GPS
Идеи использования космических аппаратов для навигации подвижных объектов в США, как свидетельствует профессор Стэнфордского университета Б. Паркинсон, в прошлом руководитель программы «Навстар-GPS» от ВВС, начали развиваться после запуска в СССР в 1957 году первого искусственного спутника Земли. В это время Лаборатории прикладной физики (ЛПФ) Университета Джонса Гопкинса была поставлена задача слежения за советским ИСЗ посредством приема его сигнала на наземном пункте с известными координатами, выделения доплеровского сдвига несущей частоты передатчика ИСЗ и дальнейшего расчета параметров движения спутника. Обратная задача расчета координат приемника на основе обработки принятого сигнала и координат ИСЗ представлялась очевидной и естественной. На этой основе в интересах навигационного обеспечения пуска с подводных лодок баллистических ракет Поларис в 1964 году была создана доплеровская спутниковая радионавигационная система первого поколения Транзит, отцом которой иногда считают профессора Р. Кершнера, директора ЛПФ. Для коммерческого использования эта система была предоставлена в 1967 г.
Глобальная спутниковая система GPS второго поколения основана на принципах дальнометрии и предназначена для высокоточного определения трех координат места, составляющих вектора скорости и времени различных подвижных объектов.
Система разработана по заказу и находится под управлением МО (ВВС) США. США предоставляют систему в стандартном режиме для гражданского, коммерческого и научного использования без взимания за это специальной платы. Определено, что за использование системы гражданскими потребителями ответственность несет Министерство транспорта США.
В соответствии с Интерфейсным контрольным документом GPS (ICD-200C-002, 25.9.97), основными разработчиками и создателями (contractors) системы являются:
по космическому сегменту- Rockwell International Space System Division (сейчас Boeing) - НКА Блок- I/II/IIA/IIF, Martin Marietta Astro Space Division (сейчас Locheed-Martin) - НКА Блок- IIR;
по сегменту управления- IBM, Federal Systems Company;
по сегменту потребителей- Rockwell International, Collins Avionics & Communication Division.
Документом, устанавливающим взаимоотношения потребителей с системой, является Интерфейсный контрольный документ GPS, за распространение которого несет ответственность корпорация ARINC.
Система GPS состоит из космического сегмента, сегмента управления (наземный командно-измерительный комплекс, КИК) и сегмента потребителей.
Космический сегмент образован орбитальной группировкой, номинально состоящей из 24 основных НКА и 3-6 резервных. НКА находятся на 6 круговых орбитах высотой примерно 20000 км, наклонением 55° и равномерно разнесенных по долготе через 60°.
Состояние орбитальной группировки может характеризоваться таблицей:
Номер кода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15
Плос-кость, точка F4 B3 C2 D4 B4 C1 C4 A3 A1 E3 D2 F5 E1 D5
Время CS CS CS RB CS CS RB CS CS CS RB RB CS CS
Номер кода 16 17 18 19 21 22 23 24 25 26 27 29 30 31
Плос-кость, точка E5 D3 F3 A5 E2 B1 E4 D1 A2 F2 A4 F1 B2 C3
Время CS CS CS CS CS RB CS RB CS RB CS RB CS CS

В ней буквами A,B,C,D,E,F обозначены шесть орбитальных плоскостей; обозначения CS и RB приняты соответственно для цезиевого и рубидиевого стандартов частоты, определяющих местное время НКА. Система GPS последовательно базировалась и базируется на постоянно совершенствуемых НКА Блок- I, Блок- II, Блок- IIA. В настоящий период проводится запуск НКА Блок- IIR, которым в следующем тысячелетии будут наследовать НКА Блок- IIF и GPS-III.
В состав бортового оборудования НКА входят следующие подсистемы: синтезатор частот, блоки формирования и передатчики навигационных сигналов, средства синхронизации и временного обеспечения или бортовые «часы» (на НКА Блок- II используются два рубидиевых со стабильностью 5*Е-13 и два цезиевых стандарта частоты со стабильностью 2*Е-13), бортовое вычислительное устройство в составе основной и двух резервных ЭВМ, подсистемы ориентации в процессе наведения и на орбите, телеметрии , приема команд и ретрансляции сигналов наземного комплекса управления, терморегулирования и электропитания.
