Přeskočit na obsah

GLONASS

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Model družice systému GLONASS, vystavený na CEBIT 2011

GLONASS (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система, tr.: Globalnaja navigacionnaja sputnikovaja sistěma) je globální družicový polohový systém (GNSS) využívaný ruskou armádou. S jeho pomocí je možno určit polohu a přesný čas kdekoliv na Zemi nebo nad Zemí. Stejně jako u GPS je část služeb tohoto systému s omezenou přesností volně k dispozici civilním uživatelům. Vývoj započal v SSSR v roce 1976. Ruské území bylo plně pokryto v roce 2010 a celý svět v roce 2011.[1]

GLONASS je nejdražší program ruské Federální kosmické agentury, mezi roky 2002–2011 dosáhl 140 miliardy rublů a v roce 2010 spotřeboval asi jednu třetinu jejího rozpočtu.[2] Vzhledem k oběžné dráze družic systému GLONASS je zvláště vhodný pro použití ve vysokých zeměpisných šířkách (sever nebo jih), kde může být získávání signálu GPS problematické.[3]

Vývoj

[editovat | editovat zdroj]

Vývoj GLONASS byl zahájen v roce 1970 vytvořením dokumentu Ministerstva obrany SSSR, Sovětské akademie věd a Sovětského námořnictva o vývoji jednotného systému pro navigaci na zemi, na vodě i ve vzduchu, který byl v roce 1976 přijat. První testovací družice byla vypuštěna v roce 1982. V letech 1996–2001 byla kosmická část systému GLONASS v úpadku. Od roku 2001 bylo prováděno jeho znovuobnovení a do plného celosvětového operačního stavu se dostal v roce 2011.[1]

V roce 2010 Rusko spolupracovalo při využití tohoto systému s Indií.[4]

Princip funkce

[editovat | editovat zdroj]
Související informace naleznete také v článku Globální družicové polohové systémy.

Struktura systému

[editovat | editovat zdroj]

Celý systém GLONASS lze rozdělit do 3 segmentů:

  • kosmický
  • řídící
  • uživatelský

Kosmický segment

[editovat | editovat zdroj]
Počet družic[5][6][7][8] [9][10][11][12][13] [14]
Blok (životnost#) Období Vypuštěno Ve službě Signály$
Uragan(1) 1982–1985 10 0 3+0
UraganA(1) 1985–1986 6 0 3+0
UraganB(2) 1987–1988 6+6✝ 0 3+0
UraganV(3) 1988–2005 59 0[15] 3+0
Uragan-M(7) 2001–2021 46+6✝ 21 4+0
Uragan-K1(10) 2011–2022 4+4p 3+1* 4+1
Uragan-K2(10) 2022–2033 0+8p 0 4+5
Uragan-V 2026-2027 V6p 0 0+5
Uragan-KM 2025+ ? 0 4+9
Celkem 132+12✝+15p+V6p 24+1*
✝ Ztracen při startu nebo selhalo oživení
p V přípravě
* Zavádění do provozu, testy nebo v záloze, údržbě

V Družice umístěné na eliptickou kvazigeostacionární dráhu
$ Frekvenční pásma + kódová modulace

# Plánovaná životnost v letech
(Poslední změna: 5. srpna 2023)

Kosmický segment je projektován na 24 družic, které obíhají ve výšce 19 100 km nad povrchem Země na 3 kruhových drahách se sklonem 65°. Dráhy jsou vzájemně posunuty o 120° a na každé dráze je 8 symetrických pozic pro družice po 45°, které jsou číslovány:

  • Dráha 1: družice 1-8
  • Dráha 2: družice 9-16
  • Dráha 3: družice 17-24

Tato konstelace je charakteristická tím, že každých 8 siderických dní je družice nad stejným místem na zemi, nebo také že každý siderický den je jedna z 8 družic jedné dráhy nad stejným místem na zemi.

Družice

Vývoj počtu zdravých družic GLONASS použitelných pro výpočet polohy.

Dnes používané družice Uragan-M váží asi 1,4 tuny a na střední oběžné dráze (MEO, Medium Earth Orbit) se pohybuje rychlostí 3,9 km/s, s dobou oběhu kolem Země 11h 15min. Vynášeny jsou z kosmodromu Bajkonur v sestavách po třech družicích na jeden nosič.

