Дипломная работа: Внедрение системы спутникового мониторинга транспорта на примере организации
26 декабря 2006 состоялся вывод на орбиту ракетой-носителем "Протон-К" трех спутников "ГЛОНАСС-М".
26 октября 2007 ракета-носитель "Протон-К" стартовал с "Байконура" и вывела на околоземную орбиту три модифицированных спутника "ГЛОНАСС-М".
25 декабря 2007 с космодрома "Байконур" стартовала ракета-носитель "Протон-М" и вывела на орбиту три спутника "ГЛОНАСС-М". Одновременно 4 спутника, запущенные в 2001-2003 годах, были выведены из группировки.
25 сентября 2008 запуск ракеты-носителя "Протон" с тремя спутниками "ГЛОНАСС-М", 1 спутник, запущенный ранее - на этапе вывода из состава ОГ.
25 декабря 2008 после успешного пуска с космодрома "Байконур" ракеты-носителя "Протон-М" 3 космических аппарата "ГЛОНАСС-М" успешно отделились от разгонного блока и начали автономный полет.
В настоящее время орбитальная группировка состоит из 20 спутников, полная группировка в составе 24-х спутников в соответствии с Федеральной целевой программой "Глобальная навигационная система" должна быть развернута в 2010 году.
В настоящее время состав орбитальной группировки еще не обеспечивает 100-процентную доступность услуг ГЛОНАСС на территории страны, однако количество видимых над горизонтом в России спутников ГЛОНАСС, как правило, равняется трем или более. По заявлениям продавцов навигационного прибора Glospace, для определения местоположения достаточно трех видимых спутников ГЛОНАСС, а четвертый дает уточнение о высоте. Отсюда нетрудно сделать вывод, что для ориентирования наземных пользователей (автоводителей, грибников, туристов и т.п.) система вполне пригодна прямо сейчас, хотя при самолетовождении еще могут возникать определенные трудности.
Спутники "ГЛОНАСС-М" в составе орбитальной группировки будут находиться, как минимум, до 2015 года. Летные испытания негерметичных спутников нового поколения "ГЛОНАСС-К" с улучшенными характеристиками (увеличенным до 10 лет гарантийным сроком и третьей частотой L-диапазона для гражданских потребителей) должны начаться в 2010 году. Этот спутник будет вдвое легче своего предшественника (примерно 850 кг против 1415 кг у "Глонасс-М")
В дальнейшем, после развертывания орбитальной группировки из 24-х космических аппаратов, для ее поддержания потребуется делать по одному групповому пуску в год двух КА "ГЛОНАСС-К" на носителе "Союз", что существенно снизит эксплуатационные расходы.
С 1 января 2006 г. все вновь вводимые в эксплуатацию транспортные средства, включая самолеты, суда, наземный транспорт, геодезическое оборудование и космические аппараты, - должны в обязательном порядке оснащаться аппаратурой спутниковой навигации отечественной системы ГЛОНАСС или комбинированными приемниками ГЛОНАСС/ GPS. Согласно постановлению правительства РФ от 9 июня 2005 г. приемниками ГЛОНАСС должны быть оборудованы находящиеся в эксплуатации транспортные средства. По мнению представителей "Роскосмоса", эти меры являются разумными и призваны защитить отечественный рынок пользовательской аппаратуры глобальной спутниковой навигации. С другой стороны, эти системы в первую очередь направлены на решение задач национальной безопасности, поскольку глобальная спутниковая навигационная система играет важнейшую роль в обеспечении применения высокоточного оружия дальнего радиуса действия. Вместе с тем, будущее системы ГЛОНАСС предстает далеко не в безоблачном свете.
Опасения вызывает отсутствие на рынке конкурентоспособных отечественных приемников ГЛОНАСС, а также конкретных планов развертывания ее массового производства.
В начале 70-х годов в США были начаты работы по созданию СРНС второго поколения - GPS/''Навстар" (аналога отечественной системы ГЛОНАСС). Спутниковая радионавигационная система GPS полностью развернута в 1993 г. А между тем все начиналось так: в ноябре 1913 в Австрии под именем Хедвиг Ева Мария Кислер родилась будущая актриса Хеди Ламар. Еврейская девочка выросла в период расцвета Третьего рейха. Как и другие евреи, она вела образ жизни хамелеона: имела несколько имён, представлялась той личностью, которую требовали обстоятельства. Приходилось хранить многое в тайне и постоянно ходить по лезвию бритвы. В общем, её детство нельзя было назвать счастливым. Запутанная жизненная тропа привела Ламар к закладке одной из основ военной мощи Соединённых Штатов - спутниковой системы глобального позиционирования (Navstar Global Positioning System - GPS). Сегодня эта сеть состоит из тридцати спутников, движущихся по орбите высотой 20 180 километров. Скорость каждого спутника составляет около 11 тысяч километров в час, что позволяет облетать Землю дважды за сутки. Чтобы понять, как работает эта система, напоминающая атомную модель Резерфорда-Бора, давайте начнём с рассмотрения мотивов и переплетений судьбы, которые привели известную актрису к столь важному открытию.
