Спутниковая система навигации. Система спутниковой навигации GPS – принцип, схема, применение Конструкция системы предполагает четыре фазы

Многие слышали такие слова, как GPS, ГЛОНАСС, GALILEO. Большинство знает, что эти понятия означают навигационные спутниковые системы (далее - НСС).

Аббревиатура GPS относится к американской НСС NAVSTAR. Эта система была разработана для военных целей, но была использована и для решения гражданских задач - определение местоположения для воздушных, сухопутных, морских пользователей.

В Советском союзе разработка собственной НСС ГЛОНАСС была скрыта за завесой секретности. После распада СССР работы в этом направлении длительное время не велись, поэтому NAVSTAR стала единственной глобальной системой, которая применялась для определения местоположения в любой точке планеты. Но только США доступно другое предназначение этой системы – наведения массового поражения на цель. И еще один не маловажный фактор – по решению военного ведомства США может быть отключен «гражданский» сигнал с американских навигационных спутников и пассажирские самолеты, корабли потеряют ориентацию. Эта монополия на управление спутниковой системой со стороны США не устраивает многие страны, включая Россию. Поэтому многие страны Россия, Индия, Япония, страны Европы, Китай, стали разрабатывать свои собственные НСС позиционирования. Все системы являются системами двойного назначения – они могут передавать два вида сигналов: для гражданских объектов и повышенной точности для военных потребителей. Основной принцип работы навигационной системы – полная автономность: система не принимает никаких сигналов от пользователей (беззапросная) и имеет высокую степень помехозащищенности и надежности.

Создание и эксплуатация любой НСС - очень сложный и дорогостоящий процесс, который из-за военной направленности должен принадлежать только государству страны-разработчика, поскольку является стратегическим видом вооружения. В случае вооруженного конфликта технология спутниковой навигации может быть использована не только для наведения оружия, но и для десантирования грузов, поддержки передвижения военных подразделений, осуществления диверсионных и разведывательных операций, что даст значительное преимущество стране, обладающей собственной технологией спутникового позиционирования.

Российская система ГЛОНАСС использует принцип определения позиции такой же, как у американской системы. В октябре 1982 года первый спутник ГЛОНАСС вышел на орбиту Земли, но в эксплуатацию система была введена только в 1993 году. Спутники российской системы беспрерывно излучают сигналы стандартной точности (СТ) - в диапазоне 1, 6 ГГц и высокой точности (ВТ) - в диапазоне 1,2 ГГц. Прием сигнала СТ доступен любому пользователю системы и обеспечивает определение горизонтальных и вертикальных координат, вектора скорости, а также времени. Например, для точного указания координат и времени необходимо принять и обработать информацию не менее, чем от четырех спутников системы ГЛОНАСС. Вся система ГЛОНАСС состоит из двадцати четырех спутников, находящихся на круговых орбитах на высоте около 19100 км. Период обращения каждого из них составляет 11 часов и 15 минут. Все спутники располагаются в трех орбитальных плоскостях - в каждой по 8 аппаратов. Конфигурация их размещения обеспечивает глобальное покрытие навигационным полем не только поверхность земли, но и околоземное пространство. В систему ГЛОНАСС входят Центр управления и сеть станций измерения и контроля, которые располагаются на всей территории России. Каждый потребитель, принимающий навигационный сигнал со спутников ГЛОГАСС, должен иметь навигационный приемник и аппаратуру обработки, позволяющей вычислить собственные координаты, время и скорость.

В настоящее время система ГЛОНАСС не обеспечивает 100% доступ к своим услугам для пользователей, но предполагает наличие трех спутников на видимом горизонте России, что по заявлению специалистов делает возможным вычислять пользователям свое местоположение. Сейчас на орбите Земли находятся спутники «ГЛОНАСС-М», но после 2015 года планируется их заменить на аппараты нового поколения - «ГЛОНАСС-К». Новый спутник будет иметь улучшенные показатели (увеличен гарантийный срок, появиться третья частота для гражданских потребителей и т.д.), аппарат будет в два раза легче - 850 кг вместо 1415 кг. Также для поддержания работоспособности всей системы потребуется только один групповой запуск «ГЛОНАСС-К» в год, что существенно снизит общие расходы. Для внедрения системы ГЛОНАСС и обеспечения ее финансирования, аппаратура этой навигационной системы устанавливается на всех вводимых в эксплуатацию транспортных средствах: самолетах, судах, наземном транспорте и т.д. Другое основное предназначение системы ГЛОНАСС - обеспечение национальной безопасности страны. Однако, по мнению экспертов, будущее российской навигационной системы не является безоблачным.

Система Galileo создается с целью обеспечения европейских потребителей самостоятельной навигационной системой - независимой, в первую очередь, от США. Финансовый источник этой программы составляет около 10 млрд. евро в год и финансируется на одну треть из бюджета, а на две трети из средств частных компаний. Система Galileo включает 30 спутников и наземные сегменты. Изначально Китай, наравне с другими 28 государствами присоединился к программе GALILEO. Россия вела переговоры по взаимодействию российской системы навигации с европейской GALILEO. Кроме европейских государств к программе GALILEO присоединились Аргентина, Малайзия, Австралия, Япония и Мексика. Планируется, что GALILEO будет передавать десять видов сигналов для предоставления следующих видов услуг: определение местоположения с точностью от 1 до 9 метров, обеспечение информацией служб спасения всех видов транспорта, предоставление услуг государственным службам, скорой помощи, пожарным, полиции, военным специалистам и службам, обеспечивающим жизнедеятельности населения. Еще одна немаловажная деталь - программа GALILEO обеспечит создание около 150 тыс. рабочих мест.

В 2006 году Индия также приняла решение о создании собственной навигационной системы IRNSS. Бюджет программы около 15 млрд. рупий. На геосинхронные орбиты планируется вывести семь спутников. Работы по развертыванию индийской системы ведет государственная компания ISRO. Все аппаратные средства системы будут разрабатываться только индийскими компаниями.

Китай, желающий занять ведущую позицию на геополитической карте мира, разработал собственную спутниковую навигационную систему «Бэйдоу» (Beidou). В сентябре 2012 года два спутника, входящие в эту систему, были успешно запущены с космодрома Сичан. Они пополнили список 15 космических аппаратов, выведенных китайскими специалистами на околоземную орбиту в рамках создания полноценной спутниковой навигационной системы.

Реализация программы началась китайскими разработчиками еще в 2000 году с запуска двух спутников. Уже в 2011 году на орбите находилось 11 спутников, и система вошла в стадию экспериментальной эксплуатации.