Передатчики НКА GPS излучают два непрерывных сигнала на частотах L1 1575,42 МГц и L2 1227,6 МГц. Несущая частота L1 состоит из двух компонентов, которые находятся по фазе в квадратуре друг к другу (сдвинуты на p/2) для удобства их разделения. Первая - модулируются двумя двоичными последовательностями (дальномерный псевдослучайный P- код и информационная последовательность линии передачи данных), складывающимися по модулю 2. Вторая - также модулируется двумя двоичными последовательностями (дальномерный псевдослучайный C/A -код и информационная последовательность), складывающимися по модулю 2. Обе информационные последовательности содержат информацию об эфемеридах НКА, системном времени, поведении «часов» НКА, статусе сообщения и др.
Несущая частота L2 имеет один компонент и модулируются двумя двоичными последовательностями (как правило, дальномерный псевдослучайный P- код или C/A- код и информационная последовательность линии передачи данных), складывающимися по модулю 2. Здесь также предусмотрен режим использования только P(Y)- кода, когда информационная последовательность вообще не передается. Во всех случаях скорость передачи данных информационных последовательностей 50 бит/с. Используется фазовая манипуляция несущих частот (bi-phase shift key, BPSK). В настоящее время проводятся работы по внедрению гражданского сигнала на частоте L2, а также нового сигнала на частоте L5 1176 МГц.
Основным навигационным дальномерным псевдослучайным кодом согласно [5] является точный P- код. При включении режима A/S (Antispoofing) вместо этого кода будет использоваться закрытый код P(Y), введенный впервые для НКА Блок- II.
В распоряжении мирового сообщества находится открытый псевдослучайный код С/А (Clear или Coarse/Acquisition), иногда переводимые как «грубый захват»), который сначала использовался для первого вхождения в режим слежения с последующим переходом к использованию Р - кода. С целью преднамеренного снижения точности определения координат до уровня 100м (2 СРО) для сигнала с C/A-кодом предусмотрен специальный режим селективного доступа (Selective Availability, S/A), который определяется ICD-GPS-203. По распоряжению президента США Б. Клинтона с 1.05.2000 г. использование этого режима прекращено, что практически в 5 раз повысило точность определения координат. Одновременно в заявлении Президента США Б. Клинтона было заявлено, что США могут «исключать» сигналы GPS на региональной основе, если посчитают, что создается угроза их национальной безопасности.
Все НКА используют одни и те же частоты, но каждый свои коды, поскольку свойства рассмотренных кодов таковы, что они позволяют надежно разделять сигналы различных НКА между собой. Т.е. здесь используется кодовый принцип разделения сигналов.
Р - коды представляет собой двоичную псевдослучайные последовательности (ПСП) длиной в 7 суток, нарезаемые из ПСП длиной 267 суток. ПСП передаются со скоростью 10,23 Мбит/с (тактовая частота 10,23 МГц). Закрытый P(Y)- код формируется в соответствии со специальными закрытыми документами (ICD-GPS-203/ 224/ 225).
C/A- код (код Голда) представляет собой ПСП длиной в 1мс с тактовой частотой 1,023 МГц.
В навигационном сообщении информационной последовательности GPS содержится информация об эфемеридах НКА, позволяющих рассчитать их координаты и составляющие скорости, альманах созвездия НКА, частотно-временные поправки, метки времени, параметры ионосферной модели, сведения о работоспособности бортовой аппаратуры НКА и др. Эта информация используется в аппаратуре потребителя при решении навигационно-временной задачи по определению координат, скорости и временной поправки к местной шкале времени.
Сегмент управления состоит из сети наземных станций слежения , расположенных по всему миру. Сеть включает главную (ведущую) станцию (ГС), контрольные станции (КС) или станции слежения (СС) и земные станции ввода данных на НКА (три). Главная станция контроля и управления находится на авиабазе Фалкон (Шривер) ВВС США в районе г. Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. В настоящее время КС размещены на атолле Диего-Гарсиа (архипелаг Чагос в Индийском океане), на о. Вознесения (в Атлантическом океане), на Гавайях и атолле Кваджалейн (в Тихом океане); одна КС совмещена с ГС.
