Навигационные системы: Дорогу видно из космоса

Спутниковые навигационные системы используются уже

40 лет. Но если еще 10 лет назад они применялись преимущественно на

судах, то теперь в качестве опций устанавливаются на многие автомобили.

Что же они представляют собой на современном этапе развития?

Спутниковые навигационные системы используются уже 40 лет. Но если еще 10 лет назад они применялись преимущественно на судах, то теперь в качестве опций устанавливаются на многие автомобили. Что же они представляют собой на современном этапе развития?

В настоящее время только

Россия и Соединенные Штаты Америки располагают комплексом средств, обеспечивающих

спутниковую навигацию. В России это ГЛОНАСС (Глобальная навигационная

спутниковая система), в США – GPS (Global Positional System – глобальная

система позиционирования) Navstar.

Украина относится к тем немногим государствам, научно-технический и

производственный потенциал которых позволяет создать спутниковые навигационные

системы (СНС). В Украине производятся ракеты-носители, спутники, приемоиндикаторы

(аппаратура пользователя). Однако создание СНС – очень дорогостоящий проект.

Нашей стране он не под силу, да и необходимости такой нет. В настоящее

время Европейский Союз разрабатывает собственную СНС. В ее создании принимает

участие и Украина, о чем недавно подписано соответствующее соглашение.

На разработку системы, получившей название Galileo, выделено 4,2 миллиарда

евро. Планируется, что она начнет действовать в 2008 году.

Следить за всем

Уже сейчас сигналы спутников GPS и ГЛОНАСС можно использовать как по

отдельности, так и совместно. Второй режим работы обозначают GNSS. Современная

СНС состоит из нескольких компонентов – космического и наземного. Космический

сегмент – это спутники, являющиеся опорными навигационными точками. Они

движутся на высоте около 20000 километров над Землей по разным орбитам.

По сигналам спутников дальномерным методом определяют координаты и путевую

скорость подвижного объекта. Кроме этого, можно установить путевой угол

(угол между направлением на север и вектором скорости). Возросшая точность

измерения теперь уже позволяет измерить углы курса, крена и тангажа (угловое

движение относительно поперечной оси) объекта. Погрешность при этом находится

в пределах 20 угловых минут (данные российского измерителя МРК-11). Правда,

для автомобиля это пока не актуально. Зато в будущем, например при создании

систем автопилотирования, это может стать необходимым.

В обычном режиме погрешности определения координат движущегося транспортного

средства составляют 10 – 30 метров. Они складываются из погрешностей определения

местоположения спутников, помех при прохождении сигналов через атмосферу,

погрешностей отсчета времени на спутнике и наземной аппаратуре (приемоиндикаторе),

шумов приборов. Влияет на точность и взаимное расположение спутников.

Информация о спутниках содержится в передаваемом ими же альманахе. Современные

приемоиндикаторы сами выбирают 3 – 5 спутников для работы. Это возможно

благодаря тому, что в каждой из систем функционируют одновременно 24 спутника.

Для «всепогодной» глобальной системы, действующей на всем земном шаре,

определение координат с погрешностью даже 100 метров – совсем неплохо,

особенно в лесу или пустыне. Но для автомобильной навигации с привязкой

к дорожной сети этого недостаточно. Необходимая в таком случае высокая

точность (определение координат с погрешностью порядка 1 метра) достигается

при использовании так называемого дифференциального режима работы СНС.

Его суть в том, что вычисленные по сигналам спутников данные уточняются

с помощью поправок, которые соответствуют погрешностям определения пунктов

с точно известными координатами. Этими пунктами могут быть радиомаяки

других навигационных систем или специально создаваемые корректирующие

станции. Уже сейчас они обеспечивают поправками большую часть Европы и

часть Украины, а в недалеком будущем распространятся на всю территорию

нашей страны. К названию систем, работающих в дифференциальном режиме,

добавляют букву D (DGPS, DGNSS).

