Системы функциональных дополнений глобальных навигационных спутниковых систем

Развитие мировых ГНСС идет по пути повышения точности и доступности позиционирования, обеспечения целостности навигационного поля, а также расширения доступных услуг. Сформировалось два направления развития ГНСС, связанных с повышением точности и надежности предоставляемых ими навигационных услуг:

  • модернизация существующих (ГЛОНАСС, GPS) и создание новых глобальных спутниковых навигационных систем (европейский проект ГАЛИЛЕО, китайский проект БЕЙДОУ);
  • развитие функциональных дополнений (ФД).

Функциональные дополнения ГНСС предоставляют потребителям дополнительную информацию, позволяющей повысить точность и достоверность определения пространственных координат, скорости движения и времени.

Выходная информация ФД доводится до потребителей по специальным каналам связи. Она обычно содержит корректирующую информацию (для устранения или уменьшения погрешностей определения местоположения потребителей) и информацию о целостности ГНСС (для обеспечения достоверности результатов местоопределения).

В Российской Федерации и в других странах развернуты функциональные дополнения различного типа и ведутся активные работы по модернизации существующих и созданию новых систем.

Параметры

Системы функциональных дополнений

Локальные дифференциальные системы
Региональные дифференциальные системы
Широкозонные системы дифференциальной коррекции
Глобальные системы дифференциальной коррекции
Состав

одна или несколько станций сбора измерений1

канал передачи данных

сеть станций измерений

каналы передачи данных

вычислительный центр

региональная сеть станций измерений

каналы передачи данных

вычислительный центр

наземный комплекс управления

глобальная сеть станций измерений

каналы передачи данных

вычислительный центр

наземный комплекс управления

Корректирующая информация

поправки к навигационным параметрам, измеряемым потребителем

информация о целостности системы2

поправки к навигационным параметрам, измеряемым потребителем

информация о целостности системы

поправки к эфемеридно-временной информации3

поправки к навигационным параметрам, измеряемым потребителем

информация о целостности системы

поправки к эфемеридно-временной информации

поправки для исключения атмосферных искажений сигнала

поправки к навигационным параметрам, измеряемым потребителем

информация о целостности системы

Каналы передачи наземные линии передачи данных4 наземные линии передачи данных космические аппараты связи и ретрансляции космические аппараты связи и ретрансляции
Зона действия 50 - 200км 400 – 2000 км 2000 – 5000 км глобальное покрытие
Погрешность определения местоположения потребителя от 1 до 5 см от 5 до 50 см от 5 дм до 2 м от 5 см до 2 м

1. Станции сбора измерений - контрольно-корректирующие станции, представляющие собой комплекс высокоточной навигационной аппаратуры, установленные в точках с известными координатами.

2. Информация о целостности системы - информация о сбоях в работе ГНСС, не обнаруженных или не исправленных её собственными средствами в процессе эксплуатации. Передача информация о целостности системы предотвращает использование потребителями некорректных навигационных данных.

3. Эфемеридно-временная информация – данные для расчёта орбиты космического аппарата и данные бортовых часов.

4. Наземные линии передачи данных - УКВ-радиостанции, системы подвижной беспроводной связи или сеть Интернет.



В настоящее время развиваются пять широкозонных системы дифференциальной коррекции: СДКМ, WAAS, EGNOS, GAGAN, MSAS.

Широкозонные системы дифференциальной коррекции
Широкозонные системы дифференциальной коррекции

Зона действия системы СДКМ – вся территория Российской Федерации и прилегающие географические районы, основной потребитель системы – гражданская авиация. Корректирующая информация СДКМ передаётся с помощью космических аппаратов системы ретрансляции «Луч». Третий аппарат в группировке «Луч-В» выведен на орбиту в 2014 году.


Существуют частные глобальные системы дифференциальной коррекции, например, StarFire navigation system (коммерческая система компании John Deere); Starfix DGPS System и OmniSTAR (коммерческая система голландской компании Fugro N.V.).

