РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2016, том 3, выпуск 4, c. 5–15
КОСМИЧЕСКИЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРИБОРЫ.
РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ
УДК 621.396
Перспективы использования в России
глобальных навигационных спутниковых систем
гражданскими потребителями
А.И.Жодзишский1, М.М.Березенцев, О.В.Нестеров
1д. т. н.
АО «Российские космические системы»
e-mail: ntcsmou@rniikp.ru, oleg.nesterov@mail.ru, m.spacecorp@gmail.com
Аннотация. Статья посвящена анализу использования гражданскими потребителями глобальных навигационных спутниковых
систем (ГНСС). Особое внимание уделено высокоточному позиционированию с использованием функциональных дополнений
ГНСС и фазовых измерений. Приводятся обобщенные требования крупных российских компаний к высокоточной навигационной
аппаратуре потребителя (НАП) ГНСС. Проведено сравнение навигационных приемников, способных выдавать «сырые»
фазовые измерения. Отмечены основные тенденции в развитии современной НАП. Предложен концептуальный подход к разработке
высокоточной отечественной НАП.
Ключевые слова: глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), навигационный приемник, «сырые» фазовые
измерения
Current Issues of GNSS Civilian Usage in Russia
A. I.Zhodzishskiy1, M.M.Berezentsev, O.V.Nesterov
1doctor of engineering science
Joint Stock Company “Russian Space Systems”
e-mail: ntcsmou@rniikp.ru, oleg.nesterov@mail.ru, m.spacecorp@gmail.com
Abstract. The analysis of using global navigation satellite systems (GNSS) for civilian purposes is described in this article.
High-precision positioning using augmentation systems for GNSS and raw phase measurement are specially noted. The general
requirements of large Russian companies to the high-precision consumer navigation equipment (CNE) are given. Moreover, comparison
of the navigation receivers providing raw phase measurements is carried out. The current tendencies in development
of themodern CNE areconsidered. Theconceptual approachto thedevelopment ofthe Russian high-precisionnavigationequipment
is proposed.
Keywords: global navigation satellite system (GNSS), navigation receiver, raw phase measurement
Стр.1
6
А.И.ЖОДЗИШСКИЙ, М.М.БЕРЕЗЕНЦЕВ, О. В.НЕСТЕРОВ
Глобальные навигационные спутниковые системы
(ГНСС) используются сегодня во всем мире
гражданскими потребителями для решения самых
различных задач: определение местоположения,
скорости движения и пространственной ориентации
объектов, синхронизации территориально
разнесенных объектов и обеспечение их работы
всистеме единоговремениит. д.Втабл.1приведены
основные области применения ГНСС гражданскими
потребителями при решении задач определения
местоположения и указана реализованная
в настоящее время точность (по уровню вероятности
0,68%−σ). Определение местоположения
с сантиметровой и миллиметровой погрешностями
ниже будем называть высокоточными.
Самым массовым является использование
ГНСС индивидуальными пользователями: сотовые
телефоны, бытовые навигаторы и т.п. Очень широко
применяются ГНСС для навигации и контроля
различных транспортных средств (самолетов, кораблей,
автотранспорта, железнодорожной техники
ит.п.) каквпути следования, так ивовремя маневров
(при заходе на посадку, прохождении фарватеров,
движении локомотивов на разъездах и т. д.).
Все большее распространение находят ГНСС для
управления беспилотными летательными аппаратами
(ЛА), в «точном земледелии», управлении
транспортом и специальной техникой и при выполнении
других задач [1–3]. Для этого требуется местоопределение
в реальном времени.
Определение относительных координат объектов
с сантиметровой погрешностью может быть получено
в навигационной аппаратуре потребителя
(НАП) только при использовании фазовых измерений
и наличии дополнительной (измерительной
или корректирующей) информации от референцных
станций или от спутниковых систем функциональных
дополнений (SBAS). В России такой системой
является система дифференциальной коррекции
и мониторинга (СДКМ), передающая корректирующую
информацию через Интернет либо
через спутник «Луч».
