ГЛОНАСС: устройство, принцип работы, назначение, где применяется

Что такое ГЛОНАСС ?

ГЛОНАСС – это российская разработка, которая обеспечивает точное позиционирование объекта в пространстве с минимальной погрешностью. Для определения координат используется специальное оборудование, которое при поддержке наземной инфраструктуры связывается с сетью спутников, выведенных на околоземную орбиту.

Принцип работы системы:

• На объект, координаты которого необходимо определить, устанавливается приемно-передающее устройство – терминал.
• Для позиционирования терминал подает запрос на спутники. Чем больше спутников ответят на запрос (в идеале – не менее 4), тем точнее будут определены координаты.
• Ответный сигнал поступает в терминал, программный комплекс которого анализирует время задержки для разных спутников. На основе анализа ответной информации определяются координаты объекта, на котором установлено приемное оборудование.

При постоянной работе терминала (т.е. регулярной отправке запросов и анализе ответов) система ГЛОНАСС может определять не только положение, но и скорость движения объекта. При движении точность позиционирования снижается, но все равно остается достаточной для того, чтобы навигационное оборудования могло выполнить привязку координат объекта к электронной карте местности и построить маршрут.

История создания и развития

Систему начали разрабатывать еще во времена СССР по Постановлению ЦК КПСС и Совета Министров. Изначально планировалось создание системы мониторинга и навигации исключительно для целей военной отрасли. В 1982 году начались летные испытания. К 1992 году установка состояла из 12 спутников, началась работа системы.

После распада Советского Союза запуск новых устройств в космос остановился, а те спутники, что уже были на орбите, ломались. В итоге к началу нового века вся сеть состояла из шести аппаратов. Для справки: на полноценное покрытие территории РФ нужно минимум 18 устройств. В 2001 году стартовала программа «Глобальная навигационная система». В рамках проекта предполагалось полное восстановление и использование сети в России в 2007 году.

Сроки соблюсти не удалось, но цель была достигнута, хоть и с опозданием: к 2011 году было запущено 24 основных спутника и несколько резервных. Наконец, в 2015 году система была полностью готова к использованию.

Структура системы ГЛОНАСС и как она работает?

Структура системы ГЛОНАСС включает в себя следующие.

1. Высокоорбитальный космический комплекс, который состоит из 24 космических спутников серии КА, расположенные на различных околоземных орбитах.
2. Системы широкозонного функционирования ГНСС, состоящая из наземных, комплексов дифференциальной коррекции и мониторинга, систем дифференциальной навигации и коррекции в стране и за рубежом.
3. Различного фундаментального оборудования для оперативной информации о параметрах вращения и ориентации планеты Земля, формировании скоординированной шкалы времени для регионов страны.
4. Устройств, трекеров, маяков и прочего оборудования высокоточного позиционирования с учётом времени для строительных объектов, дорожной структуры, земных геомассивов, оползней, расколов.
5. Приёмных телепатических терминалов, портативных приёмных устройств и приборов.

Наземные комплексы располагаются по территории России.

1. Центральный пункт управления.
2. Две дальномерные лазерные станции.
3. Около пяти центров по слежению, управлению и телеметрии.
4. До десяти станций контроля и измерения.

Система ГЛОНАСС работает следующим образом.

1. Со спутников, расположенных на высотах примерно в 19,4 тыс. км., на трёх орбитальных зонах с наклоном на 64,8 градусов передаётся сигнал состоящий из долготы, широты, высоты и времени подачи сигнала к приёмным устройствам.
2. Каждый спутник, который находится в зоне излучения сигнала передаёт на объект сигнал точного времени и координирует синхронизацию с системой времени, дальнейший сигнал определяет задержку между излучениями сигнала и временем приёма и выводит на систему координат.
3. По этим показаниям определяется местоположения объекта на карте местности, с установлением координат положения или перемещения в пространстве, а так же проводится мониторинг движения и перемещения.
4. Коэффициент погрешности от 2 до 6 метров, в зависимости от принимаемого сигнала устройства, воздействия внешних факторов, исправности техники.
5. Устройства работают на сигнале FDMA, а так же CDMA и может быть открытым, защищённым, закрытым повышенной точности защищённый и передавать сигнал в других форматах.