Развертывание собственной навигационной спутниковой системы позволит Китаю не зависеть от крупнейших мировых систем американской (GPS) и российской (ГЛОНАСС). Это повысит эффективность китайских отраслей экономики, особенно, таких, которые связаны с телекоммуникациями.

Планируется, что к 2020 году в китайской НСС будет задействовано около 35 спутников, и тогда система «Бэйдоу» сможет контролировать весь земной шар. Китайская НСС предусматривает следующие виды услуг: определение местоположения с точностью до 10 м, скорости до 0,2 м/с и времени до 50 нс. Особенный круг пользователей будет иметь доступ к более точным параметрам измерений. Китай готов на взаимодействие с другими странами по разработке и эксплуатации спутниковой навигации. Китайская система «Бэйдоу» полностью совместима с европейской Galileo, российской ГЛОНАСС и американской GPS.

«Бэйдоу» эффективно применяется при подготовке прогнозов погоды, предупреждении стихийных бедствий, в области транспорта наземного, воздушного и морского, а также геологоразведке.

В планах Китая постоянное усовершенствование своей спутниковой навигационной системы. Увеличение количества спутников позволит расширить зону обслуживания всего азиатско-тихоокеанского региона.

Использованы материалы:
http://www.odnako.org/blogs/show_20803/
http://www.masters.donntu.edu.ua/2004/ggeo/mikhedov/diss/libruary/mark.htm
http://overseer.com.ua/about_glonass.html
http://4pda.ru/2010/03/16/21851/
http://expert.com.ua/57706-galileo-%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B9%D0%B4%D1%91%D1%82%D1%81%D1%8F-%D0%B5%D0%B2%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%BE%D1%8E%D0%B7%D1%83-%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE-%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B6%D0%B5.html

Сегодня мы поговорим о том, что такое GPS, как работает эта система. Уделим внимание развитию данной технологии, ее функциональным особенностям. Также обсудим, какую роль в работе системы играют интерактивные карты.

История появления GPS

История появления глобальной системы позиционирования, или определения координат, началась в США еще в далеких 50-х годах при запуске первого советского спутника в космос. Бригада американских ученых, следивших за запуском, заметила, что при отдалении спутник равномерно меняет свою частоту сигнала. После глубокого анализа данных они пришли к выводу, что при помощи спутника, если говорить более подробно, то его расположения и издаваемого сигнала, можно точно определить нахождение и скорость передвижения человека на земле, как и наоборот, скорость и нахождение спутника на орбите при определении точных координат человека. К концу семидесятых годов Минобороны США запустило систему GPS в своих целях, а еще через несколько лет она стала доступна для гражданского применения. Система GPS как работает сейчас? Точно так, как и работала в то время, по тем же принципам и основам.

Сеть спутников

Более двадцати четырех спутников, находящихся на околоземной орбите, передают радиосигналы привязки. Количество спутников варьируется, но на орбите всегда находится нужное их число для обеспечения бесперебойной работы, плюс некоторые из них есть в запасе, чтобы в случае поломки первых принять их функции на себя. Так как срок службы каждого из них приблизительно около 10 лет, производится запуск новых, модернизированных версий. Вращение спутников происходит по шести орбитам вокруг Земли на высоте менее 20 тысяч км, оно образует взаимосвязанную сеть, которой управляют станции GPS. Находятся последние на тропических островах и связаны с основным координационным центром в США.

Как работает GPS-навигатор?

Благодаря этой сети можно узнать местонахождение при помощи вычисления задержки прохождения сигнала от спутников, и при помощи этой информации определить координаты. Система GPS как работает сейчас? Как и любая сеть навигации в пространстве - она совершенно бесплатна. Она с высокой эффективностью работает при любых погодных условиях и в любое время суток. Единственная покупка, которая должна у вас быть, это сам GPS-навигатор или устройство, которое поддерживает функции GPS. Собственно, принцип работы навигатора строится на давно используемой простой схеме навигации: если точно знаете место, где находится маркерный объект, наиболее подходящий на роль ориентира, и расстояние от него до вас, нарисуйте окружность, на которой точкой обозначьте ваше месторасположение. Если радиус окружности велик, то замените ее прямой линией. Проведите несколько таких полос от возможного вашего расположения в сторону маркеров, точка пересечения прямых обозначит ваши координаты на карте. Вышеупомянутые спутники в таком случае как раз и играют роль этих маркерных объектов с расстоянием от вашего месторасположения около 18 тысяч км. Хотя вращение их по орбите и происходит с огромной скоростью, местоположение постоянно отслеживается. В каждом навигаторе установлен GPS-приемник, который запрограммирован на нужную частоту и находится в прямом взаимодействии со спутником. В каждом радиосигнале содержится определенное количество закодированной информации, которая включает в себя ведомости о техническом состоянии спутника, местонахождении его на орбите Земли и часовом поясе (точное время). К слову, информация о точном времени и является наиболее нужной для получения данных о ваших координатах: происходящее вычисление отрезка времени между отдачей и приемом радиосигнала умножается на скорость самой радиоволны и путем недолговременных подсчетов рассчитывается расстояние между вашим навигационным прибором и спутником на орбите.

Сложности синхронизации

Исходя из этого принципа навигации, можно предположить, что для точного определения ваших координат могут понадобиться всего два спутника, на основе сигналов которых легко будет найти точку пересечения, и в итоге — место, где вы находитесь. Но, к сожалению, технические причины требуют применения еще одного спутника как маркера. Главная проблема заключается в часах GPS-приемника, что не позволяет провести достаточную синхронизацию со спутниками. Причиной этому является разница в отображении времени (на вашем навигаторе и в космосе). На спутниках присутствуют дорогие высококачественные часы на атомной основе, что позволяет им вести подсчет времени с предельной точностью, тогда как на обычных приемниках такие хронометры применить попросту невозможно, так как габариты, стоимость, сложность в эксплуатации не позволили бы применять их повсюду. Даже малая ошибка в 0.001 секунды может сместить координаты более чем на 200 км в сторону!

Третий маркер

Так что разработчики решили оставить обычную технологию кварцевых часов в GPS-навигаторах и пойти по другому пути, если говорить точнее - использовать вместо двух ориентиров-спутников — три, соответственно, столько же линий для последующего пересечения. Решение проблемы строится на гениально простом выходе: при пересечении всех линий с трех обозначенных маркеров, даже при возможных неточностях, создается зона в форме треугольника, за центр которого берется его середина - ваше расположение. Также это позволяет выявить отличие во времени приемника и всех трех спутников (для которых отличие будет одинаковым), что позволяет скорректировать пересечение линий ровно в центре, проще говоря — это определяет ваши координаты GPS.

