сутки, а в режиме постоянного поиска координат – и того меньше.
- Требует бережного обращения. Конечно, существуют защищенные смартфоны, но кроме того, что они дорогие, надежность такого смартфона все равно не сравнится со специальным туристическим ГЛОНАСС-устройством. Оно может быть полностью водонепроницаемым.
Для многодневных походов по дикой местности разработаны специализированные устройства, во влагозащищенных корпусах и с мощными аккумуляторами. Однако при выборе такого прибора важно уточнять, чтобы он поддерживал и векторные, и растровые карты. Растровая карта – это изображение, привязанное к координатам. Вы можете взять бумажную карту, отсканировать ее, связать с координатами ГЛОНАСС – и получится растровая карта. Векторные карты – не картинка, но набор объектов, которые программа размещает на изображении. Система позволяет запустить поиск по объектам, но самостоятельно создать подобную схему сложно.
Что лучше: ГЛОНАСС, GPS или Galileo?
В современном мире, где нормальное функционирование отдельных отраслей напрямую зависит от качества поставляемых услуг в области навигационных спутниковых систем, вопрос отнюдь не праздный.
На сегодняшний день существует несколько спутниковых навигационных систем, предназначенных для определения местоположения и точного времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
С точки зрения доступности и применения интерес представляют четыре системы: российская ГЛОНАСС, американская NAVSTAR GPS, европейская система Galileo и китайская система BeiDou/Compass.
Системы ГЛОНАСС и NAVSTAR GPS полностью введены в эксплуатацию и являются глобальными.
Рис. 1. Существующие средства навигационно-временного обеспечения.
На различных этапах ввода в эксплуатацию находятся системы Galileo и BeiDou/Compass, которые в перспективе также обеспечат глобальный сервис.
Рис. 2. Перспективные средства навигационно-временного обеспечения.
Состав навигационных систем.
Любая спутниковая навигационная система состоит из трех основных сегментов:
- Космический сегмент или орбитальная группировка;
- Наземный сегмент ;
- Пользовательский сегмент.
Орбитальная группировка системы ГЛОНАСС представлена 30 космическими аппаратами из которых по состоянию на 29/06-2014 23 находятся в системе, 2 в резерве. Оставшиеся спутники на этапе ввода в эксплуатацию или техническом обслуживании. Космические аппараты вращаются на круговых орбитах в трех орбитальных плоскостях на высоте 19100 км. Число спутников в каждой орбитальной плоскости – 8.
В состав орбитальной группировки системы NAVSTAR GPS входят 32 космических аппарата, вращающихся на круговых орбитах в 6 орбитальных плоскостях на высоте 20183 км. Число спутников в каждой орбитальной плоскости 4.
Орбитальную группировку системы Galileo составят 30 спутников (27 операционных и 3 резервных). Полностью развернуть орбитальную группировку планируется в 2016 году, когда выведут на орбиту все 30 спутников (27 операционных и 3 резервных). Орбитальная группировка системы GALILEO будет располагаться в трех плоскостях, наклоненных к экватору под углом 56 градусов на высоте 23224 км., по 9 спутников в каждой орбитальной плоскости.
Орбитальная группировка системы Beidou/Compass , будет состоять из 36 КА, 5 КА будут находиться на геостационарной орбите; 5 КА на наклонной геосинхронной орбите; 24 КА на средней околоземной орбите. Остальные спутники, возможно, составят орбитальный резерв. Такое размещение орбитальной группировки обеспечит системе круглосуточный глобальный охват поверхности Земли.
Наибольший интерес представляют системы ГЛОНАСС и NAVSTAR GPS.
По точности измерения обе системы примерно равны. Согласно данным системы дифференциальной коррекции и мониторинга на 30 июня 2014 г. точность обеих систем составляет 5-7 м. Американская система имеет более развитую сеть станций, передающих поправки для дифференциального режима. Эти станции, расположенные на территории США, Канады, Японии, КНР, ЕС и Индии, позволяют снизить погрешность на территории этих стран до 1-2 м.
В то же время Российские станции дифференциальной коррекции расположены в основном на территории РФ.
Текущая сеть наземных станций насчитывает 14 станций в России, одну станцию в Антарктиде и одну в Бразилии. Развитие системы предусматривает развёртывание восьми дополнительных станций на территории России и нескольких станций за рубежом (дополнительные станции будут размещены в таких странах, как Куба, Иран, Вьетнам, Испания, Индонезия, Никарагуа, Австралия, две в Бразилии, и ещё одна дополнительная будет размещена в Антарктиде).