Как видно, КС расположены сравнительно равномерно по Земному шару вблизи экватора, что создает благоприятные условия для наблюдений НКА. Эти станции принимают сигналы спутников GPS и осуществляют специальные прецизионные измерения дальности до НКА. Главная станция осуществляет сбор измерений от всех КС. Затем все измерения обрабатываются. По ним осуществляются точные расчеты параметров орбит, ионосферной модели и корректирующих поправок для бортовых часов, которые с главной станции через земные станции связи (атолл Диего-Гарсиа, о. Вознесения, атолл Кваджалейн) совместно с данными обработки метеорологической информации, позволяющей уточнить параметры модели тропосферы, передаются на борт каждого НКА. Производится также мониторинг состояния НКА и управление их работой. Основу ГС составляет центр управления с вычислительным комплексом (координационно-вычислительный центр, КВЦ) и средства передачи данных на земную станцию связи с НКА (станция закладки служебной информации, СЗСИ). Канал «Земля - НКА» использует частоту 2227,5 МГц; канал «НКА- Земля» использует частоту 1783,74 МГц.
Сегмент управления устанавливает шкалу времени GPS, которая привязана к шкале времени UTC (шкала Универсального координированного времени), поддерживаемой Военно-морской обсерваторией США. Начало отсчета времени установлено в полночь с 5.1. на 6.1.1980. Самой крупной единицей времени GPS является одна неделя, которая, как определено, состоит из 604800 с. Время GPS может отличаться от времени UTC, поскольку первое является непрерывным, а второе может корректироваться на целое число секунд. Между ними имеется также некоторое постоянно растущее расхождение. Поэтому ГС контролирует шкалу времени GPS с тем, чтобы она не уходила от UTC больше, чем на одну 1 мкс.
Основные принципы функционирования и навигационных определений в системе GPS аналогичны принципам, описанным применительно к системе ГЛОНАСС. Координаты потребителя в системе получаются посредством их расчета по псевдодальностям (ПД) до НКА. Псевдодальности рассчитываются по временным задержкам прохождения сигналов синхронизированных между собой НКА по трассам «НКА- потребитель». Задержки измеряются в результате сопоставления принятых псевдослучайных кодов и генерируемых в приемнике копий этих кодов с учетом априори известных моментов излучений сигналов НКА. Предварительно производится коррекция ПД за счет компенсации тропосферных и ионосферных погрешностей.
Далее образуется система уравнений, связывающая ПД и координаты (X, Y, Z), и ошибку шкалы времени потребителя T’, проявляющуюся при априорном определении момента излучения сигнала НКА. Неизвестными параметрами при этом будут координаты НКА, определенные в системе WGS-84, по эфемеридным данным. Учитывая, что неизвестных оказывается 4, необходимо иметь не менее 4-х определений ПД относительно 4-х НКА. Обычно в поле видимости потребителя оказывается от 5 до 8 НКА. В первых образцах аппаратуры потребителя решалась задача выбора наилучшего по некоторому критерию созвездия из 4-х НКА.
В современной аппаратуре обычно решается переопределенная система уравнений (больше 4-х) и используется итеративный метод наименьших квадратов, когда ищется решение, которое позволяет наилучшим образом приблизиться ко всем полученным в результате измерений псевдодальностям.
Составляющие скорости потребителя определяется по измерениям приращений фаз несущей частоты сигналов НКА, вызываемых движением определяющегося объекта и НКА.
Определенные таким образом геоцентрические (в системе WGS-84) координаты и составляющие скоростей могут преобразовываться в аналогичные параметры в других системах координат.
Сегмент потребителей включает приемники (навигационную аппаратуру потребителей, НАП) GPS и сообщество самих пользователей. НАП принимает сигналы GPS, обрабатывает их, измеряет радионавигационные параметры, определяет псевдодальности и приращения псевдодальностей или псевдоскорости и вычисляет на их основе координаты и составляющие скорости в ГСК и поправку к местной шкале времени T’GPS относительно системного времени GPS и ее уход. Затем вычисляются геодезические координаты и высота над опорным эллипсоидом в системе координат WGS-84 (B, L, H) и составляющие вектора скорости (VN, VE, VH). Возможно также определение координат в какой-либо иной системе (Меркатора, Гаусса- Крюгера и т.д.).
