오늘날 위성 항법 서비스를 이용할 수 없는 사회 경제적 발전 영역을 찾기가 어렵습니다. GLONASS 기술의 가장 관련성이 높은 응용 분야는 해상 및 하천 항해, 항공 및 육상 운송을 포함한 운송 산업에 남아 있습니다. 동시에 전문가에 따르면 내비게이션 장비의 약 80%가 도로 운송에 사용됩니다.

지상 운송

위성 내비게이션의 주요 적용 분야 중 하나는 교통 모니터링입니다. 이 서비스는 산업, 건설, 운송 기업에 가장 중요합니다. GLONASS 시스템에서 신호를 수신하는 내비게이션 장비를 사용하면 차량의 위치를 ​​확인할 수 있으며, 측정 센서의 판독값을 통해 승객 운송의 안전과 상용차 운행의 편의성 및 최적화를 모두 보장하고 오용을 방지할 수 있습니다. 시스템 구현을 통해 차량 소유자는 4~6개월 내에 유지 관리 비용을 20~30% 줄일 수 있습니다.

위성 내비게이션을 기반으로 러시아에서 구현되는 기술 중 하나는 지능형 교통 시스템(ITS)입니다. 여기에는 위험하고 크고 무거운 화물의 운송 모니터링, 운전자의 작업 및 휴식 일정 모니터링, 여객 운송 관리 및 배차, 도시 운송 승객에게 알리는 작업이 포함됩니다.

지상 교통에서 위성 항법 서비스 사용의 효율성은 다음 기준에 따라 평가할 수 있습니다.

• 도로 사고 건수 감소, 교통 사고로 인한 사망 및 부상, 도로 사고 대응 시간 단축
• 이동 시간 단축, 대중교통의 매력 증대;
• 예산 자금 지출의 질을 향상시킵니다.

전문가들에 따르면, 지능형 교통 시스템의 도입으로 러시아의 GDP 성장률은 연간 4~5%에 달할 수 있습니다.

알타이, 크라스노다르, 크라스노야르스크, 스타브로폴, 하바롭스크 지역, 아스트라한, 벨고로드, 볼로그다, 칼루가, 쿠르간, 마가단, 모스크바, 니즈니노브고로드, 노보시비르스크, 펜자, 로스토프, 사마라의 시립 및 대중 교통에는 모니터링, 내비게이션 및 정보 기술이 장착되어 있습니다. GLONASS 시스템 서비스 기반, Saratov, Tambov, Tyumen 지역, 모스크바, Mordovia 공화국, Tatarstan, Chuvashia. 러시아 전체에서는 ITS 요소가 구현되어 100개 이상의 도시에서 효과적으로 운영되고 있습니다.

수색 및 구출

내비게이션 위성으로부터 신호를 수신하는 장비는 구급차 및 비상 상황 차량에 설치됩니다. 위성 데이터를 기반으로 한 좌표 시간 지원을 통해 의사와 구조대원 팀이 응급 현장에 더 빨리 도착하여 피해자에게 지원을 제공할 수 있습니다. GLONASS를 사용하여 소방관 그룹의 위치와 이동을 추적합니다.

인명 구조를 위해 글로벌 위성 내비게이션을 활용한 대표적인 사례 중 하나가 ERA-GLONASS 시스템(사고 발생 시 긴급 대응)입니다. 교통사고 사실을 파악하고 응답서버로 데이터를 전송하는 것이 주요 업무이다. 차량 충돌이 발생하면 차량에 설치된 내비게이션 및 통신 단말기가 자동으로 좌표를 파악하고, 모니터링 시스템의 서버센터와 연결해 셀룰러 통신 채널을 통해 사고 관련 데이터를 운영자에게 전송한다. 이러한 데이터를 통해 사고의 성격과 심각도를 판단하고 구급차의 즉각적인 대응을 수행할 수 있습니다. ERA-GLONASS를 통한 지구 항법 위성 시스템 데이터를 사용하면 도로 사고로 인한 부상으로 인한 사망률을 크게 줄일 수 있습니다.

인간의 생명을 구하기 위해 GLONASS를 적용하는 또 다른 영역은 글로벌 위성 항법과 COSPAS-SARSAT 국제 수색 및 구조 시스템의 결합입니다. 이 기능은 최신 세대 Glonass-K 항법 우주선에 제공됩니다. 이미 비행 테스트 단계에서 2012년 3월 Glonass-K 위성 11호는 이 시스템의 중계기를 통해 추락한 캐나다 헬리콥터에 대한 조난 신호를 전송했으며 덕분에 승무원이 구출되었습니다.

개인 내비게이션

GLONASS 내비게이션 수신기가 탑재된 칩셋은 스마트폰, 태블릿, 디지털 카메라, 피트니스 장치, 웨어러블 추적기, 노트북 컴퓨터, 내비게이터, 시계, 안경 및 기타 장치에 사용됩니다. 개인 내비게이션은 위성 내비게이션 기술의 주요 응용 분야가 되고 있습니다.

GNSS 기술의 사용은 완전히 새로운 스포츠와 야외 활동의 출현에 기여했습니다. 이에 대한 예는 위성 내비게이션 시스템을 사용하는 관광 게임인 지오캐싱입니다. 이 게임의 핵심은 게임의 다른 참가자가 숨긴 캐시를 찾는 것입니다. 위치정보 태그 지정의 또 다른 새로운 스포츠는 미리 결정된 위성 좌표를 사용하는 크로스컨트리 경주입니다.

GLONASS 기술 사용에 대한 유망한 영역은 장애인이나 어린이에게 지원을 제공하는 사회 시스템입니다. 시각 장애인은 음성 인터페이스가 포함된 내비게이션 장비를 사용하여 매장, 진료소 등으로 가는 길을 결정할 수 있습니다. 이러한 장치의 소유자는 위험이 발생하거나 건강이 급격히 악화되는 경우 패닉 버튼을 눌러 긴급 구조를 요청할 수 있습니다. 개인 위성 추적기는 부모가 온라인에서 자녀의 위치를 ​​추적하여 자녀의 안전을 모니터링하는 데 도움이 될 수 있습니다.

비행

항공 분야에서 내비게이션 수신기는 어려운 기상 조건에서 경로 탐색 및 착륙 접근 방식을 제공하는 온보드 항공 내비게이션 시스템에 통합되어 있습니다. 위성 항법은 장비가 없는 비행장에 소형 항공기의 착륙을 보장하는 데 매우 중요합니다. GLONASS 기반 항법 시스템은 헬리콥터 항법의 안전성을 높이고 무인 항공기의 항법 정확도를 높입니다.

수상 운송

러시아에서 해양/강 목적을 위한 GNSS 기술의 사용은 100%에 가까워지고 있습니다. 러시아 시장의 수용능력은 화물선, 여객선, 하천 및 해상 선박을 포함하여 18,560대의 수상 운송 단위로 추산됩니다. GLONASS 기술은 선박을 안내하고 어려운 조건(갑문, 항구, 운하, 해협, 얼음 조건)에서 조종할 때 항해, 내륙 수로 항해, 함대 모니터링 및 회계, 구조 작업에 사용됩니다.

아시아 태평양 지역에서 유럽으로의 상품 배송 시간을 크게 단축할 수 있는 북해 항로를 따른 교통량이 증가함에 따라 기후 조건이 극도로 가혹한 지역의 배송 강도가 증가합니다. 폭풍과 짙은 안개 상황에서는 위성 항법 없이는 선박 교통의 안전을 보장하기 어렵습니다.

측지학과 지도학

GLONASS 기술은 도시 및 토지 지적, 국토 개발 계획 및 관리, 지형도 업데이트에 사용됩니다. GLONASS 기술을 사용하면 지도 생성 및 업데이트 속도가 빨라지고 비용이 절감됩니다. 어떤 경우에는 값비싼 항공 사진이나 노동 집약적인 지형 측량이 필요하지 않습니다. 러시아 연방의 현재 GNSS 기반 측지 장비 시장 규모는 230만 대로 추산됩니다.

환경

과학계에서는 지구 관측 및 연구를 위해 내비게이션 데이터를 적극적으로 사용합니다. GLONASS는 지구 역학, 지구 좌표계 형성, 지구 모델 구축, 조수, 해류 및 해수면 측정, 시간 결정 및 동기화, 기름 유출 위치 파악 및 매립 등의 근본적인 문제를 해결하기 위해 설계된 방법 및 도구 개발을 촉진합니다. 유해 폐기물 처리 후 토지.

GLONASS 우주선의 항법 신호는 지진 과정 연구에서 중요한 역할을 합니다. 위성 데이터를 사용하면 지상 장비보다 지각판의 변위 과정을 더 정확하게 기록할 수 있습니다. 또한 항법 위성을 사용하여 기록된 전리층 교란은 과학자들에게 지각의 움직임에 접근하는 데이터를 제공합니다. 따라서 글로벌 위성 내비게이션을 사용하면 지진을 예측하고 지진이 인간에게 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다. GLONASS 기반 기술은 산악 지역의 눈사태 위험 지역에서 도로와 철도를 모니터링하는 데도 도움이 됩니다.