Одна частота

Следует также заметить, что все спутники посылают на ваше устройство информацию на одной частоте, и это довольно необычно. Как работает GPS-навигатор и как воспринимает всю информацию корректно, если все спутники беспрерывно и одновременно посылают на него информацию? Все довольно-таки просто. Передатчики на спутнике для определения себя посылают в радиосигнале еще и стандартную информацию, в которой находится зашифрованный код. Он сообщает максимум характеристик спутника и заносится в базу данных вашего устройства, что потом позволяет сверять данные со спутника с базой данных навигатора. Даже при большом количестве спутников в зоне досягаемости очень быстро и легко их можно определить. Все это упрощает всю схему и позволяет использовать в GPS-навигаторах меньшие по размеру и более слабые антенны приема, что удешевляет и уменьшает дизайн и габариты устройств.

GPS-карты

Карты GPS загружаются на ваше устройство отдельно, так как вы сами влияете на выбор местности, по которой хотите передвигаться. Система всего лишь устанавливает ваши координаты на планете, а уже функцией карт является воссоздание на экране графической версии, на которую наносятся координаты, что и позволяет вам ориентироваться на местности. GPS как работает в данном случае? Бесплатно, это так и продолжает оставаться в таком статусе, карты в некоторых интернет-магазинах (и не только) все же платные. Зачастую для прибора с GPS-навигатором создаются отдельные приложения для работы с картами: как платные, так и бесплатные. Разновидность карт приятно удивляет и позволяет настроить дорогу из точки A в точку Б максимально информативно и со всеми удобствами: какие достопримечательности вы будете проезжать, кратчайший путь до пункта назначения, голосовой помощник, указывающий направление и другие.

Дополнительное GPS-оборудование

Применяется система GPS не только для указания вам нужного пути. Она позволяет производить слежку за объектом, на котором может находиться так называемый маячок, или GPS-трекер. Состоит он из самого приемника сигналов и передатчика на основе gsm, 3gp или иных протоколов связи для передачи информации о расположении объекта в сервисные центры, осуществляющие контроль. Применяются они во многих отраслях: охранной, медицинской, страховой, транспортной и многих других. Также существуют автомобильные трекеры, которые подключаются исключительно к автомобилю.

Путешествия без проблем

С каждым днем значения карты и бессменного компаса уходят все дальше в прошлое. Современные технологии позволяют человеку проложить дорогу для своего странствия с минимальными потерями времени, усилий и средств, при этом увидеть наиболее захватывающие и интересные места. То, что было фантастикой около столетия назад, сегодня стало реальностью, и воспользоваться этим может практически каждый: от военных, моряков и пилотов самолетов до туристов и курьеров. Сейчас большую популярность набирает и использование этих систем для коммерческой, развлекательной, рекламной отраслей, где каждый предприниматель может указать себя на глобальной карте мира, и его будет совсем нетрудно найти. Надеемся, что эта статья помогла всем, кто интересуется тем, GPS - как работает, по какому принципу происходит определение координат, какие его сильные и слабые стороны.

Спутниковые системы навигации – комплексные электронно-технические системы, состоящие из совокупности наземного (приемники) и космического оборудования (спутники). Они предназначены для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости, направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов. Для краткого обозначения этих систем пользуются или аббревиатурой GNSS (от англ. Global Navigation Satellites System – глобальная навигационная спутниковая система) или NAVSTAR (от англ. NAVigation Satellites providing Time And Range – измерение времени и расстояния от навигационных спутников).

Принципы работы спутниковых систем навигации , если не обращать внимания на их техническую реализацию, достаточно просты. На околоземную орбиту запущены специальные навигационные спутники. Работа приемника GNSS заключается в том, чтобы найти четыре или более из этих спутников, выяснить расстояние до каждого и использовать эту информацию для вычисления собственного месторасположения.

Поскольку скорость распространения радиосигналов постоянна и равна скорости света, расстояние до спутников определяется по задержке времени приема сообщения GNSS-приемником относительно времени отправки сообщения с борта спутника. GNSS-приемник, зная взаимное расположение спутников, вычисляет свои координаты по законам геометрии, т. е. все работает по принципу простого школьного уравнения, когда, зная взаимное расположение трех точек, ищут положение четвертой, при условии, что известно расстояние от четвертой точки до каждой из трех.

Таким образом, для определения двух координат (широта и долгота) GNSS-приемнику нужно знать расстояние до трех спутников и время GNSS-системы. Для определения координат и высоты приемника, используются сигналы как минимум с четырех спутников.Для того чтобы произвести эти измерения, приемнику и спутнику необходимы часы, которые должны быть синхронизированы до наносекунды. Разработчики GNSS нашли умное и эффективное решение этой проблемы. Каждый спутник содержит дорогие атомные часы, но сам приемник использует обычные кварцевые, которые он постоянно переустанавливает по сигналам со спутников.

После того как приемник произведет расчеты, он сообщит Вам широту, долготу и высоту своего местонахождения. Для того чтобы сделать навигацию более удобной для пользователей, большинство приемников привязывают эти данные к картам, хранящимся в их памяти.

В настоящее время в мире реализовано несколько спутниковых систем навигации, которые работают по одним и тем же изложенным выше принципам.

GPS (от англ. Global Positioning System – глобальная система позиционирования)разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г. В 1991 г. на орбиту выведено 24 спутника, которые обеспечили полное покрытие земного шара. Сейчас на орбите 30 спутников. Каждый из них вращается вокруг планеты на высоте примерно 20 000 км, делая два полных оборота каждый день. Орбиты расположены так, что в любое время и в любом месте на Земле есть по крайней мере четыре спутника, «видимых» в небе.

GPS была разработана Министерством обороны США для нужд военных. Ее можно использовать для точного наведения ракет на неподвижные и подвижные объекты в воздухе и на земле.

Система работает одновременно в двух режимах – военном и гражданском. Для военных армии США и их союзников, погрешность определения координат с помощью GNSS составляет несколько сантиметров. Для всех остальных точность составляет около 5 м, в зависимости от условий приема. К сожалению, точность навигации сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом. Невысокое наклонение орбит GPS серьезно ухудшает точность в приполярных районах Земли, так как спутники GPS невысоко поднимаются над горизонтом.

ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) – советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Основой системы являются 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях с наклоном 64,8° на высоте 19 100 км. В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российские космические системы».

Первый спутник ГЛОНАСС был выведен Советским Союзом на орбиту 12 октября 1982 г. 24 сентября 1993 г. система была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой из 12 спутников. В декабре 1995 г. спутниковая группировка была развернута до штатного состава – 24 спутника.

Галилео (Galileo ) – совместный проект спутниковой системы навигации Европейского союза и Европейского космического агентства. Система предназначена для решения навигационных задач для любых подвижных объектов с точностью менее 1 м. Ожидается, что «Галилео» войдет в строй в 2014–2016 гг., когда на орбиту будут выведены все 30 запла-нированных спутников (27 операционных и 3 резервных). Система Галилео не контролируется национальными военными ведомствами.

Бэйдоу – развертываемая в настоящее время Китаем подсистема GNSS предназначенная для использования только в этой стране. Особенность – небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите.

IRNSS – индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в этой стране. Первый спутник был запущен в 2008 г.

В ближайшей перспективе будут одновременно работать три глобальных навигационных спутниковых системы – GPS, ГЛОНАСС и Галилео. Одним из основных принципов развития этих систем является отсутствие прямой платы за пользование их услугами. Кроме этого, развитию систем способствует направленность на международное сотрудничество в области их совместимости и взаимодополняемости и как следствие – использование одной системы в комбинации с другими спутниковыми или наземными радионавигационными системами для повышения точности и надежности навигационных определений.

Несмотря на то, что изначально проекты GPS и ГЛОНАСС были направлены на военные цели, сегодня они все чаще используются в гражданских целях.

В настоящее время наиболее развернутой и развитой с точки зрения распространенности технических средств является система GPS. В связи этим ее название часто используется как нарицательное при любом разговоре о спутниковых навигационных системах.

Применение спутниковых навигационных систем. Независимо от класса и решаемых задач в основе любой навигационной системы лежит электронная картография. Спутниковые навигаторы не только сообщат координаты Вашего местоположения, но и свяжут его с электронной картой. Картографические GNSS системы можно использовать в любых приложениях требующих точной временной привязки и привязки положений с другой атрибутивной информацией.

Потребителям предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть свое местонахождение на электронной карте: имеющие возможность прокладывать маршруты с учетом дорожных знаков, разрешенных поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры. GNSS-приемники продают во многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в мобильные телефоны, смартфоны, КПК.

Наиболее распространенными являются приемники GNSS для индивидуального использования водителями автомобильного транспорта. Они имеют размер карманного калькулятора с клавиатурой и жидкокристаллическим дисплеем. Приемник GNSS не только укажет Ваше место на карте, но также способен отслеживать по карте Ваши перемещения. Если Вы оставите приемник включенным, он может находиться в постоянной связи со спутниками GNSS, чтобы отслеживать изменение Вашего положения. С помощью этой информации и встроенных часов приемник может дать Вам следующие сведения:

· местонахождение;

· наиболее короткий и удобный путь до пункта назначения;

· как далеко Вы уже уехали;

· как долго Вы путешествуете;

· скорость движения (в настоящий момент, максимальная, минимальная, средняя);

· время в пути (прошедшее и сколько еще потребуется).

Автомобильные GNSS-приемники – это, по сути, электронные лоцманы, дающие указания водителю синтезированным голосом, заранее сообщая обо всех поворотах, стоянках и прочих особенностях данного маршрута. В большом городе иногда сложно сориентироваться даже тем, кто прожил там всю жизнь. Что уж говорить о приезжих. Да и за пределами города несложно потеряться. Так что GNSS-навигатор – очень полезная и иногда даже необходимая вещь. Особенно если речь идет о начинающем водителе или человеке, который первый раз оказался в незнакомом городе.

В последнее время получает широкое распространение весьма удачная интеграция GNSS, радиосвязи и компьютерной техники – диспетчерские навигационные системы, предназначенные для централизованного контроля за передвижением автомобилей. В этих системах каждый автомобиль оснащен GNSS-приемником и радиосвязным оборудованием для контакта с диспетчерским пунктом. На экране монитора диспетчера формируется электронная цифровая карта территории, которая обслуживается транспортными средствами. Закодированная информация о координатах и скорости движения автомобилей, получаемая по радиоканалу, позволяет отобразить их текущее положение на этой карте. Параллельно этой информации по радиолинии могут автоматически передаваться сведения от самых разных датчиков, установленных на автомобиле: например, о несанкционированном вскрытии контейнеров, о наличии топлива, об остановках, ДТП, авариях и т. п.

Такие диспетчерские GNSS-системы могут успешно использоваться в торговых и транспортных компаниях, а также в поисковых и аварийных службах, инкассации банков, в МВД и т. п. Элементы таких систем могут устанавливаться в автомобилях скрытно. В случае попытки угона устройство автоматически сообщит координаты автомобиля, по которым соответствующая служба сможет его найти.

Системы спутникового мониторинга транспорта решают следующие задачи.

1. Контроль за целевым использованием транспорта. Проверяется действительный маршрут, пройденный транспортным средством, точки остановок, скоростной режим, расход топлива, время работы механизмов.

2. Контроль соблюдения графика движения. На карте определяются контрольные зоны. Проверяется время пересечения границ зон.

3. Сбор статистки и оптимизация маршрутов. Проанализировав пройденные маршруты на предмет скоростного режима и расхода топлива, диспетчер может разработать новые, более эффективные.

4. Обеспечение безопасности. Знание местоположения позволяет быстро найти угнанное либо попавшее в беду транспортное средство. Автомобили специального назначения, такси могут оборудоваться скрытой кнопкой, нажатие на которую отсылает тревожный сигнал в диспетчерский центр.

5. Помощь водителю в выборе маршрута на местности. Зная местонахождение транспортного средства, диспетчер может посоветовать водителю маршрут движения в незнакомой местности.

Система спутникового мониторинга транспорта включает следующие компоненты:

· транспортное средство, оборудованное GPS- или ГЛОНАСС-контроллером или трекером, который получает данные от спутников и передает их на серверный центр мониторинга посредством GSM, CDMA, Wi-Fi, Bluetooth или реже космической и УКВ связи;

· серверный центр с программным обеспечением для приема, хранения, обработки и анализа данных;

· компьютер диспетчера, ведущего мониторинг автомобилей.