НАП производится для навигации подвижных объектов (самолетов, вертолетов, морских и речных судов, автотранспорта), для определения координат при геодезических и землеустроительных работах, для синхронизации систем связи и т.д. Начато производство и продажа персональной АП, объединенной с сотовым телефоном. Облик АП существенно зависит от назначения. Ее стоимость находится в диапазоне от ста до нескольких десятков тысяч долларов США.
В настоящее время опубликовано немало материалов, характеризующих точность определения навигационных параметров с помощью GPS. Здесь приведем консервативные оценки точности GPS при работе по сигналам с С/А - кодами, в соответствии с которыми погрешности местоопределения с вероятностью 95% не превышают в плане 22 м, по вертикали 33 м, а времени - 200 нс.
Точностные показатели GPS после модернизации приведены в следующей таблице:
Источник ошибок Ошибка (СКО) определения псевдодальности, м
Одна частота Две и более частоты
Ионосфера 7,0 0,01
Тропосфера 0,2 0,2
Эфемеридное обеспечение и синхронизация 2,3 2,3
Шумы приемника 0,6 0,6
Многолучевость 1,5 1,5
Общая ошибка 7,5 2,8
Типичный HDOP 1,5 1,5
Ошибка определения координат в горизонтальной плоскости, 95% 22,5 8,5

К числу других основных направлений совершенствования системы GPS относятся:
замена существующих НКА БЛОК-II (A) на НКА Блок- IIR. ВВС США заключили с фирмой Локхид-Мартин контракт на изготовление более 17 таких НКА.
разработка и изготовление новых более совершенных космических платформ - навигационных космических аппаратов Блок- IIF; на создание первых 6 НКА заключен контракт с фирмой Боинг (ранее с фирмой Рокуэл), а затем - GPS-III;
возможное увеличение на 6-12 НКА общего числа спутников в орбитальной группировке и доведение его до 30-36;
реализация передачи с НКА Блок- IIF (GPS-III) упомянутых выше двух новых гражданских навигационных сигналов в диапазонах L2 (частота 1227,6 МГц) и L5 (частота 1176,45 МГц) в соответствии с заявлением вице-президента США А. Гора 25.1.99 г. и др.;
разработка и реализация новой структуры гражданского сигнала в диапазоне L5 на основе F- кодов с полосой 24 МГц (предполагается длина кода от 4000 до 10230 бит при скорости передачи 10,23 Мбит/с), и военного сигнала в диапазонах L1 и L2 на основе M- кодов, занимающих ту же полосу, что и сигналы с кодом P(Y) (рис.2.7);
снижение систематических ошибок в навигационных определениях за счет повышения точности эфемеридного и временного обеспечения сегмента управления благодаря вводу восьми новых наземных станций мониторинга (National Imagery and Mapping Agency, NIMA) и совершенствованию программного обеспечения наземных средств обработки результатов измерения;
увеличение доступности и мощности передаваемых сигналов (с М - кодами);
реализация с запуском НКА Блок- IIR и НКА Блок- IIF (GPS-III) межспутниковых линий связи и измерений и доведение на этой основе автономности системы GPS в целом до полугода и лучше;
реализация и использование дополнений (дифференциальных подсистем).
Реализация указанных нововведений позволит снизить ошибки местоопределения в номинальном (автономном) режиме использования GPS гражданскими потребителями до уровня 5 м.
Использование новых частот позволит существенно повысить и надежность навигационных определений, нечувствительность их к непредвиденным возмущениям и помехам, обеспечить резервирование навигационного сигнала.
При подготовке материала использованы следующие источники:
1. Интерфейсный контрольный документ GPS, ICD-200C-002, 25.9.97. www.navcen.uscg.mil/gps/geninfo/gpsdocuments/icd200/icd200c.pdf>
2. ION Newsletter, vol. 10, N1, Spring 2000.McDonald K.D. Performance Improvements to GPS in the Decade 2000-2010: The Impact of GPS. Modernization Plans and Policy on the Future of GPS and GNSS, ION Proc. of the 55th Annual Meeting, June 28-30, 1999, Cambridge, MA.
