Спутниковая навигационная система использует спутники для определения геопространственного положения объекта. В нашей спутниковой системе, спутники размещаются на конкретных орбитах вокруг земного шара, чтобы точно определить, где находится приемник. Чтобы построить маршрут движения до нового места, мы часто используем карты Google Maps и следуем за ней с полной уверенностью, что она приведет нас к желаемому месту. Но как именно эта функция работает?
Эта система основана на передаче информации в зашифрованном виде, которую мы называем "навигационным сообщением", т. е. сообщением, отправленным спутником (космическим сегментом) на пользовательское устройство (пользовательский сегмент) после получения навигационных данных от наземных станций (контрольный сегмент).
Глобальная навигационная спутниковая система
ГНСС относится к группе спутников, которые ретранслируют сигналы из космоса для передачи данных о местоположении и времени на приемники ГНСС. ГНСС обеспечивает глобальный охват геопространственного позиционирования. Спутниковые навигационные системы различных стран функционируют в рамках ГНСС. В настоящее время, GPS стал настолько популярным, что люди ошибочно принимают каждую спутниковую систему за GPS.
Перечень спутниковых навигационных систем различных стран мира
- Система глобального позиционирования, широко известная как GPS, является спутниковой навигационной системой США. GPS функционирует с 1978 года и предоставляет пользователям услуги позиционирования, навигации и синхронизации. Он состоит из трех сегментов, а именно: космического сегмента, управляющего сегмента и пользовательского сегмента.
- Индийская региональная спутниковая система (IRNSS), широко известная как NavIc, является независимой региональной навигационной спутниковой системой. Она предназначена, главным образом, для индийских пользователей и предоставляет им точные информационные услуги о местоположении. Она также обслуживает тех, кто находится в радиусе 1500 км от Индийского субконтинента. Система начала функционировать 1 июля 2013 года.
- Квазизенитная спутниковая система (QZSS) - это японская спутниковая система, состоящая, в основном, из спутников на квазизенитных орбитах (QZO). Часто называемая "японской GPS", QZSS появилась на свет 1 ноября 2018 г.
- Galileo - это спутниковая система Европейского Союза, впервые запущенная в 2011 г. Она обеспечивает точную информацию о времени и местоположении для европейских служб и пользователей.
- BeiDou - это китайская спутниковая система, первый запуск которой состоялся 30 октября 2000 г.
- ГЛОНАСС (глобальная спутниковая система) впервые была запущена 12 октября 1982 г и принадлежит России.
Навигационное сообщение
Навигационное сообщение - это сообщение, отправленное спутником пользователю после получения данных из управляющего сегмента. Для определения положения и скорости спутников, имеются три набора данных, которые передаются в виде навигационного сообщения, а именно: данные альманаха, транслируемые эфемериды и точные эфемериды ("эфемерид" - это положение небесного тела в заданный период времени). Сообщения, передаваемые спутником, имеют формат RINEX, представляющий собой формат обмена данными для спутниковых систем.
Независимый формат обмена навигационными данными (RINEX)
Первое предложение по независимому формату обмена информацией (RINEX) было разработано в Бернском Астрономическом институте, с целью упрощения обмена собранными данными GPS. С момента его разработки, формат RINEX претерпел множество изменений и постоянно модифицируется. RINEX имеет три версии — RINEX version 1, RINEX version 2 и RINEX version 3, последняя из которых обновилась до RINEX 3.03.
Различные спутниковые системы посылают разные закодированные навигационные сообщения, поэтому для их расшифровки нужно знать, как дифференцировать и идентифицировать данное сообщение и использовать определенные алгоритмы для их декодирования (используются обычные понятия структуры данных).
Теперь вернемся к нашему вопросу о Google Maps, который использует GPS в качестве своей навигационной системы. Пользователь посылает сигналы на спутник через свое устройство с запросом направления к определенному месту назначения. Затем эти сигналы принимаются спутником и, используя спутниковые снимки, спутник посылает навигационное сообщение на устройство пользователя в зашифрованном формате. Затем это сообщение декодируется и используется приложением для того, чтобы привести нас к желаемому месту назначения.
Спутниковая навигация является важнейшей спутниковой системой, имеющая как коммерческое, так и стратегическое применение. Это имеет большое значение, когда речь заходит о национальной безопасности, т.к. они могут помочь в поиске враждебных сторон. Видя, насколько функциональны такие системы, многие страны постепенно разрабатывают свои собственные, чтобы избежать ненужной иностранной зависимости.