Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС), такие как GPS, ГЛОНАСС и Галилео, необходимы для определения географического положения объектов в реальном времени. Эти цифровые инструменты интегрированы в широкий спектр устройств: от повседневных смартфонов до сложных военных устройств.
Знание различий между этими платформами имеет решающее значение, охватывая такие аспекты, как точность, географический диапазон, количество действующих спутников и их основные области применения. Ниже мы подробно описываем, что характеризует каждую из этих важнейших инфраструктур глобальной локализации.
Понимание системы глобального позиционирования (GPS)
Глобальная система позиционирования (GPS), запущенная в США в 1978 году, является новаторской технологией спутниковой навигации. Первоначально созданный для военных стратегий, его использование было расширено и стало основой для нескольких гражданских приложений. В настоящее время GPS является доминирующей системой GNSS в таких устройствах, как мобильные телефоны и транспортные средства.
Знакомство с Российской глобальной навигационной спутниковой системой (ГЛОНАСС)
ГЛОНАСС, аббревиатура от «Глобальная навигационная спутниковая система» на русском языке, была внедрена Россией в 1982 году. Подобно GPS по своему происхождению, эта система также была разработана для использования в военных целях, но эволюционировала для удовлетворения в основном гражданских нужд и сегодня присутствует во многих сотовых телефонах.
Предложение по европейской спутниковой навигации (Galileo)
Представляя Европейский Союз, Galileo представляет собой глобальную спутниковую навигационную систему, которая начала работу в 2016 году. В отличие от своих предшественников, она изначально разрабатывалась с упором на гражданские применения, а также обслуживает государственные учреждения. Его название дано в честь известного астронома Галилео Галилея.
Основные различия между системами GPS, ГЛОНАСС и Galileo
Навигационные платформы GPS, ГЛОНАСС и Galileo имеют существенные особенности. Они различаются, например, количеством активных спутников, точностью определения местоположения и странами, ответственными за их управление.
Для облегчения понимания посмотрите сравнение важнейших характеристик глобальных спутниковых навигационных систем:
- Страны происхождения: GPS была разработана США, ГЛОНАСС — Россией, а Galileo — Европейским Союзом.
- Количество спутников: Всего у GPS 32 спутника, из них 31 рабочий; Всего ГЛОНАСС насчитывает 24 системы, и все они работают; У Галилео их 30, 28 из них находятся в эксплуатации. (Данные за август 2023 г.).
- Покрытие: GPS достиг глобального покрытия в 1995 году, ГЛОНАСС в 2011 году и Galileo в 2019 году.
- Точность: GPS и Galileo обеспечивают точность менее 5 метров, тогда как точность ГЛОНАСС обычно составляет менее 10 метров.
- Высота спутника: орбита спутников GPS составляет примерно 20 200 км, спутников ГЛОНАСС — примерно 19 100 км, а спутников Galileo — примерно 23 200 км.
- Совместимость: GPS и ГЛОНАСС имеют широкую совместимость, а Galileo распространяется на устройства.
- Основное использование: и GPS, и ГЛОНАСС были созданы для военных целей, а затем адаптированы для гражданского использования; Галилео был разработан непосредственно для гражданского использования.
Зарождение и развитие ответственных стран
Разработка GPS началась в 1973 году под руководством Министерства обороны США, а ввод в эксплуатацию состоялся в 1978 году. В то же время в бывшем Советском Союзе проект ГЛОНАСС был начат в 1976 году, а функциональная система была введена в эксплуатацию в 1982 году. Обе системы изначально были военными, но со временем были адаптированы для общественного использования.
С другой стороны, Галилео родился по инициативе Европейского Союза через Европейское космическое агентство (ЕКА) с основной целью снижения зависимости от американских и российских систем. В отличие от остальных, «Галилей» не создавался для военных целей. Ее первый спутник отправился в космос в 2005 году, а в полную эксплуатацию система вступила только в 2016 году.
Количество спутников для эффективной работы
Производительность каждой ГНСС напрямую связана с количеством спутников, которое меняется по мере активации или деактивации устройств. GPS рассчитан на 32 спутника, но может эффективно работать и с 24.
ГЛОНАСС, в свою очередь, была рассчитана на группировку из 24 спутников, хотя она может работать с 21 и гарантировать полное покрытие России с 18. Галилео, обеспечивающий в своей полной структуре 30 спутников, может работать с 24 спутниками.
Глобальный охват каждой системы позиционирования
Пропускная способность определяет территории планеты, где может использоваться спутниковая навигационная система. GPS, ГЛОНАСС и Галилео отнесены к глобальным системам, что указывает на то, что зона их действия простирается по всей Земле. Во всех трех случаях глобальное покрытие было достигнуто, когда количество активных спутников превысило отметку в 20.