우주 탐색

우주 산업에서 GLONASS 기술은 발사체 추적, 우주선의 궤도 결정, 태양에 대한 우주선의 방향 결정, 미사일 방어 시스템의 정확한 관찰, 제어 및 표적 지정에 사용됩니다.

특히 다음 장비에는 GLONASS 또는 GLONASS/GPS 위성 항법 장비가 장착되어 있습니다: Proton-M 발사체, Soyuz 발사체, Breeze, Fregat, DM 상부 단계 및 Meteor-M 우주선., “Ionosphere” , "Canopus-ST", "Condor-E", "Bars-M", "Lomonosov"뿐만 아니라 발사체 및 로켓 연료 구성 요소를 운반하는 데 사용되는 철도 이동 단지도 있습니다.

우주 산업에서는 지구 원격 감지, 정찰, 매핑, 얼음 상태 모니터링, 비상 상황 및 지구 연구 분야의 문제를 해결할 때 우주선 궤도에 대한 고정밀 지식이 필요한 많은 프로젝트가 있습니다. 지오이드의 고정밀 동적 모델, 전리층과 대기의 고정밀 동적 모델을 구축합니다. 동시에 물체 위치에 대한 지식의 정확성은 수 센티미터 수준으로 요구되며, 우주선에 탑재된 수신기에서 GLONASS 시스템의 측정값을 처리하는 특별한 방법을 통해 이 문제를 성공적으로 해결할 수 있습니다.

건설

러시아에서는 GLONASS 기술이 건설 장비 모니터링, 도로 변위 모니터링, 선형 고정 물체의 변형 모니터링, 도로 건설 장비 제어 시스템에 사용됩니다.

위성 내비게이션 서비스는 석유 및 가스 파이프라인, 전력선을 설치할 때 지리적 개체의 위치를 ​​센티미터 정확도로 결정하고 건물 및 구조물 건설, 도로 건설 중 지형 매개변수를 명확히 하는 데 도움이 됩니다. 국내외 전문가들에 따르면 GLONASS를 사용하면 건축 및 지적 업무의 효율성이 30~40% 향상된다고 합니다.

GLONASS 서비스를 사용하면 복잡한 엔지니어링 구조의 상태와 댐, 교량, 터널, 산업 기업 및 원자력 발전소와 같은 잠재적으로 위험한 물체에 대한 정보를 신속하게 전송할 수 있습니다. 위성 모니터링의 도움으로 전문가는 이러한 구조물에 대한 추가 진단 및 수리의 필요성에 대한 시기적절한 정보를 받습니다.

통신 시스템

GLONASS는 주식, 통화 및 상품 거래에서 금전 거래를 임시로 기록하는 데 사용됩니다. 이체를 기록하는 지속적이고 정확한 방법과 이를 추적하는 능력은 은행 간 거래를 위한 국제 거래 시스템 운영의 기초입니다. 최대 규모의 투자 은행은 GLONASS를 사용하여 러시아 전역에 있는 각 부서의 컴퓨터 네트워크를 동기화합니다. 통합 MICEX-RTS 거래소는 GLONASS 시간 신호를 사용하여 거래 시 시세를 정확하게 기록합니다. 통신 인프라의 이익을 위해 사용되는 GLONASS 장비는 통신 네트워크 동기화 문제에 대한 솔루션을 제공합니다.

무기

GLONASS 시스템은 군대와 특수 사용자의 문제 해결 효율성을 위해 특히 중요합니다. 이 시스템은 고정밀 무기, 무인 항공기 사용, 부대 작전 지휘 및 통제의 효율성을 높이는 것을 포함하여 모든 유형 및 부대에 대한 좌표 시간 지원 문제를 해결하는 데 사용됩니다.

오랫동안 일반 사용자가 사용할 수 있는 유일한 시스템은 미국에서 개발된 지구 위치 확인 시스템인 GPS였습니다. 그러나 처음에는 민간 장치의 정확도가 군용 장치에 비해 낮았다는 점을 고려하더라도 탐색 및 자동차 좌표 추적에 충분했습니다.

그러나 소련은 오늘날 GLONASS로 알려진 자체 좌표 결정 시스템을 개발했습니다. 유사한 작동 원리(위성 신호 간의 시간 간격 계산이 사용됨)에도 불구하고 GLONASS는 개발 ​​조건과 실제 구현으로 인해 GPS와 심각한 실질적인 차이가 있습니다.

• GLONASS는 북부 지역에서 더 정확합니다.. 이는 소련과 이후 러시아의 중요한 군사 그룹이 정확히 국가 북쪽에 위치했다는 사실로 설명됩니다. 따라서 GLONASS의 메커니즘은 이러한 조건에서의 정확성을 고려하여 계산되었습니다.
• GLONASS 시스템의 중단 없는 작동을 위해교정 스테이션이 필요하지 않습니다.. 위성이 지구에 대해 고정되어 있는 GPS의 정확성을 보장하려면 불가피한 편차를 모니터링하기 위한 정지궤도 관측소 체인이 필요합니다. 결과적으로 GLONASS 위성은 지구를 기준으로 이동하므로 처음에는 좌표 수정 문제가 없습니다.

민간용으로는 이 차이가 눈에 띕니다. 예를 들어, 10년 전 스웨덴에서는 이미 존재하는 GPS 장비가 많음에도 불구하고 GLONASS가 활발하게 사용되었습니다. 이 국가 영토의 상당 부분은 러시아 북부의 위도에 있으며 이러한 조건에서 GLONASS의 장점은 분명합니다. 수평선에 대한 위성의 기울기가 낮을수록 좌표와 이동 속도를 더 정확하게 계산할 수 있습니다. 신호 사이의 시간 간격(네비게이터 장비에 의해 설정됨)을 추정하는 데 있어 동일한 정확도를 가지고 있습니다.

그렇다면 어느 것이 더 낫습니까?

이 질문에 대한 정답을 얻으려면 현대 텔레매틱스 시스템 시장을 평가하는 것으로 충분합니다. 내비게이션 또는 보안 시스템에서 GPS 및 GLONASS 위성에 대한 연결을 동시에 사용하면 세 가지 주요 이점을 얻을 수 있습니다.

• 높은 명중률. 현재 데이터를 분석하는 시스템은 사용 가능한 데이터 중 가장 정확한 데이터를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 모스크바 위도에서는 이제 GPS가 최대 정확도를 제공하는 반면, 무르만스크에서는 GLONASS가 이 매개변수의 선두주자가 될 것입니다.
• 최대의 신뢰성. 두 시스템 모두 서로 다른 채널에서 작동하므로 GPS 범위(보다 일반적인 시스템에서와 같이)에서 외부인의 고의적인 재밍이나 간섭에 직면할 때 시스템은 GLONASS 네트워크를 통해 위치 정보를 제공하는 기능을 유지합니다.
• 독립. GPS와 GLONASS는 모두 원래 군용 시스템이므로 사용자는 네트워크 중 하나에 액세스하지 못할 수 있습니다. 이를 위해 개발자는 통신 프로토콜 구현에 소프트웨어 제한 사항을 도입하기만 하면 됩니다. 러시아 소비자의 경우 GLONASS는 어느 정도 GPS를 사용할 수 없는 경우 백업 작업 방법이 됩니다.

이것이 바로 우리가 제공하는 Caesar 위성 시스템이 모든 수정에서 셀룰러 기지국을 통한 좌표 추적으로 보완되는 이중 위치 정보를 사용하는 이유입니다.

진정으로 신뢰할 수 있는 위치정보가 작동하는 방식

Cesar Tracker A를 예로 들어 안정적인 GPS/GLONASS 추적 시스템의 작동을 살펴보겠습니다.

시스템은 절전 모드에 있으며 셀룰러 네트워크로 데이터를 전송하지 않고 GPS 및 GLONASS 수신기가 꺼집니다. 이는 내장 배터리의 가능한 최대 자원을 각각 절약하여 차량을 보호하는 시스템의 자율성을 최대화하는 데 필요합니다. 대부분의 경우 배터리는 2년 동안 지속됩니다. 예를 들어 자동차를 도난당한 경우와 같이 자동차를 찾아야 하는 경우 Caesar Satellite 보안 센터에 문의해야 합니다. 직원들은 시스템을 활성 상태로 전환하고 차량 위치에 대한 데이터를 받습니다.

활성 모드로 전환하는 동안 세 가지 독립적인 프로세스가 동시에 발생합니다.

