Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС

О системе ГЛОНАСС

История развития ГЛОНАСС

Впервые предложение по использованию спутников для навигации было сделано проф. В.С. Шебшаевичем в 1957г. Эта возможность была открыта им при исследовании приложений радиоастрономических методов в самолетовождении. Данные исследования были использованы в 1963г. при опытно-конструкторских работах над первой отечественной низкоорбитальной системой "Цикада".
В 1967г. был выведен на орбиту первый навигационный отечественный спутник "Космос-192".
Система "Цикада" была сдана в эксплуатацию в составе четырех спутников в 1979 г.
После 2008 года потребители космических навигационных систем «Цикада» и «Цикада-М» были переведены на обслуживание ГЛОНАСС, и эксплуатация этих систем была прекращена.

Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС, были начаты в октябре 1982 г. запуском спутника "Космос-1413". Система ГЛОНАСС была принята в опытную эксплуатацию в 1993 г.
В 1995 г. развернута орбитальная группировка полного состава (24 КА «Глонасс» первого поколения) и начата штатная эксплуатация системы.

Подробнее об истории развития ГЛОНАСС

История развития ГЛОНАСС

Структура ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС в расширенной конфигурации включает в себя следующие составные части:

  • Космический комплекс системы ГЛОНАСС, состоящий из орбитальной группировки, средств выведения, наземного комплекса управления
  • Функциональные дополнения, включая широкозонную систему функционального дополнения ГНСС – систему дифференциальных коррекций и мониторинга, а также региональные и локальные системы мониторинга и дифференциальной навигации
  • Система высокоточной апостериорной эфемеридно-временной информации
  • Средства фундаментального обеспечения ГЛОНАСС – системы оперативного определения параметров вращения и ориентации Земли, системы формирования государственной шкалы всемирного скоординированного времени, геодезической основы РФ
  • Навигационная аппаратура потребителей для гражданского и специального применения
Структура ГЛОНАСС

Головная организация по развитию и использованию системы ГЛОНАСС - АО «Российские космические системы».

Головная организация по космическому комплексу ГЛОНАСС - АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва».

Оператор государственной автоматизированной информационной системы «ЭРА-ГЛОНАСС» - АО «ГЛОНАСС».

Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности - НП «ГЛОНАСС».

Оперативный круглосуточный мониторинг и подтверждение характеристик навигационного поля ГЛОНАСС осуществляет Информационно-аналитический центр координатно-временного и навигационного обеспечения ФГУП ЦНИИмаш.

Государственная поддержка ГЛОНАСС

Государственная программа развития ГЛОНАСС является одним из приоритетных направлений политики Правительства Российской Федерации.

Указ Президента № 638 от 17 мая 2007 г. «Об использовании глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в интересах социально-экономического развития Российской Федерации» закрепил за системой ГЛОНАСС статус основы национального координатно-временного и навигационного обеспечения России.

Первая федеральная целевая программа "Глобальная навигационная система" на период 2002-2011 гг. была принята в августе 2001.

Для дальнейшего совершенствования ГЛОНАСС, в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 3 марта 2012 года № 189 в 2012 году была открыта федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы». С 2012 года система развивается в рамках новой ФЦП для обеспечения эффективности решения задач КВНО в интересах обороны, безопасности и развития социально-экономической сферы страны в ближайшей и отдаленной перспективе.

Основные задачи программы:

  • Поддержание системы ГЛОНАСС с гарантированными характеристиками навигационного поля
  • Развитие системы ГЛОНАСС в направлении улучшения тактико-технических характеристик
  • Обеспечение использования системы ГЛОНАСС на территории Российской Федерации и за рубежом

Государственным заказчиком-координатором федеральной целевой программы является государственная корпорация "Роскосмос". В координационный совет по управлению развитием системы ГЛОНАСС входят многие министерства и ведомства РФ.

Федеральная целевая программа ГЛОНАСС

Международная деятельность

Международное сотрудничество, осуществляемое Российской Федерацией в области ГНСС, призвано содействовать обеспечению устойчивого развития системы ГЛОНАСС и направлено на расширение эффективного участия в соглашениях по глобальной спутниковой навигации.

За последние годы своего развития ГНСС и их функциональные дополнения стали основой систем координатно-временного и навигационного обеспечения развитых стран, существенным элементом государственных и частных секторов мировой экономики. С одновременным функционированием нескольких ГНСС возрастает необходимость координации программ их развития между странами–владельцами таких систем, а также международными организациями, непосредственно связанными с развитием и использованием ГНСС. Международное сотрудничество в области ГНСС – важнейшая составная часть национальной политики Российской Федерации в области космической деятельности.

