Наверняка вы согласитесь с редакцией https://lindeal.com, что современный мир сложно представить без удобных и уже незаменимых систем навигации. С их помощью мы можем выстроить маршрут в любую точку мира, имея под рукой один лишь смартфон, отследить, где находится ребенок или гуляет питомец. Без навигационных ресурсов не смогут прокладывать маршруты автономные электрокары, бытовые дроны и серьезное военное оборудование. Многие из нас привыкли к GPS, однако у американской разработки есть целых шесть аналогов, каждый со своими особенностями и преимуществами — обо всех них мы и поговорим далее!
Спутниковая система навигации: что это такое?
Разговор о навигационных системах стоит начать с основы основ — разобраться в сути этого понятия. GNSS (ГНСС) — Global Navigation Satellite System (Глобальная спутниковая система навигации). Как утверждает «Википедия», таковым субъектом может считаться система, которая была разработана для определения координат наземных, водных и воздушных объектов и местоположения низкоорбитальных КА (космических аппаратов). Мы получаем, что спутниковая система навигации — электронно-техническая комплексная система, состоящая из совокупности космического и наземного оборудования для определения местоположения и параметров движения для наземных, воздушных и водных объектов.
Составляющие Global Navigation Satellite System
Любая система навигации состоит из нескольких незаменимых элементов:
- Спутниковое (орбитальное) оборудование. Спецустановка, излучающая специальные сигналы радиосвязи.
- Наземная управляющая система. Контрольный пункт, где измеряется текущее расположение навигационных спутников. Также данный сегмент отправляет на орбитальную установку данные для корректировки расчетов по орбите.
- Устройства потребителей систем навигации. Спутниковые приемники, которые могут выступать как отдельными устройствами, так и встроенными в другие гаджеты элементами.
Разработчики той или иной навигационной системы могут дополнительно задействовать наземные радиомаяки для повышения точности нахождения местоположения и информационные радиосистемы, в режиме «онлайн» передающие пользователям самые свежие корректировки с той же целью.
Принцип работы навигационных систем
Как GPS определяет местоположение того или иного объекта? Принцип функционирования подобных систем зиждется на высокоточных измерениях расстояния от объекта с приемником сигнала до космического спутника. Достаточно знать расстояние всего до нескольких орбитальных станций, чтобы путем несложных геометрических вычислений найти, где именно данный объект находится в пространстве.
Благодаря упомянутому принципу, помимо местоположения конкретных объектов, современные GNSS позволяют определить направление движения и скорость человека или транспорта, в котором установлен приемник сигнала. Также с помощью Global Navigation Satellite System определяется точное время в разных точках земного шара. Без современных спутниковых систем невозможны геодезия и картография, сотовая связь и геотегинг, спутниковый мониторинг транспорта и изучение тектоники плит земной коры.
Семь применений глобальных навигационных систем
ГНСС используются в следующих целях:
- Навигация: спутниковые системы позволяют построить маршрут, определить местоположение с высокой точностью — как на суше, так и на море.
- Геодезия: спутники помогают составлять самые точные карты.
- Мониторинг транспортных средств: спутниковый контроль позволяет логистическим фирмам отслеживать не только местоположение, но и маршруты, скорость своих ТС.
- Экстренная помощь: служба 911 в Соединенных Штатах автоматически определяет местоположение звонящего в случае, если у него телефон с GPS-датчиком.
- Геотектоника: контроль за колебаниями и движением литосферы.
- Геотеги: возможность привязать фотографии, видео, публикации к конкретным локациям в социальных сетях и на других интернет-ресурсах.
- Гейм-продукты, геокэшинг. Возможности спутниковых систем навигации используются и в игровой сфере: в приложениях и офлайн-играх участники ищут по заданным координатам определенные локации, чтобы первыми найти там приз.
С каждым годом растет зависимость от глобальных навигационных систем и мирового автопрома, особенно после внедрения дронов и машин с автопилотом.
Семь GNSS разных стран мира
На сегодня известно семь ГНСС:
- американская GPS;
- российская ГЛОНАСС;
- китайская Beidou;
- европейская Galileo;
- японская QZSS;
- индийская IRNSS;
- французская DORIS.