Прием НАП корректирующей информации через
спутник является предпочтительным с точки
зрения эксплуатации, поскольку обеспечивает автономную
работу НАП — требуется связь только
со спутниками в L-диапазоне частот, в то время
как в других случаях должен быть дополнительный
наземный канал связи.
Решение геодезических задач, как правило,
производится в режиме постобработки с погрешностью
не более 1 см. Самая высокая точность определения
координат в реальном времени (миллиметры)
требуется для мониторинга смещений инженерных
сооружений.
В АО «Российские космические системы» в кооперации
с филиалом ОАО «ОРКК»–«НИИ КП»
создана система высокоточного мониторинга смещений
инженерных сооружений (ВМСИС), использующая
сигналы ГНСС [3]. Система ВМСИС предназначена
для контроля смещений и колебаний
конструкций мостов, башен, высотных и большепролетных
зданий и сооружений, трубопроводов
и т. п. В настоящее время она эксплуатируется на
железнодорожном мосту через реку Обь в г. Новосибирске
и ряде других объектов.
Система ВМСИС позволяет:
– определять в реальном времени пространственные
смещения контролируемых точек по
трем взаимно перпендикулярным осям с миллиметровой
погрешностью;
– определять текущие спектры колебаний контролируемых
точек в диапазоне частот 0,1–
10 Гц по сигналам ГНСС;
– автоматически формировать сигналы «Внимание»
и «Тревога» при превышении контролируемыми
параметрами заранее выставленных
пороговых значений;
– в режиме постобработки на любом заданном
интервале времени (почасовом, суточном, сезонном,
годовом и т. п.) оценивать изменения
пространственных координат контролируемых
точек.
Система ВМСИС состоит из:
• комплекта модулей измерительных (МИ)
по числу контролируемых и опорных точек,
принимающих сигналы со всех видимых спутников
ГНСС;
• автоматизированного рабочего места (АРМ) на
базе промышленного компьютера с предустановленным
СПО;
• информационно-телекоммуникационной аппаратуры
передачи данных от МИ к АРМ(могут
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
Стр.2
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РОССИИ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ 7
Та б лица 1. Основные области применения ГНСС гражданскими потребителями
Область применения
Навигация индивидуальных потребителей
(мобильные телефоны,
бытовые навигаторы и т. п.)
Мониторинг транспортных
средств (ТС) в пути (самолеты,
корабли, автомобили)
Навигация и контроль ТС при
маневрах (движение локомотивов
на разъездах, прохождение
фарватера и т. п.), управление
беспилотными ЛА
Управление ТС (работа в карьерах,
точное земледелие и т. п.)
Геодезическое обеспечение
(межевание территорий,
строительные работы и т. п.)
Мониторинг смещений инженерных
сооружений, подвижек
земной поверхности и т. п.
Режим навигации
Реальное время,
абсолютные координаты
Реальное время,
абсолютные координаты
Измеряемые
параметры
Кодовые
Кодовые
Реальное время,
относительные координаты Кодовые
Реальное время,
относительные координаты
Постобработка,
относительные координаты
Реальное время,
постобработка,
относительные координаты
*На коротких (не более 3 км) базовых линиях
использоваться ВОЛС, Wi-Fi, УКВ и другие
каналы).
Достоинством системы ВМСИС является
интегральная оценка устойчивости конструкции
сооружения по наблюдаемым смещениям контролируемых
точек и изменению резонансных частот.
Кроме того, система позволяет исследовать зависимость
смещений от внешних воздействий: скорости
ветра, снежной нагрузки на крышу и т. д.
Система ВМСИС легко комплексируется с акселерометрами,
инклинометрами, тензометрами и другими
датчиками, существенно улучшая эффективность
системы мониторинга инженерных конструкций
(СМИК), обязательность применения которой
на уникальных и технически сложных объектах
определена документами [4, 5].