3. Shaw M., et al. Modernization of the Global Positioning System , www.gpsworld.com, 17.11.2001.
4. Van Dierendonck A.J., Hegarty C. The New L5 Civil GPS Signal, www.gpsworld.com, 17.11.2001.
5. Van Dierendonck A.J. et al. The Signal Specification for the Future GPS Civil Signal at L5" Proc. of the International Association of Institutes of Navigation 25th World Congress/The Institute of Navigation 56th Annual Meeting, San Diego, California, June 26­28, 2000.
6. Shaw M., et al. GPS Modernization, GNSS-2000 Conference Proc., Edinburgh, 2000.
7. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и ее приложения. – М.: Эко-Трендз, 2003.




Что такое GPS?

GPS - это аббревиатура общепринятого названия глобальной навигационной спутниковой системы определения местоположения Global Position System. Таких действующих систем в мире две - российская ГЛОНАСС и американская НАВСТАР. Каждая из систем включает группировку низкоорбитальных навигационных спутников, наземные средства слежения и управления и самые разнообразные приeмоиндикаторы - носимые, возимые, стационарные и т.д., служащие для определения координат.
Принцип определения своего места на земной поверхности в глобальной системе позиционирования заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких навигационных спутников (не менее трeх) - с известными параметрами их орбит на каждый момент времени, и вычислении по изменeнным расстояниям своих координат.
· Первый GPS-спутник был запущен в феврале 1978 г.
· Каждый спутник весит более 900 кг и имеет размер около 5 м (с раскрытыми солнечными батареями).
· Мощность радиопередатчика – не более 50 ватт.
· Каждый спутник передает сигналы на 3-х частотах. Гражданские GPS-приемники используют частоту “L1”, равную 1575.42 МГц.
· Каждый спутник расчитан на работу примерно в течение 10 лет. Новые спутники изготавливаются и запускаются на орбиту по мере необходимости.
Первоначально GPS была разработана и создана для военных целей. По мере ее внедрения стало ясно, что она может успешно применяться и для ряда гражданских задач. В том числе и для автомобильной навигации.


История GPS

С давних времён путешественники задавались вопросом: как определить своё местоположение на Земле? Древние мореплаватели ориентировались по звёздам, указывающим направление движения: зная среднюю скорость и время в пути, можно было сориентироваться в пространстве и определить расстояние до конечного пункта назначения. Однако погодные условия не всегда были на руку исследователям, поэтому сбиться с курса не представляло особого труда. С появлением компаса задача существенно упростилась. Путешественник уже в меньшей мере зависел от погоды.
Эра радио открыла новые возможности перед человеком. С появлением радиолокационных станций, когда стало возможным измерять параметры движения и относительное местоположение объекта по отражённому от его поверхности лучу радиолокатора, встал во-прос о возможности измерения параметров движения объекта по излучаемому сигналу. В 1957 году в СССР группа учёных под руководством В.А. Котельникова экспериментально подтвердила возможность определения параметров движения искусственного спутника Земли (ИСЗ) по результатам измерений доплеровского сдвига частоты сигнала, излучаемого этим спутником. Но, что самое главное, была установлена возможность решения обратной задачи — нахождения координат приёмника по измеренному доплеровскому сдвигу сигнала, излучаемого с ИСЗ, если параметры движения и координаты этого спутника известны. При движении по орбите спутник излучает сигнал определённой частоты, номинал которой известен на приёмной стороне (потребитель). Положение ИСЗ в каждый момент времени известно, точнее, его можно вычислить на основании информации, заложенной в сигнале спутника. Пользователь, измеряя частоту пришедшего к нему сигнала, сравнивает её с эталонной и таким образом вычисляет доплеровский сдвиг частоты, обусловленный движением спутника. Измерения производятся непрерывно, что позволяет составить своего рода функцию изменения частоты Доплера. В определённый момент времени частота становится равной нулю, а затем меняет знак. В момент равенства нулю частоты Доплера потребитель находится на линии, которая является нормалью к вектору движения спутника. Используя зависимость крутизны кривой доплеровской частоты от расстояния между потребителем и ИСЗ и измерив момент времени, когда частота Доплера равна нулю, можно вычислить координаты потребителя.