• GPS 수신기가 트리거되어 위치 정보 프로그램을 사용하여 좌표를 분석합니다. 주어진 시간 내에 3개 미만의 위성이 감지되면 시스템을 사용할 수 없는 것으로 간주됩니다. 좌표는 비슷한 방식으로 GLONASS 채널을 사용하여 결정됩니다.
• 추적기는 두 시스템의 데이터를 비교합니다. 각각에서 충분한 수의 위성이 감지되면 추적기는 더 신뢰할 수 있고 정확하다고 생각되는 데이터를 선택합니다. 이는 전파 방해 또는 GPS 신호 대체와 같은 적극적인 전자 대책의 경우 특히 그렇습니다.
• GSM 모듈은 LBS(셀룰러 기지국)를 통해 위치 정보 데이터를 처리합니다. 이 방법은 정확도가 가장 낮은 것으로 간주되며 GPS와 GLONASS를 모두 사용할 수 없는 경우에만 사용됩니다.

따라서 최신 추적 시스템은 3개의 위치 확인 시스템을 별도로 사용하여 3배의 신뢰성을 갖습니다. 그러나 당연히 최대 정확도를 보장하는 것은 추적기 설계의 GPS/GLONASS 지원입니다.

모니터링 시스템에 적용

비콘과 달리 상용차에 사용되는 모니터링 시스템은 차량의 위치와 현재 속도를 지속적으로 모니터링합니다. 이 애플리케이션을 사용하면 듀얼 GPS/GLONASS 위치 확인의 장점이 더욱 완벽하게 드러납니다. 시스템 복제를 통해 다음이 가능합니다.

• GPS 또는 GLONASS의 신호 수신에 단기적인 문제가 있는 경우 모니터링을 지원합니다.
• 비행 방향에 관계없이 높은 정확도를 유지합니다. CS Logistic GLONASS PRO와 같은 시스템을 사용하면 Chukotka에서 Rostov-on-Don까지의 항공편을 자신있게 운항하면서 전체 경로에 걸쳐 운송에 대한 완전한 통제권을 유지할 수 있습니다.
• 상업용 차량이 열리거나 도난당하는 것을 방지합니다. Caesar Satellite 서버는 차량의 시간과 정확한 위치에 대한 실시간 정보를 수신합니다.
• 납치범에 효과적으로 대응합니다. 시스템은 서버와의 통신 채널이 전혀 불가능하더라도 가능한 최대 데이터 양을 내부 메모리에 저장합니다. 전파 방해가 조금만 중단되면 정보가 전송되기 시작합니다.

GPS/GLONASS 시스템을 선택하면 지리 위치 확인 방법 중 하나만 사용하는 시스템에 비해 최고의 서비스와 보안 기능을 제공할 수 있습니다.

위성 항법 시스템 GLONASS 및 GPS. 1 부

E. 포발랴예프, S. 쿠토르노이

위성 항법 시스템 GLONASS 및 GPS. 1 부

우리는 위성 무선 항법 시스템인 Glonass(지구 항법 위성 시스템) 및 GPS(Global Positioning System)에 관한 일련의 기사를 여러분께 알려드립니다. 시리즈의 첫 번째 기사에서는 시스템의 구성 및 운영, 소비자 장비(수신기)의 구조 및 기능, 내비게이션 문제 해결을 위한 알고리즘 및 시스템 개발 전망에 대해 논의합니다.

고대부터 여행자들은 지구상에서 자신의 위치를 ​​​​결정하는 방법에 대해 궁금해했습니다. 고대 항해사는 이동 방향을 나타내는 별의 안내를 받았습니다. 평균 속도와 이동 시간을 알면 우주를 탐색하고 최종 목적지까지의 거리를 결정할 수 있었습니다. 하지만 기상 조건이 항상 연구자에게 유리한 것은 아니었기 때문에 코스를 놓치는 것은 어렵지 않았습니다. 나침반의 출현으로 작업이 훨씬 쉬워졌습니다. 여행자는 이미 날씨에 덜 의존했습니다.

라디오 시대는 사람들에게 새로운 기회를 열어주었습니다. 레이더 스테이션의 출현으로 표면에서 반사된 레이더 빔으로부터 물체의 동작 매개변수와 상대 위치를 측정하는 것이 가능해졌을 때 방출된 신호에서 물체의 동작 매개변수를 측정할 수 있는 가능성에 대한 의문이 생겼습니다. 1957년 소련에서 V.A. Kotelnikova는 인공지구위성(AES)에서 방출되는 신호의 도플러 주파수 편이 측정 결과를 기반으로 인공지구위성(AES)의 운동 매개변수를 결정할 수 있는 가능성을 실험적으로 확인했습니다. 그러나 가장 중요한 것은 역 문제를 해결할 가능성이 확립되었다는 것입니다. 즉, 이 위성의 동작 매개변수와 좌표가 알려진 경우 위성에서 방출되는 신호의 측정된 도플러 이동에서 수신기의 좌표를 찾는 것입니다. 궤도에서 이동할 때 위성은 특정 주파수의 신호를 방출하며 그 공칭 값은 수신 측(소비자)에 알려져 있습니다. 각 순간의 위성 위치는 알려져 있으며, 보다 정확하게는 위성 신호에 포함된 정보를 기반으로 계산할 수 있습니다. 자신에게 도달하는 신호의 주파수를 측정하는 사용자는 이를 기준 신호와 비교하여 위성의 움직임으로 인한 도플러 주파수 편이를 계산합니다. 지속적으로 측정이 이루어지므로 일종의 도플러 주파수 변경 기능을 생성할 수 있습니다. 특정 시점에서 주파수는 0이 된 후 부호가 변경됩니다. 도플러 주파수가 0인 순간 소비자는 위성 모션 벡터에 수직인 선 위에 있습니다. 소비자와 위성 사이의 거리에 대한 도플러 주파수 곡선의 기울기 의존성을 이용하고 도플러 주파수가 0이 되는 순간을 측정하면 소비자의 좌표를 계산할 수 있습니다.

따라서 인공지구위성은 위성의 궤도 이동에 따라 좌표가 시간에 따라 변하는 무선 항법 기준국이 되지만 위성의 항법 신호에 포함된 천문력 정보 덕분에 언제든지 미리 계산할 수 있습니다.

1958~1959년 Leningrad Air Force Engineering Academy(LVVIA)의 이름을 딴 것입니다. A.F. Mozhaisky, 소련 과학 아카데미 이론 천문학 연구소, 소련 과학 아카데미 전기 기계 연구소, 두 개의 해양 연구소 및 Gorky 과학 물리 과학 연구소는 "스푸트니크"라는 주제에 대한 연구를 수행했습니다. 국내 최초 저궤도 항법위성 시스템 '매미' 구축의 기반 그리고 1963년에 이 시스템을 구축하기 위한 작업이 시작되었습니다. 1967년 국내 최초의 항법위성 코스모스 192호가 궤도에 발사됐다. 1세대 무선 항법 위성 시스템의 특징은 저궤도 위성을 사용하고 현재 가시적인 위성의 신호를 사용하여 물체의 항법 매개 변수를 측정하는 것입니다. 그 후, "Cicada" 시스템의 위성에는 조난 중인 물체를 탐지하기 위한 수신 장비가 장착되었습니다.

이와 병행하여 미국 존스홉킨스대학교 응용물리학연구소에서는 소련이 최초의 인공지구위성을 성공적으로 발사한 후 방출되는 신호의 매개변수를 측정할 수 있는 가능성과 관련된 작업이 진행되고 있습니다. 위성으로. 측정값을 기반으로 지상 관측점에 대한 위성 운동 매개변수가 계산됩니다. 역 문제를 해결하는 것은 시간 문제입니다.

이러한 연구를 바탕으로 1세대 도플러 위성 무선 항법 시스템인 "Transit"이 1964년 미국에서 탄생했습니다. 주요 목적은 잠수함에서 폴라리스 탄도 미사일을 발사하기 위한 항법 지원입니다. 응용 물리학 연구소의 R. Kershner 소장은 이 시스템의 아버지로 간주됩니다. 이 시스템은 1967년에 상업적으로 사용 가능해졌습니다. Cicada 시스템과 마찬가지로 Transit 시스템에서도 소스 좌표는 7개의 가시 위성 중 하나에서 나오는 신호의 도플러 주파수 편이로부터 계산됩니다. 위성 시스템은 지구 표면 위의 고도가 ~ 1100km인 원형 극 궤도를 가지며, 통과 위성의 궤도 주기는 107분입니다. 1세대 시스템에서 소스 좌표를 계산하는 정확도는 소스 속도를 결정하는 오류에 크게 좌우됩니다. 따라서 물체의 속도가 0.5m의 오류로 결정되면 결과적으로 ~ 500m의 좌표를 결정하는 데 오류가 발생하고 정지 물체의 경우 이 값은 50m로 감소합니다.

또한 이러한 시스템에서는 지속적인 작동이 불가능합니다. 시스템이 저궤도이기 때문에 위성이 소비자의 시야에 있는 시간은 1시간을 초과하지 않습니다. 또한 소비자의 가시 영역에서 다양한 위성이 통과하는 사이의 시간은 사용자가 위치한 지리적 위도에 따라 다르며 범위는 35~90분입니다. 모든 위성이 동일한 주파수로 신호를 방출하기 때문에 위성 수를 늘려 이 간격을 줄이는 것은 불가능합니다.

