СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ GPS И ГЛОНАСС

COMPARATIVE ANALYSIS OF GPS AND GLONASS SATELLITE SYSTEMS

Sergey Dolgodvorov

student, Department of Information systems, Siberian state university of water transport,

Russia, Novosibrisk

Alexey Zharov

scientific supervisor, candidate of technical sciences, Siberian state university of water transport,

Russia, Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

Данное исследование посвящено сравнительному анализу технических и потребительских характеристик спутниковых систем навигации GPS и ГЛОНАСС. Описаны теоретические сведения о принципе определения координат объектов в спутниковых системах навигации. Проведен обзор современных технических решений, обеспечивающих работу спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС. Определены основные требования и критерии сравнения рассматриваемых спутниковых навигационных систем. Осуществлен сравнительный анализ технических и потребительских характеристик глобальных систем позиционирования GPS и ГЛОНАСС. Выявлены принципиальные отличия рассматриваемых систем спутниковой навигации.

ABSTRACT

This study is devoted to the analysis of technical and consumer characteristics of GPS and GLONASS satellite navigation systems. Theoretical information about the definitions of object coordinates in satellite navigation systems is described. A review of modern technical solutions that ensure the operation of GPS and GLONASS satellite systems has been carried out. Certain basic requirements and comparison of the considered satellite navigation systems. A comparative analysis of the technical and consumer characteristics of complex GPS and GLONASS systems has been carried out. The main features of the considered satellite navigation systems are revealed.

Ключевые слова: система навигации; спутниковая система навигации; GPS; ГЛОНАСС; геопозиция.

Keywords: navigation system; satellite navigation system; GPS; GLONASS; geolocation.

Глобальная система позиционирования – это комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости, направления движения и т.д.) для водных [1 – 3], наземных [4 – 5] и воздушных объектов.

Принцип определения координат объектов в спутниковых системах навигации «Global Positioning System» (GPS) и «Глобальная навигационная спутниковая система» (ГЛОНАСС) основан на использовании искусственных спутников Земли в качестве пунктов с известными координатами. Происходит вычисление момента времени приема синхронизированного сигнала от спутниковой группировки устройством потребителя.

Целью исследования является выявление недостатков спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС в результате сравнительного анализа технических и потребительских характеристик с системой GPS.

Первоначально спутниковые системы GPS и ГЛОНАСС разрабатывались и предназначались для военных целей. С развитием технологий были представлены новые поколения спутниковых систем: GPS IIF, GPS III/IIIF, а также ГЛОНАСС-М, ГЛОНАСС-К, которые являются наиболее современными версиями рассматриваемых навигационных систем на данный момент [7 – 8].

Основными требованиями к геопозиционным спутниковым системам GPS и ГЛОНАСС являются: 1) обеспечение высокой точности позиционирования; 2) обеспечение высокой стабильности результата определения геопозиции; 3) обеспечение обширного покрытия сигналом; 4) обеспечение высокой помехоустойчивости; 5) продолжительный срок активного существования спутников; 6) обеспечение интеграции со службами спасения (наличие системы поиска и спасения); 7) низкая стоимость реализации модулей и комплексов спутниковой системы. На основе перечисленных требований выработаны критерии сравнения спутниковых систем навигации GPS и ГЛОНАСС, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Сравнительные характеристики различных поколений систем GPS и ГЛОНАСС

В ходе сравнительного анализа выявлено принципиальное различие между рассматриваемыми спутниковыми системами, выраженное в количестве орбитальных плоскостей и спутников в каждой плоскости. В ГЛОНАСС выбранные характеристики орбитальной группировки обеспечивают большую устойчивость движения навигационных спутников, что, в отличие от спутников GPS, практически не требует проведения корректирующих маневров [6].