Большинство GNSS-контроллеров и трекеров имеют схожие функциональные возможности:

· вычисление собственное местоположение, скорость и направление движения на основании сигналов спутников систем глобального позиционирования GPS;

· подключение внешних датчиков через аналоговые или цифровые входы;

· считывание данных с бортового оборудования;

· хранение некоторого объема данных во внутренней памяти на период отсутствия связи;

· передача полученных данных на серверный центр, где происходит их обработка.

Для получения дополнительной информации на транспортное средство устанавливаются дополнительные датчики, подключаемые к GPS- или ГЛОНАСС-контроллеру, например:

· датчик расхода топлива;

· датчик нагрузки на оси транспортного средства;

· датчик уровня топлива в баке;

· датчик температуры в рефрижераторе;

· датчики, фиксирующие факт работы или простоя спецмеханизмов (поворот стрелы крана, работы бетоносмесителя), факт открывания двери или капота, факт наличия пассажира (такси).

Использование систем спутникового мониторинга повышает качество и эффективность работы корпоративного транспорта, и в среднем на 20–25 % снижают расходы на топливо и содержание автопарка. Примерами использования таких диспетчерских систем могут похвастаться уже десятки городов России.

29 января 2009 г. было объявлено, что первым городом страны, где общественный транспорт в массовом порядке оснащен системой спутникового мониторинга на базе ГЛОНАСС, стал Сочи. На тот момент ГЛОНАСС-оборудование было установлено на 250 сочинских автобусах.

С недавних пор за всеми передвижениями автомобилей скорой помощи в Благовещенске следят диспетчеры в специальном сервисе, который был создан для сокращения времени прибытия к больному. В оперативном отделе станции рабочие места оборудованы электронной картой Благовещенска, и теперь местонахождение бригад скорой помощи, их маршрут, параметры скорости и времени движения диспетчер без труда может отслеживать по монитору.

Пермское отделение Свердловской железной дороги начало подготовку к реализации пилотного проекта по внедрению спутниковой системы контроля ITARUS-АТС. Система призвана осуществлять контроль из центра оперативного управления за скоростью и местонахождением поездов. Кроме того, она проводит непрерывную диагностику подвижного состава, при необходимости автоматически отдает команды на экстренные остановки или временное ограничение скорости. Ожидается, что внедрение системы повысит пропускную способность линий и позволит сократить расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание железнодорожной инфраструктуры. По итогам опытной эксплуатации в Пермском крае планируется распространить данную технологию на сеть российских железных дорог.

Развитие систем GNSS-диспетчеризации осуществляется в рамках постановления Правительства РФ от 03.08.1999 г. № 896 «Об использовании в Российской Федерации глобальных навигационных спутниковых систем на транспорте и в геодезии».

Рассмотрим другие сферы применения спутниковых навигационных систем.

Специалисты, работающие в области природных ресурсов – геологи, географы, лесники и биологи используют GNSS картографические системы для записи положений и дополнительной информации об объектах. Например, лесники в качестве дополнительной информации могут регистрировать возраст, состояние, количество и тип леса. Они могут также проводить съемку территорий, подлежащих вырубке или посадке. Биологи имеют возможность регистрировать ареалы расселения диких животных, маршруты их миграций, численность популяций и другую информацию.

GNSS оказывается крайне эффективным в городском хозяйстве при съемке канализационных, газовых и водных трубопроводов, а также электрических и телефонных линий. Такие объекты, как крышки колодцев и пожарные гидранты, картографируются как точки с соответствующей атрибутивной информацией. Кроме того, с помощью GNSS можно выполнять съемку земельных участков, участков проведения строительных работ, объектов улиц и заводов.

GNSS картографические системы помогают описывать особенности участков полей, находящихся в интенсивном сельскохозяйственном применении. Вы можете точно связать такие характеристики, как микроклимат, тип почвы, участки поврежденные насекомыми или болезнями, объем собираемой продукции и т. п., с их местоположением. Положение трактора может быть использовано совместно с данными о типе почвы для более экономного расхода удобрений или химических распылителей. Это напрямую снижает стоимость затрат на удобрения и уменьшает загрязнение природных водных источников этими веществами. Кроме того, GNSS можно использовать для картографирования местоположения колодцев и других источников воды; записи размеров озер и их состояния; регистрации ареалов распространения рыбы и диких животных; изменений береговой линии, полевых угодий и климатических зон.

Археологи и историки могут использовать картографические GNSS- системы для навигации и регистрации раскопок и исторических мест.

Навигационные возможности систем могут оказать неоценимую помощь в поиске и спасении людей, в работе милиции и пожарных при экстренном поиске определенного местоположения. Еще в 1990-х гг. появились первые сотовые телефоны с GNSS. В некоторых странах, например США, это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего по телефону службы спасения. В России в 2010 г. начата реализация аналогичного проекта – Эра-ГЛОНАСС.

ВВЕДЕНИЕ.. 1

1. РЫНОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОДУКТОВ.. 1

1.1 ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ 1

1.2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОДУКТЫ И УСЛУГИ 3

1.3. РЫНОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОДУКТОВ И УСЛУГ 5

1.4. СТРУКТУРА ИНФОРМАЦИИ 9

3.2. Как соотносятся информационная технология и информационная система. 10

2. ОПРЕДЕЛЕНЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ... 11

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ 11

2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 15

2.2.1. По признаку структурированности задач. 15

2.2.2. По функциональному признаку и уровням управления. 17

2.2.3. Классификация по характеру обрабатываемой информации. 25

2.2.3. Классификация по целевым функциям. 25

3. Классификация по видам процессов управления. 26

4. Классификация по отраслевому и территориальному признаку. 28

2.2.3. Классификация по степени автоматизации. 28

По степени открытости. 29

По режиму работы.. 30

3. СТРУКТУРА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 30

3.1. Состав и назначение структурных элементов АИС. 30

3.2. Технологическое обеспечение АИС.. 33

4. СТАДИИ И ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АИС И АИТ.. 37

4.1. Общие принципы проектирования. 37

4.5. План постановки задачи. 55

5. Автоматизированное рабочее место – средство автоматизации работы конечного пользователя. 58

6. РАБОТА С ЭЛЕКТРОННЫМИ ДОКУМЕНТАМИ.. 61

6.1. Электронизация делопроизводства. 62

6.2. Выбор программного обеспечения для работы с электронными документами 67

6.3. Классификаторы и кодировки в электронных документах. 80

6.4. Автоматизация идентификации объектов. Штрих-кодирование. 83

7. ИНФОРМАЦИОННО-КУММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – ОСНОВА РЫНКА ЭЛЕКТРОННЫХ УСЛУГ. 88

7.1. Электронное правительство. 91

7.2. Финансовые услуги через Интернет. 98

7.3. Общественные информационно-коммуникационные интерактивные системы сервисов. 102

7.4. Спутниковые навигационные системы и их использование. 108

Ключевые слова: расстояние до объекта; синхронизация часов; погрешность часов спутника и приемника; эфемериды.

