Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radiocommunications civiles

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Le GPS en traduction de l'anglais est un système de positionnement global. Le système américain de radionavigation par satellite GPS est destiné à un support de navigation de haute précision à l'échelle mondiale pour toutes les branches des forces armées américaines et les utilisateurs civils. Le gouvernement américain a dépensé plus de 10 milliards de dollars pour créer ce système et continue de dépenser de l'argent pour son développement et son soutien.

Le développement du système a commencé dans les années 70. En 1978, les premiers satellites sont lancés. En 1983, le système a été ouvert à un usage civil et, en 1991, les restrictions sur la vente d'équipements de réception en Russie ont été levées. Les navires et navires russes ont commencé à être activement équipés de récepteurs GPS.

Au cours de la première décennie du nouveau millénaire, les systèmes de navigation par satellite deviendront le principal moyen de positionnement des objets terrestres, aériens et maritimes. Grâce à la technologie moderne des circuits intégrés, les récepteurs GPS et GLONASS sont petits, fiables et bon marché, de sorte qu'avec le temps, les touristes, les passionnés de voitures et même les cueilleurs de champignons pourront les acheter. Le récepteur connecté au téléavertisseur peut vous dire où votre enfant se promène actuellement ou, par exemple, où se trouve votre voiture. Et ce sera fait avec une grande précision. À l'aide du récepteur, non seulement l'emplacement de l'objet en mouvement est déterminé, mais également la vitesse de son déplacement, la distance parcourue, la distance et la direction jusqu'au point prévu, l'heure d'arrivée et les écarts par rapport au parcours défini sont calculés.

Apparemment, il est utile de rappeler les principes de fonctionnement d'un système de navigation par satellite. Pour déterminer avec précision leur emplacement au sol, ils utilisent traditionnellement des signes géodésiques ou des repères géodésiques ou des objets astronomiques (Soleil, étoiles). Dans les systèmes de radionavigation, de tels repères géodésiques sont des radiobalises dont la localisation est bien connue.

Un système de navigation par satellite fonctionne de manière similaire, où au lieu de signes géodésiques et de radiobalises, des satellites émettant des signaux spéciaux sont utilisés. La position actuelle des satellites en orbite est bien connue. Contrairement aux signes géodésiques, ils sont mobiles, leur période de révolution autour de la Terre est de 12 heures.Les satellites eux-mêmes transmettent des informations sur leur position. Leur distance est déterminée en mesurant le temps nécessaire à un signal radio pour se déplacer d'un satellite à un récepteur radio et en multipliant ce temps par la vitesse de l'onde électromagnétique. La synchronisation des horloges des satellites (qui utilisent des générateurs de fréquence de référence atomique) et des récepteurs permet une mesure précise des distances aux satellites.

Pour calculer les coordonnées d'un lieu sur Terre, vous devez connaître les distances aux satellites et l'emplacement de chacun d'eux dans l'espace. Les satellites GPS sont en orbite haute (20 000 km) et leurs coordonnées sont . peut être prédite avec une grande précision. Les stations de suivi du département américain de la Défense détectent régulièrement même les plus petits changements d'orbite, et ces données sont transmises aux satellites. Les distances mesurées aux satellites sont appelées pseudodistances car il existe une certaine incertitude dans leur détermination. La chose est. que l'ionosphère et la troposphère de la Terre provoquent des retards dans les signaux satellites, introduisant une erreur dans le calcul de la distance. Il existe d'autres sources d'erreurs, notamment les erreurs de calcul des ordinateurs de bord, le bruit électrique des récepteurs et la propagation par trajets multiples des ondes radio. Une position relative malheureuse des satellites dans le ciel peut également conduire à une augmentation correspondante de l'erreur de positionnement totale.

Pour déterminer les distances, les satellites et les récepteurs génèrent des séquences de codes binaires complexes appelés codes pseudo-aléatoires. La détermination du temps de propagation du signal s'effectue en comparant le retard du code pseudo-aléatoire du satellite par rapport au même code du récepteur. Chaque satellite a ses propres deux codes pseudo-aléatoires. Afin de faire la distinction entre les codes de mesure de distance et les messages d'information des différents satellites, le récepteur sélectionne les codes correspondants. Les codes télémétriques pseudo-aléatoires et les messages d'information par satellite permettent la transmission simultanée de messages provenant de tous les satellites, sur la même fréquence, sans interférence mutuelle. La puissance de rayonnement des satellites est faible et l'influence mutuelle des signaux des satellites est négligeable.

La précision des mesures peut être améliorée en utilisant des mesures différentielles Une station de référence au sol avec des coordonnées géodésiques connues avec précision calcule la différence entre la position de son récepteur et sa position réelle. La différence sous forme de correction est transmise aux consommateurs via des canaux radio pour corriger les lectures des récepteurs. Ces corrections éliminent une partie importante des erreurs dans les mesures de distance et de localisation. Le calcul des coordonnées dans les récepteurs est effectué automatiquement et est fourni à l'utilisateur sous une forme cartographique pratique.