При всем этом полное покрытие всей планеты вкупе с бесперебойным функционированием пока могут обеспечить только три из них — GPS, ГЛОНАСС, Beidou.
Системы навигации мира: GPS и аналоги
Многие ошибочно считают «джи-пи-эс» глобальной навигационной спутниковой системой вообще. Однако она является только самой популярной в полном списке.
GPS (США)
- покрытие: глобальное
- дата старта: 1978
- число спутников: 32
- точность: до 7,8 м
GPS (джи-пи-эс) — Global Positioning System (Система Глобального Позиционирования). Также известна как NAVSTAR (на ранних этапах внедрения) и ГПС — глобальная позиционирующая система, способная определить локацию объекта, измерить расстояние и время. Разработчиком выступает Министерство обороны США, однако продукт используется в гражданских целях по всему миру — практически у каждого есть смартфон с GPS-датчиком. Большой плюс в том, что он позволяет со впечатляющей точностью найти локацию приемника в любой точке Земли. Исключением служат только приполярные зоны и околоземная орбита.
ГЛОНАСС (Россия)
- покрытие: глобальное
- дата старта: 1982
- число спутников: 26
- точность: до 2,5 м
ГЛОНАСС — Глобальная навигационная спутниковая система. Российская разработка, оператором которой выступает Роскосмос, — предполагается как гражданское, так и военное использование. ГЛОНАСС способна транслировать сигналы, доступные в любом уголке земного шара: на данный момент она предоставляет навигационные услуги бесплатно, без ограничений всем гражданским лицам. Для специального применения может быть открыт высокоточный шифрованный сигнал.
Большой плюс перед привычным ГПС в том, что ГЛОНАССовские спутники не синхронизируются в орбитальном движении с вращением планеты, что делает их более стабильными, нежели американские. Поэтому космические компоненты ГЛОНАСС продолжительное время своего использования могут работать без корректировок.
Beidou (Китай)
- покрытие: глобальное
- дата старта: 2000
- число спутников: 40
- точность: до 10 м
Китайская спутниковая навигационная система «Бэйдоу» («Северный Ковш» — созвездие Большой Медведицы) вышла на полную мощность совсем недавно, в 2020 году. В основе проекта — геосинхронные и геостационарные спутники на средней орбите. Beidou развивается синхронно с ГЛОНАСС — операторы систем договорились о взаимном обмене технологий. Сегодня навигационный проект родом из КНР — самый быстрорастущий в мире: его предполагают использовать для прогнозирования стихийных бедствий, беспилотной с/х техники, дронов-доставщиков, навигации поездов, автомобилей, самолетов, а также для препятствования совершению экологических правонарушений.
Galileo (ЕС)
- покрытие: глобальное
- дата старта: 2011
- число спутников: 23
- точность: до 1 м
«Галилео» — спутниковая навигационная система, ставшая совместным проектом ЕС и Европейского космического агентства. Также участниками выступают КНР, Южная Корея, Израиль и Украина. Galileo позволяет решать как навигационные, так и спутниковые задачи, а ее зашифрованный сигнал определяет локацию с точностью до 1 см! В отличие от американских, китайских и российских ГНСС это не национальный, а общеевропейский проект.
QZSS (Япония)
- покрытие: Япония, Австралия, Новая Зеландия
- дата старта: 2006
- число спутников: 1
Quasi-Zenith Satellite System — «Квазизенитная спутниковая система» дифференциальной коррекции. Предполагает ограниченную точность и пока что не способна работать автономно. Главная цель проекта — использование в приложениях для смартфонов, предоставление услуг связи, мобильная картография для туристов и общественного транспорта.
IRNSS (Индия)
- покрытие: Индия, Пакистан, Афганистан
- дата старта: 2013
- число спутников: 8
- точность: до 10 м
Indian Regional Navigation Satellite System — национальный навигационный проект, разрабатываемый Индийской организацией космо-исследований. Направлен на удовлетворение потребностей граждан только своей страны. NAVIC (название, данное после запуска) используется для наземной, морской и воздушной навигации, геодезии и картографии, логистики и туризма, для смартфонов и определения точного времени.
