GLONASS - Rosyjski System Nawigacji Satelitarnej

GLONASS to rosyjski globalny system nawigacji satelitarnej. Składa się z trzech segmentów: kosmicznego, kontroli i użytkownika. Obecnie na 3 orbitach umieszczone są 24 satelity, które obejmują swoim zasięgiem całą kulę ziemską. Kąt orbit satelitów wynosi 64,8°, co umożliwia lepsze pokrycie satelitami wyższych szerokości geograficznych niż w przypadku systemu GPS. System, podobnie jak amerykański GPS, ma rodowód wojskowy. Podobna jest też struktura i zadania systemu. GLONASS jest systemem stadiometrycznym, czyli pozycja jest wyznaczana w punkcie przecięcia czterech sfer o promieniach obliczonych na podstawie czasu propagacji sygnału i środkach znanych z depesz nawigacyjnych wysyłanych przez satelity.

GLONASS - rosyjski globalny system nawigacji satelitarnej

Segmenty systemu GLONASS

Kosmiczny

Obecnie na 3 orbitach na wysokości 19 100 metrów umieszczone są 24 satelity (po 8 na orbicie) w fazie operacyjnej (stan na lipiec 2022). Są to satelity generacji GLONASS-M, GLONASS-K oraz najnowsze GLONASS-K2. Kąt orbit wynosi 64,8°, co umożliwia lepsze pokrycie satelitami wyższych szerokości geograficznych niż w przypadku systemu GPS. Parametry satelitów przedstawiono w tabeli pod artykułem.

Kontroli

Główna stacja kontroli w Moskwie, 3 stacje rozmieszczone na obszarze Rosji (St.Petersburg, Jenisejsk, Komsomolsk nad Amurem), jedna w Tarnopolu na Ukrainie, jedna w Niemczech w Neustrelitz oraz jedna w Brazylii.

Użytkownika

Pierwotnie odbiorniki systemu GLONASS były zazwyczaj produkcji rosyjskiej i były przeważnie typu wojskowego lub okrętowego. Obecnie odbiorniki tego systemu w swojej ofercie ma większość producentów urządzeń nawigacyjnych.

Historia systemu GLONASS

Pierwszą propozycję wykorzystania satelitów do nawigacji przedstawił W.S. Szebaszewicz w 1957 roku. Pomysł ten narodził się podczas badania możliwości zastosowania technologii radioastronomicznych w lotnictwie. Dalsze badania przeprowadzono w wielu instytucjach sowieckich w celu zwiększenia dokładności definicji nawigacji, wsparcia globalnego, codziennego stosowania i niezależności od warunków pogodowych. Wyniki badań wykorzystano w 1963 r. do projektu badawczo-rozwojowego nad pierwszym radzieckim niskoorbitalnym systemem „Cykada”. W 1967 roku wystrzelono pierwszego radzieckiego satelitę nawigacyjnego „Kosmos-192”. Zapewniał on ciągłą transmisję sygnału radionawigacyjnego na częstotliwościach 150 i 400 MHz przez cały okres eksploatacji.

System czterech satelitów „Cicada” został oddany do użytku w 1979 roku. Satelity nawigacyjne zostały umieszczone na orbitach kołowych o wysokości 1000 km z nachyleniem 83 ° i równym rozmieszczeniem płaszczyzn orbitalnych do równika. Pozwoliło to użytkownikom na pozyskanie jednego z satelitów co półtorej lub dwie godziny i ustalenie pozycji w ciągu 5-6 minut sesji nawigacyjnej. System nawigacyjny „Cicada” wykorzystywał jednokierunkowe pomiary zasięgu między użytkownikiem a satelitą. Wraz z doskonaleniem systemów pokładowych satelitów i sprzętu nawigacyjnego wiele uwagi poświęcono zwiększeniu dokładności wyznaczania i przewidywania parametrów orbit satelitów nawigacyjnych.