С целью обеспечения совместимости и взаимодополняемости системы ГЛОНАСС с другими ГНСС и продвижения ее использования за рубежом специалисты ИАЦ КВНО ФГУП ЦНИИмаш участвуют самостоятельно и организуют участие российских представителей в мероприятиях:

  • Международного комитета по ГНСС, созданного по инициативе Генеральной Ассамблеи ООН;
  • Международной службы глобальных навигационных спутниковых систем (IGS), где ИАЦ КВНО является ассоциированным центром анализа службы IGS;
  • Международной службы лазерной дальнометрии (ILRS), где ИАЦ КВНО – ассоциированный центр анализа службы ILRS;
  • Международной службы вращения Земли (IERS), где ИАЦ КВНО – официальный центр анализа IERS;
  • Комиссии по авиационным радиотехническим средствам (RTCA), на заседаниях которой обсуждаются вопросы включения системы ГЛОНАСС в стандарты авиационной навигационной аппаратуры;
  • Международной организации гражданской авиации (ICAO), на заседаниях которой представляется информация о создаваемом в Российской Федерации Стандарте эксплуатационных характеристик открытых услуг системы ГЛОНАСС.

Специалисты ИАЦ КВНО также участвуют в двусторонних переговорах и консультациях с провайдерами зарубежных глобальных и региональных навигационных систем, участвуют в работах по созданию за рубежом наземного измерительного сегмента системы ГЛОНАСС, являющимся одним из важнейших факторов обеспечения ее конкурентоспособности и широкого применения.

Повышение точности навигации

На протяжении всей истории развития спутниковой радионавигации доминирующей была и остаётся проблема повышения точности навигационных определений, что требует совершенствования как аппаратных и программно-алгоритмических средств, так и развития систем функциональных дополнений ГНСС.

Система функциональных дополнений ГНСС представляет собой комплекс технических и программных средств, которая передаёт потребителям навигационных сигналов дополнительную корректирующую информацию для повышения точности и надежности навигационных определений.

В настоящее время в России и за рубежом созданы и развиваются различные функциональные дополнения, ориентированные на различных потребителей и отличающиеся местом размещения, размером зон обслуживания, типом канала доведения корректирующей информации.

Подробнее о системах функциональных дополнений ГНСС

Применение ГЛОНАСС

Местоопределение

Услуги, основанные на данных о местоположении
  • Целевая реклама
  • Пространственно-ориентированный доступ к информационным ресурсам
  • Геопространственные информационные системы
  • Комплексная информация об окружающем пространстве
Мониторинг
  • Мониторинг местоположения людей, животных и имущества
  • Координация экипажей экстренных служб
  • Мониторинг перемещения высокоценных грузов
  • Оперативный мониторинг состояния железнодорожных путей
Геодезия и картография
  • Геодезическая съёмка
  • Кадастровые работы, межевание
  • Поддержка проведения инженерных работ и строительства
  • Актуализация карт и планов
Строительство
  • Автоматизированное управление строительной техникой
  • Дорожные строительные работы
  • Прокладка коммуникаций, трубопроводов и др.
  • Строительство и ремонт железнодорожных путей

Навигация

Досуг и отдых
  • Пеший туризм
  • Рыбная ловля, охота
  • Лодочный спорт
  • Прокладка маршрутов путешествий
  • Персональные аварийные маяки
Наземный транспорт
  • Автономное построение маршрутов движения
  • Интеллектуальные транспортные системы
  • Оперативный мониторинг состояния железнодорожных путей
Сельское хозяйство
  • Оптимизация посадки, полива и сбора урожая
  • Повышение эффективности опыления посевов
  • Обслуживание сельскохозяйственной техники
Авиация
  • Заход и посадка по категориям ИКАО
  • Маршрутная навигация
  • Повышение безопасности вертолетовождения
  • Навигация беспилотных летательных аппаратов
Космос
  • Отслеживания средств выведения
  • Высокоточное определение орбит космических аппаратов
  • Определение ориентации космического аппарата относительно Солнца
Водный транспорт
  • Подход и маневрирование в портах, на внутренних водных путях
  • Навигация на внутренних водных путях
  • Мониторинг и учёт флота

Научные исследования и синхронизация

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)

Технические характеристики

Услуги системы ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС предоставляет потребителю два вида услуг – стандартной и высокой точности.

