Rambler's Top100
 
Статьи ИКС № 11 2006
01 ноября 2006

Навигационные приемники

Любой навигационный приемник состоит из приемного модуля и малогабаритной антенны с малошумящим усилителем. Приемный модуль выпускается в виде автономного устройства (со встроенным источником питания) либо встраиваемой платы.

В современных GPS-приемниках обычно 6–12 каналов (табл. 6), что позволяет отслеживать практически все навигационные спутники в зоне радиовидимости объекта. Если каналов меньше, чем «видимых» КА, то автоматически выбирается их оптимальное сочетание. Навигационные данные обновляются каждую секунду, время обнаружения объекта зависит от количества одновременно наблюдаемых спутников и режима определения местоположения. Стоимость автономного приемника – в пределах $150–800. Выпускаются также чипсеты и платы расширения к ПК или иному оборудованию. Основа GPSприемника – миниатюрный специальный процессор, способный вычислять свое местоположение по радиосигналам со спутника. Чем больше спутников может одновременно отслеживать такой приемник и чем больше разнесены эти КА на небесной полусфере, тем быстрее устанавливаются координаты и точнее результат.

Парк навигационных средств ГЛОНАСС невелик и рассчитан преимущественно на определенные категории российских пользователей, поскольку применяются они чаще всего в системах специального назначения, да и цена их намного выше, чем GPS-устройств. Список коммерческих навигационных изделий от российских производителей содержит примерно 120 наименований (приемники, специализированное ПО и вспомогательные устройства). Среди главных игроков этого сегмента рынка – «НАВИС», «Котлин», Ижевский радиозавод, «Термотех», «Компас», «Авиаприбор». Подавляющая часть устройств коммерческого применения не обеспечивает высокой точности позиционирования (причем в отсутствие пресловутых системных ограничений, за отмену которых боролись, что называется, всем миром).

Вряд ли можно надеяться, что в ближайшей перспективе наладится массовый выпуск портативных и дешевых приемников, притом что хорошей собственной элементной базы у отечественного производителя нет, а рынок наземной потребительской аппаратуры для ГЛОНАСС находится в «коматозном» состоянии. Вся надежда на выпуск совмещенных GPS/ГЛОНАСС-приемников, к которому приступили в последние пару лет некоторые российские производители.

В основе интегрированного приемника – идея представления орбитальных группировок двух систем в виде единой, с обобщенным алгоритмом определения местоположения. Сигналы принимает широкополосный приемник, перекрывающий суммарный рабочий диапазон GPS и ГЛОНАСС. Его общий алгоритм предусматривает возможность исключения КА с низкими рабочими углами, обеспечивая снижение погрешностей за счет тропосферной рефракции, ионосферы и многолучевости. Все это позволяет достичь точности 10 м. Однако реализация приемника достаточно сложна, а потому и цена значительно выше, чем «просто GPS» (по сведениям автора, $1–20 тыс.). Так что до массового рынка еще далеко. Пока же GPS/ ГЛОНАСС-приемники работают в основном в нишах аэронавигационного и геодезического оборудования.

Тем не менее за рубежом комбинированную GPS/ГЛОНАСС-аппаратуру выпускают многие производители: 3S Navigation, Ashtech, JPS, Sokkia, Spectra Precision (США), Leicka (Швейцария) и др. В России разработкой занимаются РНИИ КП, «НАВИС» (Москва), Российский институт радионавигации и времени, «Котлин» и Ижевский радиозавод.

Из самых свежих продуктов. НПО «Оборонительные системы» разработало систему «Тропа» для контроля местоположения на электронной карте и поддержки спутниковой связи с командованием. Связные средства могут быть КВ/УКВ-диапазона. Есть индивидуальные и мобильные комплекты, которые устанавливаются на любое транспортное средство, обладают пыле- и влагозащищенностью, устойчивостью к вибрациям и другим внешним воздействиям. По результатам испытаний в боевых условиях спецподразделениями Минобороны получены положительные отзывы. Аналогичные разработки есть и за рубежом.

Основная концепция Galileo – полностью открытой системы: абонентское оборудование должно быть полностью совместимо с GPS (приемники должны принимать сигналы обеих систем), но (!) обладать способностью независимой работы. Снизить его себестоимость удалось за счет использования совмещенной частоты E2/L1/E1.

Европейцы ставили перед собой задачу создать дешевый универсальный навигационный приемник с высокими показателями доступности и целостности услуг. Такие двухмодовые GPS/Galileo-приемники создать проще, чем GPS/ГЛОНАСС, в силу сходности частотных планов. Не исключено создание и трехмодовых приемников GPS/ГЛОНАСС/Galileo для морских и авиационных потребителей с большим числом каналов (свыше 24), что обеспечит высокоточное позиционирование.