Активно внедряют спутниковые навигационные
технологии ОАО «РЖД», ПАО «Транснефть».
Функциональные требования к НАП со стороны
ОАО «РЖД» приведены в табл. 2. Наиболее актуальным
здесь является местоопределение в реальном
времени железнодорожного средства с точностью
до пути его нахождения (2σ 1 м). Это возможно
сделать с использованием корректирующей
информации СДКМ или (с более высокой точностью)
с помощью сети референцных станций.
АО «РКС» выступило с инициативой создания
в России навигационной сети высокоточного спутникового
позиционирования (НСВП). НСВП — это
интегрированная сеть референцных станций различных
производителей, владельцев и операторов.
Таких станций на территории России имеется более
1 200.
Концепция создания НСВП предусматривает:
• объединение имеющихся сетей и отдельных
референцных станций в единую сеть;
• увеличение зоны покрытия НСВП путем оптимизации
размещения существующих станций
и строительства новых;
• создание нормативно-правовой базы, регулирующей
приобретение, установку, регистрацию
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
и фазовые 0,01–0,03
Кодовые
Кодовые
и фазовые
Кодовые
и фазовые
0,01
0,002*
Реализованная
точность, σ,м
в плане по высоте
2–3
2–5
3–4,5
3–7
Нет
Нет
Рефер.
0,3
0,5
0,05
0,02
0,003*
станции/
SBAS
Рефер.
станции
Рефер.
станции
Рефер.
станции
Привлекаемые
доп. средства
Стр.3
8
А.И.ЖОДЗИШСКИЙ, М.М.БЕРЕЗЕНЦЕВ, О. В.НЕСТЕРОВ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
Та б лица 2. Функциональные требования к НАП ЖД
№
п/п
Назначение
НАП ЖД
1
Контроль
местоположения
состава
2
3
Управление
движением
составов
Навигационное
обеспечение
эксплуатирующего
персонала
4
Мониторинг
идиагностика
пути
5
Мониторинг и диагностика
объектов
инфраструктуры
Оперативность
обновления
данных
Реальное время,
1с
Реальное время,
0,05 с
Реальное время,
1с
Реальное время,
1с,
постобработка
Реальное время,
0,05 с,
постобработка
Источники
навигационной
информации
ГЛОНАСС/GPS,
ГЛОНАСС
ГЛОНАСС/GPS,
ГЛОНАСС,
рефер. станции,
СДКМ
ГЛОНАСС/GPS,
ГЛОНАСС,
рефер. станции,
СДКМ
ГЛОНАСС/GPS,
ГЛОНАСС,
рефер. станции,
СДКМ
ГЛОНАСС/GPS,
ГЛОНАСС,
локальные рефер.
станции
Погрешности определения
(при доверительной
вероятности 0,95)
Координаты
в плане, м по высоте, м
20
15
1
15
1
15
3
15
3
0,5
0,01
5
20
5
20
5
20
5
1
0,02
Скорость,
м/с
0,1
0,1
0,1
0,1
–
–
0,2
0,2
0,2
–
Точность
привязки
измерений
кшкале UTC, c
1
1
10−6
10−6
1
1
10−3
10−3
10−3
10−3
Наперегонах
V 600 км/ч
При маневрах
V 30 км/ч
Наперегонах
V 600 км/ч
При маневрах
V 30 км/ч
Абсолютные
координаты
Диф. режим
Автономный
режим
Кодовый диф.
режим
Фазовый
диф. режим
Фазовый диф.
режим
Примечание
Стр.4
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РОССИИ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ 9
станций, доступ к корректирующей информации;
•
создание компании оператора, отвечающего за
надежность и качество предоставляемых услуг
высокоточного позиционирования.
В табл. 3 сведены справочные данные основных
навигационных спутниковых группировок различных
стран.
В 1995 г. на средневысотных круговых орбитахбылисформированы
штатные группировки
из 24 спутников российской системы ГЛОНАСС
и американской GPS. Проектирование этих систем
проводилось в США и СССР практически одновременно
и в интересах главным образом военных
потребителей для навигации морских и воздушных
объектов. Погрешности определения координат составляли
десятки метров [1].