Później na satelitach „Cykada” umieszczono odbiorczy sprzęt pomiarowy do wykrywania radiolatarni alarmowych. Satelity odbierały te sygnały i przesyłały je do specjalnych stacji naziemnych, gdzie odbywały się obliczenia dokładnych współrzędnych obiektów awaryjnych (statków, samolotów itp.). Satelity „Cicada” śledzące sygnały radiowe w niebezpieczeństwie utworzyły system „Cospas”, który wraz z amerykańsko-francusko-kanadyjskim systemem „Sarsat” zbudował zintegrowaną służbę poszukiwawczo-ratowniczą, która uratowała kilka tysięcy istnień ludzkich. System nawigacji kosmicznej „Cicada” (oraz jego modernizacja „Cicada-M”) został zaprojektowany do wspomagania nawigacji użytkowników wojskowych i był używany od 1976 roku. W 2008 roku użytkownicy „Cicada” i „Cicada-M” zaczęli korzystać z systemu GLONASS a działanie tych systemów zostało wstrzymane. Systemy niskoorbitalne nie były w stanie sprostać wymaganiom dużej liczby użytkowników.

Pomyślne działanie niskoorbitalnych systemów nawigacji satelitarnej przez użytkowników morskich przyciągnęło powszechną uwagę do nawigacji satelitarnej. Potrzebny był system nawigacji ogólnego przeznaczenia, aby sprostać wymaganiom ogromnej większości potencjalnych użytkowników.

W oparciu o wszechstronne badania zdecydowano się wybrać konstelację orbitalną składającą się z 24 satelitów równomiernie rozmieszczonych w trzech płaszczyznach orbitalnych nachylonych pod kątem 64,8° do równika. Satelity GLONASS są umieszczone na mniej więcej kołowych orbitach z nominalną wysokością orbity 19 100 km i okresem orbitalnym 11 godzin, 15 minut, 44 sekund. Ze względu na wartość okresu stało się możliwe stworzenie trwałego systemu orbitalnego, który w przeciwieństwie do GPS nie wymaga podtrzymania impulsów korekcyjnych w trakcie swojego aktywnego życia. Nachylenie nominalne zapewnia globalną dostępność na terytorium Federacji Rosyjskiej nawet wtedy, gdy kilka SV nie jest eksploatowanych.

Podczas projektowania wysokoorbitalnego systemu nawigacyjnego mierzono się z dwoma wyzwaniami. Pierwsza dotyczyła wzajemnie zsynchronizowanych satelitarnych skal czasowych z dokładnością do miliardowych części sekundy (nanosekund). Stało się to możliwe dzięki wysokoorbitalnym pokładowym wzorcom częstotliwości cezowym o nominalnej stabilności 10-13 i naziemnemu wzorcowi częstotliwości wodoru o nominalnej stabilności 10-14, a także dzięki naziemnym obiektom porównania skali czasu z błędem 3-5 ns. Drugie wyzwanie dotyczyło precyzyjnego określania i przewidywania parametrów orbit satelitów nawigacyjnych. Problem ten został rozwiązany dzięki badaniom naukowym nad czynnikami nieskończenie małych drugiego rzędu, takimi jak ciśnienie światła, nieregularności obrotu Ziemi i ruchów biegunowych itp.

Testy w locie rosyjskiego systemu nawigacji satelitarnej na wysokiej orbicie o nazwie GLONASS rozpoczęły się w październiku 1982 r. wystrzeleniem satelity „Kosmos-1413”. System GLONASS został formalnie uznany za operacyjny w 1993 roku. W 1995 roku został doprowadzony do w pełni działającej konstelacji (24 satelity GLONASS pierwszej generacji). Wielką wadą, na której należało się skupić, był brak cywilnego sprzętu nawigacyjnego i cywilnych użytkowników.

Zmniejszenie finansowania przemysłu kosmicznego w 1990 roku doprowadziło do degradacji konstelacji GLONASS. W 2002 roku konstelacja GLONASS składała się z 7 satelitów, które były niewystarczające do wsparcia nawigacyjnego terytorium Rosji, nawet przy ograniczonej dostępności. GLONASS był w tyle za GPS w charakterystyce dokładności, aktywny czas życia SV wynosił 3-4 lata.

Sytuacja uległa poprawie, gdy w 2002 r. przyjęto i uruchomiono federalny program Globalny system nawigacji na lata 2002-2011 (Global Navigation System for 2002-2011).