В молодости (в 1933 году) славу актрисе принёс чехословацкий фильм, в котором присутствовала сцена с обнажённой Ламар. Кроме того, она стала первой актрисой, имитировавшей в фильме оргазм. И хотя это был всего лишь хитрый трюк (Ламар во время съёмок укалывала себя английской булавкой), актриса вызвала негодование со стороны Церкви. Сегодня подобными сценами никого не удивишь, но в то время это было слишком вызывающе. Поэтому родители Ламар быстро устроили свадьбу актрисы с магнатом по имени Фриц Мандл, связанным с теневым оружейным бизнесом. Он стал первым из шести её мужей, и, вы не поверите, он производил патроны, гранаты и военные самолёты для Гитлера, несмотря на еврейское происхождение семьи. Мандл был словно зачарован Ламар, он не отходил от неё ни на шаг, возил везде с собой: от встреч с Гитлером и Муссолини до визитов в свои военные лаборатории. Он никогда не выпускал её из виду. Многие считали Ламар недалёкой женщиной, но, как показала судьба, они ошибались. Хотя она не имела высшего образования, актриса быстро вникла в принцип действия систем наведения и противокорабельного оружия, после чего спрятала эти данные, включая секретные системы шифрования, в будущем изобретении которых она участвовала.
Естественно, Ламар ненавидела Гитлера и нацистов, но больше всего она ненавидела Мандла. Она поклялась сделать всё, что в её силах, чтобы уничтожить фашизм и "насолить" Фрицу.
Хеди Ламар предприняла много попыток сбежать от Фрица, и в один прекрасный день она подложила снотворное в кофе служанке, назначенной следить за ней, надела служебную одежду и сбежала из замка под видом прислуги. Вскоре она переехала в Соединённые Штаты, в Голливуд, с далеко идущими планами. Она принимала участие во многих кампаниях против фашистов, например, целовала любого мужчину, кто потратил $25 000 на военные облигации, собрав в результате $17 миллионов. Её популярность и могущество росло не по дням, а по часам.
Судьба познакомила Ламар с авангардистским композитором Джорджем Антейлом, который жил неподалёку. Антейл не боялся экспериментировать. Он отличился своим Ballet Mecanique, странным и громким оркестровым представлением, в котором участвовали пропеллеры, колокола и 16 синхронизированных пианол. Реакция была в те дни неоднозначной. И, подобно синхронизированным пианолам в механической симфонии, вместе с Ламар он разработал идеи, которые, в конце концов, привели к важному изобретению.
Ламар узнала много секретов во время вечеринок, которые Мандл проводил для своих друзей и партнёров, а также из наблюдений за бизнесом Мандла по производству оружия. Она поделилась с Антейлом очень важной идеей: если дистанционно сообщать координаты цели управляемой торпеде по одной контрольной частоте, то враг может легко перехватить сигнал, заглушить его или перенаправить торпеду на другую цель. Но на этом Ламар не остановилась. Она хотела дать своей второй родине военное преимущество. Ламар желала создать управляемые торпеды, которые нельзя будет перехватить или заглушить. Ламар и Антейл вскоре разработали следующий важный компонент: если использовать на передатчике случайный код, который будет менять канал передачи, то можно синхронизировать такие же частотные переходы и на приёмнике. Такая смена каналов связи гарантирует безопасную передачу информации. До того времени псевдослучайные коды использовались для шифровки информации, передаваемой по неменяющимся открытым каналам связи. Здесь же произошёл шаг вперёд: секретный ключ стал использоваться для быстрого изменения каналов передачи информации.
В августе 1942 Ламар и Антейл получили патент под номером 2 292 387 "Секретная система связи". Патент описывает секретные системы связи, включающие передачу ложных каналов на разных частотах. Этот патент стал основой для связи с расширенным спектром, которая сегодня используется повсюду, от мобильных телефонов до WiFi 802.11 и GPS. Американская система глобального позиционирования (United States Navstar Global Positioning System) - это, бесспорно, самая большая система в мире, беспрерывно передающая сигналы с расширенным спектром. Это одна из самых значимых технических разработок двадцатого века, и, в принципе, одна из основ современной военной мощи США. Сегодняшние передовые технологии в долгу у великолепной Хэди Ламар.
Давайте вернёмся в настоящее время и прольём больше света на технологию GPS, пытаясь разобраться в том, как разработки Ламар и Антейла связаны с устройствами, которые мы видим сейчас.
Традиционный метод передачи информации заключался в максимальном наполнении доступного частотного диапазона канала. Одним из любопытных качеств связи с расширенным спектром является то, что, при прежней мощности передаваемого сигнала та же самая информация распределяется на несколько частотных каналов. Если частоты разбросаны достаточно широко, то сигнал может раствориться в шуме и остаться незамеченным.