Материал к публикации подготовила Галина БОЛЬШОВА

Ахиллесова пята спутниковой навигации – резкое снижение точности в условиях городских «каньонов». Ведь в отличие от сотовых телефонов навигационные приемники работают только под открытым небом, в зданиях без внешних GPS-антенн прием невозможен. Такой недостаток присущ всем без исключения системам глобального позиционирования, работающим в диапазоне 1,2–1,6 ГГц. На транспортных средствах GPS-приемник должен быть оснащен наружной антенной.

Что полезно знать потребителю

Координаты определяются с помощью навигационного приемника – автономного или встроенного, обычно имеющего собственную миниатюрную антенну. Возможно также ее совмещение со связной антенной терминала (например, Inmarsat или Thuraya). Карманный спутниковый GPS-навигатор стоит за рубежом $50–100, у нас – $200–300; использование сигналов со спутников бесплатное.

Однако в отличие от сотового абонента пользователю спутникового приемника нужны некоторые специальные знания, чтобы понимать, какую информацию и в каком виде он получает. В описании прибора указаны количество каналов приема, скорость обновления данных, время вычислений, точность определения координат и надежность навигационных определений. Но как каждый параметр влияет на конечный результат, не написано. Нет и пояснений, касающихся режимов работы устройства, а именно они определяют доступность информации, т.е. вероятность получения потребителем навигационной информации в заданном интервале времени с требуемой точностью.

Режимы работы. Определение навигационных характеристик может производиться в двух режимах: двумерном (2D) и пространственном (3D). При работе в первом определяются широта и долгота (высота считается известной), а потому для его использования достаточно присутствие в зоне радиовидимости трех КА, время определения координат обычно не превышает 2 мин. Работа в режиме 3D требует наличия в зоне не менее 4 КА, что гарантирует время обнаружения 3–4 мин, а точность вычисления координат – не хуже 100 м.

«Холодный», «теплый» и «горячий» старт. Важный параметр приемника – время до первого определения местоположения, или время старта, которое зависит от точности данных об эфемеридах* спутника и альманахе** системы. Различают «холодный», «теплый» и «горячий» старт.

«Холодный» старт – включение приемника после длительного перерыва, когда поиск навигационных сигналов осуществляется при априори неизвестных данных об эфемеридах спутников и альманахе системы. Режим выполняется в том случае, если у приемника было полностью отключено питание, включая процессорное.

«Теплый» старт возможен, если питание было выключено, однако в памяти сохранены текущий альманах и начальные координаты. Время до первого позиционирования в этом режиме сокращается, так как приемник может идентифицировать спутники, предположительно находящиеся в зоне видимости.

«Горячий» старт используется в ситуации, когда перерыв был кратким и эфемериды, альманах и время сохранили свои действующие значения.

Помехи. На работу приемника, как известно, влияют помехи. Не касаясь природных, перечислим основные искусственные источники помех, порождаемые радиосетями и службами:
  • В полосе частот GPS это прежде всего узкополосный сигнал типа немодулированной несущей на частотах 1575,42 и 1533 МГц. Для ГЛОНАСС в полосе L1 повсеместно мешают излучения от средств спутниковой системы Globalstar, а в полосе L2 в Европе – сигналы любительских радиостанций «пакетного радио», любительские радиорелейные и ТВ-станции, а также РРЛ УВД Германии.
  • Внеполосные излучения типа гармоник, присутствующие на частотах 525 МГц и 131/121/157 МГц УКВсвязи, на аварийной частоте 121,5 МГц, а также в полосах, выделенных для 22/23/66/67-го каналов ТВ.
  • Источники сверхширокополосных сигналов с наносекундными импульсами, которые могут излучаться перспективными системами связи (UMTS, EDGE) или определения дальности. Кроме того, сигналы GPS с М-кодами могут быть помехами при приеме сигналов с C/A-кодами.
  • Не идентифицированные источники, которыми могут стать, к примеру, излучения аэродромных радиосистем обеспечения полетов. По данным пилотов «Аэрофлота», существует несколько районов с повышенным уровнем помех: г. Петропавловск-Камчатский, Республика Хорватия, о. Мальта и др.



*Эфемериды – таблицы предвычисленных небесных координат астрономического объекта на последовательные моменты времени.

**Альманах – совокупность параметров, характеризующая положение навигационных КА в ОГ.


Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!