ГЛОНАСС

История российской навигационной системы ГЛОНАСС уходит корнями в период холодной войны. Испытания системы Глонасс начались в 1982 году. Первые три спутника ГЛОНАСС были запущены в октябре 1982 года. Прием сигналов начался в декабре 1983 года. Этот проект неоднократно откладывался и переносился в связи с нестабильностью обстановки в СССР, а позже в России. В разные периоды в рамках проекта ГЛОНАСС с Россией сотрудничали Индия и (возможно) Китай. В период с 1992 года Российская Федерация вывела на околоземную орбиту 44 спутника, правда, многие из них уже не работают.

Официальной датой принятия системы в эксплуатацию считается 24 сентября 1993 года. Однако полное укомплектование спутниками было достигнуто только в декабре 1995 года. Работала система недолго. В связи с плохим финансированием программы к апрелю 2002 года на орбите остались только 8 рабочих спутников. Это сделало дальнейшее использование Glonass практически невозможным.

Возрождение российской системы спутниковой навигации началось в конце 2005 года. Президент России Владимир Путин дал поручение правительству восстановить спутниковую систему ГЛОНАСС к 2008 году в полном объеме и в ближайшее время запустить ее в коммерческое использование. Президент выразил недовольствие тем, что сейчас некоторые предприятия и даже субъекты РФ заключили контракты и пользуются услугами американской глобальной системы GPS, функционально аналогичной российской. Система ГЛОНАСС, по словам Путина, должна составить серьезную конкуренцию американскому аналогу на рынке.

Группировка спутников системы ГЛОНАСС будет состоять из 24 штук. Из них 21 КА находится в трех орбитальных плоскостях и 3 КА находятся в резерве и должны заменять те спутники, которые выходят из строя. Все спутники находятся на круговых обритах высотой 19100 км над поверхностью Земли и наклонением 34,8 градуса. Т.е. они находятся ниже спутников NavStar. Период обращения спутников вокруг Земли - 11 часов 15 минут.

Спутники ГЛОНАСС передают сигналы двух типов: сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). Сигнал ВТ предназначен для потребителей Министерства Обороны России. Информация, получаемая с сигналом СТ позволяет определять горизонтальные и вертикальные координаты с точностью 50-70 м, составляющие вектора скорости с точностью 15 см/с, точное время с погрешностью 0,7 мкс.

Минимальная группировка из 18 спутников будет развернута до конца 2007 года. Полная глобальная группировка в составе 24-х спутников в соответствии с федеральной целевой программой «Глобальная навигационная система» должна быть развёрнута в 2010 году.

В настоящее время запускаются спутники ГЛОНАСС-М, срок службы которых увеличен до 7 лет по сравнению со спутниками ГЛОНАСС, которые выходили из эксплуатации после трех лет работы. Помимо этого, с 2009 года планируется начать испытания спутников нового поколения ГЛОНАСС-К, срок службы которых составит 10 лет, а также они будут работать с третьей частотой L-диапазона для гражданских потребителей.

После развёртывания орбитальной группировки из 24-х КА, для её поддержания потребуется делать по одному групповому пуску в год двух КА «ГЛОНАСС-К» на носителе «Союз», что существенно снизит эксплуатационные расходы.

Galileo

Система глобального позиционирования GPS NavStar принадлежит и полностью контролируется Министерством Обороны США, которые оставляют за собой право частично загрублять сигнал или полностью отключать его, когда ему вздумается. По этой причине 26 мая 2003 года Европейским Союзом и Европейским Космическим Агенством было принято решение о создании собственной навигационной системы, которую предполагается использовать исключительно в гражданских целях.

Развитие системы Galileo тормозится разногласиями европейских стран в финансировании программы. Например, Франция активно поддерживает ее развитие, т.к. это означает для страны независимость от технологий США. А вот другие страны считают, что выгоднее использовать бесплатно систему GPS. Начальные капиталовложения в систему Galileo насчитывают около 1,1 миллиарда евро. Всего запланирован вывод на орбиту 30 спутников в период до 2010 года включительно. Полностью программа должна обойтись Европе в 3 миллиарда евро, включая стоимость инфраструктуры на Земле. Две трети инвестиций будут сделаны частными компаниями и инвесторами, а одна треть - Европейским Космическим Агенством и Европейским Союзом. Планируется, что система будет бесплатна для всех, но точные сигналы будут передаваться за деньги.