В сравнении с ГЛОНАСС спутники системы GPS обеспечивают большее время активного существования, что снижает издержки на вывод спутниковой группировки на орбиту. В системе GPS применяется кодировка CDMA, а оборудование системы ГЛОНАСС использует более сложную кодировку FDMA, которая приводит к большим затратам электроэнергии, вследствие чего срок активного существования спутников ГЛОНАСС меньше, чем у спутников GPS. Основное отличие кодировок CDMA и FDMA в том, что код CDMA обладает примерно в 10 раз большей скоростью передачи, что позволяет повысить точность определения координат. Кодировка FDMA является более помехозащищенной, что является ключевым параметром для применения системы ГЛОНАСС в военных целях [8].

Погрешность позиционирования определена на основе 95%-ной глобальной средней погрешности псевдодальности за счет каждого навигационно-космического аппарата, либо за счет всей орбитальной группировки [9 – 10]. На уровень погрешности позиционирования GPS и ГЛОНАСС влияют следующие факторы: возмущающие воздействия сил тяготения Луны, Солнца, планет солнечной системы, состояние ионосферы и тропосферы, шумы навигационных приемников, ошибки в часах спутников, внешние помехи от других устройств, местоположение спутника и др.

В условиях современных политических реалий система ГЛОНАСС для России является основой национальных средств координатно-временного и навигационного обеспечения (КВНО), которая призвана обеспечить национальную навигационную безопасность государства и исключить возможность зависимости национальной экономики от зарубежных средств КВНО.

Выводы: 1) Проведен сравнительный анализ технических и потребительских характеристик спутниковых систем навигации GPS и ГЛОНАСС по выработанным критериям. 2) Обнаружены принципиальные различия в технических и потребительских характеристиках спутниковых систем: количество орбитальных плоскостей и спутников в каждой плоскости, срок активного существования спутника, суточная нестабильность БСУ, погрешность в позиционировании, кодировка сигнала. 3) Выявлены недостатки спутниковой системы ГЛОНАСС в сравнении с GPS: небольшое время активного существования спутника, высокая суточная нестабильность БСУ, высокая погрешность позиционирования.

Список литературы:

1. Шамова В.В. ГИС водоёмов и воднотранспортных объектов: учеб. пособие. Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2010. — 409 с.
2. Шамова В.В., Енаки Е.С., Белянкин А.С. Использование современных технологий в исследовании прибрежной зоны новосибирского водохранилища // Современные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации. – 2020. – №1. – С. 277-281.
3. Шамова В.В., Волчатникова С.В. Создание картографического блока ГИС Обского бассейна // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего востока. – 2013. – №2. – С. 76–78.
4. Ionospheric longitudinal variability in the northern hemisphere during magnetic storm from the GPS/GLONASS data / Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Yasyukevich A.S. [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2020. – Т. 17, №6. – С. 145–152.
5. Адакин Р.Д., Соцкая И.М. Разработка программы "Технический сервис" для предприятий, работающих с системой ГЛОНАСС и содержащих большой автопарк // Вестник АПК Верхневолжья. – 2021. – №2 (54). – С. 93–98.
6. Урличич Ю.М. ГЛОНАСС – Российская национальная система состояние, перспективы развития и применения системы ГЛОНАСС // T-Comm: телекоммуникации и транспорт. – 2008. – T. 2, №2. – С. 14­-18.
7. Медведков Ю.В. ГЛОНАСС начало пути (к 30-летию запуска первого спутника "ГЛОНАСС" 12 октября 1982 года) // Новости навигации. – 2012. – №3. – С. 66-72.
8. Сторожев Ю.А., Олейников Е.П. Глобальная Навигационная Спутниковая Система // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. – 2021. – С. 164-166.
9. GLOBAL POSITIONING SYSTEM STANDARD POSITIONING SERVICE PERFORMANCE STANDARD [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.gps.gov/technical/ps/2020-SPS-performance-standard.pdf (дата обращения: 23.03.2022)
10. Стандарт эксплуатационных характеристик открытого сервиса (СТЭХОС) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.glonass-iac.ru/upload/docs/stehos/stehos.pdf (дата обращения: 23.03.2022)