GNSS означає Глобальна супутникова навігаційна система — загальна назва супутникових груп, які передають сигнали точного часу та визначення місцезнаходження на приймачі в будь-якій точці Землі. Коли люди кажуть “GPS”, вони зазвичай мають на увазі GNSS у цілому, але GPS — це лише одна з кількох систем.

GNSS проти GPS: у чому різниця?

GPS (Глобальна система позиціонування) — це американська супутникова система. GNSS включає GPS, а також російську систему «ГЛОНАСС», європейську «Галілео» та китайську «Бейду», а також регіональні системи, такі як індійська «NavIC» та японська «QZSS». Одночасне використання декількох супутникових систем забезпечує приймачу більшу кількість видимих супутників, швидше визначення координат та кращу стійкість до перешкод.

Система	Оператор	Орбіти	Використані сигнали
GPS	Сполучені Штати Америки	~24+ MEO	Рівень 1 / Рівень 2 / Рівень 5
ГЛОНАСС	Росія	Приблизно 24 моїх	Перше / Друге / Третє
Galileo	ЄС	Приблизно 24 моїх	Схід / Схід / Схід
BeiDou (BDS)	Китай	~30 MEO + GEO	Діловий відвідувач / Діловий відвідувач / Діловий відвідувач

Детальний огляд чотирьох глобальних систем GNSS

Глобальна система позиціонування (GPS)

Система GPS, що експлуатується Космічними силами США, є єдиною системою, яка забезпечила глобальне, безперервне та всепогодне покриття та отримала сертифікат довгострокової стабільності функціонування від таких організацій, як Міжнародна організація цивільної авіації (ІКАО). Наразі її космічний сегмент складається з приблизно 31 діючого супутника на середній навколоземній орбіті (MEO) на висоті близько 20 200 км.

Модернізовані супутники GPS (блоки IIF та III) повністю підтримують три цивільні частоти: L1 C/A, L2C та L5, причому діапазон L5 спеціально розроблений для забезпечення безпеки авіації та забезпечує підвищену стійкість до багатопроменевого поширення та перешкод. Головна перевага GPS полягає в його ролі як фактичної глобальної базової лінії — майже всі комерційні приймачі надають пріоритет її відстеженню. Його обмеженням є те, що на точність стандартної служби позиціонування (SPS) (по горизонталі ~4 м, по вертикалі ~8 м, рівень достовірності 95%) може впливати слабкість сигналу; незважаючи на постійне вимкнення функції «Селективної доступності» (SA), сигнали GPS залишаються відносно слабкими та схильними до втрати зв’язку в приміщеннях або в глибоких міських каньйонах.

ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС, якою керує Російська державна космічна корпорація («Роскосмос»), наразі налічує близько 24 діючих супутників на середньоземній орбіті (MEO) на висоті приблизно 19 100 км із нахилом орбіти 64,8°. Такий високий кут нахилу надає ГЛОНАСС значну перевагу у високих широтах (вище 60° північної широти), зокрема у Скандинавії, Сибіру та Канадському Арктичному архіпелазі, де видимість супутників значно краща, ніж у системах GPS та «Галілео».

На відміну від інших систем, що використовують технологію множинного доступу з кодовим розділенням (CDMA), система «ГЛОНАСС» застосовує Багатоканальний доступ з частотним розділенням (FDMA) у діапазонах L1 та L2 — кожен супутник передає на окремій частоті. Така конструкція теоретично забезпечує кращу стійкість до вузькосмугових перешкод. Однак архітектура FDMA також збільшує складність вхідної частини приймача та споживання енергії. Крім того, рубідієві атомні годинники системи «ГЛОНАСС» мають дещо нижчу стабільність частоти, ніж цезієві годинники системи GPS, що призводить до незначного зниження довгострокової точності вимірювання часу.

Galileo

«Галілео» — це глобальна цивільна навігаційна система, керівництво якою здійснює Європейський Союз (Європейське космічне агентство та Європейська комісія). Наразі система налічує близько 24 супутників, що працюють у режимі повної оперативної готовності (FOC) на середній орбіті (MEO) на висоті приблизно 23 222 км, що дещо вище, ніж у системи GPS. Її найхарактернішою особливістю є те, що вона є перша система, яка пропонує безкоштовну глобальну послугу високої точності (HAS) —у діапазоні E6 система передає коригувальні дані, що забезпечують точність горизонтального позиціонування в режимі реального часу на рівні приблизно 20 см (за умови використання приймача з підтримкою HAS), без необхідності використання наземних диференціальних станцій. Конструкція сигналу «Галілео» є однією з найсучасніших: діапазон E1 сумісний із GPS L1, а діапазони E5a та E5b забезпечують широкосмугову модуляцію AltBOC із чудовим придушенням багатопроменевих відбиття.

