Кіріспе
Ресейдің спутниктік навигациялық жүйесі ГЛОНАСС (ГЛОНАСС, ;) – радионавигациялық спутниктік қызметтің бөлігі ретінде жұмыс істейтін ресейлік спутниктік навигациялық жүйе. Ол Global Positioning System (GPS) жүйесіне балама болып табылады және жаһандық жабылумен және салыстырмалы дәлдікпен екінші навигациялық жүйе болып табылады. GPS және ГЛОНАСС-ты қолдайтын спутниктік навигациялық құрылғыларда көбірек спутниктер қол жетімді, бұл позицияларды жылдамырақ және дәлірек анықтауға мүмкіндік береді, әсіресе ғимараттар кейбір спутниктерді көруге кедері келтіретін қалалық аймақтарда. ГЛОНАСС GPS жүйелерін толықтыру арқасында жоғары ендіктерде (солтүстік немесе оңтүстік) позицияны анықтау жақсартылады. ГЛОНАСС жүйесін әзірлеу 1976 жылы КСРО-да басталды. 1982 жылдың 12 қазанынан бастап, жүйеге көптеген ракеталармен спутниктер қосылды, және 1995 жылы спутниктік топтама толыққаннан кейін аяқталды. 1990-шы жылдардың соңындағы қуаттың төмендеуінен кейін 2001 жылы жүйені қайта жаңғырту үкіметтік басымдыққа айналды, соның салдарынан қаржыландыру едәуір артты. ГЛОНАСС – Роскосмос бағдарламаларының ең қымбат бағдарламасы, ол 2010 жылы бюджеттің үштен бір бөлігін құрады. 2010 жылға қарай ГЛОНАСС Ресей аумағының толық жабылуын қамтамасыз етті. 2011 жылдың қазан айында 24 спутниктен тұратын толық орбиталық топтама қайта жаңғыртылды, бұл толық жаһандық жабылуға мүмкіндік берді. ГЛОНАСС спутниктерінің конструкциясы бірнеше рет жаңартылды, соңғы нұсқасы – ГЛОНАСС K2 2023 жылы ұшырылды. 2020 жылы «Глонас БДД» ЖШҚ жол-көлік оқиғаларын талдау және алдын алуға арналған ақпараттық жүйені тексерді және Ресейдің 3000 км жолдары үшін цифрлық қауіпсіздік рейтингін жариялады.
GLONASS (ГЛОНАСС, ; ) is a Russian satellite navigation system operating as part of a radionavigation satellite service. It provides an alternative to Global Positioning System (GPS) and is the second navigational system in operation with global coverage and of comparable precision. Satellite navigation devices supporting both GPS and GLONASS have more satellites available, meaning positions can be fixed more quickly and accurately, especially in built up areas where buildings may obscure the view to some satellites. GLONASS supplementation of GPS systems also improves positioning in high latitudes (north or south). Development of GLONASS began in the Soviet Union in 1976. Beginning on 12 October 1982, numerous rocket launches added satellites to the system until the completion of the constellation in 1995. In 2001, after a decline in capacity during the late 1990s, the restoration of the system was made a government priority, and funding increased substantially. GLONASS is the most expensive program of the Roscosmos, consuming a third of its budget in 2010. By 2010, GLONASS had achieved full coverage of Russia's territory. In October 2011, the full orbital constellation of 24 satellites was restored, enabling full global coverage. The GLONASS satellites' designs have undergone several upgrades, with the latest version, GLONASS K2, launched in 2023. In 2020, Glonass BDD LLC checked the information system for analyzing and preventing traffic accidents and published a digital safety rating for 3,000 km of Russian roads.