결과적으로, 2세대 위성 내비게이션 시스템에는 여러 가지 중요한 단점이 있습니다. 우선, 동적 객체의 좌표를 결정하는 정확도가 부족합니다. 또 다른 단점은 측정의 연속성이 부족하다는 것입니다.

여러 위성에 대한 내비게이션 정의를 제공하는 위성 시스템을 생성할 때 발생하는 주요 문제 중 하나는 필요한 정확도로 위성 신호(시간 척도)를 상호 동기화하는 것입니다. 위성 기준 발진기가 10ns만큼 불일치하면 10-15m의 소비자 좌표를 결정할 때 오류가 발생합니다. 고궤도 위성 항법 시스템을 만들 때 개발자가 직면한 두 번째 문제는 위성 궤도 매개변수의 고정밀 결정 및 예측이었습니다. 다양한 위성의 신호 지연을 측정하는 수신기 장비는 소비자의 좌표를 계산합니다.

이러한 목적을 위해 1967년 미 해군은 TIMATION-I 위성을 발사하는 프로그램을 개발했고, 1969년에는 TIMATION-II 위성을 발사했습니다. 이 위성에는 수정 발진기가 사용되었습니다. 동시에 미 공군은 광대역 PRN(의사 잡음 코드) 변조 신호를 사용하는 프로그램을 동시에 추진하고 있었습니다. 이러한 코드의 상관 특성으로 인해 모든 위성에 대해 하나의 신호 주파수를 사용할 수 있으며, 다른 위성의 신호는 코드로 분리됩니다. 이후 1973년에 두 프로그램이 "Navstar-GPS"라는 하나의 공통 프로그램으로 통합되었습니다. 1996년에 시스템 구축이 완료되었습니다. 현재 사용 가능한 활성 위성은 28개입니다.

소련에서는 1982년 Cosmos-1413 위성 발사와 함께 고궤도 위성 항법 시스템 Glonass의 비행 테스트가 시작되었습니다. 시스템 전체와 우주 부문의 주요 개발자이자 제작자는 NPO Applied Mechanics(Krasnoyarsk)이고 항법 우주선의 경우 PO Polet(Omsk)입니다. 무선 엔지니어링 단지의 주요 개발자는 RNIIKP입니다. 러시아 무선 항법 및 시간 연구소(Russian Institute of Radio Navigation and Time)는 소비자를 위한 임시 단지, 동기화 시스템 및 항법 장비 생성을 담당하는 기관으로 지정되었습니다.

네트워크 무선 항법 위성 시스템(RNSS) Glonass

Glonass 시스템은 표면 이동 물체의 전역 작동 탐색을 위해 설계되었습니다. SRNSS는 국방부의 명령으로 개발되었습니다. 구조상 Glonass는 GPS와 마찬가지로 이중 동작 시스템으로 간주됩니다. 즉, 군사 및 민간 목적으로 모두 사용할 수 있습니다.

시스템은 전체적으로 세 가지 기능적 부분을 포함합니다(전문 문헌에서는 이 부분을 세그먼트라고 함)(그림 1).

그림 1. 고궤도 항법 시스템 Glonass 및 GPS의 세그먼트

• 인공 지구 위성(즉, 항법 우주선)의 궤도 별자리를 포함하는 우주 부문;
• 제어 세그먼트, 우주선의 궤도 별자리에 대한 지상 제어 단지(GCU);
• 시스템 사용자 장비.

이 세 부분 중 마지막 부분인 사용자 장비가 가장 많습니다. Glonass 시스템은 요청이 없으므로 시스템 사용자 수는 중요하지 않습니다. 주요 기능인 내비게이션 정의 외에도 시스템은 원격 지상 물체 및 상호 측지 기준에서 주파수 및 시간 표준의 고정밀 상호 동기화를 허용합니다. 또한 내비게이션 위성 신호 수신기 4개에서 얻은 측정값을 기반으로 물체의 방향을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.

Glonass 시스템에서는 ~19,100km 고도의 원형 정지 궤도를 회전하는 항법 우주선(NSV)이 무선 항법 기준국으로 사용됩니다(그림 2). 위성의 지구 주위 공전 주기는 평균 11시간 45분입니다. 위성의 작동 시간은 5년이며, 이 기간 동안 궤도 매개변수는 공칭 값과 5% 이상 차이가 나서는 안 됩니다. 위성 자체는 직경 1.35m, 길이 7.84m의 밀폐형 컨테이너로, 내부에는 다양한 장비가 배치된다. 모든 시스템은 태양광 패널로 구동됩니다. 위성의 총 질량은 1415kg입니다. 온보드 장비에는 온보드 내비게이션 송신기, 크로나이저(시계), 온보드 제어 장치, 방향 및 안정화 시스템 등이 포함됩니다.

그림 2. GLONASS 및 GPS 시스템의 우주 부문

그림 3. Glonass 시스템의 지상 제어 단지 부분

그림 4. GPS 시스템의 지상 제어 단지 부분

GLONASS 시스템의 지상 제어 복합 세그먼트는 다음 기능을 수행합니다.

• 천체력 및 시간-주파수 지원;
• 무선 항법 분야 모니터링;
• 위성의 무선 원격 모니터링;
• 위성의 명령 및 프로그램 무선 제어.

다양한 위성의 시간 척도를 필요한 정확도로 동기화하기 위해 위성에는 상대적으로 불안정한 10-13 정도의 세슘 주파수 표준이 사용됩니다. 지상 제어 단지는 상대 불안정성이 10-14인 수소 표준을 사용합니다. 또한 NKU에는 3~5ns의 오류로 기준 스케일을 기준으로 위성 시간 스케일을 수정하는 수단이 포함되어 있습니다.

지상 세그먼트는 위성에 천문력 지원을 제공합니다. 이는 위성 운동 매개변수가 지상에서 결정되고 이러한 매개변수의 값이 미리 결정된 기간 동안 예측된다는 것을 의미합니다. 매개변수와 해당 예측은 내비게이션 신호 전송과 함께 위성이 전송하는 내비게이션 메시지에 포함됩니다. 여기에는 시스템 시간을 기준으로 위성 탑재 시간 척도의 시간-주파수 수정도 포함됩니다. 위성의 운동 매개변수에 대한 측정 및 예측은 위성까지의 거리와 반경 속도에 대한 궤적 측정 결과를 기반으로 시스템의 탄도 센터에서 수행됩니다.

네트워크 무선 항법 위성 시스템 GPS

미국 GPS 시스템은 기능면에서 국내 Glonass 시스템과 유사합니다. 주요 목적은 소비자 좌표, 속도 벡터의 구성 요소 및 시스템 시간 척도에 대한 바인딩을 고정밀로 결정하는 것입니다. 국내 시스템과 유사하게 GPS 시스템은 미국 국방부를 위해 개발되어 관리되고 있다. 인터페이스 제어 문서에 따르면 시스템의 주요 개발자는 다음과 같습니다.

• 우주 부문 - Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division;
• 관리 부문 - IBM, Federal System Company;
• 소비자 부문별 - Rockwell International, Collins Avio-nics & Communication Division.

Glonass 시스템과 마찬가지로 GPS는 우주 부문, 지상 기반 명령 및 측정 단지, 소비자 부문으로 구성됩니다.

위에서 언급했듯이 GPS 궤도 별자리는 28개의 항법 우주선으로 구성됩니다. 그들 모두는 12시간에 해당하는 지구 주위의 공전 주기를 갖는 원형 궤도에 있습니다. 각 위성의 궤도 고도는 ~20,000km입니다. GPS 시스템 위성은 전반적인 성능에 영향을 미치는 여러 가지 개선을 거쳤습니다. 테이블에 1은 시스템에 사용되는 우주선의 간략한 특성을 보여준다.