Таким образом, искусственный спутник Земли становится радионавигационной опорной станцией, координаты которой изменяются во времени вследствие движения спутника по орбите, но заранее могут быть вычислены для любого момента времени благодаря эфемеридной информации, заложенной в навигационном сигнале спутника.



Развитие GPS

В 1958–1959 гг. в Ленинградской военно-воздушной инженерной академии (ЛВВИА) им. А.Ф. Можайского, Институте теоретической астрономии АН СССР, Институте электромеханики АН СССР, двух морских НИИ и Горьков-ском НИРФИ проводились исследования по теме “Спутник”, ставшие впоследствии основой для построения первой отечественной низкоорбитальной навигационной спутниковой системы “Цикада”. И в 1963 году начались работы по построению этой системы. В 1967 году на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник “Космос-192”. Характерной чертой радионавигационных спутниковых систем первого поколения является применение низкоорбитальных ИСЗ и использование для измерения навигационных параметров объекта сигнала одного, видимого в данный момент спутника. В дальнейшем спутники системы “Цикада” были оборудованы приёмной аппаратурой обнаружения терпящих бедствия объектов.
Параллельно с этим, после успешного запуска СССР первого искусственного спутника земли, в США в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Гопкинса проводятся работы, связанные с возможностью измерения параметров сигнала, излучаемого спутником. По измерениям вычисляются параметры движения спутника относительно наземного пункта наблюдения. Решение обратной задачи — дело времени. На основе этих исследований в 1964 году в США создаётся доплеровская спутниковая радионавигационная система первого поколения “Transit”. Основное её назначение — навигационное обеспечение пуска с подводных лодок баллистических ракет Поларис. Отцом системы считается директор Лаборатории прикладной физики Р. Кершнер. Для коммерческого использования система становится доступной в 1967 г. Так же, как и в системе “Цикада”, в системе “Transit” координаты источника вычисляются по доплеровскому сдвигу частоты сигнала одного из 7 видимых спутников. ИСЗ систем имеют круговые полярные орбиты с высотой над 1100 км, период обращения спутников “Transit” равен 107поверхностью Земли минутам. Точность вычисления координат источника в системах первого поколения в большой степени зависит от погрешности определения скорости источника. Так, если скорость объекта определена с погрешностью 0,5 м, то это в свою очередь приведёт 500 м. Для неподвижного объекта эта величинак ошибке определения координат уменьшается до 50 м.
Кроме того, в этих системах невозможен непрерывный режим работы. Ввиду того, что системы низкоорбитны, время, в течение которого спутник находится в поле видимости потребителя, не превышает одного часа. Кроме того, время между прохождением различных спутников зоны видимости потребителя зависит от географической широты, на которой он находится, и может составить величину от 35 до 90 минут. Уменьшение этого интервала путём наращивания числа спутников невозможно, потому что все спутники излучают сигналы на одной и той же частоте.
Следовательно, спутниковые навигационные системы второго поколения обладают рядом существенных недостатков. В первую очередь — недостаточная точность определения координат динамичных объектов. К недостатку можно отнести также отсутствие непрерывности в измерениях.
Одной из основных проблем, возникающих при создании спутниковых систем, обеспечивающих навигационные определения по нескольким спутникам, является взаимная синхронизация сигналов (шкал времени) спутников с необходимой точностью. Рассогласование опорных генераторов спутников на 10 нс приводит к ошибке в определении координат потребителя 10–15 м. Второй проблемой, с которой столкнулись разработчики при создании высокоорбитальных спутниковых навигационных систем, стало высокоточное определение и прогнозирование параметров орбит ИСЗ. Аппаратура приёмника, измеряя задержки сигналов от разных спутников, вычисляет координаты потребителя.
Для этих целей в 1967 году ВМС США была разработана программа, по которой был осуществлён запуск спутника TIMATION-I, а в 1969 году — спутника TIMATION-II. На борту этих спутников использовались кварцевые генераторы. В то же время, ВВС США параллельно вели свою программу по использовании широкополосных сигналов, модулированных псевдошумовым кодом (PRN). Корреляционные свойства такого кода позволяют использовать одну частоту сигнала для всех спутников, с кодовым разделением сигналов от различных спутников. Позднее, в 1973 году две программы были объединены в одну общую под названием “Navstar-GPS” . К 1996 году развёртывание системы было завершено. В данный момент доступно 28 активных спутников.