При использовании передачи с расширенным спектром приходится отделять нужную информацию от шума. Представьте себе, что в песочнице зарыли горсть перца. Кажется, что перец безвозвратно потерян в таком количестве песка. Но если знать, где именно зарыт перец, можно аккуратно откопать его.
В технологии передачи с расширенным спектром для определения последовательности перехода сигнала по частотам используется секретный код. В технологии GPS этот секретный код называется C/A. Сигналы, передаваемые с помощью кодов C/A, похожи на случайный шум, поэтому коды также называют и псевдослучайными (PN codes), но в нашем материале, посвящённом потребительским GPS-устройствам, мы будем называть их C/A. Изначально для работы Navstar Global Positioning System было определено и опубликовано 32 кода C/A. Каждый из этих уникальных кодов привязывается к определённому спутнику на протяжении его времени жизни. У каждого приёмника GPS есть копия этих кодов C/A, поэтому он может держать связь со спутниками и расшифровывать передаваемый поток данных.
Если вы будете ловить частоты в той последовательности, которая описана кодом C/A, то вы сможете получить островок полезной информацию в океане шума. Если вы попытаетесь расшифровать эфир с помощью неверного кода, или код окажется верным, но вы потеряете синхронизацию, то поиски нужной информации ни к чему не приведут - вы получите один лишь шум.
На одном частотном диапазоне может передаваться несколько совершенно разных каналов с данными, но их можно разделить и восстановить. В системе GPS сигнал транслируется на одном частотном диапазоне, но использует разные коды C/A, причём, с одной стороны они шифруют информацию, а с другой стороны "разбрасывают" сигнал по частотному диапазону. На орбите находится большое количество спутников, которые передают данные на одних и тех же частотах, но GPS-приёмник может выделить в сигнале информацию с отдельных спутников. Поэтому GPS-приёмники могут получать информацию от нескольких спутников, имея всего одну антенну.
Благодаря технологии расширенного спектра, каждый спутник использует собственный код C/A для шифрования потока данных и разброса его по частотам. Данные модулируются и, в соответствии с кодом C/A, "разбрасываются" в пределах 1-МГц полосы относительно несущей частоты GPS L1 (1575,42 МГц). Можно представить вещание спутников по аналогии с зашифрованными пакетами TCP/IP, пакеты разных потоков данных перемешаны между собой, причём коды C/A в данном случае используются не только для выборки нужных пакетов среди других, но и для задания последовательности, в которой следуют пакеты. GPS-приёмник, таким образом, постоянно сканирует эфир и использует набор из 32 возможных паролей, чтобы расшифровать данные.
Современные технологии передачи GPS работают несколько по-другому. Код используется уже не для смены частотных каналов, поскольку GPS передаёт все данные на одной частоте 1575,42 МГц. Код C/A используется для модуляции несущей частоты в пределах 1 МГц. Поток навигационных данных генерируется на частоте 50 Гц (50 бит/с), поэтому его можно легко распределить в пределах 1-МГц частотного диапазона.
Спасибо Альберту Эйнштейну за его теорию относительности, в частности факту, что при высокой скорости движения ход часов меняется. Поскольку каждый GPS-спутник на орбите, по существу, является атомными часами, они должны корректироваться с учётом релятивистской теории относительности. По сравнению с часами на земле, GPS-часы замедляются разницей в скорости. Впрочем, благодаря правильным расчётам этот эффект можно нивелировать. Ход часов на орбите оказывается на 446,47 в 1012 медленнее. Представьте 2-ГГц процессор Intel Core 2 Duo на орбите: его реальная скорость будет меньше на 1 такт. Чтобы система GPS работала, спутники должны быть синхронизированы. Чем больше ошибок будет предупреждено, тем более точное определение мы получим.
Чтобы технология с расширенным спектром работала, приём и передача сигнала должны синхронизироваться, используя один и тот же код. В своё время Ламар и Антейл предлагали синхронизировать передачу с помощью механических часов на обоих концах системы, но в современной системе GPS используются специальные корреляторы. Корреляторы, по существу, и связывают теорию Ламар о передаче в расширенном спектре с современной технологией глобального позиционирования. Как? Коррелятор - это алгоритм, который автоматически синхронизирует процесс расшифровки в GPS-приёмнике с процессом шифрования на спутнике. Во время настройки на спутники процесс синхронизации GPS-приёмника на множественные одновременные передачи с группы спутников корректирует небольшие относительные различия в синхронизации. Они связаны с расстоянием между спутниками и приёмником.
Способы синхронизации, предложенные Ламар, для современных систем не подходят. Используются более тонкие механизмы. Однако, как только синхронизация будет достигнута, придётся учитывать задержку, с которой сигнал от спутника доходит до GPS-приёмника. И эта задержка напрямую превращается в расстояние.