Введение

Аннотация

Термин навигация (лат. navigation, от лат. navigo — плыву на судне) в течение длительного времени означал совокупность следующих значений: мореплавание, судоходство; период времени в году, когда по местным климатическим условиям возможно судоходство; основной раздел судовождения.
В XX веке, с развитием науки и техники, появлением воздушных судов, космических кораблей — новых объектов навигации, появились новые смысловые значения термина. Теперь, в общем смысле, навигация — процесс управления некоторым объектом (имеющим собственные методы передвижения) в определенном пространстве передвижения. Различают несколько видов навигации: автомобильная (дорожная), астрономическая, воздушная, космическая, морская, спутниковая, подземная, инерциальная, информационная, био- и радионавигация (ru.wikipedia.org).
При решении различных задач народного хозяйства наиболее часто используется спутниковая навигация.Это комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
Основными элементами спутниковой системы навигации являются: орбитальная группировка, включающая 2…30 спутников, излучающих специальные радиосигналы; наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах; приемное клиентское оборудование («спутниковых навигаторов»), используемое для определения координат. Кроме того, в системе может присутствовать информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.
Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приемник до начала измерений. Обычно приемник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и, если он не устарел, — мгновенно использует его. Каждый спутник передает в своем сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.
Метод измерения расстояния от спутника до антенны приемника основан на определенности скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, в составе своего сигнала используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приемника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приеме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приема сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приемник вычисляет координаты антенны. Для получения информации о скорости большинство навигационных приемников используют эффект Доплера. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определенный промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д.
В настоящее время работают или готовятся к развертыванию следующие системы спутниковой навигации:
- NAVSTAR илиGPS- глобальная система позиционирования, принадлежащая министерству обороны США. Единственная полностью работающая спутниковая навигационная система;
- ГЛОНАСС: ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система— российская спутниковая система навигации, предназначенная для определения с помощью портативных носимых спутниковых приборов-навигаторов местоположения и скорости движения морских, воздушных и сухопутных объектов, в том числе и людей с точностью до метра. Принадлежит министерству обороны России. Является попыткой восстановить функционировавшую с 1982 г. советскую систему навигации. Находится на этапе повторного развертывания спутниковой группировки;
- БЭЙДОУ: развертываемая в настоящее время Китаем подсистема GNSS(Global navigation satellite system- Глобальная Навигационная Спутниковая Система), предназначенная для использования только в этой стране. Особенность — небольшое число спутников, находящихся на геостационарной орбите;
- GALILEO:европейский проект спутниковой системы навигации, находящийся на этапе создания спутниковой группировки. Европейская система предназначена для решения навигационных задач для любых подвижных объектов с точностью <1 м.
- IRNSS -индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в этой стране. Первый спутник был запущен в 2008 г.
Кроме навигации координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях народного хозяйства:
геодезия: определяются точные координаты точек и границы земельных участков;
картография: системы навигации используется в гражданской и военной картографии;
навигация морская и дорожная;
спутниковый мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением;
сотовая связь: мобильные телефоны с GPS могут помочь в определении местонахождения человека;
тектоника: наблюдения движений и колебаний плит;
активный отдых: разные игры, где применяются системы навигации, например, геокэшинги др.
геотегинг: информация, например фотографии, "привязываются" к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приемникам
В 2008 г. был презентован первый в России действующий навигационный ошейник-трекер для домашних животных на базе ГЛОНАСС. Ошейник был разработан компанией «М2М телематика» по поручению ФГУП «РНИИ КП» и подарен В.В.Путину для его лабрадора Кони.
В очередном номере журнала представлены статьи, описывающие применения навигационных систем в различных отраслях:
- в сельском хозяйстве (авт. Таркивский В.Е.; Киселев А. А.; Архипов В.С.);
- на транспорте и в дорожном хозяйстве (авт. Образцов С.А.; Репин Ю.А. и др.;Шульгин Г. К.);
- в ЖКХ (ОАО «РИРВ»).
Отдельно отметим статью Терешкова В. М., описывающую программный комплекс полунатурного моделирования показаний датчиков авиационных бесплатформенных инерциально-спутниковых навигационных систем. Пути повышения точности позиционирования предложены в работах авт. Плюснин Е. А.; Репин Ю.А. и др.