Le système GPS mondial comprend trois segments. Le premier, l'espace, comprend 24 IC3. tournant sur six orbites, quatre satellites chacun, à une altitude de 20 200 km. Le second, au sol, consiste en un complexe de stations de contrôle au sol, de contrôle et d'entrée de données pour corriger les informations de navigation par satellite. La station principale est située au Joint Military Space Systems Control Center à Colorado Springs. Les stations de surveillance mesurent en permanence les paramètres des éphémérides des satellites et transmettent les informations correctives aux satellites par l'intermédiaire des stations émettrices pour transmission aux consommateurs. Le troisième segment comprend les équipements des utilisateurs : les récepteurs de signaux satellites, qui déterminent et présentent toutes les données de navigation nécessaires.

Le principal consommateur d'informations GPS est le département américain de la Défense. Des récepteurs GPS ont été introduits sur tous les avions et navires de combat et de transport, ainsi que dans les systèmes de guidage des missiles de croisière de haute précision et dans les systèmes de guidage des nouvelles bombes guidées américaines. Cela signifie que l'armée américaine peut planifier de lancer des frappes de missiles à guidage de précision à une distance de 1000 XNUMX km, non seulement contre des bâtiments et des structures, mais même avec la précision de frapper une certaine fenêtre. De plus, ces frappes peuvent être lancées depuis des sous-marins et depuis les airs.

Les principaux avantages des récepteurs GPS. énumérés ci-dessus. - Fiabilité, facilité de maintenance, capacité de localisation XNUMX heures sur XNUMX et conformité aux normes internationales. Cependant, tout n'est pas aussi simple et accessible qu'il n'y paraît à première vue.

Le paramètre principal caractérisant le système de navigation est la précision de positionnement. Depuis 1983, comme déjà mentionné, le système GPS est ouvert à un usage civil, mais nous allons clarifier, pas complètement. Pour les récepteurs GPS civils professionnels, généralement inférieurs à 5000 1575,42 $, seul le mode C/A est disponible, le signal dit d'accès libre émis par les satellites à une fréquence de 1 MHz (L100), qui offre une précision de positionnement dans les 300 m. En fait, le taux d'erreur peut atteindre XNUMX m. Le gouvernement américain se réserve le droit de réduire à tout moment la précision des signaux C/A disponibles en activant le mode d'accès dit sélectif. En d'autres termes, un décalage important de l'horloge du satellite est délibérément créé et les paramètres du code C/A pseudo-aléatoire sont modifiés, ce qui introduit délibérément des distorsions dans les informations sur la position actuelle du satellite. Tout cela conduit à des erreurs de positionnement importantes et, en fait, à l'impossibilité d'une navigation précise à l'aide du système GPS, ce qui crée les conditions préalables à des accidents, voire à des catastrophes.

Le fait est qu'une telle distorsion délibérée des données concerne tous les consommateurs du signal GPS civil. Dans le même temps, l'introduction de l'accès sélectif fournit aux utilisateurs militaires des indicateurs de récepteur GPS pour un fonctionnement normal et la haute précision nécessaire. Pour ce faire, les satellites sur la deuxième fréquence - 1227,6 MHz (L2) - émettent un code PY militaire qui offre une grande précision, mais il n'est pas disponible pour les récepteurs civils. Le coût des indicateurs de récepteur avec accès au code militaire est en moyenne de 50 XNUMX $, mais ici aussi, l'armée américaine a prévu le cas où les indicateurs de récepteur avec accès au code militaire PY pourraient atteindre des utilisateurs hostiles aux États-Unis. Pour éviter cela, un mode de cryptage du code RY est introduit, ce qui rendra impossible la navigation des utilisateurs non autorisés.

La précision de localisation lors de l'accès au code militaire est également augmentée en raison de la comparaison des heures d'arrivée des signaux aux fréquences L1 et L2. La réception de signaux avec le code C / A sur une seule fréquence ne donne pas une telle opportunité. La particularité des systèmes de navigation par satellite est que. que lorsque des satellites individuels tombent en panne, toutes ses caractéristiques se détériorent progressivement. Puis périodiquement il y a des zones et de grandes surfaces où la précision de mesure devient inférieure à l'acceptable, ce qui peut conduire à des incidents graves. De nombreux dysfonctionnements du système GPS ne sont détectés que par le complexe de stations au sol. Les utilisateurs en sont informés avec un délai de 15 minutes à 4 heures. Un tel événement se produit environ une fois tous les quatre mois. En règle générale, les utilisateurs russes de GPS sont privés de la possibilité de recevoir des informations sur ces pannes en temps opportun. Une étude plus détaillée des caractéristiques du système GPS s'est avérée que le système de coordonnées géocentriques WGS-84 utilisé par celui-ci pour les calculs est principalement orienté vers les consommateurs occidentaux.

