Чем отличаются системы ГЛОНАСС и GPS: плюсы и минусы спутниковых систем

Разрабатывать ГЛОНАСС и GPS для военных целей начали в СССР и США еще в середине XX века. Спустя 30 лет разработками уже стало пользоваться практически все население планеты. Но в последние годы использование системы глобального позиционирования стало затруднительным. В частности, из-за вмешательства глушителей сигналов периодически возникают сбои в работе американской GPS. В России существует собственная навигация ГЛОНАСС. В чем ее отличие от GPS, какие сильные и слабые стороны у обоих глобальных систем — расскажу в статье.

Навигационные спутники GPS

На орбиту навигационный спутник GPS для военных целей выведен в 1978 году. Технология построена на измерении задержки сигнала от спутника к принимающему устройству. Сигнал передается в дециметровом диапазоне волн. Чтобы точно определить координаты на плоскости, нужны 3 спутника, а 4-й помогает с определением высоты. С 2000 гг. спутниковые GPS-сигналы стали доступны и для граждан. Точное местоположение объектов определяется до 2-4 м.

Система GPS включает 32 спутника, расположенных на средней орбите. Из них 24 функционируют в активном режиме, а 8 спутников в резерве. GPS способен работать везде, за исключением территорий Заполярья. Спутники с синхронным обращением располагаются на высоте 20,2 тыс. км под углом примерно 55° в шести плоскостях, и для точности географического позиционирования нуждаются в наземной корректировке (станциях). На данный момент более точно вычисляет местоположение в глобальных масштабах именно GPS.

Навигация ГЛОНАСС

Навигационная система ГЛОНАСС запущена в 1982 году вместе с предупреждением о ракетной атаке (СПРН). ГЛОНАСС была создана для быстрого получения навигационно-временной информации для различных платформ (на земле, в воздухе, космосе, море). Спутники ГЛОНАСС располагаются в трех орбитальных плоскостях, которые наклонены относительно экватора под углом 64,8°. Космические аппараты перемещаются независимо от вращения нашей планеты. Это создает стабильную орбитальную конфигурацию, она практически не нуждается в корректировании орбит спутников, чем и отличается от GPS. Кроме того, даже в случае выведения из строя 1-3 спутников, это не скажется на доступности навигации в России.

С 2010 г. глобальная навигация ГЛОНАСС покрывает всю страну, а с 2011 г. 70% планеты. Система вычисляет координаты, измеряя дистанцию от заданной точки до доступных спутников, аналогично происходящему в GPS. Навигация ГЛОНАСС включает 24 спутника, размещенных на среднеорбитальных околоземных орбитах. Их орбитальная высота составляет 19,4 тыс. км.

Плюсы и минусы GPS

Преимущества данной системы:

1. Отличная доступность. На околоземной орбите располагается от 24 до 32 спутников, обеспечивающих в онлайн-режиме навигационные услуги всей планете.
2. Погрешность позиционирования. Обычно геолокационная точность колеблется в диапазоне 4 м, а в оптимальных условиях может достигать 60-90 см.
3. Легкость в использовании. Навигационная система совместима с большим количеством современных мобильных гаджетов.
4. Независимость от погодных условий. Функциональность системы не зависит от метеорологических факторов (но бывают и исключения).

Минусы:

1. Сигнал не охватывает все районы. Например, в широтах Полярного круга сигнал почти отсутствует.
2. Система подвержена влиянию внешних факторов. Из-за помех от различных радиопередатчиков с земли и магнитных бурь прием GPS-сигналов бывает нарушен.

Плюсы и минусы ГЛОНАСС

Преимущества:

1. Обширное покрытие. Навигация ГЛОНАСС может обеспечивать сигнал в северных и южных широтах.
2. Быстрота передачи информации. ГЛОНАСС быстрее обрабатывает и передает информацию в реальном времени по сравнению с GPS.
3. Высокая плотность спутников. В навигации GPS покрывающая зона разделена на четыре уровня, каждый из которых обслуживается 6-ю спутниками, тогда как в ГЛОНАСС на трех уровнях располагается по 8 спутников.
4. Лучшая защищенность от помех. В ГЛОНАСС нужно больших технических вложений, но навигация демонстрирует лучшую эффективность в условиях помех, вызванных строительными сооружениями, осадками и облачностью.
5. Метод передачи информации. В ГЛОНАСС для передачи данных применяется FDMA, который требует побольше энергии, но лучше защищает информацию. В GPS используется более экономичный, но со сниженной безопасностью CDMA.

Минусы:

1. Значительная погрешность. Точность определения местоположения в ГЛОНАСС колеблется в диапазоне от 3 до 6 м.
2. Полного покрытия по всей планете нет. Хотя эта система функционирует за Полярным кругом, ее глобальное покрытие все же ограничено.
3. Регулярные ремонты. Российские спутники чаще нуждаются в техобслуживании, чем американские системы.

Отличия ГЛОНАСС от GPS

Положительные и отрицательные стороны имеются у каждой системы глобальной навигации, но они уравновешивают друг друга. Поэтому обычно их применяют одновременно, чтобы улучшить точность определения местоположения.

А в чем отличия:

1. При анализе технических отличий углы наклона спутников у ГЛОНАСС равны 64,8°, а у GPS — 55°. Более низкий угол у GPS приводит к трудностям приема сигнала в широтах Заполярья.
2. Системе GPS надо постоянно синхронизировать приемники с вращением Земли, что требует регулярной корректировки орбит спутников-навигаторов. Для российских систем регулировка не нужна.
3. Период эксплуатации у ГЛОНАСС меньший, чем у GPS.
4. Хотя GPS обеспечивает более высокую точность географической локации, спутниковая плотность в ГЛОНАСС выше. Это означает, что вероятность поймать сигнал у ГЛОНАСС выше.

При совместном использовании обеих систем в оптимальных условиях точность вычисления местоположения объекта может достигать 10 см.

Возможность отключения GPS в России

Глобальные системы навигации спроектированы так, что полное отключение одной из них в пределах отдельных стран технически неосуществимо. Несмотря на недавние взаимные ограничения на строительство станций в США и России, это всего лишь сделало невозможным проводить измерения с точностью до 1 дм. Станции в США продолжают получать и передавать сигналы ГЛОНАСС, в то время как российская система использует навигационную информацию от GPS, Galileo (ЕС) и Beidou (Китай).

Все смартфоны, которые доступны на российском рынке, обязательно оснащены чипами для работы с ГЛОНАСС и GPS. Телефоны и планшеты, сертифицированные в Европейском Союзе, всегда совместимы с системой Galileo, в то время как китайские производители внедряют в свои гаджеты навигацию Beidou. Стоит отметить, что смартфоны пока не способны обеспечивать высокую точность вычисления местоположения объекта в любой части мира: всегда присутствует погрешность в метрах.

Современные гаджеты автоматически могут переключаться между навигационными системами, чтобы собирать наиболее точную доступную информацию. Исключением являются девайсы с устаревшими приемниками, которые создавались исключительно для работы с GPS. Это, в основном, телефоны 2000-х годов.

Заключение

На практике нет необходимости делать выбор между навигационными системами, и беспокоиться о том, что одна из них может быть отключена. Современные технологии продолжают свою эволюцию, и в результате появляются новые альтернативы существующим глобальным спутниковым системам навигации.