Одним из недостатков СНС является пропадание сигнала спутника в условиях

затенения в тоннелях, между зданиями, в густой листве. Осложняется это

еще и тем, что для восстановления рабочего состояния после этого требуется

время, которое может превышать 1 минуту. В таких случаях спутниковая система

дублируется автономной, например, бесплатформенной инерциальной навигационной

системой (БИНС). Несмотря на то, что характеристики микромеханических

элементов в настоящее время весьма грубые, при интервале в несколько минут

такая система может решить требуемую задачу. Объединенную систему БИНС+СНС

называют интегрированной.

Разработкой приемоиндикаторов занимается множество западных фирм. Среди

них – Garmin, Magellan, Bosch, Philips, Pioneer. Отечественные приборы

(например, смелянской компании «Оризон-Навигация») почти ни в чем им не

уступают.

Для эффективного использования спутниковой навигационной системы мало

знать широту и долготу. Нужна еще хорошая карта с дорогами, знаками, разметкой,

бензозаправками, отелями и прочим, с которой может работать компьютер

СНС, обозначая положение авто по рассчитанным координатам. Их выпускает

ряд украинских и российских фирм – Visicom, Natec.

Ни шагу без СНС

Сфера применения спутниковых систем постоянно расширяется. Их уже активно

используют не только на флоте, в авиации, в наземном транспорте, но и

для диспетчеризации перевозок, в системах охранной сигнализации, в рыболовстве,

в геодезии и картографии. Сегодня обеспеченные люди пользуются СНС на

рыбалке, охоте или в путешествиях. Спутниковые системы помогают слепым

перемещаться по городу. Недалеко то время, когда пользование спутниковой

навигационной системой станет столь же обычным, как и пользование мобильным

телефоном.

В Украине внедрением СНС в различные отрасли занимаются на кафедре приборов

и систем ориентации и навигации приборостроительного факультета НТУУ «Киевский

политехнический институт». Здесь готовят специалистов для разработки и

производства как бесплатформенных инерциальных навигационных систем, так

и интегрированных систем на базе электронных платформ Texas Instruments.

Altera, Atmel и др.

МНЕНИЕ    Константин Жиденко Генеральный директор компании Benish GPS Ukraine В нашей разработке используется американская военно-навигационная система Navstar для определения координат автомобиля, угнанного злоумышленниками, с точностью до 10 метров. Датчик, установленный на охраняемой нами машине, в случае тревоги активизирует автомобильную охранную систему. Она определяет координаты машины с помощью спутника, а затем через выделенный канал оператора сотовой связи «Киевстар» передает SMS-сообщение на диспетчерский пункт компании Benish GPS Ukraine. При подтверждении тревоги сигнал передается на терминал дежурной части ГАИ. С помощью GSM-канала осуществляется обратная связь с владельцем автомобиля. Диспетчер может дистанционно заглушить двигатель, включить звуковую и световую сигнализации. В это время по указанным координатам выезжают работники милиции. Таким образом, за пять лет использования системы не было угнано ни одного автомобиля.

Словарик

Навигация – процесс управляемого движения подвижного объекта по заданной траектории в заданных условиях. Приемоиндикатор (аппаратура потребителя, аппаратура пользователя) – устройство, в котором по сигналам спутников определяют навигационные параметры и отображают положение подвижного объекта на карте вместе с сервисной информацией. Спутниковая навигационная система (СНС) – система, в которой навигационные параметры (широта, долгота, высота, скорость движения и др.) определяют по сигналам спутников. Дифференциальный режим работы СНС (дифференциальная СНС) – в этом режиме результаты определения навигационных параметров по сигналам спутников уточняют с помощью поправок, соответствующих ошибкам определения по СНС положение пунктов, координаты которых точно известны. Дифференциальная СНС действует на определенной территории, где есть возможность и целесообразность ввода указанных поправок. Дальномерный метод определения координат – метод определения координат места как точки пересечения поверхностей равных дальностей (сфер) приемника от навигационных опорных пунктов (здесь – навигационных спутников). Инерциальная навигационная система (ИНС) – автономная система, построенная на использовании свойств инерции, инерциальных чувствительных элементов (акселерометров, гироскопов). Интегрированная навигационная система – объединяющая СНС и какую-либо автономную навигационную систему, как правило, инерциальную.

Владислав Мелешко

Фото GM, Bosch и из архива редакции