Услуги стандартной точности предоставляются потребителям посредством передачи сигналов стандартной точности в L-диапазоне частот. Каждый космический аппарат «Глонасс-М» передаёт навигационные радиосигналы с частотным разделением в двух диапазонах: L1 (1,6 ГГц) и L2 (1,25 ГГц).

Сигнал стандартной точности с тактовой частотой 0,511 МГц, предназначенный для использования отечественными и зарубежными гражданскими потребителями, доступен для всех потребителей, оснащенных соответствующей АП, в зоне видимости которых находятся спутники системы ГЛОНАСС.

Повышение точности навигации ГЛОНАСС

Спутниковая группировка

Штатная орбитальная группировка ГЛОНАСС состоит из 24 спутников, находящихся на средневысотных околокруговых орбитах с номинальными значениями высоты – 19100 км, наклонения – 64,8° и периода – 11 часов 15 минут 44 секунды. Значение периода позволило создать устойчивую орбитальную систему, не требующую, в отличие от орбит GPS, для своего поддержания корректирующих импульсов практически в течение всего срока активного существования. Номинальное наклонение обеспечивает стопроцентную доступность навигации на территории РФ даже при условии выхода из орбитальной группировки нескольких КА.

Орбитальная группировка ГЛОНАСС
ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА
КОЛИЧЕСТВО ШТАТНЫХ КА 24
ВЫСОТА ОРБИТЫ 19 100 км
КОЛИЧЕСТВО ПЛОСКОСТЕЙ 3
БОЛЬШАЯ ПОЛУОСЬ 25 420 км
ПЕРИОД 11 часов 15 минут 44 с
НАКЛОНЕНИЕ 64,8°

Текущее состояние ОГ ГЛОНАСС

Типы космических аппаратов

Характеристики
КА «Глонасс»
КА «Глонасс-М»
КА «Глонасс-К»
КА «Глонасс-К2»
Годы развертывания 1982-2005 2003-2016 2011-2018 после 2017
Состояние Выведен из эксплуатации В эксплуатации В разработке на основе проведенных ЛИ В разработке
Используемые средства выведения  
РН «Союз-2.1б», РН «Протон-М»
Гарантированный срок активного существования, лет 3.5 7 10 10
Масса КА, кг 1500 1415 935 1600
Габариты КА, м   2,71х3,05х2,71 2,53х3,01х1,43 2,53х6,01х1,43
Энергопотребление, Вт   1400 1270 4370
Тип исполнения КА герметизированный герметизированный негерметизированный негерметизированный
Суточная нестабильность БСУ, в соответствии с ТЗ / фактическая 5*10-13 / 1*10-13 1*10-13 / 5*10-14 1*10-13 / 5*10-14 1*10-14 / 5*10-15
Тип сигналов FDMA в основном FDMA (CDMA на КА 755-761) FDMA и CDMA FDMA и CDMA
Сигналы с открытым доступом (для сигналов FDMA приведено значение центральной частоты) L1OF (1602 МГц) L1OF (1602 МГц)
L2OF (1246 МГц)
начиная с №755: L3OC (1202 МГц)
L1OF (1602 МГц)
L2OF (1246 МГц)
L3OC (1202 МГц)
начиная с №17Л: L2OC (1248 МГц)
L1OF (1602 МГц)
L2OF (1246 МГц)
L1OC (1600 МГц)
L2OC (1248 МГц)
L3OC (1202 МГц)
Сигналы с санкционированным доступом L1SF (1592 МГц)
L2SF (1237 МГц)
L1SF (1592 МГц)
L2SF (1237 МГц)
L1SF (1592 МГц)
L2SF (1237 МГц)
начиная с №17Л: L2SC (1248 МГц)
L1SF (1592 МГц)
L2SF (1237 МГц)
L1SC (1600 МГц)
L2SC (1248 МГц)
Наличие межспутниковых линий связи:
радио
оптическая



+

+

+
+
Наличие системы поиска и спасания + +

Навигационные радиосигналы

На этапе проектировании для системы ГЛОНАСС был принят частотный метод разделения сигналов различных космических аппаратов: каждый из них использует свою пару несущих частот, одна из которых принадлежит диапазону L1, другая – диапазону L2.
Для космических аппаратов, которые находятся в диаметрально противоположных точках орбиты, используются одинаковые литерные частоты, по 12 в каждом диапазоне частот.