W ramach tego programu federalnego osiągnięto następujące wyniki:

  1. Zachowano, zmodernizowano i uruchomiono system GLONASS składający się z satelitów „GLONASS-K”.
  2. Zmodernizowano segment kontroli naziemnej, który wraz z konstelacją orbitalną zapewnia charakterystykę dokładności na poziomie współmiernym do GPS.
  3. Zmodernizowano państwowe wzorce urządzeń czasu i częstotliwości oraz urządzenia do określania parametrów obrotu Ziemi.
  4. Zaprojektowano prototypy do rozbudowy GNSS, dużą ilość wzorów rdzeni modułów odbiorczych i pomiarowych, urządzenia PNT do zastosowań cywilnych i specjalnych oraz systemy pokrewne.

Aby sprostać wymaganiom użytkowników konieczne było ciągłe doskonalenie systemu GLONASS oraz urządzeń nawigacyjnych użytkownika. Przede wszystkim dotyczyło to aplikacji GLONASS o wysokiej precyzji, gdzie wymagana jest dokładność w czasie rzeczywistym na poziomie decymetra i centymetra. Dotyczyło to również aplikacji zajmujących się bezpieczeństwem i ochroną w transporcie lotniczym, morskim i naziemnym. Potrzebna jest większa wydajność operacyjna rozwiązań nawigacyjnych i odporność na zakłócenia GLONASS. Istniała znaczna liczba zastosowań specjalnych i cywilnych, w których małe rozmiary i wysoka czułość odbiorników nawigacyjnych ma kluczowe znaczenie.

Aby rozwiązać nowe zadania w nowych warunkach, zgodnie z dekretem rządowym nr 189 z 3 marca 2012 r., w 2012 r. uruchomiono nowy program federalny Utrzymanie, rozwój i użytkowanie GLONASS na lata 2012-2020 (GLONASS Sustainment, Development and Use for 2012-2020).

Nowy program federalny uwzględnia następujące kwestie:

  • Wsparcie GLONASS z gwarancją wydajności na konkurencyjnym poziomie.
  • Rozwój GLONASS w kierunku zwiększenia zdolności w celu osiągnięcia zgodności z międzynarodowymi systemami nawigacji satelitarnej i przywództwa Federacji Rosyjskiej w nawigacji satelitarnej.
  • GLONASS używać zarówno na terenie Federacji Rosyjskiej, jak i za granicą.

Poziom zwiększenia możliwości GLONASS jest określony przez szereg kierunków rozwoju, z których główne to:

Opracowanie struktury konstelacji orbitalnej GLONASS:

  1. Przejście na korzystanie z satelitów nawigacyjnych nowej generacji „GLONASS-K” o zwiększonych możliwościach
  2. Rozwój segmentu kontroli naziemnej GLONASS, w tym ulepszenie orbity GLONASS i segmentu zegara
  3. Projektowanie i rozwój ulepszeń: System korekcji i monitoringu różnicowego oraz Globalny system precyzyjnej definicji nawigacji oraz informacji o orbicie i zegarze w czasie rzeczywistym dla użytkowników cywilnych

W poniższej tabeli przedstawiono parametry satelitów GLONASS.

GLONASS - dane i parametry poszczególnych generacji satelitów

Źródło:: https://www.glonass-iac.ru

Drukuj Email

Nasze patronaty

Konkurs SKP na Internetową Mapę Roku
Zgłoszenia do 10 września 2022
Kongres FIG w Warszawie
11-15 września 2022
SCEgeo 2022
22-24 czerwca 2022
FME World Tour 2022
18 maja 2022
GIS w Nauce
23-24 czerwca 2022
Regionalna Infrastruktura Informacji Przestrzennej na rzecz rozwoju społeczeństwa informacyjnego
23-24 czerwiec 2022
Informacja przestrzenna impulsem dla rozwoju lokalnego
2-3 czerwca 2022

Galeria

Wrocławski GIS Day 2019
13 listopada 2019
Informacja Przestrzenna nowym IMPULSEM dla rozwoju lokalnego
23.05.2019 Wrocław
XVII Wyprawa BARI - Jordania 2018