Несомненным преимуществом отечественной системы является более высокая точность в приполярных областях Земли за счет более высокого наклонения орбит.
По сообщению Reuters, сотрудники шведской компании Swepos, обслуживающей общенациональную сеть спутниковых навигационных станций, признали преимущество российской системы навигации ГЛОНАСС над американской GPS.
По словам Бо Йонссона, замглавы подразделения геодезических исследований, ГЛОНАСС обеспечивает более точное позиционирование в северных широтах: «она (Глонасс) работает немного лучше в северных широтах, потому что орбиты её спутников расположены выше, и мы видим их лучше, чем спутники GPS». Йонссон сообщил, что 90 % клиентов его компании используют Глонасс в комбинации с GPS. Нужно отметить, что здесь господин Йонссон не совсем точен. Речь, скорее всего, идет не о высоте орбит, орбиты спутников GPS несколько выше чем у ГЛОНАСС, а о наклоне орбитальных плоскостей: 64,80 у системы ГЛОНАСС против 550 у системы GPS.
И все же наилучшая точность определения местоположения достигается при использовании устройств, позволяющих принимать сигналы как от системы ГЛОНАСС, так и от системы GPS.
Дело в том, что для точного определения координат нужно четыре спутника той или иной системы. Однако в большинстве случаев такое определение дает достаточно низкую точность: ее сложно использовать в условиях городской застройки для решения определенных задач.
С ростом числа наблюдаемых спутников точность растет. Обычно наблюдается 6-9 спутников системы GPS. Если мы работаем на закрытой местности: в горах, в лесу, особенно в городском ландшафте, когда мы фактически ходим в джунглях, то количество спутников, которые мы видим, может очень сильно уменьшаться - или геометрия их расположения может становиться неэффективной.
Например, спутники могут выстраиваться в одну линию вдоль улицы. В этом случае, общее количество спутников, которые мы можем наблюдать, является очень важным аспектом: чем их больше, тем выше качество в столь стесненных условиях. Так по данным все той же системы дифференциальной коррекции и мониторинга на 30 июня 2014 г. точность навигационных определений при совместном использовании ГЛОНАСС и GPS возрастает до 3-5 м.
На ниже приведенных диаграммах представлена доступность систем ГЛОНАСС и GPS по данным системы дифференциальной коррекции и мониторинга на 30 июня 2014 г.
Здесь PDOP - снижение точности по местоположению.
Рис. 3. Доступность ГНСС ГЛОНАСС.
Рис.4. Доступность ГНСС GPS.
Рис.5. Доступность ГНСС ГЛОНАСС + GPS.
Планируется увеличение точности обеих систем.
К 2015 году точность системы ГЛОНАСС доведут до 1,4 м, к 2020 году – 0,6 м с последующим увеличением этого показателя до 10 см. Система GPS, после вывода на орбиту спутников нового поколения, обеспечит своим пользователям точность 0,6-0,9 м. При использовании дифференциального режима, уже сегодня вполне возможна точность 0,1 м. В вопросе надежности систем и подержания космической группировки пальма первенства на текущий момент за американской системой GPS. Важным отличием системы ГЛОНАСС от системы GPS заключается в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им бóльшую стабильность.
Система Galileo, как ожидается, обеспечит точность 30 см в низких широтах при одновременном приеме сигнала от 8-10 спутников. За счет более высокой, чем у спутников GPS орбиты, на широте полярного круга будет обеспечена точность 1 м.
О точности системы Beidou/Compass сегодня говорить пока рано, в виду того что система развернута не полностью. Однако, 8 мая 2014 года система прошла экспертную проверку, в ходе которой было установлено, что её точность составляет менее 1 м. По заявлению академика АН Китая Ян Юаньси точность спутниковой системы БЕЙДОУ при работе в дифференциальном режиме превосходит аналогичные показатели системы GPS.
Про опасности.
2 апреля 2014 года произошел крупный сбой в работе системы ГЛОНАСС. В течение почти 11 часов все 24 спутника системы выдавали некорректные данные, т.е. система оказалась неработоспособной. Работоспособность системы восстановили, в причинах разбираются. Вопрос, возможно ли повторение подобных ситуаций, остается открытым.
Но не все гладко в вопросах поддержания необходимого количества космических аппаратов в составе орбитальной группировки и у GPS.
