Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС

История развития ГЛОНАСС

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

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

Подробнее об истории развития ГЛОНАСС

Структура ГЛОНАСС

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

• Космический комплекс системы ГЛОНАСС, состоящий из ОГ, средств выведения, наземного комплекса управления;
• ФД, включая широкозонную систему ФД ГНСС – СДКМ, а также региональные и локальные системы мониторинга и дифференциальной навигации;
• Система высокоточной апостериорной ЭВИ;
• Средства фундаментального обеспечения ГЛОНАСС – системы оперативного определения параметров вращения и ориентации Земли, системы формирования государственной шкалы всемирного скоординированного времени, геодезической основы РФ;
• НАП

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 ИАЦ КВНО АО «ЦНИИмаш».

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 ФД 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 АО «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 участвуют в двусторонних переговорах и консультациях с провайдерами зарубежных глобальных и региональных навигационных систем, а также в работах по созданию за рубежом наземного измерительного сегмента системы ГЛОНАСС, являющегося 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 ФД ГНСС.

Система ФД ГНСС (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 ФД, ориентированные на разных потребителей и отличающиеся местом размещения, размером зон обслуживания, типом канала доведения корректирующей информации.

Подробнее о системах ФД ГНСС

Российские технологии ГЛОНАСС

Государственная автоматизированная информационная система «ЭРА-ГЛОНАСС»

ГАИС «ЭРА-ГЛОНАСС» обеспечивает оперативное получение информации о дорожно-транспортных происшествиях на автомобильных дорогах в Российской Федерации, ее обработку, хранение и передачу в экстренные оперативные службы. Оператором ГАИС «ЭРА-ГЛОНАСС» является АО «ГЛОНАСС» (https://aoglonass.ru/).

При аварии абонентский терминал, установленный на автомобиле, определяет степень тяжести аварии, местоположение пострадавшего транспортного средства через спутники системы ГЛОНАСС и/или GPS, устанавливает связь с инфраструктурой «ЭРА-ГЛОНАСС» и передаёт через любого сотового оператора необходимые данные об аварии.

Вызов можно совершить вручную с помощью специальной кнопки SOS. При этом оператор контакт-центра «ЭРА-ГЛОНАСС» уточняет детали происшествия и в случае подтверждения информации или при отсутствии ответа направляет службы экстренного реагирования — спасателей, Скорую помощь, ГИБДД.

Российская государственная система экстренного реагирования «ЭРА-ГЛОНАСС» технологически совместима с общеевропейской системой eCall.

Предусмотрена возможность предоставления дополнительных сервисов: функции тахографа, удалённая диагностика состояния транспортного средства, система организации движения транспорта, охранно-поисковые системы.

В рамках реализации проекта развернута инфраструктура системы «ЭРА-ГЛОНАСС» в субъектах Российской Федерации, выполнено сопряжение с системами-112 и экстренными оперативными службами, другими государственными системами, утвержден комплекс национальных технических стандартов, принят Федеральный закон «О государственной автоматизированной информационной системе «ЭРА-ГЛОНАСС», который вступил в силу с 01 января 2014 года.

В июле 2013 года система была запущена в опытную эксплуатацию в 15 регионах России. 1 января 2015 года система была введена в промышленную эксплуатацию. Первым серийным автомобилем, оборудованным системой «ЭРА-ГЛОНАСС», стал российский автомобиль Lada Vesta.

С 2018 года абонентские терминалы системы устанавливают на все автотранспортные средства, продаваемые в России.

Внедрение системы «ЭРА-ГЛОНАСС» привело к сокращению времени реагирования при авариях и других чрезвычайных ситуациях, что позволило снизить уровень смертности и травматизма на дорогах и повысить безопасность грузовых и пассажирских перевозок.

Применение ГЛОНАСС

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 КА «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.

Спутниковая группировка

Штатная ОГ ГЛОНАСС состоит из 24 спутников, находящихся на средневысотных околокруговых орбитах с номинальными значениями высоты – 19 100 км, наклонения – 64,8° и периода – 11 ч 15 мин 44 с. 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 100%-ную доступность навигации на территории Российской Федерации даже при условии выхода из ОГ нескольких КА.

ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА

КОЛИЧЕСТВО ШТАТНЫХ КА	24
ВЫСОТА ОРБИТЫ	19 100 км
КОЛИЧЕСТВО ПЛОСКОСТЕЙ	3
БОЛЬШАЯ ПОЛУОСЬ	25 420 км
ПЕРИОД	11 ч 15 мин 44 с
НАКЛОНЕНИЕ	64,8°

Текущее состояние ОГ ГЛОНАСС

Типы КА

Навигационные радиосигналы

На этапе проектировании для системы ГЛОНАСС был принят частотный метод разделения сигналов различных КА: каждый из них использует свою пару несущих частот, одна из которых принадлежит диапазону L1, другая – диапазону L2.
Для КА, 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 КА модификации «Глонасс-К» 1-го этапа наряду с радиосигналами L1 и L2 с частотным разделением, полностью аналогичным сигналам КА «Глонасс-М», дополнительно излучает в диапазоне L3 радиосигналы открытого доступа с кодовым разделением. Модернизированные КА «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

Система координат и шкала времени

Система координат

Передаваемые каждым КА 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 м3/с2
Геоцентрическая константа гравитационного поля атмосферы Земли (fMa)	0,35x109 м3/с2
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)	1 082 625,7x10-9
Четвертая зональная гармоника геопотенциала (J40)	- 2 370,9x10-9
Нормальный потенциал на поверхности общеземного эллипсоида (U0)	62 636 861,074 м2/s2

Система времени

В качестве шкалы системного времени системы 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

НКУ системы ГЛОНАСС включает в себя:

• ЦУС (ЦУС ГЛОНАСС);
• контрольные станции (КС);
• центральный синхронизатор (ЦС).

Системные документы ГЛОНАСС

Информация об Интерфейсных контрольных документах для сигналов системы ГЛОНАСС и СТЭХОС приведена в разделе Системные документы ГЛОНАСС.

Официальный сайт

Пользовательский информационный центр ГЛОНАСС: glonass-iac.ru

• Система контроля и подтверждения характеристик ГНСС
• FTP-архив
• Нормативно-правовые документы в области спутниковой навигации
• Пилотные проекты