Сфера применения

Аппаратура и программное обеспечение, которое дает возможность определять местонахождение объекта с помощью спутниковой сети, может решать несколько задач. Основная функция, которую выполняют бытовые терминалы ГЛОНАСС — глобальная навигация для транспорта. Такое оборудование представляет собой усовершенствованную карту: координаты, определённые терминалом, накладываются на план местности и показывают оптимальное направление движения к заданному пункту.

Кроме этого оборудование может использоваться:

• В системах мониторинга транспорта. Предприятия, вынужденные отслеживать движение множества транспортных средств (автобусы для перевозки пассажиров, грузовики) по регулярным или нерегулярным маршрутам, получает возможность в любом момент увидеть, где находится та или иная машина. Для этого автомобили оснащаются ГЛОНАСС-терминалами, которые подключаются к программному обеспечению.

Кроме непосредственного отслеживания перемещения техники диспетчер получает возможность контролировать соблюдение скоростного режима, режима труда/отдыха шофера, сохранности груза в холодильных отсеках рефрижераторов, уровня горючего в баках/цистернах. Для решения этих задач может устанавливаться дополнительное оборудование, которое подключается к разъемам терминала.

• В беспилотных автомобилях. Для беспилотников спутниковая система навигации наряду с сенсорами, которые считывают параметры окружения – основные управляющие элементы. Такое оборудование уже производится и проходит испытания — в том числе на трассах РФ. Эксперты прогнозируют рост доли беспилотной техники на дорогах уже в ближайшем будущем.
• В противоугонных системах. ГЛОНАСС-трекер, скрытно установленный в машине, может подать сигнал тревоги, если координаты автомобиля изменяться без ведома хозяина. Кроме того, оборудование может периодически посылать сообщения с указанием местонахождения авто – это облегчит владельцу или представителям правоохранительных органов поиск украденной машины.

В каких еще сферах применяют ГЛОНАСС?

• Геодезия. Данные системы ГЛОНАСС используют для уточнения и обновления земельного, городского кадастра.
• Исследования космоса. Системы ГЛОНАСС служат для позиционирования спутников, выведения космических аппаратов на орбиту, наблюдения и контроля над ними.
• Картография. Спутниковые системы ускоряют создание карт, к тому же делают этот процесс намного дешевле. Благодаря ГЛОНАСС отпадает необходимость в дорогостоящей топографической съемке.
• Наука. Ученые разных специализаций опираются на спутниковые системы для отслеживания изменений климата, рельефа, миграции животных. ГЛОНАСС позволяет регистрировать изменения уровня моря, находить разливы нефти, измерять течения и приливы. Сейсмология активно задействует ГЛОНАСС, чтобы фиксировать смещение тектонических плит и прогнозировать землетрясения.
• Нефтегазовая промышленность. Спутниковые системы помогают с высокой точностью прокладывать газо- и нефтепроводы, разведывать новые месторождения и доставлять специальную технику к месту добычи.
• Сельское хозяйство. ГЛОНАСС активно используется в «умном земледелии». Это система ведения сельского хозяйства, которая заключается в увеличении урожаев не за счет площадей посевов, а за счет рационального использования имеющейся земли. Опрыскиватели, тракторы и другая техника оснащаются компьютерами с встроенными приемниками ГЛОНАСС, благодаря чему возрастает точность внесения удобрений, пестицидов, инсектицидов. Спутниковые системы помогают создавать карты урожаев, чтобы определять «проблемные» участки полей.
• Строительство. ГЛОНАСС задействуют для мониторинга дорогостоящей строительной техники. Каждый современный автокран, самосвал и укладчик комплектуются приемником, который передает диспетчеру точные координаты. Но это не единственная задача, которую решает система ГЛОНАСС в сфере строительства. Также она служит для отслеживания смещений дорожного полотна и деформаций стационарных объектов.