В результате изучения материала второй главы студент должен:

знать

• принципы навигационных определений в ГНСС;
• решение задачи определения местоположения объекта;
• факторы, влияющие на погрешность навигационных измерений;

уметь

• обобщать и систематизировать научно-техническую информацию, касающуюся разработки спутниковых навигационных технологий место-определения объекта;
• анализировать и интерпретировать результаты научных исследований, касающихся разработки бортовых телематических устройств, включающих модули спутниковой навигации ГЛОНАСС, GPS;

владеть

• методами использования решений навигационной задачи для мониторинга движения автотранспортных средств;
• навыками поиска и анализа научно-технической информации по вопросам разработки навигационной аппаратуры ГЛОНАСС, GPS для автомобильного транспорта.

ПРИНЦИПЫ НАВИГАЦИОННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ В ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМАХ

Основной принцип, лежащий в основе системы спутниковой навигации, прост и давно используется для навигации и ориентирования: если известны местоположение какого-либо реперного ориентира и расстояние до него, то можно начертить окружность (в трехмерном случае - сферу), на которой должна быть расположена точка местоположения приемника.

Принцип определения координат объекта в системе ГНСС основан на вычислении расстояния от него до нескольких спутников, точные координаты которых известны. Информация о расстоянии как минимум до трех спутников позволяет определять координаты объекта как точку пересечения сфер, центр которых - спутники, а радиус - измеренное расстояние до каждого из спутников (рис. 2.1). Идея, лежащая в основе измерения расстояния до спут-

Спутник 1

Спутник 2

Местоположение объекта

Спутник 3

Рис. 2.1. Простейший случай спутниковой навигации

ника, основана на известном равенстве: расстояние есть скорость, умноженная на время движения .

Представим, что, находясь в автомобиле, мы хотим определить свое местонахождение на длинной и прямой улице. Предположим, в конце улицы есть радиопередатчик, посылающий тактовый импульс каждую секунду. В автомобиле есть часы, которые синхронизированы с часами радиопередатчика. Измеряя время прохождения импульса от передатчика до машины, мы можем определить позицию автомобиля на улице (рис. 2.2).

Переданный сигнал

Принятый сигнал

Расстояние й

Рис. 2.2. Определение расстояние по времени и скорости

распространения сигнала

Поскольку синхронизация часов в машине с передатчиком неидеальна, существует разница между вычисленным расстоянием и фактическим. В навигации это некорректное значение называется псевдодальность. Если ошибка по времени составляет одну микросекунду (1 мкс), то с учетом скорости распространения радиоволн погрешность составит 300 м.

Можно было бы решить данную проблему, оснастив автомобиль атомными часами, но это значительно повлияет на бюджет. Другим решением будет использование второго синхронизированного передатчика, расстояние до которого известно. Измеряя оба времени распространения, можно точно определить расстояние, несмотря на неточные бортовые часы (рис. 2.3). Чтобы точно вычислить позицию и время вдоль линии (принимаем, что линия продолжается только в одном направлении), нам необходимо использовать два передатчика сигналов времени. Покажем, что расстояние /) в этом случае вычисляется по формуле

• (Ах! - Лт 2)с + Л
• (2.1)

где Ат, Дт 2 - измеренное автомобильными бортовыми часами время прихода сигнала соответственно от первого и второго передатчиков; с - скорость света; А - расстояние между передатчиками.

По первому и второму измерениям псевдодальности Д и Д определятся по выражениям

Д = О + 5с; (2.2)

Д=(Л-Д + 5с, (2.3)

где 5 - погрешность часов автомобиля в секундах.

Очевидно, что если часы автомобиля спешат, то знак 5 - положительный, если отстают, то знак 5 - отрицательный.

Заменив в равенствах (2.2), (2.3) псевдодальности Д и Д их выражениями через скорость света и измеренное время прихода сигнала (соответственно Д = С Дт, Г> 2 = с - Дт 2) и выполнив очевидные преобразования, приходим к выражению (2.1).

Из приведенных рассуждений мы можем сделать следующий вывод: при несинхронизированных бортовых часах, используемых при расчете позиции, необходимо использовать число передатчиков сигналов времени, превышающее число неизвестных измерений на единицу.

Рис. 2.3.

несмотря на ошибки по времени

Навигационный приемник измеряет время, за которое радиосигнал доходит от спутника до объекта, а затем по этому времени вычисляет расстояние.

Радиоволны распространяются со скоростью света - 300 000 км/с. Если точно определить момент времени, в который спутник начал посылать свой радиосигнал, и момент, когда он получен, несложно определить время распространения радиосигнала. Умножая скорость распространения сигнала на время в секундах, получаем расстояние до спутника.

Наземные часы должны быть весьма точны, так как свет распространяется чрезвычайно быстро. Например, если бы спутник GPS находился прямо над головой, потребовалось бы всего около 65 мс для прохождения радиосигнала от спутника до наземного приемника (рис. 2.4).

Глобальная навигационная спутниковая система строится с применением способа измерения времени, основанного на атомном стандарте частоты. Относительная нестабильность стандарта частоты бортового синхронизирующего устройства навигационного спутника ГЛОНАСС (1-5) 10 -13 с за сутки .

Главной трудностью при измерении времени прохождения радиосигнала является точное выделение момента времени, в который сигнал передан со спутника. Для этого разработчики ГНСС обратились к следующей идее: синхронизировать спутники и приемники так, чтобы они генерировали один и тот же код точно в одно и то же время. Иными словами, приемник генерирует свой

Показания часов спутника Показания часов спутника

и приемника 0 мс и приемника 65 мс

Время передачи сигнала (Start time)

Время приема сигнала (Stop time)

1_ Сигнал

Рис. 2.4. Определение транзитного времени сигнала

внутренним код в то же самое время, что и передатчик спутника, т.е. в идеале он должен точно дублировать код спутника.