Zásadní problém družic Uragan byla krátká životnost, což se projevovalo ve zvýšené potřebě obnovovat družice. U družic Uragan/Uragan-M vyžaduje zvýšená poruchovost dlouhotrvající odstávky dlouhé až několik měsíců. Tyto problémy by měly vyřešit nové nehermetizované družice Uragan-K s poloviční hmotností.

Projektovaná konstelace družic na oběžné dráze.
Družice GLONASS, dnes již nepoužívané první série Uragan. (fotografie NASA)

Klíčové části družic Uragan-M jsou:

  • přesné (<10−13s)[16] atomové hodiny s cesiovým oscilátorem
  • 12 antén pro vysílání radiových kódů v pásmu L (2000–1000 MHz)
  • antény pro komunikaci s pozemními kontrolními stanicemi
  • solární panely (1,45 kW) a akumulátorové baterie (70 Ah) jako zdroj energie[17]
  • odrazové pole pro měření polohy družice laserovými měřidly (SLR). Některá měření mimo kontrolní segment byla provedena i v rámci projektu NASA ILRS (International Laser Ranging Service)[18]

Pro popis stavu kosmického segmentu jsou definovány dva stavy implementace[19]:

  • plná operační schopnost (FOC, Full Operational Capability) - označení stavu, kdy je nejméně 24 družic plně funkčních, podporující novou technologii. Nebyl nikdy vyhlášen, ale koncem roku 1996 bylo krátce na orbitu 24 družic a od té doby klesal až na 9 v roce 2001. Opětovný stav 24 družic je plánován na rok 2012 s družicemi Uragan-M a Uragan-K.
  • částečná operační schopnost (IOC, Initial Operational Capability) - označení stavu, kdy je nejméně 12 družic plně funkčních, podporující novou technologii. Byl vyhlášen prezidentem Ruské Federace 29. září 1993 po vypuštění a zprovoznění 12 družic.

Řídící a kontrolní segment

[editovat | editovat zdroj]

Segment se skládá z několika částí[20]:

  • řídicí středisko (SCC, System Control Center) Krasnoznamensk (SCC, MS)
  • 3 rozšířené stanice (SLR, Satellite Laser Ranging; ULS, Uplink Station; CC, Control Center) Šelkovo (MS, TT&C, ULS, CC, SLR), Jenisejsk (MS, TT&C, ULS), Komsomolsk na Amuru (MS, TT&C, ULS, CC, SLR)
  • 5 povelových stanic (TT&C; Telemetry, Tracking and Command/Communication; telemetrie, sledování a povely) Petrohrad, Ussurijsk a výše uvedené Šelkovo, Jenisejsk, Komsomolsk na Amuru
  • 10 monitorovacích stanic (MS, Monitor Station) Murmansk, Vorkuta, Jakutsk, Ulan-Ude, Nurek (Tádžikistán), Zelenčuk a výše uvedené Krasnoznamesk, Šelkovo, Jenisejsk, Komsomolsk na Amuru

Řídící a kontrolní segment monitoruje kosmický segment, zasílá povely družicím, provádí jejich manévry a údržbu atomových hodin. Výsledek jejich monitoringu je zveřejňován v navigační zprávě každé družice a jejich platnost je řádově několik hodin:

  • pozice (souřadnice ECEF), rychlost a zrychlení družic
  • korekce atomových hodin
  • přibližné pozice ostatních družic, používané frekvence a jejich zdravotní stav
Vojenský ruční kombinovaný přijímač GLONASS/GPS vyžívající metod kódového měření.

Pozemní segment se téměř celý nachází na území Ruské federace, z čehož vyplývá časové omezení, kdy může být monitorován vesmírný segment. Řídící a kontrolní segment komunikuje s uživateli také prostřednictvím zpráv NAGU (Notice Advisory to GLONASS Users), kde zveřejňuje plánované odstávky družic, jejich stažení a uvedení do provozu nebo i zpětně informace o nezdravé družici.

Uživatelský segment

[editovat | editovat zdroj]

Uživatelé pomocí GLONASS přijímače přijímají signály z jednotlivých družic, které jsou v danou chvíli nad obzorem. Na základě přijatých dat (časových značek z jednotlivých družic a znalosti jejich polohy) a předem definovaných parametrů, přijímač vypočítá polohu antény, nadmořskou výšku a zobrazí přesné datum a čas. Komunikace probíhá pouze od družic k uživateli, přijímač je tedy pasivní.

Uživatelé v Evropě se rekrutují především z řad geodetů a vědeckých pracovníků, civilní využívání systému není rozšířené.

Uživatelé využívající systém GLONASS můžeme rozdělit do dvou skupin:

  • autorizovaní uživatelé (vojenský sektor Ruské federace a vybrané vládní instituce) využívající službu High Positioning (HP). Tito uživatelé mají zaručenou vyšší přesnost systému.
  • ostatní uživatelé (především civilní sektor) mohou využívat Standard Positioning (SP)

Prezident Ruské federace Vladimir Putin oficiálně podepsal 18. května 2007 výnos o bezplatném uvolnění systému GLONASS pro nevojenské použití.

Rádiové signály

[editovat | editovat zdroj]
Postup modernizace družic
Pásmo/signály Blok družic
L1/HP+SP, L2/HP Uragan
L1/HP+SP, L2/HP+SP Uragan-M
L1/HP+SP, L2/HP+SP,
L3/HP+SP, L1/CR, L5/R		 Uragan-K
– Uragan-KM

Přenos dat z více družic k jednotlivým uživatelům je řešen frekvenční modulací (FDMA), která je pro GNSS netypická. Přináší problémy s interferencemi mezi kanály, vyžaduje rezervované širší vysílací pásmo a jinou konstrukci přijímače. Družice vysílají na několika kmitočtech, které jsou zvoleny v pásmech s minimálním vlivem meteorologických vlivů:

  • L1PT (1598–1605 MHz), kde je vysílán HP kód a SP kód, vysílací výkon 64 W.
  • L2PT (1242–1248 MHz), kde je vysílán HP kód a od Uragan-M také SP kód, vysílací výkon 40 W.

Pro družice Uragan-K a Uragan-MK dále navíc:

  • L3PT (1197–1217 MHz) je plánovaná třetí frekvence s HP a SP kódem
  • L5R (1176,45 MHz) je plánovaný signál typu Safety of Life modulací založený na CDMA pro interoperabilitu s jinými GNSS (GPS, Galileo)[21]
  • L1CR (1575,42 MHz) je další civilní signál modulací založený na CDMA pro interoperabilitu s jinými GNSS (GPS, Galileo)

Dvacet kanálů pro každou frekvenci modulovanou pomocí FDMA jsou definovány[22]:

  1. L1(n) = 1 602,0 MHz + n×0,56250 MHz
  2. L2(n) = 1 246,0 MHz + n×0,43750 MHz (platí L2 = L1 × 7/9)
  3. L3(n) = 1 201,5 MHz + n×0,42195 MHz (platí L3 = L1 × 3/4)

Do roku 1998 se užíval rozsah kanálů „n“ = 1 až 12 a 22 až 24, od 1998 do 2005 n = 1 až 12 a od roku 2005 n= -7 až 6.

Základní vysílací rychlost je 5,11 MHz, na něž jsou modulovány signály:

  • SP rychlostí 0,511 MHz s délkou kódu 511 bitů.
  • HP rychlostí 5,11 MHz s délkou kódu 5,11×106 bitů.
  • navigační zpráva modulovaná navíc rychlostí 50 bitů/s při délce 7500 bitů, jejíž odvysílání trvá 2,5 minuty. Je rozdělena na 5 rámců o 15 slovech, každé slovo má kapacitu 100 bitů. Obsahem zprávy jsou kartézské souřadnice družice, její rychlost a zrychlení, almanach družic s příslušnými kanály, korekce palubních hodin. Životnost zprávy je cca hodina, její pravidelné obnovení je provedeno kontrolním střediskem obvykle po 30 minutách.[23]

Jako referenční čas je používán UTC(SU), který je synchronizován s UTC.

Určování polohy a času

[editovat | editovat zdroj]
Související informace naleznete také v článku Globální družicové polohové systémy.

Vztažné soustavy

[editovat | editovat zdroj]

Pro charakteristiku Země se jako vztažné těleso využívá geoid, který je ale pro matematický popis nevhodný. Proto se používá jeho aproximaci prvního stupně - koule, nebo druhého stupně - elipsoid. Pro potřeby uživatelů GLONASS je používaný geografický referenční systém PZ 90, od 20. září 2007 pak jeho modifikace PZ 90.02. Je podobný referenčnímu ITRF2000 s drobnými změnami v řádech decimetrů. PZ 90 se skládá z[24]:

  • geodetického data: elipsoid s poloosami přibližně 6 378 a 6 356 km s počátkem ve středu Země
  • systému zeměpisných souřadnic (zeměpisná šířka a délka)

Rychlost světla je definována 299 792 458 m/s.[25]

IGEX 98

[editovat | editovat zdroj]

Významnou roli pro spolupráci mezi ostatními GNSS a využití GLONASSu na západě sehrál projekt IGEX 98 (International GLONASS Experiment 1998), který umožnil experimentálně najít exaktní vztah mezi používanými vztažnými soustavami v projektech GPS a GLONASS.