표 1. GPS 시스템에 사용되는 우주선의 특성

위성 유형	궤도의 질량	에너지 원의 힘, W	활동 기간 추정	첫 번째 위성이 발사된 해
블록아이	525	440	-	1978
블록-II	844	710	5	1989
블록-IIR	1094	1250	7,5	1997
블록-IIF	-	-	14–15	2001–2002

표 2. GLONASS와 GPS 시스템의 비교 특성

색인	글로나스	GPS
완전한 궤도 별자리의 우주선 수	24	24
궤도면의 수	3	6
각 비행기의 우주선 수	8	4
궤도 경사	64.8°	55°
궤도 고도, km	19 130	20 180
위성 궤도 주기	11시간 15분 44초	11시간 58분 00초
좌표계	PZ-90	WGS-84
항법 우주선의 질량, kg	1450	1055
태양광 패널 전력, W	1250	450
활동 기간, 년	3	7,5
우주선을 궤도에 발사하는 수단	"프로톤-K/DM"	델타 2
발사당 발사된 우주선의 수	3	1
우주선 기지	바이코누르(카자흐스탄)	케이프커내버럴
참고시간	UTC(SU)	UTC(아니요)
액세스 방법	FDMA	CDMA
캐리어 주파수: L1 L2	1598,0625-1604,25 7/9 L1	1575,42 60/77 L1
양극화	오른 손잡이	오른 손잡이
의사 잡음 시퀀스 유형	m-시퀀스	골드 코드
코드 요소 수: C/A 피	511 51 1000	1023 2.35x1014
인코딩 속도, Mbit/s: C/A 피	0,511 5,11	1,023 10,23
시스템 내 무선 간섭 수준, dB	-48	-21,6
탐색 메시지 구조
전송 속도, 비트/초	50	50
변조 유형	BPSK (맨체스터)	BPSK NRZ
슈퍼프레임 길이, 최소	2.5(5프레임)	12.5(25프레임)
프레임 길이, s	30(15줄)	30(5줄)
라인 길이, s	2	6

일반적인 시스템, 특히 위성을 설계할 때 자율 작동 문제에 많은 주의를 기울입니다. 따라서 1세대 우주선(Block-I)은 3~4일 동안 제어 부문의 개입 없이 시스템의 정상적인 작동(좌표 결정에 심각한 오류가 없음을 의미)을 보장했습니다. Block-II 장치에서는 이 기간이 14일로 늘어났습니다. NKA의 새로운 수정본에서 Block-IIR은 자율 위성 상호 동기화 단지만 사용하여 지상에서 궤도 매개변수를 조정하지 않고도 180일 동안 자율 작동을 허용합니다. Block-IIF 장치는 사용한 Block-IIR을 교체하는 데 사용됩니다.

Glonass 시스템의 내비게이션 무선 신호 구조

Glonass 시스템은 각 위성에서 방출되는 주파수 분할 MA(FDMA) 신호(2개의 위상 편이 변조 신호)를 사용합니다. 첫 번째 신호의 주파수는 L1 ~ 1600MHz 범위에 있고 두 번째 신호의 주파수는 L2 ~ 1250MHz 범위에 있습니다. L1 및 L2 대역에서 전송되는 무선 신호의 작동 주파수의 공칭 값은 다음 식에 의해 결정됩니다.

에프 k1 = 에프 1 + kD 에프 1
f k2 = f 2 + kD f 2 k = 0.1,...,24, (1)

여기서 k = 0,1,...,24 - 위성 작동 주파수의 문자(채널) 수

f1 = 1602MHz; D f 1 = 9/16 = 0.5625MHz;
f 2 = 1246MHz; D f 2 = 7/16 = 0.4375MHz.

각 위성에 대해 L1 및 L2 범위 신호의 작동 주파수는 일관성이 있으며 하나의 주파수 표준으로 구성됩니다. 각 위성의 작동 반송파 주파수 비율은 다음과 같습니다.

Dfk1 / Dfk2 = 7/9.

지구 표면에 있는 관찰자의 관점에서 볼 때 내장 발전기의 공칭 주파수 값은 5.0MHz입니다.

L1 범위에서 Glonass 시스템의 각 위성은 동일한 주파수에서 2개의 반송파를 방출하며 서로 위상이 90°만큼 이동됩니다(그림 5).

그림 5. GLONASS 및 GPS 시스템의 반송파 신호 벡터 다이어그램

캐리어 중 하나가 180° 위상 편이 키잉을 거칩니다. 변조 신호는 모듈로 2 3개의 이진 신호를 추가하여 얻습니다(그림 6).

• 511 Kbit/s의 속도로 전송되는 대략적인 거리 측정기 코드(그림 6c)
• 50비트/초의 속도로 전송되는 네비게이션 데이터 시퀀스(그림 6a)
• 100bit/s의 속도로 전송되는 구불구불한 진동(그림 6b).

그림 6. GLONASS 신호 구조

L1 범위의 신호(GPS의 C/A 코드와 유사)는 우주선의 가시 범위에 있는 모든 소비자가 사용할 수 있습니다. L2 대역의 신호는 군사용으로 사용되며 그 구조는 공개되지 않습니다.

Glonass 시스템 위성의 내비게이션 메시지 구성 및 구조

내비게이션 메시지는 연속적으로 이어지는 라인의 형태로 구성되며 각 라인은 2초 동안 지속됩니다. 줄의 첫 번째 부분(1.7초 간격)에는 탐색 데이터가 포함되고 두 번째 부분(0.3초)에는 타임 스탬프가 포함됩니다. 이는 100bps의 클록 주파수를 갖는 30자로 구성된 단축된 의사 무작위 시퀀스입니다.

Glonass 시스템 위성의 내비게이션 메시지는 소비자가 내비게이션 결정 및 위성과의 통신 세션 계획을 위해 필요합니다. 내비게이션 메시지는 내용에 따라 작동 정보와 비작동 정보로 구분됩니다.

작동 정보는 신호를 수신한 위성을 나타냅니다. 운영 정보에는 다음이 포함됩니다.

• 타임 스탬프의 디지털화;
• 위성 반송파 주파수와 공칭 값 사이의 상대적인 차이;
• 천문력 정보.

하루의 시작부터 30분의 다중성을 갖는 천체력 정보 및 시간-주파수 수정의 타이밍을 통해 위성의 지리적 좌표와 속도를 정확하게 결정할 수 있습니다.

비작동 정보에는 다음을 포함한 연감이 포함됩니다.

• 시스템의 모든 위성 상태에 대한 데이터
• 시스템 규모에 대한 위성 시간 규모의 이동;
• 시스템에 있는 모든 위성의 궤도 매개변수;
• Glonass 시스템 시간 척도로 수정되었습니다.

우주선의 최적의 "성상" 선택과 반송파 주파수의 도플러 이동 예측은 시스템 연감을 분석하여 보장됩니다.

Glonass 시스템 위성의 내비게이션 메시지는 2.5분 길이의 슈퍼프레임 형태로 구성됩니다. 슈퍼프레임은 지속 시간이 30초인 5개의 프레임으로 구성됩니다. 각 프레임에는 지속 시간이 2초인 15개의 라인이 포함되어 있습니다. 2초 라인 기간 중 마지막 0.3초는 타임스탬프가 차지합니다. 나머지 줄에는 50Hz의 주파수로 전송되는 85자의 디지털 정보가 포함되어 있습니다.

각 프레임에는 전체 운영 정보와 시스템 연감의 일부가 포함됩니다. 전체 연감은 전체 슈퍼프레임에 포함되어 있습니다. 이 경우 1~4행에 포함된 슈퍼프레임 정보는 해당 위성(운영 부분)을 참조하며 슈퍼프레임 내에서는 변경되지 않습니다.

GPS 시스템의 항법 무선 신호 구조

GPS 시스템은 코드 분할 MA(CDMA)를 사용하므로 모든 위성은 동일한 주파수로 신호를 방출합니다. 각 GPS 위성은 두 개의 위상 편이 키 신호를 방출합니다. 첫 번째 신호의 주파수는 L1 = 1575.42MHz이고 두 번째 신호는 L2 = 1227.6MHz입니다. L1 반송파 주파수 신호는 두 개의 이진 시퀀스로 변조되며, 각 시퀀스는 50비트/초의 속도로 생성된 거리 측정기 코드와 전송된 시스템 및 내비게이션 데이터를 모듈로 2로 합산하여 구성됩니다. L1 주파수에서는 두 개의 직교 성분이 이상적으로 조작된 이진 시퀀스로 전송됩니다. 첫 번째 시퀀스는 정확한 거리계 코드 P 또는 분류된 코드 Y와 내비게이션 데이터의 모듈로 2 합입니다. 두 번째 시퀀스도 대략적인 C/A(개방) 코드와 동일한 탐색 데이터 시퀀스의 모듈로 2 합입니다.

L2 무선 신호는 이전에 논의된 두 시퀀스 중 하나만으로 이상적으로 조작됩니다. 변조 시퀀스의 선택은 지구로부터의 명령에 의해 수행됩니다.

각 위성은 위성 신호를 분리할 수 있는 고유한 거리계 코드 C/A 및 P(Y)를 사용합니다. 정확한 레인징 P(Y) 코드를 형성하는 과정에서 위성 신호의 타임스탬프가 동시에 형성됩니다.

GPS 위성의 내비게이션 메시지 구성 및 구조

GPS 위성의 항법 정보는 슈퍼프레임, 프레임, 서브프레임, 워드로 구조적으로 구분됩니다. 슈퍼프레임은 25개의 프레임으로 구성되며 750초(12.5분)가 소요됩니다. 하나의 프레임은 30초 이내에 전송되며 크기는 1500비트이다. 프레임은 각각 300비트의 5개 서브프레임으로 분할되어 6초 간격으로 전송됩니다. 각 서브프레임의 시작은 다음 6초 GPS 시스템 시간 간격의 시작/끝에 해당하는 타임스탬프를 나타냅니다. 서브프레임은 10개의 30비트 워드로 구성됩니다. 각 단어에서 최하위 6비트는 검사 비트입니다.