Для повышения помехозащищенности (увеличения
используемого диапазона частот) в ГЛОНАСС
было применено частотное разделение сигналов,
излучаемых разными спутниками. Для определения
орбиты навигационных спутников использовались
(как более точные) запросные методы измерения
дальности и скорости. Выбор баллистического
построения орбитальной группировки производился
с учетом приоритетного обслуживания территорий,
представляющих наибольший интерес для
обороны страны. Для GPS наклонение орбиты было
выбрано 55◦, а для России, как более северной
страны, почти на 10◦ больше — 64,8◦.
В конце 1990-х–начале 2000 гг. в результате
возникших политических и экономических проблем
в нашей стране произошла существенная деградация
системы ГЛОНАСС.
Начался массовый уход высококвалифицированных
специалистов с государственных предприятий-разработчиков
в бизнес или в иностранные
фирмы, в том числе образованные на территории
России. Открытие широкого доступа к электронной
компонентной базе (ЭКБ) зарубежного производства
обнажило неконкурентноспособность ЭКБ собственного
производства. Это, в свою очередь, еще
больше способствовало отставанию нашей страны
в области технологий микроэлектроники. Вся
НАП гражданского назначения производилась иностранными
компаниями. Орбитальная группировка
ГЛОНАСС сократилась к 2002 г. до 7 спутников.
Возросло отставание от GPS в части эфемеридного
и частотно-временного обеспечения.
Понимая значимость навигационных спутниковых
систем и технологий, Правительством Российской
Федерации в 2001 г. была утверждена Федеральная
целевая программа (ФЦП) «ГЛОНАСС»
на 2001–2011 гг. [6]. Целью ФЦП было дальнейшее
развитие и эффективное использование
ГЛОНАСС в интересах социально-экономического
развития страны, обеспечения национальной безопасности,
сохранения Россией лидирующих позиций
в области спутниковой навигации за счет гарантированного
предоставления навигационных сигналов
отечественным и зарубежным потребителям.
Количество спутников в орбитальной группировке
было доведено до требуемого значения, точность навигации
за счет космического сегмента составила
единицы метров, на ряде предприятий было налажено
производство НАП ГЛОНАСС/GPS, работающей
по кодовым измерениям. Однако из-за существенного
снижения интеллектуального потенциала в космической
отрасли, низкого качества отечественной
ЭКБ и ряда других объективных и субъективных
причин не удалось создать конкурентноспособную
высокоточную отечественную НАП, использующую
фазовые измерения; разработанная в России СДКМ
на базе геостационарных спутников «Луч», копирующая
аналогичные западные решения, до сих пор не
сдана в штатную эксплуатацию. Следует отметить,
что выбор для передачи корректирующей информации
спутников «Луч» явно неудачен. Россия — северная
страна и геостационарные спутники «Луч»
(16◦ з. д. и 95◦ в. д.) видны, например, из Москвы
под малыми углами места (несколько больше 10◦).
Это допустимо для самолетов. Однако из-за затенений
рельефом местности, постройками уверенный
прием сигналов с этих спутников подвижными наземными
потребителями (железнодорожными, автомобильными)
оказывается затруднительным. В результате
СДКМ до сих пор работает в тестовом режиме
и нет ни одного штатного потребителя этой
системы.
В настоящее время в нашей стране проводятся
работы по использованию в СДКМ высокоорбитальных
спутников (типа QZSS). Это позволит
устранить имеющиеся недостатки существующей
СДКМ и значительно повысит ее эффективность.
