Глобальные навигационные системы GPS и ГЛОНАСС

Навигация (лат. Navigatio — проводить) — это абсолютно необходимая система ориентирования в сегодняшнем мире. И не только для точной и безопасной проводки морских и океанских судов или авиационных перелётов.

В самые последние годы с развитием мобильных приложений, довольно расширенно используются автомобильные и пешие туристические навигаторы. Для достижения этой благой цели наша голубая планета опоясана орбитами рукотворных спутниковых систем США — GPS и российской ГЛОНАСС. 

Американская GPS

 

Австрийский физик Кристиан Андреас Доплер ещё в далёком 1842 году открыл зависимость улавливаемых приёмником частот волновых колебаний от направления движения и скорости источника волн (передатчика) и самого приёмника. Подобное явление легло в основу американской GPS (Global Positioning System — Система Глобального Позиционирования). 

Она обеспечивает измерение расстояния и времени, показатели которых фиксируют положение в WGS-84 (World Geodetic System 1984 года — мировая геосистема). Достаточное количество орбитальных спутников позволяет отслеживать расположение и перемещение объектов по всей поверхности Земли, увы, кроме приполярных районов. 

Военные (ВМС) начали работу над GPS ещё в середине прошлого столетия. Отслеживая самый первый советский спутник, американские специалисты сразу обратили внимание на великолепную возможность (обусловленную эффектом Доплера) позиционировать не только космический аппарат, испускающий сигнал, но и довольно точно определять собственное местоположение на картах Земли. 

Спутниковое покрытие GPS состоит из 32 космических аппаратов (КА), вращающихся на орбите Земли, которую называют средней — 20200 км. Изначально, с 1973 года проект носил аббревиатуру DNSS, затем его переименовали в NavStar и только в декабре того же 1973-го система получила сегодняшнее название — GPS. После того как СССР в 1983 году уничтожил сбившийся с курса гражданский "Боинг", систему открыли для общегражданского использования. 

Приёмники GPS принимают непрерывный сигнал со спутников в виде кода, содержащего текущие характеристики движения и прогнозируемые координаты — эфемериды. Неотъемлемо от этих параметров передаются также данные для расчёта реального местоположения передатчика КА. Если ваш родной мобильник оборудован GPS-приёмником, то он должен указать место, в котором вы находитесь. 

Однако не всё так радужно, как хотелось бы... Дело в том, что чистый приём и корректная обработка сигнала GPS затруднены экранирующим воздействием строений или ярко выраженным рельефом местности, не говоря уже о лесах и тоннелях. Кроме того, досадным изъяном системы является недостаточно высокая скорость пересылки необходимых значений — около 50 бит/с. Как следствие — время определения координат исчисляется 1–2 минутами. 

A-GPS — наземный ассистент спутниковой системы 

Дабы избавиться от предсказуемо возникшей проблемы, быстро осознали и создали дополняющий и вспомогательный проект — Assisted GPS (A-GPS). В принципе — это ретранслирование (через альтернативные каналы связи) космического сигнала для всех наземных мобильных GPS-приёмников, сводящее скорость вычисления координат местоположения до секундного значения. 

Инженерный патент был успешно получен в постстартовом 1981 году, а спустя 20 лет Assisted GPS применили в сети службы спасения США. При всей полезности внедрённой технологии, увы, вся система обречена на бездействие при выходе приемника из зоны покрытия сотовой связью. После утраты сигнала необходима повторная синхронизация, влекущая дополнительные затраты питания и средств. 

Российская ГЛОНАСС 

Российская Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) начала разрабатываться ещё в огромном СССР, однако тремя годами позднее (1976) американской GPS. Так как эти системы аналогичны, проблемы и достижения практически одни и те же.

В конце знакового 1982 года после появления на орбите стартового спутника “Ураган” провели тестовое испытание ГЛОНАСС. Кроме милитаристских нужд созданная система решает и гражданские транспортные задачи, соперничая в эффективности с GPS    

Начало тому положено в далёком 1993 году, а спустя пару лет система насчитывала уже 24 космических аппарата с орбитальной высотой — 19,4 тыс. км. В 2010-м их количество увеличилось до двадцати шести. В 2020 году истечёт восьмилетний цикл, в течение которого должны быть освоены 320 млрд руб., в том числе на изготовление крупных партий спутников Глонасс-М и Глонасс-К (15 + 22 ед.). Основные же работы по созданию навигационной системы завершились в конце 2015 года.