GLONASS

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
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] Je to jediná alternativa k americkému systému GPS s globálním pokrytím a porovnatelnou přesností.[3] 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.[4]

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.[5]

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[6][7][8][9] [10][11][12][13][14] [15]
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[16] 3+0
Uragan-M(7) 2001–2017 41+3+8p 22+1* 4+0
Uragan-K1(10) 2011–2020 2+13p 1+1* 4+1
Uragan-K2(10) 2017+ 0+3p 0 4+5
Uragan-KM(?) ? ? ? 0
Celkem 123+11+21p 23+2*
Ztracen při startu nebo selhalo oživení
p V přípravě
* Zavádění do provozu, testy nebo v záloze, údržbě
$ Frekvenční pásma + kódová modulace
# Plánovaná životnost v letech
(Poslední změna: 29. června 2018)
Projektovaná konstelace družic na oběžné dráze.

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

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.

Družice GLONASS, dnes již nepoužívané první série Uragan. (fotografie NASA)

Klíčové části družic Uragan-M jsou:

  • přesné (<10−13s)[17] 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[18]
  • 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)[19]

Pro popis stavu kosmického segmentu jsou definovány dva stavy implementace[20]:

  • 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[21]:

  • 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

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]

Vojenský ruční kombinovaný přijímač GLONASS/GPS vyžívající metod kódového měření.

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)[22]
  • 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[23]:

  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.[24]

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 používáme 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[25]:

  • 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.[26]

IGEX 98[editovat | editovat zdroj]

Významnou roli pro spolupráci mezi 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. Soyuz 2-1B launches latest GLONASS-M spacecraft
  4. Glonass: Has Russia's sat-nav system come of age? [online]. BBC. Dostupné online. 
  5. Russia, India may jointly make Glonass, GPS navigation devices
  6. https://www.glonass-iac.ru/en/GLONASS/index.php
  7. Lindborg Ch.:GLONASS Archivováno 3. 4. 2007 na Wayback Machine. 2007
  8. http://www.skyrocket.de/space/doc_sdat/uragan.htm
  9. http://space.skyrocket.de/doc_sdat/uragan-m.htm
  10. http://space.skyrocket.de/doc_sdat/uragan-k1.htm
  11. http://space.skyrocket.de/doc_sdat/uragan-k2.htm
  12. Česká akademie věd: Space 40, Velký katalog družic a kosmických sond. 2008
  13. Astronautix: Glonass. 2008
  14. Glonass update GSIC 2011 meeting, 20 september 2011
  15. Sergey Revnivykh: [GLONASS Status and Modernization http://www.unoosa.org/pdf/icg/2011/icg-6/3.pdf], september 2011
  16. Claude Lafleur: Spacecrafts launched in 2004 in Spacecraft encyklopedia, 2004
  17. Sergey G. Revnivykh: GLONASS Status and Progress Archivováno 29. 5. 2010 na Wayback Machine. Federal Space Agency. 24. září 2007
  18. Vítek A.:2007-065B - Kosmos 2435. ČAS. 2007
  19. NASA/ILRS: GLONASS-95 Satellite Information
  20. Glotov, V. D.: GLONASS Status: ILRS support for GLONASS[nedostupný zdroj]. Russian Mission Control Center. 2. říjen 2005
  21. 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) 
  22. 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
  23. Sergey G. Revnivykh: Developments of the GLONASS system and GLONASS Service[nedostupný zdroj] strana 12, in UN/US GNSS International Meeting, 17. prosinec 2004.
  24. Novatel: GLONASS Overview Archivováno 8. 5. 2007 na Wayback Machine, 24. duben 2007
  25. Sergey Revnivykh: GLONASS Update Archivováno 29. 5. 2010 na Wayback Machine, PNT Information Navigation Center, The Russian Federation. 15. září 2008
  26. 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]

  • GPS – Americký navigační systém.
  • Galileo – Evropský satelitní navigační systém, alternativa k GPS.
  • Geocaching

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]