Сравнение GPS и ГЛОННАС сходства и различия

Министерство  образования и науки российской Федерации

Федеральное ГОСУДАРСТВЕННОЕ Бюджетное ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ННГАСУ)

Факультет архитектуры и  градостроительства

Кафедра стандартизации и инженерной графики

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

НА ТЕМУ

«Сравнение GPS и ГЛОННАС сходства и различия »

 

 

 

Выполнил студент  4 курса группы Тр-283	В.Р. Носкова
Проверил	Ю.С. Гусев

Нижний Новгород

2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

   Введение ………………………………………………………………………………………3

1 Общие сведения о GPS ………………………………………………………………………4

2 Общие сведения о ГЛОННАС ………………………………………………………………5

    2.1  Как работает система ГЛОНАСС……………………………………………………...6

    2.2 Потребители системы ГЛОНАСС……………………………………………………...7

3 Сходства и различия систем GPS и ГЛОННАС…………………………………………...8

    Заключение…………………………………………………………………………………..10

    Библиографический список………………………………………………………………...11

    Приложения……………………………………………………………………………………

Приложение 1 - Свидетельство  о поверке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Основным источником информации об изменениях картографической ситуации служили результаты топографических съемок и аэрофотосъемок. Первый метод слишком трудоемок, особенно для больших, труднодоступных территорий. Кроме того, информация, полученная из результатов топографических съемок, может устареть на этапе обработки данных полевых измерений вследствие быстрых изменений ситуации. Второй метод более оперативен и информативен, но дорог. Поэтому для оптимального решения проблемы постоянного обновления пространственной информации в ГИС требуется иной подход к ее сбору и представления в цифровом виде. Наиболее перспективным решением этой проблемы является применение спутниковых технологий позиционирования GPS (Global Positioning System) и ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система), что позволяет собирать не только пространственную информацию в цифровом виде, но и связанные с ней семантические данные. Метод сбора данных с помощью GPS и ГЛОНАСС приемников принципиально не отличается от традиционных полевых геодезических работ, но имеет ряд несомненных преимуществ, вытекающих из особенностей и технических возможностей спутниковой технологии позиционирования.

Помимо задач сбора и обновления информации, GPS-технологии решают и еще одну важную проблему геоинформационной системы – создание координатной основы цифровой карты, любой объект которой имеет вполне определенные координаты, «привязанные» к жесткой координатной основе. Как правило, исходной координатной основой являются пункты ГГС (Государственной геодезической сети), более или менее равномерно расположенные на территории России. Но в ходе создания карт, обработки материалов аэрофотосъемки, оцифровки имеющихся карт возникает задача уточнения исходной координатной основы или ее трансформации. Эти проблемы решались и решаются развитием и сгущением геодезических сетей на основе более высококлассных. Но развитие геодезических сетей с применением традиционных приборов и методов слишком долгий и дорогой процесс, особенно там, где внешние условия (отсутствие прямой видимости на залесенной территории, в горах, городах) препятствуют проведению традиционных геодезических работ. Учитывая общую географическую ситуацию России, можно говорить о неэффективности применения традиционных методов геодезии на большей части российской территории. Поэтому применение GPS-технологий может существенно снизить затраты на проведение комплекса работ по созданию координатной основы будущей ГИС, а главное, повысить точность и надежность геодезической сети.

 

1 Общие сведения о GPS

 

GPS - Global Positioning System – Глобальная Система Позиционирования изначально планировалась как система для определения точного местонахождения объекта в военных целях (Navstar, 1978). Эта система состоит из нескольких десятков искусственных спутников Земли, покрывающих своими сигналами практически всю поверхность планеты, и неограниченного количества GPS-приемников.

Системы глобального спутникового позиционирования GPS разработаны в США. Аналогичная российская спутниковая система носит название ГЛОНАСС.

В состав системы входят:

• созвездие ИСЗ (космический сегмент);
• сеть наземных станций слежения и управления (сегмент управления);
• собственно GPS-приемники (аппаратура потребителей).

