Что такое спутниковая навигационная система?

    Навигационные системы, такие как GPS, стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Они помогают нам ориентироваться на незнакомых дорогах, находить ближайший Starbucks и даже играть в увлекательные игры на смартфоне. Давайте разберемся, что такое спутниковая навигационная система, как она работает и каковы ее области применения.

    Глобальная система позиционирования (GPS) — одна из самых популярных и доступных в мире навигационных систем, состоящая из созвездия спутников, вращающихся вокруг Земли. Изначально разработанные для военных целей, спутниковые навигационные системы с тех пор приобрели широкую популярность в гражданском секторе, особенно для навигации на дорогах. На протяжении последних сорока лет многие функции в авиации, логистике и судоходстве были невозможны без сложной навигационной системы, такой как GPS.

    Точность спутниковых навигационных систем значительно улучшилась. Ранние устройства имели точность около 100 метров, в то время как современные устройства могут достигать точности в пределах 1 метра. Россия, Европейский Союз, Китай и Индия разработали собственные спутниковые навигационные системы с целью освоения этой технологии и достижения самодостаточности в спутниковой навигации. Однако GPS остается одной из наиболее широко используемых навигационных систем сегодня, используемой миллиардами устройств. Устройства с поддержкой GPS только принимают сигналы со спутников и не отправляют никакой информации на навигационные спутники.

    Спутниковые навигационные системы, такие как GPS, состоят из группы спутников, вращающихся вокруг Земли на высоте 20 000 километров. Каждый спутник оснащен высокоточным атомным хронометром и передает на Землю информацию о своем времени и положении. В любой момент времени положения этих орбитальных спутников тщательно спланированы таким образом, чтобы устройства на Земле могли принимать сигналы от трех-четырех спутников.

    Когда оборудование получает сигналы от разных спутников, каждый сигнал имеет небольшую временную разницу. Эти устройства часто получают сигналы от трех или более спутников, и, сравнивая расстояния, они точно рассчитывают свое конкретное местоположение или координаты.

    Спутники GPS непрерывно транслируют свое точное местоположение и время по радиочастотным сигналам, которые распространяются со скоростью света. Для триангуляции требуется как минимум три сигнала от разных спутников, и положение приемника может быть рассчитано по пересечению трех сигнальных окружностей, как показано на диаграмме ниже. Приемник использует местоположение и время, полученные со спутника, для определения точного местоположения путем сравнения времен задержки трех сигналов.

    Соединенные Штаты, Россия, Европейский Союз, Китай, Индия и Япония разработали различные спутниковые навигационные системы. Эти системы работают по в основном одинаковому принципу, отличаясь только используемыми частотными диапазонами для передачи информации о времени и местоположении.

    1. GPS

    Введенная в эксплуатацию Вооруженными силами США в 1978 году и в настоящее время эксплуатируемая ВВС США, она изначально задумывалась как военный инструмент для операций, основанных на местоположении, но с тех пор широко используется во многих приложениях.

    2. ГЛОНАСС

    ГЛОНАСС — российская спутниковая навигационная система, запущенная Российским космическим агентством в 1982 году. Изначально предназначенная для обслуживания материковой части России, ГЛОНАСС позже расширила свой охват, добавив больше спутников, работающих на высоте 19 100 километров над Землей. В настоящее время на орбите находится 28 спутников, из которых 24 работают в штатном режиме.

    3. Galileo

    Galileo — проект Европейской глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), инициированный Европейским Союзом. Первый спутник был запущен в 2005 году, и в настоящее время на орбите находится 28 активных спутников. Полное созвездие состоит из 30 спутников (24 рабочих + 6 запасных на орбите), распределенных по трем плоскостям средней околоземной орбиты (MEO).

    4. BeiDou

    BeiDou — китайская навигационная система, состоящая из геостационарных и геосинхронных спутников. BeiDou-1 был запущен в 2000 году с тремя работающими спутниками; проект прекратил свою работу в 2012 году. В 2012 году система BeiDou-2 запустила 10 спутников, в основном покрывая Китай и прилегающие территории. В настоящее время работают BeiDou-2 и BeiDou-3, на орбите находится 50 спутников. BeiDou-2 постепенно выводится из эксплуатации, и ожидается, что после корректировок их количество уменьшится с 50 до 37.

    5. IRNSS

    IRNSS — индийская версия спутниковой навигационной системы, разработанная Индийской организацией космических исследований (ISRO), в первую очередь для поддержки военных служб в Индии и прилегающем регионе. Первый спутник проекта был запущен в 2013 году. В настоящее время на орбите находится девять спутников, но только три фактически работают, поскольку большинство из них неисправны из-за сбоев или неисправностей атомных часов. Первое поколение запустило девять спутников, восемь из которых успешно вышли на орбиту; второе поколение запустило два, один из которых успешно вышел на орбиту.

    6. QZSS

    QZSS — японская спутниковая система дополнения и передачи времени, аналогичная навигации GPS, обеспечивающая точные услуги позиционирования в определенных областях. В настоящее время на орбите находится 5 спутников.

• Навигация по дорогам и железным дорогам
• Логистические и транспортные услуги
• Морские применения
• Военная и гражданская авиация
• Точное земледелие
• Автономное вождение (беспилотные автомобили)
• Управление дронами
• Приложения для безопасности и мониторинга
• Отслеживание и управление автопарком
• Интерактивные игры
• Поисково-спасательные операции
• Медицинские приложения (отслеживание пациентов, нуждающихся в особом уходе)
• Прогнозы погоды и трансляции
• Управление стихийными бедствиями

• Точность может быть ограничена из-за атмосферных условий.
• Другие источники радиочастотного излучения могут нарушать работу GPS.
• Неисправность атомных часов на спутнике может привести к некорректной информации о местоположении.