DORIS (Франция)
Détermination d'Orbite et Radiopositionnement Intégré par Satellite — французская гражданская навигационная система супер-точного (сантиметрового) определения локации. Разработана на основе эффекта Допплера, первоначально предназначалась для геофизических и геодезических целей — это наблюдение за океанами и сдвигом тектонических плит. Отличается тем, что на Земле установлены передатчики, а на спутниках — приемники сигнала.
Какие системы навигации уже не действуют?
Спутниковые навигационные системы, что уже стали историческими:
- «Транзит» (США, 1960-1996): первая на земле Navigation Satellite System.
- «Парус» (СССР, 1976): низкоорбитальная космическая навигационная система (КНС), один из советских спутников военного назначения.
- «Цикада» (СССР-РФ, 1976-2008): низкоорбитальная КНС гражданского назначения, российский аналог американской Transit.
- «Циклон» (СССР-РФ, 1976-2010): первая советская спутниковая навигационная система.
Что лучше в 2023 году: GPS или ГЛОНАСС?
Спутники российской навигационной системы ГЛОНАСС движутся в трех орбитальных плоскостях — по 8 КА на каждой орбите. При этом устройства GPS перемещаются по четырем орбитам — по 8 спутников в каждой плоскости. Американская система более точная, но и ГЛОНАСС не дает больших погрешностей. Добавим, что российская система способна бесперебойно работать без необходимости корректировки. Для пользователей же главное различие в том, что GPS покрывает всю поверхность нашей планеты, а ГЛОНАСС более заточен под РФ. За пределами России есть немало участков, где сигнал от спутников или очень слабый, или вовсе отсутствует.
Сравнительные характеристики: |
GPS: |
ГЛОНАСС: |
Число орбитальных плоскостей: |
4 |
3 |
Количество космических аппаратов: |
48 |
24 |
Число спутников на орбите |
8 |
8 |
Допустимая погрешность: |
2-4 м |
2-6 м |
Покрытие: |
Почти 100 % мира |
Территория РФ + ⅔ планеты |
Гарантированное активное существование: |
7,5 лет |
7 лет |
Global Positioning System активно работает с 1993 года, в то время Глобальная навигационная Спутниковая Система приступила к активной работе только в 2009. Отметим такую особенность, что спутники ГЛОНАСС наблюдаются на асинхронных орбитах, по 8 аппаратов в трех плоскостях, а то время как у GPS по 8 спутников на четырех геостационарных орбитах. Простыми словами, они неподвижно висят над определенными точками поверхности планеты.
Такая система позволяет ГЛОНАСС отлично работать во всех широтах, в то время как «джи-пи-эс» может некорректно функционировать в полярных зонах. Однако американский разработчик обещает в скором времени решить эту проблему выведением на орбиту 24 дополнительных спутников.
Но при этом ПО GPS гораздо проще найти в свободном доступе. Трекеры и навигаторы, использующие Global Positioning System, доступны, продаются по приемлемой цене. Также удобной навигационной системой по умолчанию оснащены смартфоны и другие гаджеты известных производителей. «Джи-пи-эс» отлично дружит со многими гео-программами и приложениями, работает в любую погоду. ГЛОНАСС здесь уступает тем, что программное обеспечение с его участием пока представлено на рынке в ограниченном количестве.
Важно помнить, что в основе обоих систем один и тот же принцип действия — анализ спектрального смещения сигнала по эффекту Доплера. Обоим разработкам для нахождения объекта на поверхности Земли нужно, чтобы он был оснащен приемником сигнала. Без этого спутник не заметит нужный предмет ни в американской, ни в российской системе.
Команда бизнес-журнала https://lindeal.com выделяет, что GPS остается самой популярной глобальной навигационной системой — именно ее поддерживает львиная доля наших гаджетов. Однако «джи-пи-эс» принадлежит Министерству обороны Штатов, что многие считают большим недостатком ГПС. На втором месте по популярности российский ГЛОНАСС, имеющий ту же специфику — система принадлежит Министерству обороны РФ. У данных ГНСС в 2020 появился серьезный соперник — китайская Global Navigation Satellite System «Бэйдоу». Менее популярными являются региональные разработки Galileo, DORIS, IRNSS, QZSS.