Наконец, ГЛОНАСС используют в сфере связи. Спутниковые технологии регистрируют финансовые транзакции, денежные переводы, они помогают синхронизировать компьютеры в разных точках планеты. Фондовые биржи задействуют ГЛОНАСС для регистрации котировок. Оборудование ГЛОНАСС устанавливают телекоммуникационные центры, его используют репортеры, службы новостей, операторы мобильной связи. Сложно найти сферу, в которой спутниковые технологии не нашли бы полезного применения.

Как работает система в автомобиле

ГЛОНАСС, устанавливаемая на автотранспорте, имеет приставку «ЭРА» к названию, что означает «Экстренное Реагирование на Аварию». Ключевое назначение установки в оперативном вызове экстренных служб на место ДТП, однако, она может выполнять еще несколько функций.

Необходимый комплект ЭРА-ГЛОНАСС состоит из следующих элементов:

• терминал с микрофоном и динамиком;
• тревожная кнопка;
• СИМ-карта.

Дополнительно могут быть установлены датчики удара и переворота, замков ремней безопасности. Процесс того, как работает ГЛОНАСС в машине, разбит на несколько этапов:

1. Срабатывание побудительной системы. Это может быть как сигнал с автоматических датчиков удара, так и нажатие кнопки водителем. Как следствие, устройство отправляет сигнал с СИМ-карты в колл-центр.
2. Проверка поступившего вызова. Иногда может произойти случайное срабатывание датчика или нажатие кнопки. Чтобы не передавать ложный сигнал экстренным службам, работник колл-центра связывается с водителем в голосовом режиме, т. е. через терминал.
3. Вызов помощи. Если автолюбитель не ответил на вызов или подтвердил аварию, то работник передает данные со своего монитора в экстренные службы. Терминал, благодаря резервному аккумулятору, остается активным несколько часов после обесточивания основного питания.

Не всегда в машину устанавливают приборы «ЭРА», существует также система ГЛОНАСС для контроля транспорта. Разобраться с тем, что это такое, будет проще, если рассмотреть основные элементы системы и их назначение:

1. Регистратор. Выполняет роль трекера, показывает местонахождение транспортного средства.
2. Терминал. Нужен для постоянной связи с водителем.
3. Датчики расхода топлива. Служат двум целям: предотвращение воровства бензина и показатель угона транспорта.

Процесс того, как работает система ГЛОНАСС на автомобиле, поделен на несколько этапов:

1. Приемник (регистратор) получает сигнал со спутника и определяет свое местоположение.
2. Топливный датчик считывает информацию о расходе топлива.
3. Данные передаются в систему, подключенную к компьютеру или телефону.
4. Управляющий фирмы может в любой момент выйти на связь с водителем или проследить отклонение от маршрута.

Нужно ли устанавливать систему ГЛОНАСС в своем автомобиле и для чего

Большинство владельцев транспорта уже знают, для чего система ГЛОНАСС в автомобиле, и насколько она помогает в сложных ситуациях. На сегодняшний день установка данного оборудования является добровольной — еще сохраняется право продажи автотранспорта без данного оборудования. Однако действует закон, согласно которому с 2018 года оборудованием ГЛОНАСС оснащаются все новые транспортные средства (как отечественного, так и зарубежного производства), продаваемые на территории нашей страны.

Помимо этого, в обязательном порядке необходимо оснастить ГЛОНАСС:

• новые авто, приобретенные в зарубежной стране и привезенные на территорию РФ;
• транспортные средства, выпущенные не более трех десятилетий назад, которые были приобретены за границей и привезены в нашу страну;
• коммерческие машины;
• автомобили, перевозящие грузы;
• транспорт для пассажирских перевозок.