Жүйенің сипаттамасы
ГЛОНАСС – әскери және азаматтық қолданушылар үшін нақты уақыт режимінде орналасу және жылдамдық деректерін анықтауды қамтамасыз ететін жаһандық спутниктік навигациялық жүйе. Спутниктер орташа дөңгелек орбитада, 64,8° бұрылыспен және 11 сағат 16 минуттық орбиталық кезеңмен орналасқан (әр 17 айналымда, 8 сидеральді күні ішінде спутник бір жағдайдан өтеді). ГЛОНАСС орбитасы оны жоғары ендіктерде (солтүстік немесе оңтүстік) пайдалануға қолайлы етеді, мұнда GPS сигналын алу қиын болуы мүмкін. Жұлдыздар шоғы үш орбиталық жазықтықта жұмыс істейді, әрқайсысында тең арақашықтықта орналасқан сегіз спутник бар. GLONASS-тың бастапқы дизайнында L2 жолағында тек көмескіленген жоғары дәлдікті сигнал берілді, бірақ GLONASS M спутнигінен бастап L1OF сигналымен бірдей стандартты дәлдік коды бар қосымша азаматтық анықтамалық L2OF сигналы беріледі. Ашық стандартты дәлдік сигналы 511 кбит/с псевдо-кездейсоқ диапазондық кодты 2-ге бөлу арқылы (XOR), 50 бит/с навигациялық хабарлама және қосымша 100 Гц меандерлік тізбек (Манчестер коды) арқылы жасалады, барлығы бір уақыт/жиілік осцилляторын пайдалана отырып құрылады. Псевдо-кездейсоқ код 1 миллисекундтік кезеңмен жұмыс істейтін 9 сатылы жылжымалы тізіліммен құрылады. Навигациялық хабарлама секундына 50 бит жылдамдықпен модуляцияланады. Ашық сигналдың суперкадры 7500 биттен тұрады және 30 секундтан тұратын 5 кадрдан тұрады, үздіксіз хабарламаны беруге 150 секунд (2,5 минут) уақыт кетеді. Әрбір кадр 1500 биттік ұзындықта және 100 биттен тұратын 15 тізбектен тұрады (әр тізбек үшін 2 секунд), 85 бит (1,7 секунд) деректер мен тексеру біттері үшін және 15 бит (0,3 секунд) уақыт белгісі үшін. 1-4 тізбектер хабарды таратушы спутникке дереу деректерді ұсынады және әрбір кадрда қайталанады; деректерге эфемеридалар, сағаттық және жиіліктік қателер және спутниктің күйі кіреді. 5-15 тізбектерде шоқжұлдыздағы әрбір спутник үшін тікелей емес деректер (яғни альманах) беріледі, I-IV кадрлардың әрқайсысы бес спутникті сипаттайды, ал V кадр қалған төрт спутникті сипаттайды. Эфемеридалар Жердегі басқару сегментінен алынған деректерді пайдалана отырып, 30 минут сайын жаңартылады; олар позиция және жылдамдық үшін Жерге ортақтасқан, Жерге бекітілген (ECEF) Декарт координаталарын қолданады және Ай-Күн үдеу параметрлерін қамтиды. Альманах өзгертілген орбиталық элементтерді (Кеплер элементтері) қолданады және күн сайын жаңартылады. Жоғары дәлдікті сигнал Ресей әскері сияқты уәкілетті пайдаланушылар үшін қол жетімді, бірақ АҚШ-тың P(Y) кодынан айырмашылығы, ол шифрлау W кодымен модуляцияланады, GLONASS шектеулі қолдану кодтары қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін жасырындылыққа сүйене отырып, ашық түрде беріледі. Жоғары дәлдікті сигнал туралы егжей-тегжейлі мәліметтер жарияланбаған. L2SF кодындағы деректер біттерінің модуляциясы (соответственно, бақылау стратегиясы) жақында модуляцияланбағаннан кездейсоқ интервалдарда 250 бит/с импульсына ауысты. L1SF коды 50 бит/с жылдамдықпен навигациялық деректермен Манчестер меандерлік кодысыз модуляцияланады. Жоғары дәлдікті сигнал стандартты дәлдікті сигналмен фазалық квадратурада беріледі, тиімді түрде бірдей тасымалдаушы толқынды бөліседі, бірақ ашық сигналға қарағанда он есе жоғары өткізу қабілетімен. Жоғары дәлдікті сигналдың хабарлама форматы жарияланбаған, бірақ кері инженерияға жасалған әрекеттер суперкадр 72 кадрдан тұратынын көрсетті, олардың әрқайсысы 100 биттен тұратын 5 тізбек және оны беруге 10 секунд кетеді, жалпы ұзындығы 36 000 бит немесе 720 секунд (12 минут) бүкіл навигациялық хабарлама үшін. Қосымша деректер, көрінетіндей, маңызды Ай-Күн үдеу параметрлеріне және сағаттық түзету шарттарына бөлінген.
Дұрыс
Ең жоғары тиімділік кезінде стандартты дәлдік сигналы 5–10 метрге дейінгі көлденең орналасу дәлдігін, тік орналасуды , жылдамдық векторын өлшеуді және 200 наносекундқа дейінгі уақытты қамтамасыз етеді – барлығы бір мезгілде төрт бірінші буын спутнигінен алынған өлшемдерге негізделген; GLONASS M сияқты жаңа спутниктер бұл көрсеткіштерді жақсартады. ГЛОНАСС "PZ 90" (Жер параметрлері 1990 – Parametry Zemli 1990) деп аталатын координаттық жүйені қолданады, онда Солтүстік полюстің нақты орны 1990 жылдан 1995 жылға дейінгі кезеңдегі орташа орны ретінде берілген. Бұл GPS-тің WGS 84 координаттық жүйесінен өзгеше, ол 1984 жылғы Солтүстік полюстің орналасуын пайдаланады. 2007 жылдың 17 қыркүйегінен бастап PZ 90 жүйесі PZ 90.02 нұсқасына дейін жаңартылды, ол WGS 84 жүйесінен кез келген бағытта кем ерекшеленеді. 2013 жылдың 31 желтоқсанынан бастап PZ 90.11 нұсқасы таратылуда, ол 2011.0 эпохасында сантиметрлік дәлдікпен Халықаралық жер беті анықтама жүйесімен (ITRS) және 2008 жылғы кадрмен сәйкес келеді, бірақ идеалды жағдайда ITRF2008-ке түрлендіру жасалуы тиіс.
Жерсеріктіктер
ГЛОНАСС бағдарламасының бас мердігері – "Ақпараттық спутниктік жүйелер Решетьнев" акционерлік қоғамы (ISS Reshetnev, бұрынғы NPO PM). Железногорск қаласында орналасқан компания, Ғарыш құрылғыларын жасау институтымен (РНИИ КП) және Ресей радио навигациясы және уақыт институтымен бірлесіп, барлық ГЛОНАСС спутниктерінің жобалаушысы болып табылады. Спутниктерді сериялық өндіріс Омбы қаласындағы "Полет өндірістік корпорациясы" компаниясы жүзеге асырады. Үш онжылдық даму барысында спутниктердің конструкциясы көптеген жақсартуларға ұшырады және оларды үш буынға бөлуге болады: бастапқы ГЛОНАСС (1982 жылдан бері), ГЛОНАСС М (2003 жылдан бері) және ГЛОНАСС К (2011 жылдан бері). Әрбір ГЛОНАСС спутнігі GRAU белгісімен 11F654 таңбаланады, сондай-ақ олардың әрқайсысы әскери "Cosmos NNNN" таңбасына ие.
Бірінші буын
ГЛОНАСС (сонымен қатар "Ураган" деп те аталады) спутниктерінің бірінші буыны – үш осьті тұрақталған аппараттар болды, олардың жалғы салмағы шамалы және шоқжұлдызда ішінде орналасуға мүмкіндік беретін қарапайым қозғалтқыш жүйесімен жабдықталған. Уақыт өте келе олар IIa, IIb және IIv блоктарына жаңартылды, әр блок эволюциялық жақсартуларды қамтиды. 1985–1986 жылдары прототиптерге қарағанда жақсартылған уақыт және жиілік стандарттарымен, сондай-ақ жиілік тұрақтылығын арттырған алты IIa блок спутнигі ұшырылды. Бұл ғарыш аппараттарының орташа пайдалану мерзімі 16 айды құрады. Екі жылдық жобалық мерзімі бар IIb блок ғарыш аппараттары 1987 жылы пайда болды, олардың барлығы 12 спутник ұшырылды, бірақ жартысы ұшыру кезінде жоғалды. Орбитаға шыққан алты ғарыш аппараты жақсы жұмыс істеді, орташа есеппен шамамен 22 ай бойы қызмет етті. IIv блогы – бірінші буынның ең көп саны шығарылған спутнигі болды. 1988 жылдан 2000 жылға дейін эксклюзивті түрде қолданылып, 2005 жылға дейін ұшыруларға енгізілді, барлығы 56 спутник ұшырылды. Жобалық қызмет мерзімі үш жылды құрады, алайда көптеген ғарыш аппараттары бұл мерзімнен асып түсті, соңғы модельдің бірі 68 айға дейін, шамамен екі есеге жуық қызмет етті. II блок спутниктері әдетте Байқоңыр ғарыш айлағынан Proton K Blok DM2 немесе Proton K Briz M қозғалтқыштарын пайдалана отырып, бір уақытта үштен ұшырылды. Бір ғана ерекшелік болды – екі рет ұшырылғанда, ГЛОНАСС спутнигінің орнына "Эталон" геодезиялық рефлекторлы спутнигі қойылды.
Екінші буын
"Глонасс М" деп аталатын екінші буын спутниктер 1990 жылдан бастап әзірленді және алғаш рет 2003 жылы ұшырылды. Бұл спутниктердің қызмет ету мерзімі жеті жылға дейін ұлғайтылды және салмағы сәл артық. Олардың диаметрі шамамен және биіктігі болып келеді, ал күн батареяларының ені 1600 Вт электр қуатын өндіруге мүмкіндік береді. Артқы жүк құрылымында L диапазонындағы хабар таратуға арналған 12 негізгі антенна орналасқан. Орбитаның дәл анықталуына және геодезиялық зерттеулерге көмектесетін лазерлік бұрыштық кубтық рефлекторлар да орнатылған. Борттағы цезий сағаттары жергілікті уақыт көзін қамтамасыз етеді. 52 "Глонасс М" спутнигі жасалып, ұшырылды. 2013 жылдың соңына дейін барлығы 41 екінші буын спутнигі ұшырылды. Бұрынғы буын спутниктер сияқты, екінші буын ғарыш кемелері де "Proton K Blok DM2" немесе "Proton K Briz M" бустерлерін пайдалана отырып, үштен бір рет ұшырылды. Ал кейбіреулері "Союз-2 1б/Фрегат" кемесімен жеке-жеке ұшырылды. 2015 жылдың шілдесінде ISS Reshetnev соңғы "Глонасс М" (No. 61) ғарыш кемесін аяқтағанын және оны бұрын салынған сегіз спутникпен бірге ұшыруды күтіп, сақтауға қойғанын хабарлады.
Дұрыс
Ресейлік дифференциалдық түзету және бақылау жүйесінің деректеріне сәйкес, 2010 жылы ГЛОНАСС навигациялық анықтамаларының (p=0,95) ендік және бойлық бойынша дәлдігі, навигациялық ғарыш аппараттарының (NSV) орташа саны 7-8 (станцияға байланысты) болды. Сол кезде GPS навигациялық анықтамаларының дәлдігі, NSV орташа саны 6-11 (станцияға байланысты) құрады. Кейбір заманауи қабылдағыштар GLONASS және GPS спутниктерін бірге пайдалана алады, бұл қалалық каньондарда жақсырақ жабуды қамтамасыз етеді және 50-ден астам спутниктің болуына байланысты өте жылдам орналасуға мүмкіндік береді. Ішкі кеңістікте, қалалық каньондарда немесе таулы аймақтарда GPS-ті ғана пайдалануға қарағанда дәлдікті арттыруға болады. Екі навигациялық жүйені бір уақытта пайдалану үшін GLONASS/GPS навигациялық анықтамаларының дәлдігі, NSV орташа саны 14-19 (станцияға байланысты) болды. 2009 жылдың мамыр айында Роскосмос директоры Анатолий Перминов ГЛОНАСС шоқжұлдызын кеңейту және 2011 жылға қарай ГЛОНАСС навигациялық анықтамаларының дәлдігін арттыру үшін жер сегментін жақсарту жөніндегі шаралар қабылдалғанын мәлімдеді. Атап айтқанда, GLONASS K спутнигінің соңғы нұсқасы енгізілгеннен кейін жүйенің дәлдігін екі есеге арттыруға қабілетті. Жүйенің жер сегменті де жақсартудан өтеді. 2012 жылдың басында Ресейде және Антарктикадағы Беллингсхаузен және Новолазаревская базаларында 16 позициялық жер станциясы салынып жатыр. Жаңа станциялар Бразилиядан Индонезияға дейін Оңтүстік жарты шарда салынады. Бұл жақсартулардың барлығы 2020 жылға қарай ГЛОНАСС-тың дәлдігін 0,6 м немесе одан да жақсы деңгейге жеткізуге көмектеседі деп күтілуде. Филиппинде ГЛОНАСС қабылдау станциясын орнату мәселесі де қазір келіссөздерде қаралып жатыр.