Выведенный на орбиту в 2011 году для лётных испытаний космический аппарат модификации «Глонасс-К» 1-го этапа наряду с радиосигналами L1 и L2 с частотным разделением, полностью аналогичным сигналам «Глонасс-М», дополнительно излучает в диапазоне L3 радиосигналы открытого доступа с кодовым разделением. Модернизированные аппараты «Глонасс-М» № 55–61 также излучают навигационный радиосигнал с кодовым разделением в диапазоне L3.

Спектр навигационных радиосигналов системы ГЛОНАСС
Характеристики навигационных радиосигналов системы ГЛОНАСС с кодовым разделением
Диапазон Несущая частота, МГц Сигнал Длительность
кода ПСП, символы
Тактовая частота, МГц Вид модуляции Скорость
передачи ЦИ,
бит/с
L1 1 600,995 L1OCd
L1OCp
1 023
4 092
1,023
1,023
BPSK (1)
BOC (1,1)
125
пилот-сигнал
L2 1 248,06 L2 КСИ
L2OCp
1 023
4 092
1,023
1,023
BPSK (1)
BOC (1,1)
250
пилот-сигнал
L3 1 202,025 L3OCd
L3OCp
10 230
10 230
10,23
10,23
BPSK (10)
BPSK (10)
100
пилот-сигнал

Система координат и шкала времени

Система координат

Передаваемые каждым космическим аппаратом системы ГЛОНАСС в составе оперативной информации эфемериды описывают положение фазового центра передающей антенны данного КА в связанной с Землей геоцентрической системе координат ПЗ-90, определяемой следующим образом:

  • начало координат расположено в центре масс Земли;
  • ось Z направлена в Условный полюс Земли, как определено в рекомендации Международной службы вращения Земли (IERS);
  • ось X направлена по линии пересечения плоскости экватора Земли и начального меридиана, установленного Международным бюро времени (BIH);
  • ось Y дополняет геоцентрическую прямоугольную систему координат до правой.
Справочный документ «ПАРАМЕТРЫ ЗЕМЛИ 1990 ГОДА» (ПЗ-90.11)
ВОЕННО-ТОПОГРАФИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ШТАБА ВООРУЖЕННЫХ СИЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, Москва, 2014 г.
Геодезические константы и параметры общеземного эллипсоида ПЗ 90
Параметр Значение
Угловая скорость вращения Земли 7,292115x10-5 радиан/с
Геоцентрическая константа гравитационного поля Земли с учетом атмосферы 398 600,44x109 м32
Геоцентрическая константа гравитационного поля атмосферы Земли (fMa) 0.35x109 м32
Скорость света 299 792 458 м/с
Большая полуось эллипсоида 6 378 136 м
Коэффициент сжатия эллипсоида 1/298,257 839 303
Гравитационное ускорение на экваторе Земли 978 032,8 мгал
Поправка к гравитационному ускорению на уровне моря, обусловленная влиянием атмосферы Земли -0,9 мгал
Вторая зональная гармоника геопотенциала (J20) 1082625,7x10-9
Четвертая зональная гармоника геопотенциала (J40) (- 2370,9x10-9)
Нормальный потенциал на поверхности общеземного эллипсоида (U0) 62 636 861,074 м2/s2
Система времени

В качестве шкалы системного времени ГЛОНАСС принята условная непрерывная шкала времени, формируемая на основе шкалы времени Центрального синхронизатора системы. Центральный синхронизатор оснащен водородными стандартами частоты.

Опорной шкалой времени для системы ГЛОНАСС является национальная координированная шкала времени России UTC(SU). Расхождение между шкалой системного времени ГЛОНАСС и UTC(SU) не должна превышать 1 мс.

Шкала системного времени ГЛОНАСС корректируется одновременно с плановой коррекцией на целое число секунд шкалы координированного всемирного времени UTC.

Наземный комплекс управления

Наземный комплекс управления ГЛОНАСС включает в себя:

Центр управления системой (ЦУС ГЛОНАСС)
 
Контрольные станции (КС)
 
 
Центральный синхронизатор (ЦС)


Наземный комплекс управления ГЛОНАСС

Центральный синхронизатор обеспечивает формирование шкалы времени системы.

Контрольные станции формируют измерения текущих навигационных параметров, необходимые для формирования эфемеридной информации и оценки расхождений бортовой шкалы времени относительно шкалы времени системы, а также ведут приём телеметрической информации и передачу («закладку») информации на борт космических аппаратов.

Интерфейсный контрольный документ

Интерфейсные контрольные документы для сигналов ГЛОНАСС

Официальный сайт

Пользовательский информационный центр ГЛОНАСС: www.glonass-iac.ru