В 2009 году Главное бюджетно-контрольное управление США (GAO) выпустило отчет о будущем системы GPS, в котором выражена озабоченность тем, что орбитальная группировка может оказаться неспособной обеспечивать должные эксплуатационные качества в период с 2010 по 2018 год (System Design & Test newsletter, May 2009, GPS World, May 27, 2009). Брэд Паркинсон, первый директор отдела реализации программы GPS, главный архитектор и защитник GPS, заявил: "Возможно, что в группировке окажется менее 24 спутников".
Нужна ли России собственная система спутниковой навигации? Однозначно нужна. Без использования современных навигационных технологий трудно будет обеспечить конкурентоспособность национальной экономики.
Нельзя также игнорировать тот факт, что система GPS, впрочем, как и российская ГЛОНАСС, контролируется военными ведомствами. Поэтому ставить российскую экономику в зависимость от американской GPS, с учетом возможностей режима селективного доступа и преднамеренного "загрубления" или искажения сигнала над определенной географической территорией, а также существующих техногенных, экономических и других рисков, как минимум, недальновидно. Особенно в условиях действия экономических санкций, направленных в первую очередь на ослабление позиции России на международной экономической арене, и нового витка «холодного» противостояния России и блока НАТО.
Из-за опасений, что системы ГЛОНАСС могут быть использованы в военных целях, госдепартамент США отказал Роскосмосу в выдаче разрешений на строительство на американской территории нескольких российских измерительных станций. В ответ на запрет с 1 июня 2014 года приостановлена работа на территории РФ станций для системы GPS. А уже с 1 сентября работа этих станций может быть прекращена. Отключение наземных станций отразится только на сверхточном позиционировании, которое не используется в гражданских целях.
Тем не менее, случай довольно показательный. Что касается Galileo, то система являет собой яркий пример не очень успешной попытки создания глобальной навигационной спутниковой системы с привлечением на коммерческой основе частного капитала, то есть смешивания функций государства и бизнеса. Это уже привело к задержке создания европейской системы Galileo на несколько лет.
По оценкам специалистов, система Galileo может заработать в полном объеме после 2014 года. Для пользователей системы (за исключением авиации, торгового флота, правительственных и военных организаций, спецслужб, спасательно-поисковых служб) будет доступна открытая и коммерческая службы. Открытая служба обеспечит пользователей бесплатным сигналом с точностью на уровне современных систем. Гарантии его получения предоставляться не будут.
Благодаря достигнутым компромиссам с правительством США применяемый формат данных, используемый также в сигналах модернизированной GPS, позволит взаимодополнять системы GPS и Galileo. Коммерческая служба будет предоставлять кодированный сигнал, позволяющий получить повышенную точность позиционирования. Права на использование сигнала планируется перепродавать через провайдеров. Предполагается гибкая система оплаты в зависимости от времени использования и вида абонента. Очевидно, что пользователям системы Galileo в сферах, где требуется высокая точность позиционирования, придется нести дополнительные расходы за услуги пользования системой.
Система Beidou/Compass находится в коммерческой эксплуатации с декабря 2012 г. Система будет обеспечивать пользователей данными о позиции, скорости и точном времени. Данные будут предоставляться по открытым каналам. Помимо отраслевых возможностей использования системы, разработчики анонсировали также возможность обмена текстовыми сообщениями между абонентами системы.
Персональные пользователи системы смогут воспользоваться сервисом по предоставлению информации о ближайших отелях, ресторанах, парковках, культурных объектах путем отправки текстовых сообщений местным поставщикам услуг. Поставщики услуг немедленно найдут необходимую информацию, основываясь на местоположении пользователя, и затем, отправят электронную карту, например, в телефон пользователя. Пользователь также сможет получить услуги с добавленной стоимостью, такие как заказ номера в отеле, столика в ресторане или заказ парковочного места.
Хотя работы по совместимости систем Beidou/Compass и ГЛОНАСС начались в 2014 г., пока неизвестно будет ли доступен полный функционал системы Вeidou/Compass российским пользователям.
Рис. 6. Зона покрытия системы Beidou на текущий момент.
Таким образом, сегодня в мире существует две действительно глобальных системы спутниковой навигации: ГЛОНАСС и GPS.
Однозначного ответа на вопрос какая система все-таки лучше, на сегодняшний день дать не сможет никто.
