Глава диплома по радиотехническим приемным и передающим устройствам на тему Глобальные спутниковые навигационные системы

ГЛАВА 2. ГЛОБАЛЬНЫЕ СПУТНИКОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (GPS, BEIDOU, GALILEO)
2.1. Общая характеристика глобальных спутниковых навигационных систем
Глобальные спутниковые навигационные системы (ГНСС, от англ. Global Navigation Satellite Systems) — это высокотехнологичные комплексы, обеспечивающие глобальное определение пространственно-временных координат объектов в автоматическом режиме. Они основаны на использовании сети навигационных спутников, которые передают сигналы, позволяющие наземным приёмным устройствам (навигационным приёмникам) рассчитывать собственное местоположение, скорость движения и точное время с высокой точностью и стабильностью[6].
Современные ГНСС представляют собой сложные многоуровневые системы, включающие:
• Космический сегмент, состоящий из орбитальной группировки навигационных спутников, равномерно распределённых по средневысоким околоземным орбитам (обычно на высоте от 19 000 до 24 000 км), что обеспечивает устойчивый приём сигналов в любой точке планеты;
• Наземный сегмент, включающий станции управления, мониторинга и коррекции орбит и временных шкал, отвечающие за надзор за состоянием спутников, их синхронизацию и точность передаваемой информации;
• Пользовательский сегмент, представленный множеством устройств приёма сигнала — от простых навигаторов до сложных многодиапазонных систем, применяемых в авиации, мореплавании, геодезии и автоматизированных системах управления[8].
К числу ведущих ГНСС мирового уровня относятся:
• GPS (Global Positioning System) — разработанная Министерством обороны США, ставшая первой в мире полностью функционирующей ГНСС[1];
• BeiDou Navigation Satellite System (BDS) — китайская система, активно развивавшаяся с начала 2000-х годов, достигшая глобального охвата в 2020 году[4];
• Galileo — европейская навигационная система, реализуемая Европейским союзом с целью обеспечения стратегической независимости от иностранных ГНСС[7].
Каждая система использует уникальные принципы кодирования сигнала, частотные диапазоны, схемы орбит и методы коррекции ошибок. Тем не менее, в их основе лежит единый физический принцип: измерение времени прохождения радиосигнала от нескольких спутников до приёмного устройства. Используя методы триангуляции, приёмник определяет своё положение относительно известных координат спутников.
Для надёжного позиционирования необходим приём сигнала как минимум от четырёх спутников. При этом учитываются как геометрическое расположение спутников (геометрическая конфигурация влияет на точность — показатель DOP, Dilution of Precision), так и помехи, вносимые атмосферными условиями (ионосферные и тропосферные задержки), мультипутевое распространение сигнала, шумы приёмника и системные ошибки[10].
Основные функции и возможности ГНСС:
• Определение координат (широта, долгота, высота) с точностью от нескольких метров до сантиметров (при использовании дифференциальных методов и RTK — Real Time Kinematic)[9];
• Измерение скорости движения объекта за счёт доплеровского сдвига и расчёта смещений между последовательными измерениями;
• Предоставление точного времени с синхронизацией по атомным часам на борту спутников, что особенно важно для телекоммуникаций, энергосистем, банковского сектора и бирж;
• Синхронизация и контроль движущихся объектов в реальном времени, включая наземный, воздушный, морской и космический транспорт[9].