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
Стр.5
10
А. И.ЖОДЗИШСКИЙ, М.М.БЕРЕЗЕНЦЕВ, О. В.НЕСТЕРОВ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
Та б лица 3. Основные навигационные спутниковые группировки
ГЛОНАСС,
Россия
1995 г. — штатная
группировка
Средневысотная
круговая орбита
24 спутника
3плоскости
Наклонение 64,8◦
Высота 19 100 км
Период 11 ч 15 м
GPS,
США
1995 г. — штатная
группировка
Средневысотная
круговая орбита
24 спутника
(+активный резерв)
6плоскостей
Наклонение 55◦
Высота 20 145 км
Период 11 ч 58 м
Galileo,
Евросоюз
2005 г. — запуск
первого спутника
Средневысотная
круговая орбита
30 спутников
3плоскости
Наклонение 56◦
Высота 29 222 км
Период 14 ч 4 м
BeiDou,
Китай
2000 г. — запуск
первого спутника
Характеристики орбит
Средневысотная
круговая орбита
27 спутников
3плоскости
Наклонение 55◦
Высота 27 500 км
Период 13 ч
Геостационарная
орбита
5 спутников
Точки стояния:
158,75◦ в. д., 180◦ в. д.,
210,5◦ в. д., 240◦ в. д.,
260◦ в. д.
Геосинхронная
круговая орбита
3 спутника
3плоскости
Наклонение 55◦
Долгота восходящего
узла 218◦ в. д., 98◦ в. д.,
338◦ в. д.
Несущие частоты радиосигналов, МГц
L1= 1602,5625 . . .
. . . 1615,5
L2= 1246,4375 . . .
. . . 1256,5
L1= 1575,42
L2= 1227,60
L5= 1176,45
E1= 1575,42
E5= 1191,795
E5A= 1176,45
E5B= 1207,14
E6= 1278,75
B1= 1559,052–1591,788
B2= 1166,22–1217,37
В3= 1250,618–1280,423
L1−C/A= 1575,42
L1C= 1575,42
L2C= 1227,6
L5= 1176,45
LEX= 1278,75
L1= 1575,42
L5= 1176,45
Квазизенитная
орбита
3 спутника
Наклонение 43◦
Высота в апогее
42 164 км
Высота в перигее
36 000 км
Средняя долгота
пересечения
экватора 135◦
Период 24 ч
Геостационарная
орбита
1 спутник
Геостационарная орбита
EGNOS Евросоюз
Inmarsat AOR-E —
15,5◦ з. д.
Inmarsat IOR-E — 25◦ в. д.
ESA-Artemis — 21,5◦ в. д.
WAAS США
Inmarsat 4F3 — 98◦ з. д.
Galaxy15 — 133◦ з. д.
Telesat ANIK F1R —
107,3◦ з. д.
GAGAN Индия
GSAT-8 — 55◦ в. д.
GSAT-10 — 83◦ в. д.
GSAT-15 — 93,5◦ в. д.
СДКМ Россия
«Луч 5А» — 167◦ в. д.
«Луч 5Б» — 16◦ з. д.
«Луч 5В» — 95◦ в. д.
QZSS,
Япония
2010 г. — запуск
первого спутника
SBAS
Геостационарные
спутники, точки стояния
Стр.6
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РОССИИ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ 11
Рис. 1. Навигационные спутники, видимые из г. Москвы (18.05.2016, UTC 13:00)
Нарис. 1вкачествеиллюстрацииприведены
углы места (в град) и энергетические потенциалы
(в дБГц) принятых сигналов от различных навигационных
спутников. Запись сделана в г. Москве
18.05.2016 в 13:00 UTC. На горизонтальной оси
в верхней и нижней частях рисунка указаны системные
номера навигационных спутников и наименования
спутниковых группировок. В нижней
части рисунка в столбцах даны значения энергетических
потенциалов принимаемых навигационных
сигналов для диапазонов L1 (верхнее значение)
и L2 (нижнее значение).
НАП ведущих мировых производителей (NovAtel,
Trimble, Topcon, Javad и др.) обеспечивают
одновременный прием всех этих сигналов.
В АО «РКС» были выполнены экспериментальные
оценки улучшения точности местоопределения
за счет использования корректирующей информации
СДКМ, передаваемой через спутники «Луч».