Установка оборудования должна выполняться специализированной службой, имеющей разрешительный документ на осуществление данной деятельности.

После установки необходимо ее протестировать в специализированной лаборатории. Добровольный монтаж возможен на подержанный автотранспорт. Однако следует учесть, что в данном случае оборудование не будет срабатывать в автоматическом режиме.В случае аварийной ситуации работа ГЛОНАСС в автомобиле прошлых лет выпуска будет активироваться только после нажатия кнопки «СОС».

Существует несколько положительных качеств системы, установленной на машину:

1. Оперативное сообщение об аварии. Водителю и пассажирам не придется звонить в экстренные службы или надеяться на проезжающие мимо автомобили. Более того, при оснащении машины датчиками удара людям даже не придется нажимать на тревожную кнопку – система отправит сигнал об аварии самостоятельно. По скорости передачи данных ГЛОНАСС нет аналогов.
2. Передача максимального объема данных. При аварии терминал передает информацию не только о местонахождении машины, но и о возможном количестве пассажиров, пристегнутых ремнях безопасности, виде топлива.
3. Автоматическая передача сигнала. В процессе работы установка использует мобильную связь. Приемник сам выбирает сеть с лучшим сигналом, определяя свой вызов как приоритетный по отношению к другим звонкам.
4. Полный мониторинг транспорта. Система позволяет отслеживать передвижение автомобилей, идентифицировать личность водителя, выходить на связь с работниками, контролировать стиль вождения и режим работы сотрудников, следить за расходом топлива авто.

Где в машине находится система

Понять, как выглядит ГЛОНАСС в машине, несложно. Терминал располагается на торпеде автомобиля так, чтобы водитель мог дотянуться до тревожной кнопки в случае аварии.Несколько интереснее обстоит ситуация с трекером. Смысл установки такого прибора – слежка за автомобилем в случае угона, поэтому устройство монтируют в самых укромных местах, например:

• днище;
• металлические элементы машины;
• подкрылки;
• салон авто;
• защитные панели.

Как влияет установка системы на стоимость машины

Все российские автомобили оснащаются системой ЭРА-ГЛОНАСС начиная с 2017 года выпуска. Легковые машины со встроенной установкой дороже за счет своей новизны. К слову, понять, как выглядит ГЛОНАСС в салоне автомобиля, не сложно. Большой разницы в цене легковых автомобилей с навигационной системой и без него не будет.

Если речь идет о машинах, подключенных к системе контроля транспорта, то разница может быть ощутима. Дело в том, что такими устройствами оснащают крупногабаритные авто для грузовых или пассажирских перевозок. Соответственно, при их продаже систему или демонтируют, или подключают трекер к другой программе. Если речь идет о продаже всего автопарка предприятия, то в сумму будет входить стоимость подключения объектов к ЭРА-ГЛОНАСС.

Как установить

Для установки системы контроля транспорта нужно обратиться в специализированные фирмы. Размещение устройства на легковых машинах носит функцию противоугонного трекера. Чаще всего системой оснащают грузовые автомобили, фуры, пассажирские средства передвижения. Что касается системы ЭРА, часто ее не нужно дополнительно устанавливать. Согласно закону, ею снабжаются все российские транспортные средства, используемые внутри страны, с 2017 года выпуска.

С 2019 года установкой оснащаются все грузовые автомобили и машины для перевозки пассажиров (автобусы, троллейбусы, маршрутные такси).

Оборудование

Мониторинг автотранспорта возможен только при совокупной работе орбитального и наземного оборудования. ГЛОНАСС в автотранспорте представляет собой набор устройств. Комплектация бывает разнообразной, в зависимости от потребностей заказчика.

Составные приборы:

• терминал — основной блок, собирающий информацию с датчиков и передающий сигнал спутникам;
• трекер — главный элемент отслеживания объекта (именно сигнал трекера обозначает местоположение автомобиля);
• датчики — это небольшие сенсоры, различаемые по функциональным обязанностям (датчики уровня топлива, контроля моточасов, угла наклона, температуры, контроля количества пассажиров и пр.);
• при наличии в машине CAN-шины возможна установка CAN-считывателя данных.