Далее остается принять код от спутника и посмотреть, как давно приемник сгенерировал тот же код. Для этого приемник сравнивает разницу во времени между приемом соответствующей части спутникового кода с такой же частью своего кода. Выявленный таким образом сдвиг одного кода по отношению к другому будет соответствовать времени прохождения сигналом расстояния от спутника до приемника. Зная сдвиг по времени и скорость распространения радиоволн, приемник получает расстояние до спутника, называемое псевдодальностью.

Преимуществом использования кодовых посылок (кодовых последовательностей) является то, что измерения временного сдвига могут быть проведены в любой момент времени.

Система ГНСС использует способ определения местоположения по дальности до ориентиров-спутников, которые находятся с помощью псевдослучайного кода. Как спутники, так и приемники генерируют очень сложные цифровые кодовые последовательности. Коды усложняются специально, чтобы их можно было бы надежно и однозначно сравнивать, а также по некоторым другим причинам. Так или иначе, коды настолько сложны, что они выглядят как длинный ряд случайных импульсов. В действительности они являются тщательно отобранными «псевдослучайными последовательностями», которые повторяются каждую миллисекунду.

Спутниковые навигационные системы GPS и ГЛОНАСС создавались исходя из определенных требований, соответствующих их прямому назначению. Подразумевалась их глобальность; независимость от метеорологических условий, рельефа местности, степени подвижности объекта; непрерывность работы и круглосуточная доступность; помехозащищенность; компактность аппаратуры потребителя и др.

Гражданские применения СНС, развившиеся уже после разработки концепции систем ГЛОНАСС и GPS, особенно такие, как управление гражданским воздушным движением, навигацией судов, спасательные работы, предъявляют к СНС повышенные требования в плане доступности, целостности и непрерывности обслуживания. Дадим определения этим важным терминам:

Доступность (готовность) - степень вероятности работоспособности СНС перед ее применением и в процессе применения.

Целостность - степень вероятности выявления отказа системы в течение заданного времени или быстрее.

Непрерывность обслуживания - степень вероятности сохранения непрерывной работоспособности системы на заданном промежутке времени.

Под заданным промежутком времени, как правило, подразумевается отрезок времени, наиболее важный с практической точки зрения, например, время захода авиалайнера на посадку. В настоящее время среди гражданских применений наиболее критичным к работоспособности СНС является управление воздушным движением, включая навигационное обеспечение воздушных судов. Требования к доступности зависят от этапов полета и интенсивности воздушного движения. Доступность при маршрутном полете должна быть не хуже 0,999…0,99999; при полете в зо-не аэродрома и некатегорированном заходе на посадку не хуже 0,99999. Требования к целостности достигают, согласно требованиям ИКАО, значения 0,999999995 при допустимом времени предупреждения не более 1 с. Приведенные данные показывают, насколько велики требования, предъявляемые к надежности СНС потребителями.

В СНС ГЛОНАСС и GPS высокие эксплуатационные характеристики на структурном уровне достигаются путем совместного функционирования трех основных сегментов:

Космического сегмента;

Сегмента управления;

Сегмента потребителей.

Кроме основных сегментов существует такое функциональное дополнение, как дифференциальная подсистема (DGPS) и ряд вспомогательных элементов: специальные каналы наземной и космической связи, средства вывода спутников на орбиту и т.п.

Основу концепции СНС ГЛОНАСС и GPS составили независимость и беззапросность навигационных определений. Независимость подразумевает определение искомых навигационных данмирудование, но при современном уровне развития электроники подобное усложнение уже не имеет значения. Беззапросность системы означает, что все вычисления в аппаратуре потребителя вычисляются только на основе пассивно принятых сигналов от НКА с заранее точно известными орбитальными координатами. В свою очередь, отсутствие необходимости передавать запрос от потребителя к НКА позволяет сделать оборудование потребителя весьма компактным и экономичным.

Космический сегмент.

Точность местоопределения и стабильность функционирования СНС в большой степени зависит от взаимного орбитального расположения спутников и параметров их сигналов. Как правило, требуется, чтобы в зоне видимости потребителя находились не менее 3 - 5 НКА. На практике орбитальная структура строится таким образом, что для большинства потребителей постоянно видны более 6 НКА и потребитель имеет возможность выбирать оптимальное созвездие по определенному алгоритму, заложенному в вычислитель приемника. Кроме действующих НКА, завершенная СНС имеет в своем составе несколько резервных спутников, которые могут быть оперативно введены для замены вышедших из строя либо для увеличения степени покрытия определенного региона. Действующие НКА могут быть перегруппированы (в ограниченных пределах) по команде с наземной станции управления. Действующие в настоящее время средневысотные орбиты с высотой около 20 000 км позволяют принимать сигналы каждого НКА почти на половине поверхности Земли, что обеспечивает непрерывность радионавигационного поля и достаточную избыточность при выборе оптимального созвездия НКА. Системы GPS и ГЛОНАСС часто называют сетевыми СНС, поскольку принципиальное значение для их функционирования имеет взаимная синхронизация НКА по орбитальным координатам и параметрам излучаемых сигналов, т.е. объединение группы НКА в сеть.

Основное значение НКА - формирование и излучение сигналов, необходимых для решения потребителем задачи позиционирования и контроля исправности самого НКА. В состав стандартного НКА входят: радиопередающее оборудование для передачи навигационного сигнала и телеметрической информации; радиоприемное оборудование для приема команд наземного комплекса управления; антенны; бортовая ЭМВ; бортовой эталон времени и частоты; солнечные батареи; аккумуляторные батареи; системы ориентации на орбите и т.д. Современные НКА могут нести сопутствующее оборудование, такое как детекторы для обнаружения наземных ядерных взрывов и элементы систем боевого управления.

Излучаемые НКА сигналы содержат дальномерную и служебную составляющие. Дальномерная составляющая используется потребителями непосредственно для определения навигационых параметров - дальности до НКА, вектора скорости потребителя, его пространственной ориентации и т.п. Служебная составляющая содержит информацию о координатах спутников, шкале времени, векторах скоростей НКА, исправности и т.д. В основном служебная информация готовится командно-измерительным комплексом и закладывается в бортовую память НКА во время сеанса связи. И лишь незначительная ее часть формируется бортовой аппаратурой. Процедура переноса служебной информации из командного комплекса в память бортовой ЭВМ часто называется загрузкой данных.

Дальномерная составляющая содержит компоненты стандартной и высокой точности. Стандартная точность измерений доступна всем потребителям, а высокая - только авторизованным, т.е. имеющим разрешение военных контролирующих органов. Разграничение доступа достигается путем кодирования сигналов высокой точности.