Система GPS позволяет определять координаты в любой точке земного шара, в любое время, независимо от погодных условий. Точность определения координат колеблется (в зависимости от типов и классов аппаратуры, а также от методики измерений) от 100 м до 1 мм. Основные преимущества GPS-технологии по сравнению с традиционными геодезическими методами:

• не требует взаимной видимости между пунктами;
• работает в любых погодных условиях, в любое время, в любой точке Земли;
• обладает высокой точностью определения координат;
• имеет гораздо более высокое быстродействие;
• предоставляет трехмерные координаты в плане и по высоте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Общие сведения о ГЛОНАСС

 

Глобальная Навигационная  Спутниковая Система (ГЛОНАСС) –  это уникальные технологии, плод многолетнего труда российских конструкторов  и ученых. Она состоит из 24 спутников, которые, находясь в заданных точках на высоких орбитах, непрерывно излучают в сторону Земли специальные  навигационные сигналы. Любой человек  или транспортное средство, оснащенные специальным прибором для приема и обработки этих сигналов, могут  с высокой точностью в любой  точке Земли и околоземного пространства определить собственные координаты и скорость движения, а также осуществить  привязку к точному времени. ГЛОНАСС  является государственной системой, которая разрабатывалась как  система двойного использования, предназначенная  для нужд Министерства обороны и  гражданских потребителей. Обязанности  по управлению и эксплуатации системы  ГЛОНАСС возложены на Министерство обороны Российской Федерации (Космические  войска). В создании системы ГЛОНАСС  принимали участие:

Министерство обороны Российской Федерации – главный заказчик системы, обеспечивающий контроль разработки и ее дальнейшее совершенствование, а также развертывание, поддержание и управление орбитальной группировкой ГЛОНАСС;

Научно-производственное объединение  прикладной механики им. академика  М.Ф. Решетнева (НПО ПМ) – главный разработчик системы, спутника ГЛОНАСС, автоматизированной системы управления спутниками и ее математического обеспечения;

Российский научно-исследовательский  институт космического приборостроения (РНИИ КП) – главный разработчик наземного комплекса управления и бортовой аппаратуры спутника ГЛОНАСС;

Российский институт радионавигации и времени (РИРВ) – главный разработчик спутниковой и наземной аппаратуры системы синхронизации и времени;

Производственное объединение  «Полет» (ПО «Полет») – разработчик  и изготовитель спутника ГЛОНАСС, а  также ряд других российских научных  и производственных организаций.

Первый запуск спутника по программе ГЛОНАСС (Космос 1413) состоялся 12 октября 1982 года. Система ГЛОНАСС  была официально принята в эксплуатацию 24 сентября 1993 года распоряжением Президента Российской Федерации.

 

 

 

 

2.1 Как работает система ГЛОНАСС

 

Состав группировки КНС  ГЛОНАСС на 30 марта 2010:

Всего в составе ОГ ГЛОНАСС	23 КА
Используются по целевому назначению	21 КА
На этапе ввода в систему	-
Временно выведены на техобслуживание	-
Орбитальный резерв	2 КА
На этапе вывода из системы	-

 

Спутники системы ГЛОНАСС  непрерывно излучают навигационные  сигналы двух типов: навигационный  сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1.6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1.2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает при использовании приемников ГЛОНАСС возможность определения:

• горизонтальных координат с точностью 50–70 м (вероятность 99.7%);
• вертикальных координат с точностью 70 м (вероятность 99.7%);
• составляющих вектора скорости с точностью 15 см/с (вероятность 99.7%);
• точного времени с точностью 0.7 мкс (вероятность 99.7 %).

Эти показатели точности можно  значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод навигации  и/или дополнительные специальные  методы измерений.

Для определения пространственных координат и точного времени  требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее  чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При  приеме навигационных радиосигналов  ГЛОНАСС приемник, используя известные  радиотехнические методы, измеряет дальности  до видимых спутников и измеряет скорости их движения.