1번째, 2번째, 3번째 서브프레임에서는 통신이 설정된 우주선의 클럭 보정 매개변수에 대한 데이터와 천문력 데이터가 전송됩니다. 이러한 서브프레임의 내용과 구조는 슈퍼프레임의 모든 페이지에서 동일하게 유지됩니다. 4번째 및 5번째 서브프레임에는 시스템에 있는 모든 우주선의 구성 및 상태, 우주선 연감, 특수 메시지, GPS 시간과 UTC의 관계를 설명하는 매개변수 등에 대한 정보가 포함됩니다.

위성 무선 항법 신호의 매개변수를 수신하고 측정하는 알고리즘

GPS 및 GLONASS 시스템의 소비자 부문에는 위성 신호 수신기가 포함됩니다. 이러한 신호의 매개변수를 측정하면 탐색 문제가 해결됩니다. 수신기는 세 가지 기능적 부분으로 나눌 수 있습니다.

• 무선 주파수 부분;
• 디지털 상관기;
• CPU.

안테나 피더 장치 (안테나)의 출력에서 ​​신호는 무선 주파수 부분으로 이동합니다 (그림 7). 이 부분의 주요 임무는 입력 신호 증폭, 필터링, 주파수 변환 및 아날로그-디지털 변환입니다. 또한 수신기의 디지털 부분에 대한 클록 주파수는 수신기의 무선 주파수 부분에서 나옵니다. 무선 주파수 부분의 출력에서 ​​입력 신호의 디지털 샘플이 디지털 상관기의 입력으로 공급됩니다.

그림 7. 일반화된 수신기 구조

상관기에서 신호 스펙트럼은 "0" 주파수로 전송됩니다. 이는 상관기 입력 신호에 동위상 및 직교 채널의 기준 고조파 진동을 곱하여 수행됩니다. 다음으로, 곱셈 결과는 기준 거리계 코드와 곱셈과 거리계 코드 주기에 걸쳐 누적되어 상관 처리를 거친다. 결과적으로 상관 적분 I 및 Q를 얻습니다. 상관 적분의 판독값은 PLL(위상 고정 루프) 및 DLL(지연 추적 회로) 루프의 추가 처리 및 종료를 위해 프로세서로 전송됩니다. 수신기의 신호 매개변수 측정은 입력 신호에서 직접 수행되는 것이 아니라 위상-위상 및 CVD 시스템에서 생성된 정확한 복사본을 통해 수행됩니다. 상관 적분 I 및 Q를 사용하면 기준 신호와 입력 신호의 "유사성"(상관) 정도를 평가할 수 있습니다. I 및 Q 적분을 형성하는 것 외에도 상관기의 임무는 프로세서에서 나오는 제어 동작(제어 코드)에 따라 참조 신호를 형성하는 것입니다. 또한 일부 수신기에서는 상관기가 기준 신호의 필요한 측정값을 생성하고 추가 처리를 위해 이를 프로세서로 전송합니다. 동시에 상관기의 참조 신호는 프로세서에서 나오는 제어 코드를 사용하여 형성되므로 참조 신호의 필요한 측정은 프로세서에서 직접 수행될 수 있으며 그에 따라 제어 코드를 처리할 수 있습니다. 현대 수신기.

상관기(프로세서)는 어떤 신호 매개변수를 측정합니까?

무선 엔지니어링 측정의 범위는 측정 대상에서 측정 지점까지의 신호 전파 시간으로 특징 지어집니다. GPS/GLONASS 내비게이션 시스템에서 신호 방출은 시스템 시간 척도, 더 정확하게는 이 신호를 방출하는 위성의 시간 척도와 동기화됩니다. 동시에 소비자는 위성의 시간 척도와 시스템 간의 불일치에 대한 정보를 가지고 있습니다. 위성에서 전송되는 디지털 정보를 사용하면 위성이 시스템 시간에 특정 신호 조각(타임 스탬프)을 방출하는 순간을 설정할 수 있습니다. 이 조각을 수신하는 순간은 수신자의 시간 규모에 따라 결정됩니다. 수신기(소비자)의 시간 척도는 석영 주파수 표준을 사용하여 형성되므로 시스템 시간 척도에 비해 수신기 시간 척도가 지속적으로 "이동"합니다. 수신기의 시간 단위로 측정된 신호 조각의 수신 순간과 위성의 단위로 측정된 위성 방출 순간의 차이에 빛의 속도를 곱한 값을 의사 거리라고 합니다. 왜 의사거리인가? 빛의 속도와 시스템의 시간 척도에 대한 수신기 시간 척도의 "이동"을 곱한 만큼 실제 범위와 다르기 때문입니다. 탐색 문제를 해결할 때 이 매개변수는 소비자(수신자)의 좌표와 함께 결정됩니다.

상관기에 형성된 상관 적분을 통해 정보 기호로 위성 신호의 변조를 추적하고 입력 신호의 타임 스탬프를 계산할 수 있습니다. 타임스탬프는 GPS의 경우 6초, GLONASS의 경우 2초 간격으로 표시되며 일종의 6(2)초 척도를 형성합니다. 이 눈금의 한 부분 내에서 거리계 코드의 기간은 1ms 눈금을 형성합니다. 1밀리초는 차례로 개별 요소(GPS 용어로 칩)로 나뉩니다. GPS의 경우 - 1023, GLONASS - 511입니다. 따라서 거리 측정기 코드의 요소를 사용하면 오류가 있는 위성까지의 범위를 결정할 수 있습니다. ~ 300m 보다 정확한 결정을 위해서는 거리계 코드 생성기의 위상을 알아야 합니다. 상관기의 기준 발진기를 구성하는 회로를 사용하면 최대 0.01주기의 정확도로 위상을 결정할 수 있으며 이는 3m의 의사 범위를 결정하는 정확도입니다.

위상 고정 시스템에 의해 생성된 기준 고조파 진동의 매개변수 측정을 기반으로 위성 반송파 진동의 주파수와 위상이 결정됩니다. 공칭 값에 대한 이탈은 위성에 대한 소비자의 속도를 추정하는 데 사용되는 도플러 주파수 이동을 제공합니다. 또한 반송파의 위상 측정을 통해 수 mm의 오차로 위성까지의 거리를 명확히 할 수 있습니다.

소비자의 좌표를 결정하려면 위성(최소 4개)의 좌표와 소비자에서 눈에 보이는 각 위성까지의 거리를 알아야 합니다. 소비자가 위성의 좌표를 결정할 수 있도록 위성에서 방출되는 내비게이션 신호는 위성의 이동 매개변수에 대한 메시지를 통해 모델링됩니다. 소비자 장비에서는 이러한 메시지가 격리되고 위성의 좌표가 원하는 시점에 결정됩니다.

속도 벡터의 좌표와 구성 요소는 매우 빠르게 변경되므로 위성 운동 매개 변수에 대한 메시지에는 속도 벡터의 좌표와 구성 요소에 대한 정보가 아니라 우주선의 궤적에 가까운 일부 모델의 매개 변수에 대한 정보가 포함됩니다. 꽤 긴 시간 간격(약 30분) 동안. 근사 모델의 매개변수는 매우 느리게 변경되며 근사 구간에 걸쳐 일정한 것으로 간주될 수 있습니다.

근사 모델의 매개변수는 위성 항법 메시지에 포함됩니다. GPS 시스템은 진동 요소가 있는 케플러 운동 모델을 사용합니다. 이 경우 우주선의 비행 궤적은 1시간 동안 지속되는 근사 구간으로 나누어집니다. 각 구간의 중앙에는 노드 시점이 설정되어 있으며, 그 값은 내비게이션 정보 소비자에게 전달됩니다. 또한, 소비자는 노드 시점의 진동 요소 모델 매개변수뿐만 아니라 이전의 시간에 따른 진동 요소 모델 매개변수의 변화를 근사화하는 함수의 매개변수에 대한 정보를 받습니다. 노드 요소와 그 뒤를 따릅니다.

소비자 장비에서는 위성의 위치를 ​​결정하는 데 필요한 순간과 노드 순간 사이에 시간 간격이 할당됩니다. 그런 다음 내비게이션 메시지에서 추출된 근사 함수와 해당 매개변수를 사용하여 원하는 시점에 진동 요소의 모델 매개변수 값을 계산합니다. 마지막 단계에서는 케플러 모델의 일반적인 공식을 사용하여 위성 속도 벡터의 좌표와 구성 요소가 결정됩니다.

Glonass 시스템은 차동 모션 모델을 사용하여 위성의 정확한 위치를 결정합니다. 이 모델에서 위성 속도 벡터의 좌표와 구성 요소는 우주선에 작용하는 유한한 수의 힘을 고려하여 우주선 운동의 미분 방정식을 수치 적분하여 결정됩니다. 적분의 초기 조건은 근사 구간의 중간에 위치한 노드 순간에 설정됩니다.