Первый тестовый спутник будущей европейской навигационной системы Galileo, названный GIOVE-A (GIOVE - это аббревиатура от Galileo In-Orbit Validation Element) был запущен с космодрома Байконур российской ракетой-носителем «Союз ФГ» 28 декабря 2005 года.

Целью тестового запуска является закрепление за системой Galileo частот и проведение орбитального испытания отдельных элементов системы на критические нагрузки. На следующем этапе "орбитальной сверки", до 2008 года, предполагается осуществить запуск четырех спутников и создать наземную инфраструктуру. Ожидается, что эксплуатация системы Galileo в полном объеме начнется до 2010 года.

Второй тестовый навигационный спутник GIOVE-B планировалось запустить еще в начале 2006 года, однако старт уже два раза переносился из-за различных проблем. Поэтому сроки запуска второго космического аппарата плавно перетекли на 2007 год.

Заявленная точность определения координат для потребителейGalileo составит 4 м в горизонтальной плоскости и 8 м - в вертикальной. Точность определения временного положения по шкале UTC/TAI - не более 50 нс. Кроме того, предполагается обеспечить скорость передачи данных со спутника не ниже 1000 бит/с. Заметим, что для передачи только навигационных данных, позволяющих вычислить местоположение, достаточно всего 50 бит/с. Избыточная пропускная способность предназначена для передачи данных о целостности навигационных КА и другой, в том числе и коммерческой информации.

После ввода в строй системы Galileo на Земле будут независимо функционировать две навигационные спутниковые системы, каждая из которых будет обслуживать как свой сравнительно небольшой контингент авторизованных пользователей, так и большое количество гражданских потребителей. Последние смогут воспользоваться услугами обеих систем, что значительно повысит точность и оперативность определения местоположения объекта.

Совместное использование двух (или трех, с учетом ГЛОНАСС) навигационных систем аналогично тому, как если бы использовалась одна глобальная навигационная система, но с орбитальной группировкой, имеющей вдвое больше спутников. Интеграция трех систем выгодна и с другой точки зрения. Наклонение орбит у спутников Galileo выше, чем у GPS, а следовательно, аппаратура потребителей будет "видеть" спутники даже в тех точках орбиты, которые были ранее недоступны для пользователей GPS.

Как работает GPS

В основе работы системы GPS лежит принцип спутниковой трилатерации. Согласно этому принципу, координаты объекта на поверхности Земли могут быть вычислены по измерениям расстояний до спутников. Поскольку положение КА в пространстве известно и расчетные значения параметров своих орбит спутники передают вместе с дальномерным кодом, то для объекта на поверхности Земли спутники являются пунктами с известными в любой момент времени координатами.

Если расстояние от одного КА известно, тогда можно описать сферу заданного радиуса вокруг него. Например, если до спутника 22 000 километров, то мы находимся где-то на воображаемой сфере радиусом 22 000 километров. Если известно расстояние до двух КА, то искомая точка местоположения будет находится на окружности, представляющей собой пересечение двух сфер. Следовательно, круг нашего поиска существенно сузился. Получив сигнал от третьего спутника мы получаем третью сферу, пересечение которой с окружностью дает две точки. Остается только выбрать правильную точку. Обычно одна из точек - это неправдоподобное решение, т.к. она находится или внутри Земли, или слишком высоко над поверхностью, или движется слишком быстро. Вычислители GPS-приемников снабжены различными устройствами, автоматически определяющими истинное местоположение из двух возможных.

Таким образом, получив сигнал как минимум от трех спутников, мы можем вычислить координаты любой точки вблизи поверхности Земли. Чтобы проводить столь качественные вычисления, необходимо пользоваться очень точными часами, ведь расхождение во времени всего в 1 тысячную долю секунды даст ошибку местоположения около 300 км. На борту спутников установлены атомные часы. Каждый спутник имеет их в количестве 4, чтобы можно было гарантировать, что хотя бы одни работают обязательно. Способ измерения времени основан на атомном стандарте частоты, который обеспечивает ход бортовых часов спутника с наносекундной точностью. А это 0,000000001 секунды! Большинство GPS-навигаторов способны принять сигнал одновременно от 12 спутников. Этого более чем достаточно для решения большинства задач. Однако в настоящее время в продаже появились 14- и даже 18-канальные приемники. Но одновременно принять сигнал даже от 12 спутников очень сложно. Для этого необходимо находиться на открытом месте, причем само спутниковое созвездие (то есть положение спутников на небосклоне) должно быть благоприятно. Принять же сигнал сразу от 18 спутников в настоящее время просто невозможно, так как часть из них скрыта и находится по другую сторону земного шара.