GNSS означает Глобальная система спутниковой навигации — собирательный термин, обозначающий группу спутниковых группировок, которые передают сигналы точного времени и местоположения на приемники в любой точке Земли. Когда люди говорят “GPS”, они обычно имеют в виду GNSS в целом, однако GPS — лишь одна из нескольких систем.

GNSS и GPS: в чём разница?

GPS (Global Positioning System) — это американская группировка спутников. GNSS включает в себя GPS, а также российскую систему «ГЛОНАСС», европейскую систему «Галилео» и китайскую систему «Бэйду», а также региональные системы, такие как индийская NavIC и японская QZSS. Одновременное использование нескольких группировок спутников обеспечивает приемнику доступ к большему количеству видимых спутников, более быстрое определение координат и лучшую устойчивость к препятствиям.

Система	Оператор	Орбиты	Используемые сигналы
GPS	Соединенные Штаты	~24+ MEO	Нижний уровень / Верхний уровень / Пятый уровень
ГЛОНАСС	Россия	~24 MEO	Первое / Второе / Третье
Галилео	ЕС	~24 MEO	Восток / Восток / Восток
BeiDou (BDS)	Китай	~30 MEO + GEO	Бизнес-класс / Бизнес-класс / Бизнес-класс

Подробнее о четырёх глобальных системах GNSS

Глобальная система позиционирования (GPS)

Система GPS, находящаяся в ведении Космических сил США, является единственной системой, которая обеспечивает глобальное, непрерывное и всепогодное покрытие и имеет сертификат долгосрочной стабильности работы, выданный такими организациями, как Международная организация гражданской авиации (ИКАО). Ее космический сегмент в настоящее время состоит из примерно 31 действующего спутника, находящихся на средней околоземной орбите (MEO) на высоте около 20 200 км.

Модернизированные спутники GPS (блоки IIF и III) полностью поддерживают три гражданских частоты: L1 C/A, L2C и L5, причем диапазон L5 специально разработан для обеспечения безопасности авиации и обладает повышенной устойчивостью к многолучевости и помехам. Основное преимущество GPS заключается в его роли де-факто глобальной базовой линии — практически все коммерческие приемники отдают приоритет отслеживанию именно этой системы. Его ограничением является то, что на точность стандартной службы позиционирования (SPS) (по горизонтали ~4 м, по вертикали ~8 м, доверительный интервал 95%) может влиять слабость сигнала; несмотря на постоянную деактивацию функции «избирательной доступности» (SA), сигналы GPS остаются относительно слабыми и подвержены потере синхронизации в помещениях или в глубоких городских каньонах.

ГЛОНАСС

Система «ГЛОНАСС», находящаяся в ведении Государственной корпорации «Роскосмос», в настоящее время насчитывает около 24 действующих спутников на средней地球-сопряженной орбите (MEO) на высоте примерно 19 100 км с наклонением орбиты 64,8°. Такой высокий угол наклона орбиты даёт ГЛОНАСС явное преимущество в высоких широтах (севернее 60° северной широты), например в Скандинавии, Сибири и на Канадском Арктическом архипелаге, где видимость спутников значительно лучше, чем у GPS и Galileo.

В отличие от других систем, использующих технологию множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), система ГЛОНАСС применяет Многоканальный доступ с частотным разделением (FDMA) в диапазонах L1 и L2 — каждый спутник вещает на своей частоте. Такая конструкция теоретически обеспечивает лучшую устойчивость к узкополосным помехам. Однако архитектура FDMA также повышает сложность входного каскада приемника и увеличивает энергопотребление. Кроме того, рубидиевые атомные часы системы «ГЛОНАСС» имеют несколько меньшую стабильность частоты, чем цезиевые часы системы GPS, что приводит к незначительному снижению долгосрочной точности измерения времени.

Галилео

«Галилео» — это глобальная система гражданской навигации, разработанная под руководством Европейского союза (Европейское космическое агентство и Европейская комиссия). В настоящее время система насчитывает около 24 действующих спутников, достигших полной оперативной готовности (FOC), которые находятся на средней околоземной орбите (MEO) на высоте примерно 23 222 км, что несколько выше, чем у спутников GPS. Её наиболее отличительной особенностью является то, что она является первая система, предлагающая бесплатный глобальный сервис высокой точности (HAS) —в диапазоне E6 система передает корректирующие данные, которые обеспечивают точность горизонтального позиционирования в реальном времени около 20 см (при использовании приемника с поддержкой HAS) без необходимости использования наземных дифференциальных станций. Конструкция сигнала «Галилео» является одной из самых современных: диапазон E1 совместим с диапазоном L1 системы GPS, а диапазоны E5a и E5b обеспечивают широкополосную модуляцию AltBOC с превосходным подавлением многолучевых рассеяний.