위에서 언급했듯이 소비자의 좌표를 결정하려면 위성의 좌표(최소 4개)와 소비자에서 각 가시 위성까지의 거리를 알아야 하며, 이는 내비게이션 수신기에서 약 1m 편의상 그림 1에 표시된 가장 간단한 "플랫"케이스를 고려해 보겠습니다. 8.

그림 8. 소비자 좌표 결정

각 위성(그림 8)은 포인트 방출기로 표현될 수 있습니다. 이 경우 전자파의 앞부분은 구형이 됩니다. 두 구의 교차점은 소비자가 위치한 곳이 됩니다.

위성 궤도의 고도는 약 20,000km입니다. 결과적으로 원의 두 번째 교차점은 공간적으로 멀리 떨어져 있기 때문에 선험적 정보로 인해 폐기될 수 있습니다.

차동 모드

위성 내비게이션 시스템을 사용하면 소비자는 약 10~15m의 정확도로 좌표를 얻을 수 있지만 많은 작업, 특히 도시 내비게이션의 경우 더 높은 정확도가 필요합니다. 물체의 위치 결정 정확도를 높이는 주요 방법 중 하나는 무선 항법에서 잘 알려진 차동 항법 측정 원리를 사용하는 것입니다.

차동 DGPS(Differential GPS) 모드를 사용하면 동적 탐색 상황에서는 최대 3m, 정지 조건에서는 최대 1m의 정확도로 좌표를 설정할 수 있습니다. 차동 모드는 기준국이라고 불리는 GPS 제어 수신기를 사용하여 구현됩니다. 이는 주 GPS 수신기와 동일한 영역에서 알려진 좌표가 있는 지점에 위치합니다. 기준국은 알려진 좌표(정밀 측지 측량 결과로 얻은)를 측정된 좌표와 비교하여 보정값을 계산하고 이를 미리 정해진 형식으로 무선 채널을 통해 소비자에게 전송합니다.

소비자 장비는 기준국으로부터 차동 보정을 수신하고 소비자의 위치를 ​​결정할 때 이를 고려합니다.

미분 방법을 사용하여 얻은 결과는 물체와 기준점 사이의 거리에 따라 크게 달라집니다. 이 방법의 사용은 외부(수신기에 상대적인) 원인으로 인한 시스템 오류가 우세할 때 가장 효과적입니다. 실험 데이터에 따르면 기준점은 물체로부터 500km 이내에 위치하는 것이 좋습니다.

현재, 광역, 지역 및 지역 차등 시스템이 많이 있습니다.

광역 시스템으로는 미국 WAAS, 유럽 EGNOS 및 일본 MSAS와 같은 시스템에 주목할 가치가 있습니다. 이러한 시스템은 정지궤도 위성을 사용하여 해당 지역 내의 모든 소비자에게 수정 사항을 전송합니다.

지역 시스템은 지구 표면의 개별 영역에 대한 탐색 지원을 제공하도록 설계되었습니다. 일반적으로 지역 시스템은 대도시, 운송 경로 및 항해 가능한 강, 항구 및 바다와 바다 해안을 따라 사용됩니다. 지역 시스템의 작업 영역 직경은 일반적으로 500~2000km입니다. 이는 하나 이상의 참조 스테이션을 포함할 수 있습니다.

로컬 시스템의 최대 범위는 50~220km입니다. 일반적으로 하나의 기지국이 포함됩니다. 로컬 시스템은 일반적으로 적용 방법에 따라 해양, 항공 및 측지 로컬 차등 스테이션으로 구분됩니다.

위성항법의 개발

GPS 및 Glonass 위성 시스템 현대화의 일반적인 방향은 내비게이션 정의의 정확성 향상, 사용자에게 제공되는 서비스 개선, 온보드 위성 장비의 서비스 수명 및 신뢰성 향상, 다른 무선 시스템과의 호환성 향상 및 차동 하위 시스템의 개발. GPS와 Glonass 시스템의 일반적인 개발 방향은 일치하지만 달성되는 역학과 결과는 매우 다릅니다.

GLONASS 시스템의 개선은 차세대 GLONASS-M 위성을 기반으로 수행될 예정입니다. 이 위성은 서비스 리소스가 증가하고 민간용으로 L2 대역 내비게이션 신호를 방출합니다.

미국에서도 유사한 결정이 내려졌으며, 1999년 1월 5일 L2 주파수(1222.7MHz)에서 C/A 코드 전송과 관련된 GPS 시스템의 현대화를 위해 4억 달러가 할당될 것이라고 발표되었습니다. 2005년부터 발사될 우주선에 세 번째 L3 캐리어(1176.45MHz) 도입. L2 주파수의 신호는 인간 생명에 대한 위험과 직접적으로 관련되지 않은 민간 요구에 사용되도록 고안되었습니다. 이 결정을 2003년부터 시행하는 것이 제안되었습니다. 민간 항공의 요구에 따라 L3 주파수의 세 번째 민간 신호를 사용하기로 결정되었습니다.

문학

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오늘날 내비게이션은 필요하고 매우 인기가 있습니다. 지난 몇 년 동안 모바일 장치 및 기타 전자 제품의 내비게이션 칩이 일반화되었습니다. GPS와 GLONASS 내비게이션 시스템이 있는데, 각각이 무엇인지 알아보고 작동 원리를 연구해 보겠습니다.

GPS란 무엇입니까?

GPS(Global Positioning System)는 WGS 84 세계 좌표계에서 거리, 시간을 측정하고 위치를 결정하는 위성 항법 시스템입니다. 이 시스템을 사용하면 지구상 거의 모든 곳에서 물체의 위치와 속도를 확인할 수 있습니다. 극지방의).

GPS 개발은 1950년대 미국 국방부에서 시작됐지만 현재는 이 기술이 군뿐만 아니라 일상생활에서도 활용되고 있다. 당시 소련은 최초의 인공 지구 위성을 발사했는데, 이 사건을 관찰한 미국 과학자들은 도플러 효과로 인해 위성이 접근할 때 수신 신호의 주파수가 증가하고 거리가 멀어질수록 감소한다는 사실을 발견했습니다. 그들은 지구상의 정확한 좌표에 대한 정보가 있으면 위성의 위치와 속도를 측정할 수 있고, 위성의 위치를 ​​알면 스스로 속도와 좌표를 계산할 수 있다는 결론에 도달했습니다.

GPS 시스템은 지구 중간 궤도를 선회하는 인공위성(미국에서 개발된 NAVSTAR 위성 시스템)과 공통 네트워크로 결합된 지상 기반 모니터링 스테이션으로 구성됩니다. 위성은 "의사 난수 코드", 천문력 데이터(특정 시점의 위성 이동에 대한 예측 좌표 및 매개 변수) 및 연감(위성의 대략적인 위치를 계산하기 위한 데이터)을 포함하여 항법 신호를 지구로 지속적으로 전송합니다. 이 신호는 수신된 정보를 기반으로 위치를 계산하는 가입자 GPS 장치에 의해 수신됩니다.

GPS 기술의 단점 중 하나는 낮은 데이터 전송 속도(최대 50비트/초)이며, 이로 인해 좌표 계산 프로세스에 몇 분이 걸릴 수 있습니다. 또한 GPS 시스템은 실내, 고층 건물로 둘러싸인 지역, 숲과 공원, 터널 등에 위치한 장치의 좌표를 결정하는 데 효과적이지 않습니다.

A-GPS란 무엇입니까?

이러한 문제를 해결하고 모든 모바일 장치의 좌표를 확인할 수 있는 기능을 얻기 위해 A-GPS(Assisted GPS) 기술이 개발되었습니다. 이를 사용할 때 GPS 수신기는 위성이 아닌 외부 소스(일반적으로 셀룰러 사업자 네트워크)로부터 데이터를 수신하며 A-GPS 신호를 인식하는 데 2초도 채 걸리지 않습니다.

A-GPS를 만드는 아이디어의 저자는 1981년에 개발 특허를 취득한 엔지니어 Jimi Sennota와 Ralph Taylor였습니다. 이 시스템은 2001년 10월 미국에서 도입되었으며, 911 네트워크를 통해 사용되기 시작했습니다.

A-GPS는 내장 GPS 수신기와 모바일 네트워크 네트워크 구성 요소로 구성됩니다. A-GPS에는 A-GPS 온라인(기본)과 A-GPS 오프라인(보조)의 두 가지 모드가 있습니다. 첫 번째 기능을 사용하면 GPS 수신기가 2시간 이상 작동하지 않은 경우 지리 위치를 신속하게 확인해야 하는 경우 위성 좌표에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 두 번째 모드는 GPS 수신기의 "핫" 및 "콜드" 시작 시간을 가속화합니다. A-GPS 수신기는 연감, 천문력 및 가시 위성 목록을 업데이트합니다.