В табл. 4 приведены погрешности местоопределения
в плоскости (по уровню 0,95% — 2σ), полученные
в Москве приемником Trimble M8-TWO при работе
вдиапазоне L1,ивыигрыш отСДКМ(отношение
погрешностей местоопределения без СДКМ и с учетом
данных СДКМ).
Из таблицы видно, что точность местоопределения
в режиме «только ГЛОНАСС» в 2,8 раза
хуже, чем в режиме «только GPS». ИспользоТа
б лица 4. Выигрыш в точности местоопределения
от использования СДКМ
Режим работы приемника
Только
ГЛОНАСС
без СДКМ
сСДКМ
Только GPS без СДКМ
сСДКМ
ГЛОНАСС+
+GPS
без СДКМ
сСДКМ
Погрешность
2σ,м
(0,95%)
5,4
1,7
1,9
0,8
1,8
0,8
Выигрыш
от СДКМ
3,2
2,4
2,2
вание корректирующей информации СДКМ дает
выигрышвточностидля ГЛОНАССв3,2 раза,
а для GPS — в 2,4 раза. Отметим, что проведенные
эксперименты с использованием корректирующей
информации, передаваемой через спутник Egnos 8,
показали снижение точности местоопределения по
сигналам GPS (выигрыш ∼ 0,7). Это объясняется
работой за пределами штатной зоны обслуживания.
(Корректирующая информация для спутников
ГЛОНАСС через EGNOS не передается.)
Введение санкций и ограничение доступа
к современной ЭКБ и перспективным западным
технологиям привели к осознанию необходимости
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
Стр.7
12
А. И.ЖОДЗИШСКИЙ, М.М.БЕРЕЗЕНЦЕВ, О. В.НЕСТЕРОВ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
Рис. 2. Типовая блок-схема НАП
Стр.8
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РОССИИ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ 13
обеспечения импортонезависимости в космической
отрасли. Стратегически значимые российские
компании нефтегазовой и транспортной отраслей
при внедрении в свою деятельность технологий
ГНСС стали выдвигать следующие требования:
1. Используемая НАП должна иметь возможность
функционировать в режиме «только
ГЛОНАСС». Учитывая растущее сотрудничество
с Китаем и другими не входящими в НАТО странами,
целесообразно дополнить это требование:
«НАП должна обеспечивать решение целевой задачи
при отсутствии сигналов GPS и Galileo».
2. Все программное обеспечение должно быть
российской разработки.
3. Доля импортного оборудования должна
быть минимальной (например, по требованию
ПАО «Транснефть» — не более 30 %).
Остановимсянавысокоточной НАП инавигационных
приемниках. Типовая блок-схема НАП
ГНСС ГЛОНАСС и GPS приведена на рис. 2 [7].
Ее основными элементами являются:
• навигационная антенна,
• навигационный приемник,
• процессор.
В высокоточной НАП используется многодиапазонная
активная (содержащая МШУ) антенна.
Навигационный приемник включает аналоговую
и цифровую части. В первой из них производится
усиление, преобразование частоты и фильтрация
по диапазонам частот принимаемых сигналов. Аналоговая
часть заканчивается аналого-цифровыми
преобразователями (АЦП). Дальнейшая обработка
производится в цифровой части — в специализированной
большой интегральной схеме (СБИС) или
в программируемой логической интегральной схеме
(ПЛИС). Каждому спутниковому сигналу соответствует
свой цифровой канал, в котором производится
формирование измерений псевдодальности по
измерениям фазы принимаемой псевдослучайной
последовательности (кодовые измерения), определение
полной фазы псевдодоплеровского смещения
частоты несущих колебаний спутниковых сигналов
(фазовые измерения) относительно некоторого начального
значения и выделение информационных
символов.