En Russie, pour une cartographie précise, son propre système de coordonnées PZ-90 a été créé. qui n'est pas le même que WGS-84. car ils sont basés sur différents modèles de l'ellipsoïde terrestre. Par conséquent, les mêmes latitudes et longitudes géodésiques d'un point au sol peuvent différer. En d'autres termes, lors de la détermination d'un lieu sur une carte russe à l'aide de récepteurs GPS, des erreurs supplémentaires sont inévitables en raison des différences de systèmes de coordonnées.

Malheureusement, dans le monde moderne, la confrontation économique et informationnelle est devenue un phénomène normal. Dans le même temps, dans les nouvelles conditions économiques, lorsque de nombreux biens et services américains ont inondé le marché, nos consommateurs ont également eu la possibilité d'utiliser les services du système GPS. Les Américains se sont empressés de "piquer" leur produit dans tous les cas possibles d'utilisation. Que cela vous plaise ou non, mais lorsque vous naviguez, par exemple, dans les eaux nord-américaines et les régions alliées des États-Unis, veuillez utiliser le système GPS. Les propriétaires de navires récepteurs de ce système peuvent devenir des otages de l'armée américaine n'importe où dans le monde et à tout moment. De plus, même lorsque vous naviguez dans les mers côtières de la Russie à l'aide du GPS, vous pouvez vous échouer en raison d'une inadéquation des systèmes de coordonnées géocentriques.

Une étude détaillée de la situation a montré que la précision du système GPS, en particulier en Amérique du Nord, est basée sur un grand nombre de corrections pour diverses villes et emplacements aux États-Unis. qui, en règle générale, sont préalablement enregistrés dans la mémoire électronique des récepteurs GPS. Pour le territoire de la Russie, il n'y a pas de telles corrections dans ces récepteurs.

Compte tenu de ce qui précède, l'utilisation du seul système GPS en Russie conduit à une violation des intérêts de sa sécurité nationale.

Depuis 1982, des travaux ont commencé dans notre pays sur la création d'un système national de navigation par satellite mondial - GLONASS, qui fonctionne à peu près sur les mêmes principes que le GPS et offre la possibilité d'une utilisation civile. Déjà en septembre 1993, ce système a été officiellement mis en service et, en 1995, il a été déployé avec un ensemble complet de satellites. La principale caractéristique distinctive du système russe GLONASS est qu'en mode d'application civile, il atteint une précision de positionnement. proche de la précision fournie par les récepteurs GPS utilisant le code militaire PY De plus, les récepteurs GLONASS fonctionnent à la fois dans le système de coordonnées GPS WGS-84 et dans le système de coordonnées russe PZ-90. En 1996, le gouvernement de la Fédération de Russie a fourni le système GLONASS comme l'un des composants du système de navigation mondial.

Les usines russes ont produit un certain nombre d'appareils de navigation GLONASS: "Breeze", "Reper". "Skipper", "Gnome-M", "Chef", "Goliath". De plus, ces indicateurs récepteurs sont une version combinée de GLOHACC / GPS. Le marché de ces équipements en Russie commence tout juste à prendre forme. Compte tenu des caractéristiques notées du système GPS, les équipements nationaux peuvent sérieusement concurrencer près de soixante sociétés étrangères fournissant une large gamme d'indicateurs de récepteur GPS sur le marché russe. De plus, l'Organisation maritime internationale (OMI) dans le même 1996 a approuvé le GLONASS et le GPS uniquement en tant que composants du système mondial de radionavigation et a recommandé de les utiliser en mode combiné. Récepteurs domestiques. en règle générale, ils sont combinés dans ces deux systèmes et ont un mode différentiel, grâce auquel ils ont un avantage par rapport aux récepteurs GPS non alignés fabriqués à l'étranger.

Les utilisateurs russes doivent peser sérieusement le pour et le contre avant d'acheter du matériel importé. Par exemple, nous présentons les caractéristiques typiques des récepteurs de navigation combinés GLOHACC/GPS du bureau d'études de Moscou "Korund".

Les indicateurs récepteurs sont conçus pour recevoir simultanément les signaux des systèmes GLONASS et GPS (code C/A) de 14 satellites. L'erreur quadratique moyenne de localisation est de 10 m, hauteur - 15 m avec une position favorable des satellites GLONASS (pour les récepteurs GPS - 30 m et 60 m, respectivement). La précision de la détermination des coordonnées en mode différentiel est de 1 ... 3 m, la hauteur est de 1,5 ... 4 m. L'erreur de mesure de la vitesse est de 0,1 m/s.

Les systèmes de coordonnées PZ-90, SK-95, SK-42, WGS-84 sont utilisés. Il existe une interface RS-232 pour la communication avec les systèmes de contrôle et le traitement de l'information. Dimensions - 180x195x70 mm, poids - de un à deux kilogrammes.

Les fabricants russes d'indicateurs-récepteurs combinés de systèmes satellitaires mondiaux sont entrés dans une lutte de marché difficile avec des sociétés étrangères produisant des équipements similaires. Il y a tout lieu d'espérer que les produits créés par des spécialistes nationaux seront assez compétitifs par rapport aux indicateurs de récepteur étrangers.

Auteur : V. Kuryshev, Severomorsk, région de Mourmansk.

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