GPS обеспечивает глобальный охват с 1995 года, ГЛОНАСС достигла этого уровня в 2011 году, а Галилео — в 2019 году. Как правило, для обеспечения такого покрытия необходима работа около 24 спутников, хотя могут иметь место небольшие отклонения в этом количестве.
Точность определения местоположения
Точность показывает, насколько точно определено географическое положение объекта. Этот атрибут обусловлен количеством задействованных спутников, частотой работы и внешними переменными, такими как погодные условия и наличие в локации высоких зданий.
Для GPS средняя точность смартфонов на открытой местности составляет 4,9 метра. ГЛОНАСС, в свою очередь, имеет разброс точности от 5 до 10 метров. Galileo отличается точностью обычно менее 5 метров, а в идеальных условиях может достигать менее 1 метра.
Разная орбитальная высота спутников
Системы GPS, ГЛОНАСС и Галилео используют спутники на средней околоземной орбите (СОО), которые расположены на высоте от 2000 до 36 000 км. В случае GPS распространение происходит в шести орбитальных плоскостях на средней высоте 20 200 км. ГЛОНАСС использует три орбитальные плоскости, спутники расположены на расстоянии примерно 19 100 км друг от друга.
Точно так же спутники Галилео также организованы в три орбитальные плоскости. Однако они работают на несколько большей стандартной высоте — 23 222 км.
Область использования на разных устройствах и приложениях
Среди навигационных систем наибольшую распространенность демонстрирует GPS, которая встречается в широком спектре устройств, таких как сотовые телефоны, умные часы и автомобильные бортовые системы. Он также широко используется в корпоративных решениях, в том числе в трекерах транспортных средств.
ГЛОНАСС также интегрируется в мобильные устройства и профессиональные решения, часто работая совместно с GPS. Поскольку Galileo является самым последним, выпущенным в 2016 году, он по-прежнему наименее распространен, но его присутствие выросло, особенно на рынке смартфонов.
Исходное и нынешнее предназначение каждой технологии
Система GPS возникла в Соединенных Штатах с преимущественно военной целью. Однако в 1980-х годах его использование для гражданских лиц было разрешено, что стало важной вехой после инцидента с рейсом 007 Корейских авиалиний, который был сбит при вторжении в советское воздушное пространство. Американские власти пришли к выводу, что точная GPS-навигация могла бы предотвратить подобную трагедию.
Точно так же ГЛОНАСС была российской разработкой, изначально предназначавшейся для военных приложений. Выпуск для гражданского использования российским правительством в 2000-х годах был направлен на ускорение совершенствования и повышения производительности системы.
Напротив, Galileo выделяется тем, что является единственной из трех систем, которая с самого начала разрабатывалась для гражданского применения. Его создание Европейским Союзом преследовало фундаментальную цель снижения зависимости от систем GPS и ГЛОНАСС.
Можно ли объединить GPS и ГЛОНАСС для лучшей навигации?
Да, такая функция возможна. Некоторые устройства, например некоторые модели умных часов Garmin, способны одновременно обрабатывать данные GPS и ГЛОНАСС. Такое сочетание информации направлено на повышение точности определения местоположения и расширение покрытия в конкретных регионах за счет сочетания спутниковых сигналов.
Повышение точности при объединении таких систем, как GPS и Galileo или ГЛОНАСС.
Исследования показывают, что объединение данных GPS с ГЛОНАСС или Galileo может привести к большей точности для определенных приложений, что имеет особое значение в научной области.
Для обычного пользователя производитель Garmin предполагает, что сочетание GPS и ГЛОНАСС может ускорить прием устройством спутниковых сигналов до 20%. Однако это улучшение может быть не заметно в местах с высокими зданиями, которые затрудняют сигнал, или в таких местах, как туннели, и во время сильного дождя.
Расход батареи при одновременном использовании GPS и ГЛОНАСС
Совместное использование GPS и ГЛОНАСС может фактически увеличить энергопотребление устройства. Это происходит потому, что две системы работают на разных частотах. Такие компании, как Garmin, уже опубликовали предупреждения о потенциальном увеличении расходов в своей документации. В случаях значительного влияния на срок службы батареи альтернативой является выбор исключительного использования GPS.
Другие варианты глобальных навигационных систем (GNSS), помимо основного трио
Да, GPS — самая известная ГНСС, но не единственная в мире. Помимо GPS, ГЛОНАСС и Galileo, существуют и другие важные сети, такие как BeiDou, QZSS и NavIC, которые дополняют сценарий спутниковой навигации.
- Бэйдоу: система, поддерживаемая Китаем, действующая с 2011 года и имеющая как военное, так и коммерческое применение.
- QZSS: японского производства, предназначен для улучшения дальности действия GPS, особенно в регионах Азии и Океании.
- NavIC: разработан Индией с целью обеспечения комплексного покрытия всей территории страны.