Отдельное место в числе глобальных систем дифференциальной коррекции занимает «сервис РРР» (англ., Precise Point Positioning – высокоточное абсолютное позиционирование). Технология PPP способна обеспечить точности позиционирования на уровне от дециметра до сантиметра и более (для режима статики) при сочетании точных спутниковых орбит и часов с двухчастотным приемником сигналов ГНСС (за счет учета эффекта влияния ионосферы первого порядка).

К основным преимуществам технологии PPP по отношению к другим методам дифференциального позиционирования следует отнести то, что для реализации PPP необходим только один приемник и не требуются специальные базовые станции в непосредственной близости от пользователя.


Следует специально выделить ФД, отличающиеся от традиционно применяемых потребителями – псевдоспутниковые и ассистирующие функциональные дополнения.

Псевдоспутниковые ФД представляют собой один или несколько псевдоспутников (навигационных спутников, размещенных на земле), формирующих навигационные сигналы в формате ГНСС. Они дополняют глобальное радионавигационное поле ГНСС в заданном районе и обычно имеют локальную рабочую зону. Ее размер определяется мощностью передатчика псевдоспутников и дальностью прямой видимости.

Ассистирующие ФД - системы, реализующие режим "assisted GNSS" и формирующие не корректирующие поправки, а дополнительную вспомогательную информацию для ускорения вхождения в связь с навигационным космическим аппаратом и повышения надежности местоопределений потребителей.


В Российской Федерации перспективные направления развития дифференциальных систем определяются радионавигационным планом Российской Федерации и Федеральной целевой программой «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы».

В настоящее время Госкорпорация «РОСКОСМОС» ведёт работы по созданию глобальной системы высокоточного определения навигационной и эфемеридно-временной информации в реальном времени для гражданских потребителей. Проект предполагает развёртывание глобальной сети станций сбора измерений и создание на базе навигационных радиосигналов ГЛОНАСС и дополнительной корректирующей информации системы предоставления услуг высокоточных навигационных определений. Работы ведёт АО «Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения».

Высокоточную информацию на безвозмездной основе по сети Интернет в обеспечение широкого использования спутниковой навигации в Российской Федерации предоставляют научные центры:

  • ИАЦ КВНО ФГУП ЦНИИмаш является ассоциированным центром анализа Международной службы IGS (International GNSS service), ассоциированным центром анализа Международной службы лазерной дальнометрии (ILRS), официальным центром анализа Международной службы вращения Земли (IERS). Продукты центра – высокоточная эфемеридно-временная информация для ГЛОНАСС и GPS, параметры вращения Земли.
    ftp://ftp.glonass-iac.ru/MCC/PRODUCTS/

  • АО «Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения»
    Система апостериорного высокоточного определения эфемерид и временных поправок системы ГЛОНАСС (СВОЭВП).

Применение высокоточных навигационных данных

Персональная навигация
  • Пространственно-ориентированный доступ к информационным ресурсам
Поиск и спасение
  • Поисково-спасательные операции
Геодезия и картография
  • Уравнивание геодезических сетей
  • Кадастровые работы, межевание
  • Актуализация карт и планов
Строительство
  • Дорожные строительные работы
  • Прокладка коммуникаций, трубопроводов и др.
  • Строительство и ремонт железнодорожных путей
Наземный транспорт
  • Контроль перевозок особо-опасных грузов
  • Интеллектуальные транспортные системы
  • Оперативный мониторинг состояния железнодорожных путей
Сельское хозяйство
  • Высокоточное земледелие
  • Обслуживание сельскохозяйственной техники
Авиация
  • Заход и посадка по категориям ИКАО
  • Навигация беспилотных летательных аппаратов
Космос
  • Отслеживания средств выведения
  • Высокоточное определение орбит космических аппаратов
Водный транспорт
  • Подход и маневрирование в портах, на внутренних водных путях
Окружающая среда
  • Мониторинг деформаций Земли
  • Мониторинг параметров вращения Земли
  • Мониторинг состава и состояния тропосферы и ионосферы
  • Мониторинг водных и лесных ресурсов
  • Добыча полезных ископаемых
Связь и синхронизация
  • Синхронизация работы линий электропередач
  • Синхронизация средств связи и телекоммуникаций
  • Синхронизация времени разнесённых в пространстве потребителей
  • Всемирное скоординированное время (UTC)