Introduction

Abstract

The term navigation (Latin navigation, from the Latin navigo – sailing on a ship) for a long time meant a set of the following meanings: navigation, navigation; the period of time in the year when local climatic conditions allow navigation; the main section of navigation.
In the XX century, with the development of science and technology, the emergence of aircraft, spaceships - new objects of navigation, new semantic meanings of the term appeared. Now, in a general sense, navigation is the process of controlling some object (having its own methods of movement) in a certain space of movement. There are several types of navigation: road (road), astronomical, air, space, sea, satellite, underground, inertial, information, bio- and radio navigation (ru.wikipedia.org).
When solving various problems of the national economy, satellite navigation is most often used. It is a complex electronic-technical system consisting of a set of ground and space equipment, designed to determine the location (geographic coordinates and altitude), as well as the parameters of movement (speed and direction of movement, etc.) for ground, water and air objects.
The main elements of the satellite navigation system are: orbital grouping, including 2-30 satellites emitting special radio signals; ground control and control system, which includes units for measuring the current position of satellites and transmitting the received information on them to adjust orbit information; receiving client equipment ("satellite navigators") used to determine coordinates. In addition, an information radio system may be present in the system for transmitting corrections to users that significantly improve the accuracy of the coordinate determination.
The principle of operation of satellite navigation systems is based on the measurement of the distance from the antenna on the object (the coordinates of which must be obtained) to satellites whose position is known with great accuracy. The table of positions of all satellites is called an almanac, which must be available to any satellite receiver before measurements. Usually, the receiver stores the almanac in memory from the time of the last shutdown and, if it is not outdated, instantly uses it. Each satellite transmits the entire almanac in its signal. Thus, knowing the distance to several satellites of the system, using conventional geometric constructions, based on the almanac, it is possible to calculate the position of the object in space.
The method of measuring the distance from the satellite to the receiver antenna is based on the certainty of the speed of propagation of radio waves. In order to be able to measure the propagation time of a radio signal, each satellite of the navigation system emits accurate time signals using an atomic clock precisely synchronized with the system time as part of its signal. When the satellite receiver is operating, its clock is synchronized with the system time and the delay between the radiation time contained in the signal itself and the signal reception time is calculated. With this information, the navigation receiver calculates the coordinates of the antenna. For speed information, most navigation receivers use the Doppler effect. In addition, accumulating and processing these data for a certain period of time, it becomes possible to calculate such parameters of movement as speed (current, maximum, average), path traveled, etc.
The following satellite navigation systems are currently in operation or in preparation for deployment:
NAVSTAR or GPS is a global positioning system owned by the US Department of Defense. The only fully operational satellite navigation system;
GLONASS: Global Navigation Satellite System is a Russian satellite navigation system designed to determine with the help of portable wearable satellite navigation devices the location and speed of movement of sea, air and land objects, including people with an accuracy of a meter. It belongs to the Russian Ministry of Defense. It is an attempt to restore the Soviet navigation system that has been functioning since 1982. is at the stage of re-deployment of the satellite constellation;
BADOW: China is currently deploying the GNSS (Global Navigation Satellite System) subsystem, intended for use only in this country. Feature - a small number of satellites in geostationary orbit;
GALILEO: a European satellite navigation system project currently under construction. The European system is designed to solve navigation problems for any moving objects with an accuracy of <1 m.
IRNSS is an Indian Navigation Satellite System under development. It is intended for use only in this country. The first satellite was launched in 2008.
In addition to navigation, the coordinates obtained through satellite systems are used in the following sectors of the national economy:
geodesy: the exact coordinates of points and boundaries of land plots are determined;
cartography: navigation systems are used in civil and military mapping;
navigation by sea and road;
satellite monitoring of the position, speed of cars, control of their movement;
cellular communication: mobile phones with GPS can help in determining the location of a person;
tectonics: observations of plate movements and oscillations;
active rest: different games where navigation systems are used, for example, geocaching.
geotagging: information, such as photos, is “attached” to coordinates thanks to an embedded or external GPS receiver n
In 2008, the first operating navigation collar-tracker for pets based on GLONASS was presented in Russia. The collar was developed by M2M Telematics on behalf of FSUE RNII KP and presented to Vladimir Putin for his Labrador Kony.
The next issue of the journal presents articles describing the application of navigation systems in various industries:
- in agriculture (author Tarkivsky V.E.; Kiselev A.A.; Arkhipov V.S.);
- in transport and road management (Obraztsov S.A.; Repin Yu.A., etc.; Shulgin G.K.);
- in housing and utilities (OJSC RIRV).
Separately, we note the article by V.M. Tereshkov describing the software complex of semi-natural modeling of sensor readings of aviation platformless inertial-satellite navigation systems. Ways to improve the accuracy of positioning are proposed in the works of the author. Plyusnin E.A.; Repin Yu.A. et al.