ГНСС оборудование: основные элементы, принцип работы и сферы применения спутниковых систем навигации

Под спутниковой системой навигации подразумевается комплексная электронно-техническая система, составляющими которой являются наземное и космическое оборудование, представленные в совокупности. Благодаря данной системе определяется местоположение и параметры движения для воздушных, водных,а также наземных объектов.

Спутниковая система навигации состоит из следующих основных элементов:
• Орбитальной группировки, включающей 2 -30 спутников, которые излучают специальные радиосигналы
• Наземной системы управления и контроля, состоящей из блоков измерения текущего положения спутников и передачи на эти блоки полученной информации в целях корректировки сведений об орбитах.
• «Спутниковых навигаторов», которые необходимы для определения координат
• Наземной системы радиомаяков, которые способствуют значительному повышению точности определения координат
• Информационной радиосистемы, с помощью которой пользователям передаются поправки, существенно повышающие степень точности определения координат

Принцип работы спутниковых систем навигации заключен в измерении расстояния от антенны на объекте до спутников. Таблицу положений спутников именуют альманахом, который спутниковый приемник обычно сохраняет в памяти со времени его последнего выключения. В случае, если альманах не устарел, спутник активно использует его. Каждым спутником в его сигнале предается весь альманах. Таким образом, при знании, каким является расстояние до нескольких спутников системы, благодаря обычным герметическим построениям, на основе таблицы положений спутников, можно произвести вычисление положения объекта в пространстве.

В основе метода измерения расстояний от спутника до антенны спутникового приемника положена определенность быстроты распространения радиоволн. Каждым спутником навигационной системы излучаются сигналы точного времени в целях измерения времени распространяемого радиосигнала. При этом используются атомные часы, которые точно синхронизированы с системным временем. Часы спутникового приемника при его работе синхронизируются с системным временем.

При дальнейшем приме сигналов производится вычисление задержки между содержащимся в сигнале временем излучения и временем принятия сигнала. Навигационный приемник, располагая данной информацией, делает вычисление координат антенны. Вычисление остальных параметров движения производится на основе измерения времени, затраченного объектом на перемещение между несколькими точками с определенными координатами.

Однако все вышесказанное - теория, а в действительности система работает сложнее. При ее работе могут возникать некоторые проблемы, для решения которых требуются специальные технические приемы. Эти проблемы могут заключаться в:
• отсутствии часов во многих навигационных приемниках
• неоднородности гравитационного поля планеты, которая оказывает влияние на орбиты спутников
• неоднородности атмосферы, влияющей на изменение скорости и направления распространения радиоволн в некоторых пределах
• отражении сигналов от объектов, расположенных на Земле
• невозможности размещения на спутниках передатчиков большой мощности, из-за которых прием сигналов спутников возможен лишь на открытом воздухе исключительно в прямой видимости

Координаты, получаемые спутниковыми системами, используются не только в области навигации. Сферы их применения различны: геодезия, картография, сотовая связь, спутниковый мониторинг транспорта, тектоника плит, геотегинг, а также активный воздух (например, Геоэкэшинг).