Разработкой и производством аппаратуры для ГЛОНАСС мониторинга занимаются крупные предприятия. К ним относятся АО «Российские космические системы», ФГУП НИИ КП, Ижевский радиозавод, ЗАО КБ «НАВИС» и многие другие.Продажей и специализированной установкой оборудования занимается множество дистрибьюторов и дилерских компаний. В их числе крупные мобильные операторы.

Как обмануть ГЛОНАСС и зачем это нужно

Как правило, водители транспортных предприятий пытаются обойти систему для:

• слива топлива;
• свободного передвижения.

Существует несколько способов вывода приборов из строя:

1. Использование магнитов. Особенно хорошо этот способ работает на топливных датчиках. Детекторы отправляют неверную информацию об уровне горючего.
2. Поломка оборудования. Наиболее частый метод – прокалывание провода внутри антенны иглой.
3. Демонтаж бензобака. Выглядит это следующим образом: в баке просверливается небольшое отверстие с заглушкой, к нему подводится сторонняя емкость. Во время движения авто топливо стекает в емкость, а датчик считает это нормальным расходом бензина при движении.
4. Применение специальных «глушилок» сигнала. Такой прибор подсоединяется к прикуривателю.

Обнаружение всех этих «ухищрений» руководством или техниками чревато применением мер административной и финансовой ответственности к водителю, вплоть до увольнения.

GPS и ГЛОНАСС – принципиальные отличия

Комплекс ГЛОНАСС в некоторых параметрах аналогичен другому глобальному комплексу американскому GPS, но есть некоторое расхождение между ними. Рассмотрим принципиальные отличия GPS и ГЛОНАСС.

1. Во–первых расположение на орбите спутников. Американские спутники Navistar располагаются по шести плоскостям, на круговых орбитах. Поэтому в определённой точке на земном шаре осуществляется прием от 6 из 24 аппаратов, что обеспечивает высокую точности GPS.
2. Спутники ГЛОНАСС не имеют синхронности, поэтому не требуют корректировки в течении срока эксплуатации и стабильность их выше. Период эксплуатации у них ниже, чем у GPS.
3. По стоимости комплекс российский ниже американской, обслуживание и обеспечение дешевле, чем у системы GPS.
4. Имеется высокая степень защиты и функционирования на разных частотах и при разделении сигнала. Обеспечивается устойчивость и стабильность.
5. Применяется для конкретного российского пользователя и соответствует законодательству РФ.
6. Условие определённого наклонения спутников с направленностью в 38 градусов с мощностью до 500Вт и круговой поляризацией на орбите позволяет выполнять на сто процентов задачи по навигации по всей территории РФ, даже при небольших количествах спутников серии КА концентрируемых на объекте.
7. Временная система ГЛОНАСС для российской группировки определена национальной координированной шкалой времени UTC(SU) с расхождением не более в 1мс. Поэтому достаточно четырёх спутников для вычисления координат до определённого объекта без погрешностей и ошибок.

В современных условиях комплекс ГЛОНАСС внедряет разные сигналы приёма, налажено сотрудничество по навигации с китайской компанией «БейДоу». Модернизация комплекса позволяет реализовать новые варианты в работе с CDMA сигналом.

Российская компания «Омникомм» предлагает оборудование схожее с европейским аналогом «eCall», но по многим параметрам с высокими функциональными возможностями, что позволяет обеспечивать экстренную связь со службами аварийного реагирования через смартфоны, модемы, через аварийную кнопку SOS. Данное оборудование более доступно по стоимости, чем GPS и позволяет свободно размещать на любом коммерческом и личном транспорте.

Мониторинг ценообразования комплексов ГЛОНАСС повышает его финансовую привлекательность и для зарубежных партнёров.

