Проблемы Глонасс: технические аспекты

Анализ прозвучавших на форуме мнений свидетельствует, что восстановление штатной численности орбитальной группировки – лишь первый шаг в создании действительно эффективных, удовлетворяющих современным требованиям координатно-временных сервисов. Ключевой проблемой на этом пути является отсутствие законодательной и метрологической основы для этого.

Значительные и резкие изменения доли работающих спутников, не сопровождаемые пояснением обусловивших такие шаги причин, негативным образом сказываются на доверии пользователей к системе вообще и уровню ее управления в частности.

Однако одним лишь «организационными» факторами проблемы Глонасс не ограничиваются. Опыт компаний, серийно производящих пользовательскую аппаратуру с поддержкой системы Глонасс, свидетельствует о необходимости решения технических проблем, осложняющих их эксплуатацию.

Как отметил в выступлении на Глонасс-форуме эксперт компании Topcon Алексей Зиновьев, система Глонасс изначально проектировалась и создавалась без учета проблемы обеспечения совместимости c GPS. Изменения в политике использования глобальных спутниковых систем, а также объективная необходимость использования GPS-сигналов в отсутствие собственной полноценной орбитальной группировки поставила необходимость внесения корректировок в ряд изначально заложенных идей.

Основным преимуществом Глонасс до 1 мая 2000 года, когда президент США Билл Клинтон отменил режим преднамеренного загрубления сигналов Selective Availability, было отсутствие такого режима. На сегодняшний день этот фактор утратил свое значение.

В настоящее время поддержка Глонасс позволяет значительно повысить эффективность использования приемников при работе в районах интенсивной застройки и ограниченной видимости – например, в карьерах. В таких условиях наличие всего лишь одного «дополнительного» спутника (например, ещё одного ГЛОНАСС при условии, что хотя бы один спутник этой системы уже включён в обработку) способно обеспечить работоспособность аппаратуры.

Поддержка Глонасс позволяет существенно – иной раз на порядок – сократить время получения фиксированного решения в режиме «кинематики реального времени» (RTK, Real Time Kinematic), широко используемом для получения высокоточных данных. Сокращается время вынужденного «простоя» - даже при полностью развернутой группировке GPS оно может достигать в отдельных случаях десятков минут.

Особенности орбитального построения группировки Глонасс повышают эффективность ее работы в высоких широтах – Арктике и Антарктике. Использованный в Глонасс режим частотного разделения (FDMA) обеспечивает относительно более высокую помехозащищенность, чем в использующей режим кодового разделения (CDMA) системе GPS.

К сожалению, достоинства системы являются оборотной стороной ее недостатков.

Неодинаковые величины межканальных задержек при обработке спутниковых сигналов в пользовательской аппаратуре, возникающие из-за использования частотного разделения, ограничивают точность. Проблема решается использованием специальной элементной базы, схемотехнических решений, а также относительной калибровкой приемников производителем.

Это, однако, приводит к тому, что Глонасс-аппаратура оказывается принципиально более дорогостоящей, чем аналогичная аппаратура GPS – настолько, что вопрос о введении в Глонасс режима кодового разделения, аналогичного используемому в GPS, не кажется неоправданным.

Ошибки в переводе данных между системой координат WGS84 (World Geodetic System 1984), используемой в GPS, и системой ПЗ90 (Параметры Земли 1990), могут достигать нескольких метров. Работа над перспективной системой координат ПЗ.02, в которой величина ошибок будет снижена до полуметра, еще не завершена.

Существуют серьезные проблемы в синхронизации принципиально различных шкал времени, используемых в системах GPS и Глонасс. В частности, добавление целой секунды к шкале времени, периодически производящееся в системе Глонасс, приводит к значительному усложнению логики работы пользовательских приемников.

Корректная проверка достоверности передаваемых спутником навигационных сигналов (его «здоровья») в системе Глонасс требует получения не только эфемерид спутника, как в системе GPS, но и альманаха, вследствие чего продолжительность «холодного старта» в системе Глонасс достигает 2,5 минут, в то время как в GPS – всего 30 секунд.

Строго говоря, несинхронность закладки альманахов на спутники делает невозможной корректное определение «здоровых» спутников в ряде ситуаций. Проблемы с идентификацией эфемеридных данных в Глонасс очень осложняют работу в дифференциальных режимах в тех случаях, когда поправки привязаны именно к эфемеридам.

К счастью, проблема идентификации эфемеридных данных частично решена для новых спутников Глонасс-М, однако текущий подход в ряде случаев может быть неоптимальным и требующем улучшений. Алгоритм определения координат спутника Глонасс, опубликованный в наиболее свежей версии интерфейсного документа Глонасс, чрезвычайно сложен и трудно реализуем на практике. Поэтому на практике используется «предыдущий», более упрощённый алгоритм

Многие из этих проблем могут быть сняты, если при планировании развития системы Глонасс будет учитываться мнение разработчиков пользовательской аппаратуры, а информация о планах развития группировки станет ясной, логичной и информационно насыщенной. Без этого приемникам Глонасс трудно будет отвоевать себе место на рынке – особенно в условиях, когда с планируемым вводом в эксплуатацию системы GPS III ее точность существенно возрастет.

«В настоящее время использование комбинированных GPS/ГЛОНАСС приёмников обеспечивает пользователю преимущество по сравнению с использованием односистемных GPS приёмников, - отметил в беседе с корреспондентом портала Исследования и разработки – R&D.CNews Алексей Зиновьев. – Лучше раскрыть заложенный в Глонасс потенциал можно с помощью нескольких простых и к тому же не требующих каких-либо затрат шагов.

Они позволят значительно повысить надёжность работы системы, что является определяющим при коммерческом использовании приёмников. Хотелось бы надеяться, что государственные организации, ответственные за развёртывание и модернизацию Глонасс, учтут пожелания уже накопивших опыт разработчиков пользовательской аппаратуры, использующих сигналы GPS/Глонасс». .