Что использовать: российскую систему ГЛОНАСС, поддержав отечественного производителя, или использовать систему GPS рискуя быть отключенным от системы в самый неподходящий момент? Очевидны преимущества использования аппаратуры, поддерживающей как ГЛОНАСС так и GPS, ведь с позиции рядового потребителя, чем с большим количеством глобальных спутниковых навигационных систем способна работать его аппаратура, тем лучше с точки зрения доступности и качества услуги навигационного определения.
Уже сегодня на рынке можно найти двух- или трехсистемную аппаратуру, которая помимо GPS и ГЛОНАСС сможет работать с сигналами Galileo. Если будут успешно развернуты орбитальные группировки Galileo и Compass, то не заставит себя ждать и ГЛОНАСС/GPS/Galileo/Compass-аппаратура потребителя. Выбор остаётся за вами.
Алексей Афанасов
Статья о системах ГЛОНАСС и GPS: характеристики спутниковых систем, их особенности и сравнительный анализ. В конце статьи - видео о принциах работы GPS и ГЛОНАСС.
Сейчас сферы влияния поделены между российской ГЛОНАСС, американской GPS (Global Positioning System) и понемногу набирающей обороты китайской BeiDou. Выбор системы для собственного автомобиля может обуславливаться патриотическими мотивами, а может основываться на грамотном взвешивании преимуществ и недостатков этих разработок.
Основы спутниковой связи
Предназначение каждой спутниковой системы – определение точного местонахождения какого угодно объекта. В контексте автомобиля эта задача осуществляется посредством специального устройства, помогающего установить координаты на местности, известного как навигатор.
Спутники, взаимодействующие с конкретной навигационной системой, отправляют ей персональные сигналы, отличные друг от друга. Для четкого определения пространственных координат навигатору достаточно информации от 4 спутников. Таким образом, это не простой автомобильный гаджет, а один из элементов сложного механизма космического позиционирования.
При движении автомобиля координаты непрерывно изменяются. Поэтому навигационная система устроена так, чтобы через некие равные промежутки времени обновлять получаемые данные и заново пересчитывать расстояние.
Преимущество современных систем в том, что они обладают способностью запоминания схемы расположения спутников даже в выключенном состоянии. Это значительно повышает эффективность прибора, когда нет необходимости каждый раз заново отыскивать орбиту спутника. Для автомобилистов, регулярно обращающихся к навигатору, разработчики предусмотрели функцию «горячего старта» - максимально быстрой связи устройства со спутником. При редком использовании навигатора старт будет «холодным», то есть, в этом случае соединение со спутником будет более длительным, занимающим от 10 до 20 минут.
Создание систем
Хотя первым спутником Земли была советская разработка, вначале родилась именно американская GPS . Ученые обратили внимание на перемены в спутниковых сигналах, зависящие от его перемещения по орбите. Тогда они задумались над методикой расчета не только координат самого спутника, но и привязанных к нему земных объектов.
В 1964 году заработала исключительно военная навигационная система под названием TRANZIT, ставшая первой в мире разработкой такого уровня. Она способствовала запуску ракет с подводных лодок, но точность расположения объекта рассчитывала только на расстоянии 50 метров. К тому же объект этот должен был оставаться абсолютно неподвижным.
Стало понятно, что первый и на тот момент единственный в мире навигатор не справляется с задачей постоянного определения координат. Это происходило от того, что проходя по низкой орбите, спутник мог подавать сигналы на Землю только в течение часа.
Следующая, модернизированная версия появилась спустя 3 года вместе с новым спутником Тиматионом-1 и его собратом Тиматионом-2. Совместно они поднялись на более высокую орбиту и объединились в единую систему, названую «Навстар». Начинала она так же, как военная разработка, но затем было принято решение сделать ее общедоступной для нужд гражданского населения.
Эта система функционирует до сих пор, насчитывая в своем арсенале 32 спутника, обеспечивающих полное покрытие Земли. Еще 8 аппаратов имеются в резерве на некий непредвиденный случай. Двигаясь на существенном расстоянии от планеты по нескольким орбитам, спутники завершают оборот почти за сутки.
Над отечественной системой ГЛОНАСС начали работать еще во времена Союза - мощной державы, обладающей выдающимися научными умами. Выведение на орбиту искусственного спутника запустило проектировочные работы системы позиционирования.
Первый советский спутник 1967 года рождения должен был стать единственным, достаточным для расчета координат. Но скоро в космосе появилась целая оборудованная радиопередатчиками система, известная населению как Цикада, военные называли ее Циклоном. Ее задачей стало определение терпящих бедствие объектов, чем она и занималась вплоть до появления ГЛОНАССа в 1982 году.
