Особенности использования ГНСС в северных широтах

Введение
В 21 веке спутниковые технологии имеют большое влияние на все человечество. Во всех странах есть сотовые телефоны и спутниковое телевидение, в том числе очень часто стала применяться навигационная спутниковая система, которая используется и у военных, и для мирных целей.
Со времен 70-х годов американские ученые начали разработку технологии системы позиционирования, получившая название «NAVSTARGPS». Сначала она применялась исключительно в военных целях и имела высокий уровень секретности, однако через некоторое время ее начали успешно использовать в гражданской авиатехнике, в том числе, устанавливать в современные автомобили.

1. Общая информация и история развития системы «ГЛОНАСС»
Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС является российской и советской спутниковой системой навигации, разработанной по заказу Минобороны СССР. Это одна из двух успешно работающих сегодня систем глобальной спутниковой навигации. В основе данной системы лежат 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях, с наклоном 64,8° над поверхностью Земли и высотой 19 100 км. Принцип измерения отечественной системы аналогичен спутниковой американской системе навигации NAVSTARGPS. Федеральное космическое агентство «Роскосмос» и ОАО «Информационные спутниковые системы» сейчас занимаются развитием проекта ГЛОНАСС[1].
Спутниковая радионавигационная система разработана для временного навигационного обеспечения огромного числа пользователей космического, воздушного, морского и наземного базирования. Доступ к сигналам гражданского пользования ГЛОНАСС по всему миру предоставляется иностранным и российским потребителям без каких-то ограничений на основании указа Президента Российской Федерации безвозмездно. Чтобы обеспечить коммерциализацию продукта в России и в иных странах СНГ, в том числе чтобы массово внедрить технологии, в 2009 году постановлением Правительства РФ был открыт «Федеральный сетевой оператор в области навигационной деятельности», данные функции были поручены ОАО «Информационные спутниковые системы».
Главное отличие GPS и ГЛОНАСС является в то, что у спутников российских технологий в своем орбитальном движении нет колебаний с вращением Земли, а это дает большую стабильность. Поэтому, для ГЛОНАСС не нужны корректировки в течение всего срока реализации проекта[1].
В 1960-х годах начались работы по формированию отечественной навигационной спутниковой системы. Первый навигационный отечественный спутник "Космос-192" был запущен на орбиту 23 ноября 1967 года. Точность его местонахождения 300 метров. В 1976 году была введена в эксплуатацию навигационная система первого поколения, которая называлась «Цикада-Циклон». Состояла она из шести спутников, которые располагались на высоте 1000 км. Благодаря этой системе стало возможным определить координаты подводной лодки или морского судна с интервалом 1-2 часа и продолжительность сигнала до 3-5 минут. Точность определения местоположения этой системы составляла до 80 метров. [2].
 
