Космическая система навигации

1.

КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
НАВИГАЦИИ
Еряшев Алексей О422

2.

Введение: Зачем нам нужна спутниковая навигация?
Одна из ключевых технологий современности — космических
системах навигации (ГНСС). Еще 50 лет назад было сложно
представить, что любой человек, имеющий компактный приемник,
сможет с точностью до нескольких метров определить свое
местоположение в любой точке Земного шара.
Эта технология стала неотъемлемой частью нашей жизни, от
навигации в автомобиле и смартфоне до управления глобальной
логистикой и спасения людей.
Цель доклада: раскрыть принцип работы, структуру,
основные мировые системы и области применения
спутниковой навигации.

3.

Основы ГНСС: Принцип Трилатерации
Космическая система навигации (ГНСС) — это комплексная система, состоящая из созвездия искусственных спутников
Земли, сети наземных станций управления и абонентского оборудования (приемников).
Прием сигналов
Вычисление расстояния
Приемник принимает радиосигналы с точными
Зная расположение спутника и скорость сигнала
временными метками от нескольких спутников.
(скорость света), приемник вычисляет расстояние до
каждого источника.
Определение координат
Синхронизация времени
Для определения точных 3D-координат (широта,
Четвертый спутник используется для синхронизации
долгота, высота) требуется сигнал минимум от
часов приемника со сверхточными атомными часами на
четырех спутников.
спутниках, устраняя ошибку времени.

4.

5.

Три Столпа ГНСС: Сегменты Системы
Любая Глобальная Навигационная Спутниковая Система (ГНСС) состоит из трех взаимосвязанных сегментов,
обеспечивающих ее бесперебойную работу.
1. Космический Сегмент
2. Сегмент Управления
3. Пользовательский Сегмент
Это орбитальное созвездие (24–
Сеть наземных станций слежения
Все устройства с ГНСС-
32 спутника) на высоте около 20
по всему миру. Они постоянно
приемниками: от смартфонов и
000 км. Спутники передают
мониторят орбиты, корректируют
портативных навигаторов до
непрерывный сигнал, содержащий
траектории, синхронизируют
высокоточного геодезического
эфемериды (точное положение) и
атомные часы и обновляют
оборудования и бортовых систем
альманах (информацию о
навигационные сообщения для
транспорта.
системе).
всей группировки.

6.

Глобальная Семья ГНСС: Основные Мировые Системы
В современном мире сосуществует несколько глобальных и региональных спутниковых систем, обеспечивающих покрытие по всей
планете.
GPS (США)
ГЛОНАСС (Россия)
Global Positioning System — старейшая и самая
Глобальная Навигационная Спутниковая Система (24
распространенная система (функционирует с 1993 г.).
спутника). Отличается расположением спутников на более
Состоит из 31-32 спутников и является основой
высоких орбитах, что улучшает стабильность сигнала в
коммерческой навигации.
приполярных регионах.
Galileo (ЕС)
BeiDou (Китай)
Гражданская система, запущенная для повышения
BDS — полностью развернута в 2020 г. Уникальна
независимости (26 спутников). Обеспечивает высокую
использованием спутников на геостационарной орбите,
точность (до 1 метра в бесплатном сервисе).
обеспечивающих отличное покрытие в АзиатскоТихоокеанском регионе.

7.

Борьба за Точность: От 10 Метров до Сантиметров
Базовая точность гражданских приемников составляет 5-10 метров. Для критически важных задач этого недостаточно.
Погрешности возникают из-за атмосферных задержек и отражений сигнала.
Методы повышения точности (Дифференциальные подходы)
SBAS (Спутниковые системы
дополнения)
DGPS (Дифференциальный GPS)
PPP (Точное позиционирование)
Используют геостационарные спутники
Наземные базовые станции с точно
Сложный алгоритмический метод с
(например, WAAS, EGNOS) для
известными координатами передают
использованием точных моделей
передачи поправок, доводя точность
локальные поправки для устранения
ошибок, позволяющий достигать
до 1–3 метров.
систематических ошибок.
точности до сантиметров
(применяется в геодезии).
Современные смартфоны используют технологию A-GPS (Assisted GPS), интегрируя данные ГНСС с данными вышек сотовой
связи и Wi-Fi для быстрого и точного позиционирования в городе.

8.

Вездесущая Навигация: Области Применения ГНСС
Спутниковая навигация пронизывает практически все сферы человеческой деятельности, обеспечивая эффективность, безопасность
и точность.
1
4
Транспорт и Логистика
Управление автопарками,
2
Сельское Хозяйство
"Точное земледелие":
3
Геодезия и Картография
Создание высокоточных карт,
оптимизация маршрутов, морская и
автоматическое вождение техники,
кадастровый учет, инженерные
авиационная навигация, повышение
дифференцированное внесение
изыскания и разметка строительных
безопасности движения.
удобрений и контроль урожайности.
площадок.
Спасение и Безопасность
Использование сигналов бедствия
5
Связь и Финансы
Сверхточная синхронизация времени
(например, система КОСПАС-
в распределенных компьютерных и
САРСАТ), оперативное реагирование
телекоммуникационных сетях,
при чрезвычайных ситуациях и
обеспечивая стабильность
отслеживание персонала.
финансовых транзакций.

9.

Перспективы: Интеллект и Высокая
Точность
Будущее космической навигации характеризуется повышением точности, надежности и
тесной интеграцией с новыми технологиями.
Повсеместный Сантиметровый Уровень
Широкое внедрение систем дополнений (SBAS/RTK), обеспечивающих точность до
сантиметров для массового потребителя, включая беспилотный транспорт.
Многосистемные Приемники
Использование сигналов от всех доступных ГНСС (GPS, ГЛОНАСС, Galileo,
BeiDou) на одном чипе, что критически важно для надежности в условиях
"городских каньонов".
Интеграция с 5G и IoT
ГНСС станет основой для навигации автономных транспортных средств и
управления инфраструктурой "умных" городов, используя низкую задержку 5G.
Навигация в Глубоком Космосе
Разработка новых методов позиционирования, не зависящих от Земли, для
поддержки будущих автоматических и пилотируемых миссий к Луне и Марсу.

10.

Заключение: Двигатель Прогресса
Космические системы навигации — это яркий
пример того, как высокие технологии,
созданные для научных целей, стали
неотъемлемой частью повседневной жизни,
двигателем экономического прогресса и
инструментом обеспечения безопасности.
• ГНСС стерли географические границы для навигации.
• Они обеспечивают фундамент для технологий
завтрашнего дня, включая ИИ, IoT и
автономные системы.
• Будущее — за интеллектуальными,
высокоточными и надежными навигационными
сервисами.