В СССР лётные испытания высокоорбитальной спутниковой навигационной системы Глонасс начались в 1982 году запуском спутника “Космос-1413” . Основным разработчиком и создателем по системе в целом и по космическому сегменту является НПО прикладной механики (г. Красноярск), а по навигационным космическим аппаратам — ПО “Полёт” (г. Омск). Головным разработчиком радиотехнических комплексов является РНИИКП; ответственным за создание временного комплекса, системы синхронизации и навигационной аппаратуры потребителей определён Российский институт радионавигации и времени.
В данный момент продолжается работа по созданию Обще Европейской системы спутниковой навигации Galileo. Однако первая часть проекта - EGNOS самостоятельной не является и использует сигналы как раз той самой GPS, а также аналогичной российской системы ГЛОНАСС. EGNOS это геостационарная система навигационного дополнения. К сигналам GPS и ГЛОНАСС она добавляет свои - от трех европейских геостационарных спутников. Эта избыточная информация позволяет увеличить точность определения координат объектов по сравнению с GPS с 10 метров почти до 2-х. Кроме того, возрастает достоверность получаемых навигационных данных. Задержка в оповещении пользователя о сбое в работе GPS или намеренного заглубления ее точности американскими военными снизится с часов до нескольких секунд. На полную мощность EGNOS заработает только в 2004 году. Сейчас система EGNOS существует в виде усеченной своей версии, которая была создана компанией Alcatel Space. В этой системе должны использоваться три геостационарных спутника и соответствующая наземная инфраструктура, охватывающая 40 городов (38 европейских, и по одному во Французской Гвиане на космодроме Куру и в ЮАР). Сейчас на орбите находятся 2 спутника - Inmarsat 3 Indian Ocean Region (IOR) и Atlantic Ocean Region East (IOR-E). Третий спутник - Artemis - еще только предстоит вывести в космос. Полностью самостоятельную группировку из 30 спутников Galileo европейцы планируют запустить в 2008 году. Развертыванию проекта препятствовали как американцы, так и Россия. Подключению российского ГЛОНАССа сначала мешали разногласия в отношениях к бомбардировках в Косово, а потом финансовые вопросы - Россия хотела больше денег. В январе 2003 года договоренность с Европой, наконец, была достигнута.
Начаты работы в Японии проект MSAS. Данная система разрабатывается под руководством Японского бюро гражданской авиации (JCAB). MSAS как система функционального дополнения GNSS строится на основе многофункционального транспортного спутника MSAT (позже планируется иметь не один, а два таких геостационарных спутника). В комплекс управления MSAT входят две наземные станции (GES), две станции управления, траекторных измерений и телеметрии (TT/C). Первый спутник MSAT-1 планировалось запустить в 1999 г. в точку 140E. MSAT-2 планируется запустить в 2004 г. Гарантийный срок активного существования спутников - 10 лет.
Состав систем глобального ориентирования 2 поколения

Системы в целом включает в себя три функциональные части (в профессиональной литературе эти части называются сегментами) космический сегмент, в который входит орбитальная группировка искусственных спутников Земли (иными словами, навигационных космических аппаратов); сегмент управления, наземный комплекс управления (НКУ) орбитальной группировкой космических аппаратов; аппаратура пользователей системы.
Из этих трёх частей последняя, аппаратура пользователей, самая многочисленная. Системы является беззапросными, поэтому количество потребителей системы не имеет значения. Помимо основной функции — навигационных определений, — система позволяет производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов частоты и времени на удалённых наземных объектах и взаимную геодезическую привязку. Кроме того, с её помощью можно производить определение ориентации объекта на основе измерений, производимых от четырёх приёмников сигналов навигационных спутников.
Сегмент наземного комплекса управления системами выполняет следующие функции: эфемеридное и частотно-временное обеспечение; мониторинг радионавигационного поля; радиотелеметрический мониторинг НКА; командное и программное радиоуправление НКА.