2. Особенности использования ГЛОНАСС в северных широтах
В третьем тысячелетии освоение Мирового океана стало одним из основных направлений развития мировой цивилизации. Особое внимание уделяется северным широтам. Россия является исторически морской державой, благодаря своим вкладу и особенностям в изучение Северного Ледовитого океана, разработала и начала реализовывать государственную политику в северных широтах. Эта политика призвана стать фактором перехода к устойчивому экономическому развитию России, укрепляя ее авторитет и безопасность [1].
Северный морской путь является уникальным транспортным коридором, который может обеспечить самый короткий путь для морских грузоперевозок между Азией и Европой. В арктическом шельфе России находятся огромные запасы сырья и минералов, простирающихся до 80-й параллели. Для их освоения необходимо развить национальную транспортную арктическую системы в северных направлениях и вдоль побережья России.
В связи с этим, северные широты становятся важным объектом экономики и морской промышленности. Для обеспечения безопасности данной деятельности, включая навигационную безопасность, нужно принять конкретные меры. Резолюция А.915(22) Международной морской организации (ИМО) содержит требования к надежности и точности навигационной информации после 2010 года [2]. На основании данной резолюции, операции разработки и исследования месторождений, ледокольная прокладка и проводка трубопроводов, требуют точно установленных координат места не хуже 1 метра (2σ) и целостности 10 секунд при пороге нарушения 2,5 метра.
Сегодня, в 21 веке спутниковые навигационные технологии зачастую применяются при навигационном обеспечении работ в нефтегазовой сфере, разработке месторождений на арктическом шельфе. Технологии дают шанс осуществить целостность глобальных спутниковых навигационных систем (ГНСС) и высокие точности определения места потребителей за счет использования функциональных дополнений ГНСС - дифференциальных региональных подсистем, которые транслируют определенную информацию через геостационарные спутники связи, в том числе дифференциальных локальных станций, которые применяют наземные передающие средства. Но в будущем продвижение промыслов в более высокие широты Северного Ледовитого океана, освоение месторождений Арктики и эффективность применения ГНСС снизится из-за специфики построения данных систем и их функциональных дополнений. Например, зона уверенного радиоприема сигналов с геостационарных спутников достигает широту 76 град., а для дифференциальных локальных станций ограничения происходят из-за пространственной деградацией корректирующих поправок. В текущих обстоятельствах планы по развитию дифференциальной региональной подсистемы ГНСС на основе ИФРНС «Чайка» имеют практическую значимость для освоения природных ресурсов в заполярных регионах и обеспечения навигации по Северному морскому пути.
Выбор сигналов ИФРНС «Чайка» в виде канала передачи дифференциальных коррекций ГНСС обусловлен развитой структурой данной системы в России, включающей 14 наземных стационарных станций, в том числе 5 за Полярным кругом. Рабочие зоны системы занимают большую часть сопредельных территорий и регионов России. ИФРНС обладает большой дальностью действия, небольшими расходами на эксплуатацию и высокой помехоустойчивостью сигнала. В 2006 году успешно завершила государственные испытания дифференциальная региональная подсистема ГНСС на базе трех станций Европейской цепи ИФРНС «Чайка». Также разработана и прошла испытания морская навигационная интегрированная аппаратура потребителей (НАП), которая обеспечивает обработку и прием сигналов систем GPS, ГЛОНАСС, LORAN-C, «Чайка», в том числе дифференциальной коррекции в стандартах EUROFIX, SBAS и RTCM.
3. Проблемы навигационного обеспечения
Искривление траектории луча и задержка при распространении радиоволн в ионосфере являются основными причинами ошибки определения местоположения. Во время сильных магнитных бурь может возникнуть ситуация, когда местоположение не удастся определить. Ионосферную задержку сигнала можно частично компенсировать благодаря ее параметрам. Для одночастотной аппаратуры потребителя возможна частичная компенсация благодаря восьми параметрам, которые передаются в навигационном сообщении, однако случайные факторы, которые составляют большую часть в Арктической зоне, не учитываются. Для двухчастотной аппаратуры возможна компенсация задержки в ионосфере при измерении псевдодальности на различных частотах. Ионосфера в Арктическом регионе носит сложный характер и зависит от множества показателей. Воздействие потока заряженных частиц, которые излучаются солнцем, приводит к образованию в ионосфере огромных неоднородностей. Световое излучение солнца вызывает появление сгустков ионизации в слое F всей ионосферы выше 130–140 км. Высокоширотные параметры ионосферы определяются взаимодействием магнитного поля земли и солнечного ветра. Ионосфера служит источником ионизации, на неё влияют электрические поля и токи, создаваемые плазменным течением. В зависимости от времени суток и уровня геомагнитной активности области с низкой и высокой электронной плотностью могут перемещаться и изменяться.

 
Заключение

«ГЛОНАСС» - Глобальная спутниковая радионавигационная система - российский и советский аналогом американского «GPS». В процессе ее долгого развития было много проблем, связанных с финансированием разработки, в том числе в техническом плане.