 

2.2 Потребители системы ГЛОНАСС

 

Основными областями применения системы ГЛОНАСС являются: 
Министерство обороны, транспорт (космический, воздушный, морской, речной, наземный), прикладные задачи (геодезия, картография, океанография, геофизика, земле- и лесоустройство, геология, добыча полезных ископаемых, рыболовство, экология), научные задачи (фундаментальные исследования, прикладные экспериментальные исследования) (Общие сведения, 2005).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          3 Сходства и различия систем GPS и ГЛОННАС

Основное отличие - это сигнал и его структура. В системе GPS используется кодовое разделение каналов. В системе ГЛОНАСС - частотное разделение каналов.

Для описания движения спутников  по орбите используются принципиально  разные математические модели. У GPS - это  модель в оскулирующих элементах. Эта модель подразумевает, что траектория движения спутника разбивается на участки, на которых движения описывается кеплеровской моделью, параметры которой меняются во времени. В системе ГЛОНАСС используется дифференциальная модель движения. Это означает, что для определения координат спутника на заданный момент времени требуется решить систему дифференциальных уравнений. Для решения этой системы нужны, так называемые, начальные значения - это такое чисто математическое понятие. В случае ГЛОНАСС эти приближения передаются со спутника в составе навигационной информации, поэтому приёмнику они доступны. Задача решения дифференциальных уравнений состоит в численном интегрировании, которое, по сути своей, является трудоёмкой задачей.

В системе GPS 6 орбитальных  плоскостей, по 4 спутника на каждой. Итого - 24 спутника, но они не обеспечивали должного покрытия всего земного шара, да и если какой-нибудь аппарат выходит из строя, то заменить его нечем. Поэтому группировку нарастили до 32 спутников. В этом случае некоторые орбиты имеют до 6 спутников. В ГЛОНАСС 3 плоскости по 8 спутников (8 теоретически). Это обеспечивает полное покрытие земли и хорошую геометрию.

Разработка  глобальной навигационной системы  на основе спутниковых систем началась в СССР и США приблизительно в  одно и то же время военно-космическими силами обеих стран. Американцы начали разработку системы GPS в начале 70-х, а начало разработки советской системы  ГЛОНАСС началась в конце 60-х —  начале 70-х. Первый спутник ГЛОНАСС  вышел на орбиту в 1982 году. Американцы вывели первый навигационный спутник на орбиту в 1978 году. 
Сравнительные характеристики систем ГЛОНАСС и GPS Системы GPS и ГЛОНАСС во многом подобны, но имеют и различия (что хорошо видно из таблицы 1). Данные системы разрабатывались с учетом наиболее вероятных областей применения. Поэтому ГЛОНАСС имеет преимущества на высоких широтах, а GPS — на средних.

 

 

 

Табл.1 Основные характеристики систем GPS и ГЛОНАСС

Характеристки	ГЛОНАСС	GPS
Количество спутников (проектное)	24	24
Количество орбитальных  плоскостей	3	6
Количество спутников  в каждой плоскости	8	4
Тип орбиты	Круговая (S=0+-0,01)	Круговая
Высота орбиты	19100 км	20200 км
Наклонение орбиты, град	64,8+-0,3	55 (63)
Период обращения	11 ч 15,7 мин.	11 ч 56,9 мин.
Способ разделения сигналов	Частотный	Кодовый
Навигационные частоты, МГц: L1 L2	1602,56 — 1615,5 1246,44 — 1256,5	1575,42 1227,6
Период повторения ПСП	1 мс	1 мс (С/А-код) 7 дней (Р-код)
Тактовая частота ПСП, МГц	0,511	1,023 (С/А-код)  0,23 (Р,Y-код)
Скорость передачи цифровой информации, бит/с	50	50
Длительность суперкадра, мин	2,5	12,5
Число кадров в суперкадре	5	25
Число строк в кадре	15	5
Погрешность* определения  координат в режиме ограниченного  доступа: горизонтальных, м вертикальных, м	не указана	18 (P,Y-код)  28 (P,Y-код)
Погрешности* определения  проекций линейной скорости, см/с	15 (СТ-код)	<200 (С/А-код)  20 (P,Y-код)
Погрешность* определения  времени  в режиме свободного доступа, нс в режиме ограниченного доступа, нс	1000 (СТ-код)  —	340 (С/А-код)  180 (P,Y-код)
Система отсчета пространственных координат	ПЗ-90	WGS-84