В условиях военных действий возможны попытки как постановки преднамеренных помех с целью подавления сигнала СНС (джаминг), так и попытки навязывания (спуфинг), т.е. подмены сигнала и ввода в приемную аппаратуру противника заведомо ложной информации при помощи сторонних передатчиков. Поскольку в литературе весьма редко встречается четкое толкование термина «антиспуфинг» применительно к СНС, следует особо подчеркнуть, что речь идет именно о защите от навязывания.

Сегмент управления.

Сегмент управления состоит из главной станции, совмещенной с вычислительным центром; группы контрольно-измерительных станций (КИС), связанных с главной станцией и между собой каналами связи; наземного эталона времени и частоты. Контрольно-измерительные станции ста-раются размещать как можно равномернее по поверхности Земли, сообразуясь с геополитически-ми факторами и экономической целесообразностью. Координаты КИС (фазового центра антенны) определены в трех измерениях с максимально доступной точностью. При пролете НКА в зоне видимости КИС, она осуществляет наблюдение за спутником, принимает навигационные сигналы, осуществляет первичную обработку информации и производит обмен данными с главной стан-цией. На главной станции происходит сбор информации от всех КИС, ее математическая обработка и вычисление различных координатных и корректирующих данных, подлежащих загрузке в бортовую ЭВМ НКА.

Данные, подлежащие загрузке, подразделяются на оперативные, обновляемые при каждом сеансе связи, и долговременные. В случае возникновения нештатной ситуации возможно проведение внеплановых сеансов связи и загрузки данных при условии нахождения НКА в зоне видимости одной из КИС.

Наземный эталон времени и частоты имеет более высокую точность, чем бортовые эталоны и предназначен для синхронизации всех процессов, происходящих в СНС и коррекции бортовых эталонов.

Сочетание независимости и беззапросности придает СНС неограниченную пропускную способность - произвольное число потребителей может использовать сигналы СНС в любой момент времени.

Сегмент потребителей.

Сегмент потребителей можно условно разбить на три части: военные организации; гражданские организации; частные лица. Независимо от назначения потребительского оборудования, в нем присутствуют радиочастотный тракт, в котором происходит прием радиосигналов НКА и их первичная обработка, и вычислитель, предназначенный для вторичной обработки сигнала, выделения навигационной информации, реализации алгоритма вычисления оптимального созвездия и вычисления пространственных координат и вектора скорости потребителя. Обычно сначала определяются текущие координаты НКА и дальности до них, затем вычисляются географические координаты потребителя. Вектор скорости потребителя вычисляется путем измерения доплеровских сдвигов частоты НКА при известных векторах скорости спутников. Для некритичных транспортных применений вектор скорости может рассчитываться по разности координат в два фиксированных момента времени. Далее, в зависимости от назначения приемника, информация может поступать на устройство отображения, в канал передачи, либо на блок управления внешними исполнительными механизмами.

Определение текущих координат НКА.

Несмотря на некоторое сходство с радиомаячными навигационными системами (беззапросность, дальномерный метод), СНС имеют также и существенные отличия. Координаты радиомаяков неизменны и заранее известны, тогда как координаты НКА необходимо постоянно находить. Определение текущих координат НКА, движущихся с большими непостоянными относительно потребителя скоростями представляет собой сложную техническую и вычислительную задачу.

При существующем подходе к построению СНС максимально возможный объем вычислений стараются перенести на наземный комплекс управления. Контрольно-измерительные станции расположены на ограниченных территориях и не обеспечивают непрерывное наблюдение за НКА. По результатам доступных наблюдений в вычислительном центре главной командной станции вычисляются параметры орбит НКА. Они подвергаются математической обработке по алгоритмам устранения погрешностей. Затем на основании обработанных данных составляется прогноз параметров орбиты в фиксированные (опросные) моменты времени вплоть до выработки следующего прогноза.

Спрогнозированные параметры орбиты и их производные называются эфемеридами. Во время сеанса связи эфемериды передаются на НКА, а затем в виде навигационного сообщения, содержащего эфемериды и соответствующие метки времени - потребителям. Зная предполагаемые параметры орбиты и точные координаты НКА в опорные моменты времени, потребитель может вычислить координаты НКА в произвольный момент времени. Кроме эфемерид в навигационное сообщение закладывается альманах - набор сведений о текущем состоянии СНС в целом, включая загрубленные эфемериды, применяемые для поиска видимых НКА и выбора оптимального созвездия.

Общепринятые единицы мер времени.

Рассмотрение принципов построения и функционирования спутниковых навигационных систем невозможно без предварительного ознакомления с основными понятиями, относящимися к единицам мер времени. Эти единицы применяются для определения пространственного положения НКА, привязки сигналов НКА к единой шкале времени и т.д.

Принято различать две группы единиц отсчета времени:

Астрономические;

Неастрономические.

Основной астрономической единицей отсчета являются сутки, разбитые на 86400сек и равные интервалу времени, за который Земля делает один полный оборот вокруг своей оси относительно некой фиксированной точки отсчета на небесной сфере, для неподвижного наблюдателя, находящегося на поверхности Земли. Характерной особенностью астрономических суток является то, что в зависимости от выбранной точки отсчета (центр видимого диска Солнца, точка весеннего равноденствия и т.д.), сутки имеют разную длительность и различаются по названию.

Звездные сутки. Интервал времени, отмеренный между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия, называется звездными сутками, или, иначе, звездным периодом обращения Земли. Время, измеренное на определенном меридиане, называется местным временем данного меридиана. Поэтому, в случае со звездными сутками, говорят о местном звездном времени меридиана.

Местное звездное время измеряется часовым углом положения точки весеннего равноденствия относительно небесного меридиана. Под небесным меридианом понимают проекцию земного меридиана на условную поверхность небесной сферы, поэтому часовой угол аналогичен географической долготе, отсчитывается от часового меридиана наблюдателя по часовой стрелке и измеряется в часах, минутах, секундах.

Известно, что ось вращения Земли совершает медленные периодические движения, состоящие из движений по конусу - прецессий, и небольших колебаний - нутаций. Прецессия и нутации вносят погрешность в определение звездного времени, поскольку из-за них перемещается точка весеннего равноденствия. Если при расчетах учитывают только прецессию, то получают среднее звездное время. Когда совместно с прецессией учтена и нутация, то получается истинное звездное время. Звездное время, измеренное на Гринвичском меридиане, называется гринвичским звездным временем.