Odkazy

[editovat | editovat zdroj]

Reference

[editovat | editovat zdroj]
  1. ↑ a b Rusko modernizuje Glonass, do kosmu vyslalo novou družici
  2. ↑ GLONASS hits a snag [online]. RBTH. Dostupné online. 
  3. ↑ Glonass: Has Russia's sat-nav system come of age? [online]. BBC. Dostupné online. 
  4. ↑ Russia, India may jointly make Glonass, GPS navigation devices
  5. ↑ https://www.glonass-iac.ru/en/GLONASS/index.php
  6. ↑ Lindborg Ch.:GLONASS Archivováno 3. 4. 2007 na Wayback Machine.. 2007
  7. ↑ http://www.skyrocket.de/space/doc_sdat/uragan.htm
  8. ↑ http://space.skyrocket.de/doc_sdat/uragan-m.htm
  9. ↑ http://space.skyrocket.de/doc_sdat/uragan-k1.htm
  10. ↑ http://space.skyrocket.de/doc_sdat/uragan-k2.htm
  11. ↑ Česká akademie věd: Space 40, Velký katalog družic a kosmických sond. 2008
  12. ↑ Astronautix: Glonass Archivováno 29. 11. 2010 na Wayback Machine.. 2008
  13. ↑ Glonass update Archivováno 21. 9. 2013 na Wayback Machine. GSIC 2011 meeting, 20 september 2011
  14. ↑ Sergey Revnivykh: [GLONASS Status and Modernization http://www.unoosa.org/pdf/icg/2011/icg-6/3.pdf], september 2011
  15. ↑ Claude Lafleur: Spacecrafts launched in 2004 in Spacecraft encyklopedia, 2004
  16. ↑ Sergey G. Revnivykh: GLONASS Status and Progress Archivováno 29. 5. 2010 na Wayback Machine.. Federal Space Agency. 24. září 2007
  17. ↑ Vítek A.:2007-065B - Kosmos 2435. ČAS. 2007
  18. ↑ NASA/ILRS: GLONASS-95 Satellite Information
  19. ↑ Glotov, V. D.: GLONASS Status: ILRS support for GLONASS[nedostupný zdroj]. Russian Mission Control Center. 2. říjen 2005
  20. ↑ Sergey G. Revnivykh. GLONASS Status, Development and Application [online]. Federal Space Agency, 2007-9-4 [cit. 2008-06-05]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2008-07-05. (anglicky) 
  21. ↑ Langley R.:Civil GPS Service Interface Committee (CGSIC) Meeting - Day 2 Archivováno 25. 6. 2008 na Wayback Machine., ION 2007. GPS World. 26. září 2007
  22. ↑ Sergey G. Revnivykh: Developments of the GLONASS system and GLONASS Service[nedostupný zdroj] strana 12, in UN/US GNSS International Meeting, 17. prosinec 2004.
  23. ↑ Novatel: GLONASS Overview Archivováno 8. 5. 2007 na Wayback Machine., 24. duben 2007
  24. ↑ Sergey Revnivykh: GLONASS Update Archivováno 29. 5. 2010 na Wayback Machine., PNT Information Navigation Center, The Russian Federation. 15. září 2008
  25. ↑ GLONASS Interface Control Document Archivováno 3. 7. 2007 na Wayback Machine. verze 5.0, Moskva 2002

Literatura

[editovat | editovat zdroj]

Související články

[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy

[editovat | editovat zdroj]
Globální družicové polohové systémy (GNSS)
Zastaralé
Provozované
USA GPS • Rusko GLONASS • Francie DORIS
Ve vývoji
Evropská unie Galileo • Čína BeiDou • Japonsko QZSS • Indie IRNSS
Rozšiřující
Evropská unie EGNOS • USA WAAS • Japonsko MSAS • Indie GAGAN • Rusko SDCM
Technologie
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=GLONASS&oldid=23902921“