그 효율성에도 불구하고 A-GPS 기술에는 여러 가지 단점이 있습니다. 특히 가속 시작 기능은 셀룰러 네트워크의 적용 범위 밖에서는 작동하지 않습니다. A-GPS를 지원하는 일부 수신기는 GSM 라디오 모듈과 결합되어 있으며 후자가 비활성화된 경우 시작할 수 없습니다. 이 경우 A-GPS 수신기는 GSM(GPRS) 적용 범위 없이 시작할 수 있습니다. 시작 시 A-GPS 모듈은 트래픽을 거의 소비하지 않지만(5-7KB) 신호가 손실되면 재동기화가 필요하므로 특히 로밍 시 에너지 소비가 증가합니다.

글로나스란 무엇인가요?

현재 전 세계에는 위에서 설명한 GPS와 GLONASS(Global Navigation Satellite System)라는 두 가지 위성 항법 시스템이 있습니다. 사실 후자는 러시아 버전의 GPS입니다. GLONASS는 GPS와 유사하게 전 세계의 3차원 좌표(위도, 고도, 경도)를 결정합니다.

당시 소련 위성 시스템 개발의 시작은 1976년 12월로 거슬러 올라간다. 1982년 10월 GLONASS 위성 "Uragan"이 궤도에 발사되면서 시스템의 첫 번째 테스트가 시작되었습니다. 처음에는 군사용으로 고안되었으나 이후 민간용으로 사용되기 시작했습니다. 이제 GLONASS 수신기에는 민간/군용 선박, 항공기, 대중교통, 긴급 차량 등이 장착됩니다. GLONASS 신호는 GPS 수신기와 온보드 내비게이터뿐만 아니라 휴대폰에서도 수신됩니다. 위치, 속도 및 이동 방향에 대한 데이터는 GSM 운영자 네트워크를 통해 데이터 수집 서버로 전송됩니다.

GLONASS 시스템의 민간 사용은 1993년에 시작되어 1995년에 24개의 위성이 궤도에 발사되었으며, 2010년에는 그 수가 26개로 증가했습니다. 러시아 정부는 2012년부터 2020년까지 시스템 개발을 위해 3,200억 루블을 할당했습니다. Glonass-M 위성 15개와 Glonass-K 위성 22개를 만들었습니다. GLONASS 시스템 작업은 2015년 12월에 완료되었습니다.

GLONASS 위성은 지구 위 19.1,000km 고도에서 궤도를 돌고 있습니다. GLONASS 수신기를 사용하면 수평(정확도 50-70m) 및 수직 좌표(70m), 속도 벡터(정확도 15cm/초) 및 시간을 0.7μs의 정확도로 확인할 수 있습니다. 시스템은 두 가지 유형의 내비게이션 신호를 사용합니다. 즉, 일반 정확도로 개방되고 정확도가 높아져 보호됩니다. 전자는 모든 GLONASS 수신기를 수신할 수 있는 반면, 후자는 승인된 사용자(예: 러시아 군대의 장비)만 수신할 수 있습니다.

ERA-GLONASS란 무엇입니까?

"ERA-GLONASS"는 도로에서의 사고 및 기타 긴급 상황 발생 시 러시아의 긴급 대응 시스템으로, 이를 통해 가능한 한 빨리 사건에 대해 긴급 대응 서비스에 알릴 수 있습니다. "ERA-GLONASS"는 GLONASS 위성 시스템을 기반으로 작동합니다. 이 단지는 2015년에 가동에 들어갔고, 2017년 1월 1일부터 자동차 제조업체는 러시아 시장에 진출하는 차량에 이 시스템을 설치해야 합니다. 이 시스템은 사고 및 긴급 상황 발생 시 대응 시간을 줄여 도로에서의 사망자와 부상자 수를 줄이고 화물/여객 운송량을 증가시킵니다.

"ERA-GLONASS"에는 운영자 인프라(내비게이션 및 정보 플랫폼, 데이터 전송 네트워크, 모바일 운영자 네트워크)와 차량에 장착되는 장치라는 두 가지 구성 요소가 포함됩니다. 교통사고 발생 시(시스템이 정면, 측면 또는 후면 충돌 등 다양한 유형의 충돌을 인식함), 장치는 GLONASS 및/또는 GPS 시스템의 위성 데이터를 기반으로 사고의 심각도, 부상당한 차량의 위치를 ​​판단합니다. , ERA-GLONASS 시스템과 연결하여 사고 정보를 전송합니다. 신호는 우선 순위를 가지며 특정 위치에서 가장 강한 신호를 보내는 모든 이동통신사를 통해 전송됩니다. 단, 전화 통화로 인해 네트워크에 과부하가 걸릴 경우 신호 전송이 중단될 수 있습니다.

많은 자동차 소유자는 자동차에 내비게이터를 사용합니다. 그러나 그들 중 일부는 러시아 GLONASS와 미국 GPS라는 두 가지 다른 위성 시스템의 존재에 대해 알지 못합니다. 이 기사에서는 차이점이 무엇인지, 어느 것이 선호되어야 하는지 알아볼 것입니다.

내비게이션 시스템은 어떻게 작동하나요?

내비게이션 시스템은 주로 물체(이 경우 자동차)의 위치와 속도를 확인하는 데 사용됩니다. 때로는 해발 고도와 같은 다른 매개변수를 결정해야 하는 경우도 있습니다.

내비게이터 자체와 지구 궤도에 있는 여러 위성 사이의 거리를 설정하여 이러한 매개변수를 계산합니다. 일반적으로 시스템이 효과적으로 작동하려면 4개의 위성과의 동기화가 필요합니다. 이러한 거리를 변경하여 물체의 좌표와 기타 이동 특성을 결정합니다. GLONASS 위성은 지구의 자전과 동기화되지 않으므로 장기간에 걸쳐 안정성이 보장됩니다.

비디오: GloNaSS와 GPS 비교

GLONASS 또는 GPS가 더 좋고 차이점은 무엇입니까?

내비게이션 시스템은 주로 군사 목적으로 사용되도록 고안되었으며 그 이후 일반 시민이 사용할 수 있게 되었습니다. 분명히, 군대는 자국의 발전을 활용할 필요가 있습니다. 왜냐하면 분쟁 상황이 발생할 경우 해당 국가의 당국이 외국 항법 시스템을 끌 수 있기 때문입니다. 또한 러시아에서는 군인과 공무원이 일상생활에서 GLONASS 시스템을 사용하도록 권장하고 있습니다.

일상 생활에서 일반 운전자는 내비게이션 시스템 선택에 대해 전혀 걱정할 필요가 없습니다. GLONASS와 모두 일상적인 사용에 충분한 내비게이션 품질을 제공합니다. 러시아 북부 지역과 북위도에 위치한 기타 국가에서 GLONASS 위성은 이동 궤적이 지구보다 높기 때문에 더 효율적으로 작동합니다. 즉, 북극, 스칸디나비아 국가에서는 GLONASS가 더 효과적이며 스웨덴 사람들은 2011년에 이를 인식했습니다. 다른 지역에서는 GPS가 GLONASS보다 위치 파악이 약간 더 정확합니다. 러시아의 차동 보정 및 모니터링 시스템에 따르면 GPS 오류는 2~8미터, GLONASS 오류는 4~8미터입니다. 그러나 GPS가 6~11개의 위성을 포착해야 하는 위치를 결정하는 경우 GLONASS는 6~7개의 위성에 충분합니다.

GPS 시스템이 8년 전에 등장해 90년대에 상당한 선두를 차지했다는 점도 고려해야 한다. 그리고 지난 10년 동안 GLONASS는 이러한 격차를 거의 완전히 줄였으며 2020년까지 개발자는 GLONASS가 어떤 방식으로든 GPS보다 열등하지 않을 것이라고 약속합니다.

대부분의 최신 위성에는 러시아 위성 시스템과 미국 위성 시스템을 모두 지원하는 결합 시스템이 장착되어 있습니다. 차량의 좌표를 결정할 때 가장 정확하고 오류가 가장 낮은 것은 이러한 장치입니다. 이러한 장치는 더 많은 위성을 "볼" 수 있기 때문에 수신된 신호의 안정성도 향상됩니다. 반면에 이러한 내비게이터의 가격은 단일 시스템 제품보다 훨씬 높습니다. 이는 이해할 수 있습니다. 각 유형의 위성에서 신호를 수신할 수 있는 두 개의 칩이 내장되어 있습니다.

비디오: GPS 및 GPS+GLONASS 수신기 테스트 Redpower CarPad3

따라서 가장 정확하고 안정적인 네비게이터는 이중 시스템 장치입니다. 그러나 그 장점은 비용이라는 한 가지 중요한 단점과 관련이 있습니다. 따라서 선택할 때 일상적인 사용에 그러한 높은 정확도가 필요합니까? 또한 단순한 자동차 애호가의 경우 러시아어 또는 미국식 내비게이션 시스템을 사용할지는 그다지 중요하지 않습니다. GPS나 GLONASS 모두 길을 잃거나 원하는 목적지까지 데려다주지 않습니다.