ВАО«РКС» были проведены тестовые испытания
некоторых навигационных приемников
(OEM-плат) гражданского назначения как зарубежной,
так и отечественной разработки. Результаты
приведены в табл. 5. Выбранные приемники объединяет
способность выдавать «сырые» фазовые
измерения, по которым возможно высокоточное
определение относительных координат объектов.
Использование приемников для высокоточного определения
в реальном времени абсолютных координат
(режим PPP — Precise Point Positioning) выходит
за рамки настоящей статьи. Условно тестируемые
приемники можно разбить на две группы:
1 группа — мультисистемные многоканальные
двухдиапазонные приемники;
2 группа — альтернативные приемники, разработанные
на территории СНГ.
Приемники NovAtel иTrimble средитестируемых
являются наилучшими и при сравнении
могут рассматриваться как эталонные. Приемник
ComNav — китайская копия приемника NovAtel
(его стоимость на российском рынке в несколько
раз меньше), но в настоящее время существенно
уступает последнему по надежности и стабильности
работы в условиях сложной помеховой обстановки.
Все приемники 2 группы имеют меньшее
количество каналов, уступают эталонным по качеству
измерений и нуждаются в доработках. В основном
это связано с конструктивными и алгоритмическими
особенностями, которые ограничивают
их применение в задачах высокоточной спутниковой
навигации.
Внастоящее времяпрослеживаются следующие
тенденции развития НАП:
1. Специализация аппаратуры потребителя в зависимости
от назначения и условий эксплуатации.
2. Универсализация навигационных приемников
(OEM-плат) в части многосистемности и многодиапазонности
и, как следствие, создание приемников
с большим числом каналов, способных одновременно
функционировать практически со всеми
орбитальными группировками ГНСС.
3. Обеспечение устойчивой работы в сложных
условиях:
• при слабом входном сигнале;
• в условиях сложной электромагнитной обстановки(при
действииразного рода помех);
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
Стр.9
14
А. И.ЖОДЗИШСКИЙ, М.М.БЕРЕЗЕНЦЕВ, О. В.НЕСТЕРОВ
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
Та б лица 5. Сравнительные параметры тестируемых навигационных приемников для высокоточного определения координат
1группа
2группа
NovAtel OEM617 Trimble MB-TWO
Количество каналов
Принимаемые
сигналы
Максимальный темп
выдачи «сырых»
измерений, Гц
Встроенный RTK
Работа с СДКМ
Прием сигнала
Использование
в
решении
Устойчивая работа
при помехах
Применимость
ваппаратуре
высокоточной
навигации
Интерфейсы
Размеры
(Д×Ш×В), мм
Энергопотребление,
Вт
Серийное
производство
−
Хорошая
+
Хорошая
120
GPS L1/L2
ГЛОНАСС L1/L2
Galileo E1/E5b
BeiDou B1/B2
SBAS
QZSS
50
+
+
240
GPS L1/L2
ГЛОНАСС L1/L2
Galileo E1/E5b
BeiDou B1/B2
SBAS
QZSS
50
+
+
GPS L1/L2
ГЛОНАСС L1/L2
BeiDou B1/B2
SBAS
20
+
−
−
Плохая в L1
ГЛОНАСС,
удовлетворит. в L2
Без ограничений Без ограничений С ограничениями
3 LVTTL (UART)
1USB
2CAN
46×71×11
< 1,2
+
3 LVTTL (UART)
1USB
2CAN
1Ethernet
46×71×11
< 1,2
+
*Для работы в режиме только GPS+ГЛОНАСС L1/L2
46×71×13
< 1,0
+
46×71×10
< 1,5
−
46×71×8
< 0,5
+
OEM-платы
нет
< 0,3
+
45×75×8
< 4,0 (2,5*)
−
–
С ограничениями
(только на
коротких
базовых линиях)
3 LVTTL (UART) 2 LVTTL (UART)
1USB
2 LVTTL (UART)
1USB
С ограничениями
(только
на коротких
базовых
линиях)
2 LVTTL
(UART)
–
GPS L1
ГЛОНАСС L1/L2
GPS L1
ГЛОНАСС L1
Galileo E1
SBAS
20
+
−
−
Удовлетворит.