Советский Союз был разрушен, страна находилась в бедственном положении и не могла изыскать резервы для доведения до ума высокотехнологичной системы. Вся система включала в себя 24 спутника, но из-за финансовых трудностей почти половина из них не функционировала. Поэтому в то время, в 90-х годах, ГЛОНАСС даже близко не могла конкурировать с GPS.
На сегодняшний день российские разработчики намерены догнать и обогнать американских коллег, что уже подтверждает более быстрое обращение вокруг Земли наших спутников. Пусть исторически российская спутниковая система ощутимо отставала от американской, из года в год этот отрыв сокращается.
Преимущества и недостатки
На каком уровне сейчас обе системы? Какую из них предпочесть рядовому обывателю для своих житейских задач?
По большому счету, многим гражданам безразлично, какую именно спутниковую навигацию использует его техника. Они обе доступны без ограничений и взимания платы всему гражданскому населению, в том числе для использования в автомобиле. Если смотреть с технической точки зрения, то шведская спутниковая компания официально заявила о достоинствах ГЛОНАСС, намного качественнее работающей в северных широтах.
Спутники GPS практически не появляются севернее 55-й параллели, а в южном полушарии, соответственно, южнее. Тогда как при угле наклона в 65 градусов и высоте нахождения в 19,4 тыс.км спутники ГЛОНАСС поставляют отличные, стабильные сигналы в Москву, Норвегию и Швецию, что так оценили зарубежные специалисты.
Хотя обе системы имеют большое количество спутников во всех орбитальных плоскостях, другие эксперты все же отдают пальму первенства GPS. Даже при активной программе усовершенствования российской системы на данный момент американцы имеют 27 спутников против 24 российских, что дает большую четкость их сигналам.
Достоверность сигналов ГЛОНАСС составляет 2,8 м по сравнению с 1,8 м у GPS. Однако эта цифра достаточно усреднена, потому что спутники могут выстроиться на орбите таким образом, что показатель погрешности возрастет в несколько раз. Причем такая ситуация может постичь обе спутниковые системы.
По этой причине производители стараются оснастить свои устройства двухсистемной навигацией, принимающей сигналы и GPS, и ГЛОНАСС.
Немаловажную роль играет качество наземного оборудования, получающего и расшифровывающего получаемые данные.
Если говорить о выявленных недостатках обеих навигационных систем, их можно распределить следующим образом:
ГЛОНАСС:
- смена небесных координат (эфемерид) приводит к неточности определения координат, достигающей 30 метров;
- достаточно частое, хотя и кратковременное прерывание сигнала;
- ощутимое влияние особенностей рельефа на четкость получаемых данных.
- получение ошибочного сигнала вследствие многолучевой интерференции и атмосферной нестабильности;
- существенное отличие гражданской версии системы, имеющей слишком ограниченные возможности по сравнению с военной разработкой.
Двухсистемность
В общей сложности на орбите постоянно крутится более пяти десятков спутников обеих мировых держав. Как уже было сказано, для получения достоверных координат достаточно хорошего «обзора» 4 спутников. На ровном пространстве, в степи или в поле, любой приемник сумеет зафиксировать одновременно до десятка сигналов, тогда как в лесу или горной местности связь стремительно исчезает.
Таким образом, цель разработчиков состоит в том, чтобы каждое принимающее устройство было способно связываться с максимальным количеством спутников. Это снова возвращает к идее совмещения ГЛОНАСС и GPS, что уже практикуют в Америке для служб спасения. Как бы ни складывались отношения государств, человеческая жизнь превыше всего, а двухсистемный чип с большей скоростью и четкостью определит местоположение попавшего в беду человека.
Такой синтез избавит и автомобилистов от неспособности сориентироваться в незнакомой местности из-за того, что навигатор слишком медленно налаживает соединение и слишком долго обрабатывает информацию. Причиной тому служит потеря спутника из-за банальных помех: высокого здания, эстакады или даже крупногабаритной фуры по соседству. Но если автонавигатор будет оснащен двухсистемным чипом, вероятность его «зависания» значительно уменьшится.
Когда подобная практика станет повсеместной, навигатору будет безразлична страна происхождения системы, ведь он сможет одновременно отслеживать до 40 спутников, выдавая фантастически точное определение местонахождения.
Видео о принципах работы GPS и ГЛОНАСС:
