МИР ГЛОНАСС

Информационно-аналитический журнал

Навигация без спутников

Эксклюзив, аналитика

Система спутниковой навигацииНынешние навигационные системы достаточно хороши, но все еще не идеальны. Мы расскажем о технологиях, которые позволят компенсировать недостатки спутникового геопозиционирования.

 

К спутниковой навигации все мы давно привыкли. Она уже прочно вошла в нашу жизнь и используется повсеместно — начиная с автомобильных навигационных устройств и заканчивая смартфонами. Определив ваше положение, система подскажет маршрут, а на карте будет видна вся окружающая инфраструктура. Казалось бы, будущее наступило. Ведь еще пару десятков лет назад такое и вообразить было сложно. Но нет: текущее развитие технологий — это лишь первый шаг но сравнению с новыми горизонтами, которые открываются за пределами завтрашнего дня.

 Перспективные разработки не отменяют спутниковую навигацию как таковую, но значительно улучшают ее. Например, в современных смартфонах уже используется дополнительная функция позиционирования по вышкам сотовой связи. Однако спутниковый сигнал может полностью теряться в глухом лесу или внутри зданий. Новые разработки из нашего обзора позволяют навигационным приборам «ориентироваться» на местности, даже когда спутники не видны, и к тому же способны осуществлять позиционирование значительно точнее — вплоть до 2 см.
Впрочем, спутниковые системы пока все-таки необходимы — неслучайно крупнейшие страны разворачивают собственные аналоги GPS и ГЛОНАСС.

 

ОРИЕНТИРОВАНИЕ ПО БАЗОВЫМ СТАНЦИЯМ

 

Определить местоположение сотового телефона можно и без спутников—по сигналам от вышек сотовой связи оператора. Правда, точность при этом значительно ниже — от десятков метров до нескольких километров в малонаселенных районах, где базовые станции расположены далеко друг от друга.

 

Как же работает эта система? Первый метод позволяет выяснить. какой базовой станцией в данный момент обслуживается мобильный телефон, и очень примерно определяет местоположение абонента. Точность данного способа зависит от количества базовых станций и радиоусловий. Во втором случае измеряется время прохождения сигнала до нескольких базовых станций, но это требует оснащения сети дополнительным и достаточно дорогим оборудованием.

 

Оба метода используются операторами сотовой связи и позволяют «мониторить» местонахождение ребенка или отслеживать передвижения друзей на карте при их согласии.

 

РАДИОПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ

 

Спутниковая навигация не отличается высокой точностью, к тому же она может оказаться недоступной. Новые разработки призваны повысить точность позиционирования и умеют определять местоположение даже при отсутствии сигналов от спутника.

 

Loсata: позиционирование с точностью до сантиметра

 
 
Loсata: позиционирование с точностью до сантиметраСистема спутниковой навигации работает по следующему принципу: со спутника передается радиосигнал, в котором сообщаются точное время и текущее местоположение космического аппарата. Данный сигнал поступает на приемник, а тот в свою очередь, зная точное время передачи сигнала и период, за который сигнал достиг приемника, может вычислить расстояние до спутника. Проделав это с сигналами от нескольких спутников, находящихся в разных точках, приемник может довольно точно определить свое местоположение. Этот метод прост и надежен, хотя и не без некоторых оговорок.

 Смысл метода, который предлагают специалисты компании Loсata, приблизительно такой же, только вместо спутников здесь предполагается использование сети радиомаяков. Некая технология, подробностей о которой пока нет, позволяет этим маякам синхронизировать время с точностью до наносекунды и передавать сигнал о своем нахождении. Благодаря этому приемник сможет вычислять свое местоположение еще более точно. Преимущества системы состоят в том, что сигнал наземных маяков достаточно силен для того, чтобы проникать даже сквозь довольно толстые стены зданий, а кроме того, точность определения местоположения даже в закрытом помещении составит всего пару сантиметров.

 

Большинству людей такая точность, скорее всего, не понадобится, однако автомобиль, оборудованный подобной системой, сможет не только определить свое местоположение — также можно будет получить, к примеру, информацию о расстоянии до полосы встречного движения, до ближайших транспортных средств и т. д., благодаря чему движение станет более безопасным.

 

Множество возможностей открывает способность Loсata работать в закрытых помещениях. К примеру, если речь идет о магазине, то смартфон, поддерживающий стандарт Loсata, сможет довести вас не только до самой торговой точки, но и указать в ней конкретное место.

 

NAVSOP: самообучающаяся система навигации

 
NAVSOP: самообучающаяся система навигацииNavigation via Signals of Opportunity (NAVSOP), благодаря использованию радиоволн различных диапазонов, сможет функционировать в таких условиях, в которых работа GPS затруднена или вовсе невозможна например, в лесу, внутри зданий и даже под землей. Также данная система способна работать в самых отдатенных точках планеты, например в Антарктике и Арктике, за счет использования радиосигнала спутников, вращающихся на низкой околоземной и геостационарной орбитах.

 

Разработчики NAVSOP считают основным преимуществом своего продукта то, что развертывание системы и ее функционирование не требует создания дополнительной инфраструктуры. ПО, задействованное в NAVSOP, является самообучающимся, благодаря чему новые источники сигналов оперативно добавляются в существующую базу данных. При этом в качестве таких источников могут быть использованы даже сигналы установок для постановки радиопомех либо подавления сигналов GPS.

 

 

Доктор Рэмси Фарагэр — сотрудник комнании-разработчика BAE Systems — поясняет, что для начала работы системы NAVSOP, то есть определения начального местоположения, и ее первоначального обучения сигнал GPS все же требуется, однако обязательным условием это не является. В целом, согласно планам разработчиков, данная система должна использоваться в паре с GPS: технологии станут дополнять друг друга и заменять в том случае, если работа одной из них окажется невозможна.

 Компания BAE Systems ориентирована на оборонные разработки, потому неудивительно, что система NAVSOP создается в первую очередь именно для военного применения. К примеру, она может помочь солдатам, ведущим боевые действия в сложных городских условиях либо в отдаленных районах земного шара, или применяться для обеспечения безопасности беспилотников, поскольку использование NAVSOP позволит аппаратам защититься от воздействия на их навигационные системы.

 

ГИБРИДНЫЕ СИСТЕМЫ

 

Гибридные системы позиционирования способны не только определять местоположение с помощью GPS-спутников, но и ориентироваться на местности по другим радиосигналам, а также посредством гироскопов и акселерометров.

 

TIMU: эффективная навигация без радиосигналов

 
TIMU: эффективная навигация без радиосигналовВ основном вооруженные силы и транспортные компании применяют для навигации систему GPS. Однако не каждый задумывается о последствиях возможной ситуации, при которой спутники GPS в силу каких-либо причин выйдут из строя или просто перестанут быть доступными. И если для водителя на дороге потеря сигнала вызовет лишь некоторые неудобства, с которыми можно будет справиться, то для военных это будет означать невозможность оперативно ориентироваться на местности, что во многих случаях предопределит поражение.

 

Именно в силу этой причины множество научных организаций сейчас ведут работу над системами навигации, которые смогут работать автономно, без использования каких-либо внешних сигналов. Так, ученые из Мичиганского университета разработали TIMU (временно-инерционную навигационную однокристальную систему), которая умеет определять местоположение в условиях  временного отсутствия доступа к сигналам GPS. Навигатор выполнен в виде чипа, размеры которою меньше монеты, и содержит в себе три акселерометра, три гироскопа и схему сверхточных часов.

 

 Данные, полученные с датчиков системы, позволяют достаточно точно определить положение транспортного средства, которое начало свое движение из точки с известными координатами. Все датчики чипа занимают объем 10 мм3, располагаясь в трехмерном пространстве. Чип состоит из шести слоев, толщина каждого из которых составляет приблизительно 50 микрон (что соответствует толщине человеческого волоса). Каждый из слоев имеет свою функцию, а все функции в комплексе обеспечивают работу системы навигации TIMU. Структура слоев и объединяющая их конструкция изготовлены из чистого кварца. Этот материал обладает отличной прочностью, а также низкими температурными коэффициентами, что делает его идеальной основой дня объединения в единое целое нескольких сложных устройств.

 

Высокоточный чип для смартфонов

 
Высокоточный чип для смартфоновСовременные устройства позиционирования, встраиваемые в планшеты, смартфоны и навигаторы, плохо работают не только внутри зданий, но и просто в условиях плотной застройки или в густом лесу. Ситуация может измениться благодаря выходу навигационного чипа Broadcom ВСМ 4752, который будет доступен уже в ближайшее время. С его помощью высокой точности позиционирования можно будет добиться даже внутри зданий причем не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях. Это позволит узнать, например, на каком этаже вы в данный момент находитесь. Подобных результатов удается достичь за счет совмещения данных, полученных от множества различных датчиков, а также благодаря поддержке большого количества протоколов беспроводной связи.
 
Чип Broadcom ВСМ4752 поддерживает связь одновременно с четырьмя навигационными системами: ГЛОНАСС, GPS, SBAS и QZSS. Это позволяет получать данные с 59 навигационных спутников. В качестве дополнительных навигационных точек используются сигналы вышек сотовой связи. В помещениях чипу помогают ориентироваться сигналы сетей Wi-Fi, Bluetooth, NFC и 4G. Еще большей точности вертикального и горизонтального позиционирования позволяют добиться гироскоп, акселерометр, магнитометр, высотомер и счетчик шагов.

 

Правда, чтобы воспользоваться всеми преимуществами навигации внутри зданий, необходимо еще и соответствующее программное обеспечение, а также карты. Прогресс в этом направлении уже наблюдается: компания Google в рамках принадлежащих ей сервисов Street View и Google Maps сегодня дает возможность посмотреть «внутренности» некоторых зданий. Таким образом, используя устройство, оборудованное чипом Broadcom ВСМ4752 и имеющее возможность работать с Google Maps, можно будет не испытывать проблем с нахождением лифта или кабинета в этих зданиях.

 

КОНКУРЕНТЫ GPS И ГЛОНАСС

 

У спутниковой навигации все-таки есть свои преимущества — например, покрытие даже в труднодоступных и малонаселенных районах. Неслучайно у двух существующих глобальных систем позиционирования, американской GPS и российской ГЛОНАСС, появляются «соперники».

 

Galileo: европейская альтернатива

 
Galileo — это совместная разработка Европейского космического агентства и Евросоюза. Galileo является частью проекта «Трансевропейские сети», направленного на решение навигационных и геодезических задач. Запуск данного проекта запланирован на 2016 год. Именно тогда на орбиту Земли будут выведены все 27 операционных и три резервных спутника. Часть Galileo, находящаяся в космосе, будет обслуживаться при помощи наземной инфраструктуры: трех центров управления и множества передающих и принимающих станций.
 
Современные спутниковые системы не имеют доступа к Galileo. Именно за счет продажи лицензий производителям различных приемников разработчики планируют финансировать проект. Стоит отметить, что Galileo создавалась в мирных целях, но принятая в 2008 году резолюция Евросоюза «Значение космоса для безопасности Европы» допускает использование спутниковых сигналов для некоторых военных операций (которые проводятся в рамках политики обеспечения безопасности в мире).

 

Кроме того, на базе Galileo планируется предоставлять пять различных сервисов с разным уровнем точности:

 

  • ОТКРЫТАЯ ОБЩАЯ СЛУЖБА предназначена для гражданских навигационных устройств. Сообщается, что она будет бесплатной и доступной всем.
  • СЛУЖБА ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ будет использоваться для авиации и судовой навигации.
  • КОММЕРЧЕСКАЯ СЛУЖБА (кодированный сигнал, обеспечивающий повышенную точность определения местонахождения) будет предоставляться на платной основе заинтересованным пользователям.
  • ПРАВИТЕЛЬСТВЕННАЯ СЛУЖБА, высокоточная и надежная, будет предоставлена только ограниченному кругу абонентов. Доступ получат береговая охрана, полиция, антикризисные и военные штабы.
  • ПОИСКОВО-СПАСАТЕЛЬНАЯ СЛУЖБА призвана заменить уже существующую систему КОСПАС, обеспечив более уверенный прием сигнала.

 Beidou: китайский «долгострой»

 
Спутниковая навигационная система Beidou — китайский конкурент GPS и ГЛОНАСС. Ранее эта служба предоставляла услуги навигации, обмена текстовыми сообщениями и службы точного времени исключительно на территории Китая. В 2000 году на орбиту были выведены первые три спутника, обеспечивавшие функционирование системы. А в декабре прошлого года на территории всего Азиатско-Тихоокеанского региона Beidou вступила в коммерческую эксплуатацию как региональная система позиционирования.

 

Точность определения местонахождения, благодаря выводу дополнительных спутников (теперь их 16), достигла запланированных десяти метров. Согласно же действующему плану, к 2020 году Beidou должна заработать в полную мощь и стать полноценной глобальной навигационной системой. При этом космический сегмент будет сформирован из пяти спутников на геостационарной орбите и тридцати — на средней земной орбите. Дополнительная функция Beidou, отличающая ее от GPS — это имеющаяся у абонентов системы возможность обмениваться между собой небольшими текстовыми сообщениями.

 

Рэн Четки, представитель руководства Beidou, сообщил, что выход навигационной системы на внешний рынок принесет Китаю 400 млрд юаней (то есть более $60 млрд) прибыли за счет предоставления услуг в области метеорологии, транспортной навигации и телекоммуникаций.

 

Однако финансовая выгода — это далеко не главная причина развертывания Китаем собственной навигационной системы. Основная идея состоит в том, что вооруженные силы Китая, как и вооруженные силы России или стран Евросоюза, не хотят полагаться на использование подконтрольной Вашингтону системы позиционирования GPS, которая может стать недоступной для них в случае международного конфликта или какой-либо другой чрезвычайной ситуации.
 

Источник: http://avtovideo.in.ua/index.php?catid=34:2013-07-16-14-08-18&id=375:2013-07-17-08-29-09&Itemid=126&option=com_content&view=article