Система полностью находится под контролем гражданских властей, что исключает возможность военного вмешательства в процесс предоставления услуг. Однако развертывание системы «Галилео» сопровождалось многочисленными задержками, а в 2016–2017 годах на нескольких спутниках произошли преждевременные отказы рубидиевых часов. Хотя благодаря резервным мерам удалось смягчить последствия этой проблемы, эти ранние проблемы с надёжностью вызвали определённые споры относительно уровня зрелости системы.

Навигационная спутниковая система «Бэйду» (BDS)

Система BDS, управляемая Китайским управлением спутниковой навигации, является единственной глобальной системой, в которой используется гибридная орбитальная группировка спутников—включающая примерно 24 спутника на мезогеостационарной орбите (MEO) (на высоте ~21 500 км), 3 спутника на наклонной геосинхронной орбите (IGSO) и 3 спутника на геостационарной орбите (GEO), что в сумме составляет около 30 действующих космических аппаратов. Такая конструкция обеспечивает системе BDS значительное преимущество в Азиатско-Тихоокеанский регион (70° в.д.–140° в.д., 5° с.ш.–55° с.ш.), где количество видимых спутников обычно достигает 12–16, что значительно превышает показатель GPS (6–10), а точность регионального позиционирования может превышать 2,5 м (по горизонтали, 95%). Кроме того, спутники на геостационарной орбите оснащены уникальным обмен короткими сообщениями функция, отсутствующая в других системах GNSS, позволяющая пользователям отправлять текстовые сообщения объемом до примерно 1 000 китайских иероглифов (с помощью специальных терминалов) в районах, где отсутствует наземное мобильное покрытие, что имеет неоценимое значение для морских операций, работы в пустынях и в условиях чрезвычайных ситуаций.

С другой стороны, глобальная сеть наземных станций слежения системы BDS менее плотная по сравнению с сетями GPS и Galileo, что несколько снижает точность определения орбиты в регионах, удаленных от Азиатско-Тихоокеанского региона, таких как Южная Америка и центрально-западная Африка. В результате, хотя средняя глобальная точность позиционирования системы BDS (около 2,5–4 м по горизонтали) сопоставима с точностью GPS, стабильность её работы в этих периферийных регионах пока не достигла такого уровня, как у GPS.

GPS в контексте: эталон, по которому оцениваются все остальные системы

Будучи первой полноценно функционирующей глобальной навигационной системой, GPS установила технические и эксплуатационные стандарты, которым следуют все последующие системы. Ее сигнал L1 C/A по-прежнему остается наиболее широко используемым гражданским кодом, а передача времени по универсальному координированному времени (UTC) через Военно-морскую обсерваторию США служит основным эталоном времени для бесчисленного множества приложений. Несмотря на то что более новые системы предложили расширенные функции — такие как HAS в системе «Галилео» или возможность передачи коротких сообщений в системе «Бэйду» — GPS сохраняет свою позицию в качестве незаменимой основы экосистемы GNSS просто потому, что она универсально поддерживается всеми коммерческими приемниками и заслужила доверие благодаря десятилетиям бесперебойной работы. В то же время стареющая инфраструктура (несмотря на постоянную модернизацию) и зависимость от единственного военного оператора означают, что для многих пользователей, работающих в критически важных условиях, одного GPS уже недостаточно — отсюда и растущая популярность многоконстелляционных приемников.

Как система GNSS обеспечивает определение местоположения, навигацию и синхронизацию (PNT)

Каждый спутник оснащен атомными часами и передает данные о своём местоположении и времени. Приёмник измеряет время прохождения сигналов от как минимум четырёх спутников и определяет своё местоположение методом трилатерации. Такая же точная синхронизация лежит в основе систем PNT для энергосистем, телекоммуникационных сетей и финансовых систем.

Почему сигналы GNSS уязвимы

Сигналы гражданских систем GNSS достигают поверхности Земли с мощностью примерно −130 дБм — это намного слабее шума. Поэтому их легко подавить с помощью помехи или подделка. Таким образом, достоверность PNT зависит от антизаклинивающие антенны и технологии обеспечения устойчивости сигнала.

Выбор GNSS-приемника

Современные приемники отслеживают несколько групп спутников и диапазонов (включая L5/E5/B2 для повышения точности). В условиях соревнований или в ситуациях, критичных с точки зрения безопасности, следует использовать приемник в паре с Технология антенн CRPA которые могут устранить помехи. См. наш Руководство по частотным диапазонам GNSS Подробная информация о диапазонах.

По теме: Сравнение GPS, ГЛОНАСС и «Галилео» · Как работает защита GNSS от помех.