Система повністю перебуває під контролем цивільних органів влади, що виключає можливість військового втручання у процес надання послуг. Однак розгортання системи «Галілео» зазнало численних затримок, а в період з 2016 по 2017 рік у декількох супутниках сталися передчасні збої рубідієвих годинників. Хоча завдяки резервним заходам вдалося пом’якшити цю проблему, ці ранні занепокоєння щодо надійності системи викликали певні суперечки стосовно її рівня зрілості.

Навігаційна супутникова система «Бейду» (BDS)

Система BDS, яку експлуатує Китайське управління супутникової навігації, є єдиною глобальною системою, що використовує гібридна орбітальна супутникова система—що складається з приблизно 24 супутників на середній еліптичній орбіті (MEO) (на висоті ~21 500 км), 3 супутників на похилій геосинхронній орбіті (IGSO) та 3 супутників на геостаціонарній орбіті (GEO), що загалом становить близько 30 діючих космічних апаратів. Така конструкція надає BDS значну перевагу в Азіатсько-Тихоокеанський регіон (70° східної довготи — 140° східної довготи, 5° північної широти — 55° північної широти), де кількість видимих супутників зазвичай сягає 12–16, що значно перевищує показники GPS (6–10), а точність регіонального позиціонування може становити менше ніж 2,5 м (по горизонталі, 95%). Крім того, супутники на геостаціонарній орбіті оснащені унікальним обмін короткими повідомленнями функція, якої немає в інших системах GNSS, що дозволяє користувачам надсилати текстові повідомлення обсягом до приблизно 1 000 китайських ієрогліфів (за допомогою спеціальних терміналів) у районах без наземного мобільного покриття, що є надзвичайно цінним у морських умовах, у пустелях та під час ліквідації надзвичайних ситуацій.

З іншого боку, глобальна мережа наземних станцій стеження BDS є менш щільною порівняно з GPS та Galileo, що дещо знижує точність визначення орбіти в регіонах, віддалених від Азіатсько-Тихоокеанського регіону, таких як Південна Америка та центрально-західна Африка. Як наслідок, хоча середня глобальна точність позиціонування BDS (приблизно 2,5–4 м у горизонтальному напрямку) є порівнянною з GPS, стабільність її роботи в цих віддалених регіонах ще не досягла такого рівня, як у GPS.

GPS у контексті: еталон, з яким порівнюють усі інші системи

Як перша повністю функціональна глобальна навігаційна система, GPS встановила технічні та експлуатаційні стандарти, яких дотримуються всі наступні системи. Її сигнал L1 C/A залишається найпоширенішим цивільним кодом, а поширення Координованого універсального часу (UTC) через Військово-морську обсерваторію США слугує основним еталоном часу для незліченної кількості застосувань. Хоча новіші системи запровадили вдосконалені функції — такі як HAS у «Галілео» або можливість передачі коротких повідомлень у «Бейду» — GPS зберігає свою позицію як незамінна основа екосистеми GNSS, просто тому, що її універсально підтримують усі комерційні приймачі, а десятиліття безперебійної роботи завоювали довіру користувачів. Водночас старіння інфраструктури (хоча вона й постійно модернізується) та залежність від єдиного військового оператора означають, що для багатьох критично важливих користувачів одного лише GPS вже недостатньо — звідси й зростаюча залежність від багатоконстеляційних приймачів.

Як система GNSS забезпечує визначення координат, навігацію та синхронізацію часу (PNT)

Кожен супутник оснащений атомним годинником і передає дані про своє місцезнаходження та час. Приймач вимірює час проходження сигналів від щонайменше чотирьох супутників і визначає своє місцезнаходження методом трилатерації. Ця ж точна синхронізація також забезпечує роботу систем PNT для електромереж, телекомунікаційних мереж та фінансових систем.

Чому сигнали GNSS вразливі

Сигнали цивільної системи GNSS досягають поверхні Землі з потужністю приблизно −130 дБм — це набагато слабше, ніж шум. Тому їх легко заглушити за допомогою заглушення або підробка. Отже, гарантована точність PNT залежить від антени, що запобігають заклинюванню, та технологія забезпечення стійкості сигналу.

Вибір GNSS-приймача

Сучасні приймачі відстежують кілька супутникових груп та діапазонів (у тому числі L5/E5/B2 для підвищення точності). У умовах сильних перешкод або в ситуаціях, критичних для безпеки, рекомендується використовувати приймач у поєднанні з антеною з технологією CRPA , яка здатна нейтралізувати перешкоди. Детальнішу інформацію про діапазони частот дивіться в нашому посібнику з діапазонів частот GNSS .

До теми: Порівняння GPS, ГЛОНАСС та «Галілео» · Як працює захист GNSS від перешкод.