náhled|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.
GLONASS je nejdražším programem ruské Státní korporace pro kosmické aktivity Roskosmos. Mezi roky 2002–2011 stál projekt 140 miliardy rublů a v roce 2010 spotřeboval asi jednu třetinu jejího rozpočtu. 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.
Vývoj 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.
V roce 2010 Rusko spolupracovalo při výrobě komponent k systémům GPS a GLONASS s Indií.
Princip funkce
Struktura systému Systém GLONASS lze rozdělit do 3 segmentů: kosmický řídící uživatelský
Kosmický segment + Počet družichttps://www.glonass-iac.ru/en/GLONASS/index.phpLindborg Ch.:GLONASS . 2007
Sergey Revnivykh: [GLONASS Status and Modernization http://www.unoosa.org/pdf/icg/2011/icg-6/3.pdf], september 2011 Blok (životnost#) Období Vypuštěno Ve službě Signály$Uragan(1)1982–1985100 3+0UraganA(1)1985–198660 3+0UraganB(2)1987–19886+6✝0 3+0UraganV(3)1988–2005590 3+0Uragan-M(7)2001–202146+6✝21 4+0Uragan-K1(10) 2011–20224+4p3+1* 4+1Uragan-K2(10) 2022–20330+8p0 4+5Uragan-V2026-2027V6p00+5Uragan-KM2025+?04+9Celkem132+12✝+15p+V6p24+1*✝ Ztracen při startu nebo selhalo oživeníp V přípravě* Zavádění do provozu, testy nebo v záloze, údržbě V Družice umístěné na eliptickou kvazigeostacionární dráhu$ 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 náhled|480x480pixelů|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 Kazachstánu v sestavách po třech družicích na jeden nosič. Zásadním problémem původních družic Uragan byla krátká životnost. 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.náhled|Projektovaná konstelace družic na oběžné dráze.
náhled|Družice GLONASS, dnes již nepoužívané první série Uragan. (fotografie NASA)
Klíčové části družic Uragan-M jsou: přesné (<10−13s)Sergey G. Revnivykh: GLONASS Status and Progress . Federal Space Agency. 24. září 2007 atomové hodiny s cesiovým oscilátorem 12 antén pro vysílání radiových kódů ve frekvenčním 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 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)NASA/ILRS: GLONASS-95 Satellite Information
Pro popis stavu kosmického segmentu jsou definovány dva stavy implementaceGlotov, V. D.: GLONASS Status: ILRS support for GLONASS. Russian Mission Control Center. 2. říjen 2005: 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 Segment se skládá z několika částí: 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 náhled|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 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 jsou především z řad geodetů a vědeckých pracovníků, civilní využívání systému není rozšířené.
Uživatele 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 + Postup modernizace družic Pásmo/signály Blok družicL1/HP+SP, L2/HP UraganL1/HP+SP, L2/HP+SP Uragan-ML1/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 frekvencích, 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)Langley R.:Civil GPS Service Interface Committee (CGSIC) Meeting - Day 2 , ION 2007. GPS World. 26. září 2007 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 definoványSergey G. Revnivykh: Developments of the GLONASS system and GLONASS Service strana 12, in UN/US GNSS International Meeting, 17. prosinec 2004.:
L1(n) = 1 602,0 MHz + n×0,56250 MHz L2(n) = 1 246,0 MHz + n×0,43750 MHz (platí L2 = L1 × 7/9) 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.
Jako referenční čas je používán UTC(SU), který je synchronizován s UTC.
Určování polohy a času Vztažné soustavy 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 zSergey Revnivykh: GLONASS Update , PNT Information Navigation Center, The Russian Federation. 15. září 2008:
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 používána ve své přesné hodnotě 299 792 458 m/s.
IGEX 98 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
Reference
Literatura Rapant, P.: Družicové polohové systémy. VŠB-TU Ostrava, 2002. 200 str. . dostupné on-line.
Související články GPS Galileo Trilaterace Geocaching
Externí odkazy
GLONASS Interface Control Document, základní technický dokument https://web.archive.org/web/20061012161914/http://www.glonass-ianc.rsa.ru/ Libor Dvořák, Pavel Toufar: Nové Ruské zbraňové systémy in Zaostřeno na vědu, Český rozhlas 6, 28. leden 2008
Kategorie:Družicové polohové systémy Kategorie:Satelitní konstelace Kategorie:Sovětská kosmonautika Kategorie:Kosmonautika Ruska