Что такое ЭРА-ГЛОНАСС?

Многие задаются вопросом; что такое ЭРА-ГЛОНАСС и зачем она нужна? Все европейские и многие азиатские страны широко используют системы позиционирования, особенно такие действия актуальны для дальнобойщиков (перевозчиков грузов между странами). Поэтому ответ простой, данная российская группировка ГЛОНАСС выполняет аналогичные функции в стране и ещё реагирует на возникающие аварийные или чрезвычайные ситуации, информирует в короткие сроки службы экстренной помощи.

Использование системы ЭРА-ГЛОНАСС и GPS навигации совместно позволяет успешнее решать многие задачи, но главный комплекс ЭРА-ГЛОНАСС выполнит свои функции в любых ситуациях и экстренных режимах, особенно при отсутствии системы связи, электроснабжения.

Комплекс ЭРА-ГЛОНАС включают в себя следующие системы.

1. Спутники ГЛОНАСС, определяющие место положения на местности в системе координат.
2. Система связи терминал УВЭОС комплекса ЭРА-ГЛОНАСС, через СИМ карту для связи с оператором.
3. Аварийная тревожная кнопка с диспетчером.

Современные автомобили выходившие с конвейера в России обеспечиваются в обязательном порядке данной системой ЭРА-ГЛОНАСС для обеспечения безопасности водителя и имеют необходимые датчики, сообщающие об аварии или повреждении транспорта.

Особенность работы комплекса ЭРА-ГЛОНАСС заключается в следующем.

1. Мгновенно передаётся информация в колл-центр координат места аварии или пришествия.
2. Сообщаются все технические данные и положение ТС на момент аварийного сигнала.
3. Сигнал тревоги срабатывает при аварийном столкновении, перевороте ТС, принудительный вызов.
4. Оповещаются все аварийные службы помощи.
5. Обязательно обеспечивается связь с водителем, и происходит выяснение все причин пришествия. Если связь с водителем не подтвердится, то диспетчер подтверждает в службы спасения экстренный вызов.
6. Обеспечение надёжной работы комплекса обеспечивается автономным источником питания, SIM картой расположенной в терминале с устойчивым покрытием всей территории связью.

Нормативно-законодательные требования

У многих людей возникает два вопроса: законно ли слежение с использованием системы ГЛОНАСС и является ли установка оборудования обязательной? Опираясь на нормативную базу, специалисты пришли к выводу:

• Относительно частных лиц. Использование ГЛОНАСС для контроля перемещения граждан, не дававших согласия на проведение процедуры, является незаконным. Это нарушает право человека на неприкосновенность частной жизни, тайну переписки и пр. Об этом говорит ст. 23 Конституции РФ.
• В трудовых отношениях. Применение системы мониторинга соответствует законодательным аспектам, т. к. не противоречит пунктам Трудового кодекса. Однако здесь есть нюансы.
  Если работодатель локально не оформил подключение транспорта к системе соответствующим образом (издание приказов о назначении ответственных лиц, получение согласия с работника и проведение пр. корпоративных действий), контроль будет расцениваться как слежка за частным лицом.

Но существуют и обязательные требования к установке системы мониторинга транспорта ЭРА-ГЛОНАСС. Они регулируются:

• техническим регламентом таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств» п. 4 пп.13;
• Постановлением правительства от 22 декабря 2020 г. № 2216 «Об утверждении Правил оснащения транспортных средств категорий М2, М3 и транспортных средств категории N, используемых для перевозки опасных грузов, аппаратурой спутниковой навигации».

Обязанность касается:

• владельцев автопарков с автобусами, троллейбусами, иным транспортом для перевозки пассажиров (последнее относится и к частникам, если в их собственности есть автомобиль с количеством пассажирских мест 8 и более);
• коммерческих организаций и частных лиц, в распоряжении которых имеются машины грузоподъёмностью от 3,5 и более тонн.