Наземный сегмент обеспечивает эфемеридное обеспечение спутников. Это означает, что на земле определяются параметры движения спутников и прогнозируются значения этих параметров на заранее определённый промежуток времени. Параметры и их прогноз закладываются в навигационное сообщение, передаваемое спутником наряду с передачей навигационного сигнала. Сюда же входят частотно-временные поправки бортовой шкалы времени спутника относительно системного времени. Измерение и прогноз параметров движения НКА производятся в Баллистическом центре системы по результатам траекторных измерений дальности до спутника и его радиальной скорости.


Спутники GPS

Существует четыре поколения GPS спутников: Block I, Block II/IIA, Block IIR, Block IIF. Спутники типа Block I использовались для проверки принципов работы системы GPS, и накопленный опыт работы 11 спутников в дальнейшем использовался при создании спутников следующего поколения. Спутники Block II и IIA в настоящее время составляют основу системы. В сумме 28 спутников было произведено по контракту, из них четыре последних заменили запущенные ранее спутники, выработавшие свой ресурс.
Спутники BLOCK II (порядковые номера №№ 13-21) являются первым конструктивным типом спутников NAVSTAR GPS, разработанных компанией Rockwell International. Спутники этого класса могут работать до 14 дней без взаимодействия с главной управляющей станции GPS. Девять спутников BLOCK II были запущены в период с февраля 1989 по октябрь 1990 г.
· Вес (на орбите): 985 кг
· Высота орбиты: 20350 км
· Источник энергии: солнечные панели с мощностью 700 Вт
· Ракета носитель: Delta II
· Габариты: 1.5 м ширина, 5.3 м длинна (включая солнечные батареи)
· Запланированное время работы: 7.5 лет
Спутники BLOCK IIA (порядковые номера №№ 22-40) являются спутниками второго поколения разработанной компанией Rockwell International. Они способны работать 180 дней без контактов с главной управляющей станцией. В течение этого времени периоды деградирования точности могут быть легко обнаружены навигационном сообщением, передаваемым с каждого спутника. Запуск спутников этой группы был осуществлен с мыса Канаверел с ноября 1990 по ноябрь 1997 г. Плановый период эксплуатации для спутников группы BLOCK II/IIА составляет 7.3 года. На каждом спутнике размещены 4 атомных часов: 2 цезиевых и 2 рубидиевых.
· Вес (на орбите): 1072 кг
· Высота орбиты: 20350 км
· Источник энергии: солнечные панели с мощностью 1136 Вт
· Ракета носитель: Delta II
· Габариты: 1.5 м ширина, 1.93 м в диаметре, 1.9 м высота (11.6 м ширина включая солнечные батареи)
· Запланированное время работы: 10 лет
Спутники BLOCK IIR (порядковые номера №№ 41-62) являются следующим поколением спутников разработанной компанией Lockheed Martin. Спутники этой серии объединены в сеть для обмена навигационными данными между собой. Такая технология позволяет определять и обновлять ряд параметров их движения без связи с главной управляющей станцией. Плановый период эксплуатации для спутников такого класса составляет 7.8 лет. На каждом спутнике размещены 3 рубидиевых часов. Запуск спутников класса IIR осуществляется с января 1997 года.
· Вес (на орбите): 1702 кг (включая 89 кг для отсека полезной нагрузки)
· Высота орбиты: 20350 км
· Источник энергии: солнечные панели с мощностью 2900 Вт (BOL) & 2440 Вт (EOL)
· Ракета носитель: EELV (Delta IV и Atlas V)
· Габариты: 2.4 м x 1.97 м (в свёрнутом состоянии) 21.5 м (с 4 солнечными батареями в развёрнутом состоянии) x 3.7 м
· Запланированное время работы: 15 лет
по материалам сайта www.sat888.COM

Первый запуск НКА GPS Блок- IIR-M
26 сентября 2005 г. был запущен первый навигационный космический аппарат (НКА) GPS Блок- IIR-M (GPS IIR-M1) массой в 2 тонны и стоимостью 75 млн. долл., который должен передавать новые военные сигналы с М-кодами на частотах L1 и L2, а также второй гражданский сигнал L2C.
http://www.gpsworld.com