10
+
−
−
Удовлетворит.
GPS L1
ГЛОНАСС L1
Galileo E1
SBAS
10
−
+
+
Удовлетворит.
ComNav
K501/501G
120
НТЛаб
«Глонаша
2B-RTK»
64
КБ «Навис»
NV08C-RTK
32
КБ «ГеоСтар
навигация»
ГеоС-3R
32
Приемник МАИ
80
GPS L1/L2С/L2P
ГЛОНАСС L1/L2
Galileo E1/E5b
Beidou B1/B2
SBAS
20
−
+
+
Удовлетворит.
2 LVTTL (UART)
Стр.10
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РОССИИ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ 15
• в условиях сильной многолучевости;
• при наличии затенений;
• при быстрой динамике объектов.
4. Интеграция НАП ГНСС с другими системами
и/или включение в состав НАП дополнительных
датчиков (акселерометров, гироскопов и т. п.).
5. Уменьшение потребления и улучшение эксплуатационных
параметров.
Для нашей страны актуальными являются следующие
задачи:
– расширение области применения ГЛОНАСС;
– обеспечение импортонезависимости в части
высокоточной НАП.
При решении указанных задач не следует
сразу стремиться воспроизводить на отечественной
элементной базе мультисистемные с большим
числом каналов навигационные приемники ведущих
зарубежных производителей. Это нереально.
Возможно достичь поставленные цели в ближайшее
время, если объединить усилия разработчиков,
имеющих существенные достижения в части:
• создания многочастотных активных антенн
с отсечкой многолучевости [8];
• создания навигационного приемника с ограниченным
числом каналов, обеспечивающего
свысокимтемпомвыдачи(не менее 20 Гц) качественные
«сырые» измерения при решении
целевых задач потребителя на внешнем процессоре
[7, 9];
• разработки собственных алгоритмов обработки
«сырых» фазовых измерений [10].
Список литературы
1. ГЛОНАСС. Принцип построения и функционирования.
Под ред. А. И.Перова, В. Н.Харисова. Изд. 3-е.
М., 2005.
2. Аппаратура высокоточного позиционирования по
сигналам глобальных навигационных спутниковых
систем: приемники-потребители навигационной информации.
Под ред. М.И.Жодзишского. М.: МАИПринт,
2010.
3. Жодзишский А.И., Нестеров О.В.Высокоточное
определение в реальном времени относительного положения
объектов по сигналам ГНСС. Ракетно-космическое
приборостроение и информационные системы.
М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. Вып. 1. С. 27–33.
4. Постановление Правительства Российской Федерации
от 26 декабря 2014 г. №1521 «Об утверждении
перечня национальных стандартов и свода
правил...».
5. ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила
обследования и мониторинга технического состояния».
6.
ФЦП «Глобальная навигационная система»
ГЛОНАСС 2001–2011, утверждена Постановлением
Правительства Российской Федерации 20 августа
2001 г. №587.
7. Вейцель В.А., Вейцель А.В. Радиоприемники спутниковых
систем определения координат. М.: Вузовская
книга, 2013.
8. Бойко С.М., Исаев А.В., Косякин С.В., Яскин
Ю.С. Навигационные модули аппаратуры
потребителей ГНСС // Ракетно-космическое
приборостроение и информационные системы.
М.: ФИЗМАТЛИТ, 2016. Вып. 3. С. 4–11.
9. Патент RU 2 551 805 H04B 1/00. Фридман А.Е.
2012131922.08. Способ многопараметрического слежения
за навигационными сигналами и приемник
спутниковой навигации с многопараметрическим
устройством слежения за слабыми сигналами
в условиях сверхвысокой динамики объектов.
10. Заявка на патент 2016135147 от 30.08.16. Способ
определения взаимного положения объектов по сигналам
глобальных навигационных спутниковых систем
АО «РКС».
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 3 вып. 4 2016
Стр.11