Информационно-аналитический центркоординатно-временного и навигационного обеспечения

Введение

Прежде чем мы посмотрим на историю глобальной навигационной спутниковой системы (англ. Global Navigation Satellite System, GNSS, ГНСС; далее как GNSS) или кинематики в реальном времени (RTK или Real Time Kinematic), мы должны рассмотреть исходную технологию, которая положила начало всему этому, известную как спутниковая навигация, ставшая в последствии одной из самых используемых и важных технологий во всем мире. Спутниковая навигационная система (A.K.A. satnav) — это своего рода технология, которая используется для определения местоположения автономных тел, находящихся на поверхности Земли. Для выполнения этой задачи технология спутниковой навигации использует несколько спутников (размещенных в космическом пространстве) для передачи сигнала через канал передатчика и приёмника. Эти сигналы могут использоваться для маркировки местоположения, отслеживания местоположения и многих других целей.

Это базовый обзор системы спутниковой навигации в том виде, в каком мы её знаем, но сегодня мы делаем еще один шаг вперед, чтобы обсудить усовершенствованную систему спутниковой навигации, известную как GNSS. Любая спутниковая навигационная система с возможностью глобального охвата называется глобальной навигационной спутниковой системой или GNSS. Но это ещё не всё. У GNSS есть секретное оружие …

Одна из технологий, на которую часто полагается GNSS, — это кинематика в реальном времени или RTK. Кинематика в реальном времени — это метод глобального спутникового позиционирования, который помогает GNSS повысить достоверность и точность целевых данных. Что касается позиционирования, определения местоположения и максимальной точности, сочетание GNSS с RTK повышает уровень точности, не похожий ни на что другое. RTK усиливает фазовый сигнал, которым обмениваются передатчик и приёмник, обеспечивая, тем самым, точность сантиметрового уровня и корректировку сигнала в реальном времени.

Структура навигационных радиосигналов системы GPS

В системе GPS используется кодовое разделение сигналов (СDMA), поэтому все спутники излучают сигналы с одинаковой частотой. Каждый спутник системы GPS излучает два фазоманипулированных сигнала. Частота первого сигнала составляет L1 = 1575,42 МГц, а второго – L2 = 1227,6 МГц. Сигнал несущей частоты L1 модулируется двумя двоичными последовательностями, каждая из которых образована путём суммирования по модулю 2 дальномерного кода и передаваемых системных и навигационных данных, формируемых со скоростью 50 бит/с. На частоте L1 передаются две квадратурные компоненты, бифазно манипулированные двоичными последовательностями. Первая последовательность является суммой по модулю 2 точного дальномерного кода Р или засекреченного кода Y и навигационных данных. Вторая последовательность также является суммой по модулю 2 грубого С/A (открытого) кода и той же последовательности навигационных данных.

Радиосигнал на частоте L2 бифазно манипулирован только одной из двух ранее рассмотренных последовательностей. Выбор модулирующей последовательности осуществляется по команде с Земли.

Каждый спутник использует свойственные только ему дальномерные коды С/A и Р(Y), что и позволяет разделять спутниковые сигналы. В процессе формирования точного дальномерного Р(Y) кода одновременно формируются метки времени спутникового сигнала.

Критерии выбора

Перед тем, как купить спутниковый телефон, стоит определиться с оператором, услугами которого удобнее пользоваться абоненту.

Важнейшую роль отыгрывает зона непосредственного покрытия системы персональной спутниковой связи. Каждая из доступных на рынке систем работает независимо на определенных спутниках, которые не связаны между собой. При этом голосовая связь и привычная передача данных доступны во всех предложениях, а факсимилярная связь – только в Инмарсат и ГлобалСтар.

Во всех остальных случаях критерии, на основании которых стоит выбирать качественный девайс, мало отличаются о тех, которыми руководствуются при поиске любого другого телефона. Среди них основополагающими являются:

• длительность работы в режиме ожидания;
• время функционирования в режиме разговора;
• цена на устройство;
• наличие дополнительного функционала;
• возможность установки полезных приложений;
• рекомендуемые условия для нормальной эксплуатации;
• внешний вид телефона и его эргономичность;
• отзывы покупателей и пр.

Сетевая радионавигационная спутниковая система (СРНСС) Глонасс

Система Глонасс предназначена для глобальной оперативной навигации приземных подвижных объектов. СРНСС разработана по заказу Министерства Обороны. По своей структуре Глонасс так же, как и GPS, считается системой двойного действия, то есть может использоваться как в военных, так и в гражданских целях.

Система в целом включает в себя три функциональные части (в профессиональной литературе эти части называются сегментами) (рис. 1).

Рисунок 1. Сегменты высокоорбитальных навигационных систем Глонасс и GPS

• космический сегмент, в который входит орбитальная группировка искусственных спутников Земли (иными словами, навигационных космических аппаратов);
• сегмент управления, наземный комплекс управления (НКУ) орбитальной группировкой космических аппаратов;
• аппаратура пользователей системы.

Из этих трёх частей последняя, аппаратура пользователей, самая многочисленная. Система Глонасс является беззапросной, поэтому количество потребителей системы не имеет значения. Помимо основной функции – навигационных определений, – система позволяет производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов частоты и времени на удалённых наземных объектах и взаимную геодезическую привязку. Кроме того, с её помощью можно производить определение ориентации объекта на основе измерений, производимых от четырёх приёмников сигналов навигационных спутников.

В системе Глонасс в качестве радионавигационной опорной станции используются навигационные космические аппараты (НКА), вращающиеся по круговой геостационарной орбите на высоте ~ 19100 км (рис. 2). Период обращения спутника вокруг Земли равен, в среднем, 11 часов 45 минут. Время эксплуатации спутника — 5 лет, за это время параметры его орбиты не должны отличаться от номинальных значений больше чем на 5%. Сам спутник представляет собой герметический контейнер диаметром 1,35 м и длиной 7,84 м, внутри которого размещается различного рода аппаратура. Питание всех систем производится от солнечных батарей. Общая масса спутника – 1415 кг. В состав бортовой аппаратуры входят: бортовой навигационный передатчик, хронизатор (часы), бортовой управляющий комплекс, система ориентации и стабилизации и так далее.

Рисунок 2. Космический сегмент систем ГЛОНАСС и GPS

Рисунок 3. Сегмент наземного комплекса управления системы Глонасс

Рисунок 4. Сегмент наземного комплекса управления системы GPS

Сегмент наземного комплекса управления системы ГЛОНАСС выполняет следующие функции:

• эфемеридное и частотно-временное обеспечение;
• мониторинг радионавигационного поля;
• радиотелеметрический мониторинг НКА;
• командное и программное радиоуправление НКА.

Для синхронизации шкал времени различных спутников с необходимой точностью на борту НКА используются цезиевые стандарты частоты с относительной нестабильностью порядка 10-13. На наземном комплексе управления используется водородный стандарт с относительной нестабильностью 10-14. Кроме того, в состав НКУ входят средства коррекции шкал времени спутников относительно эталонной шкалы с погрешность 3–5 нс.

Наземный сегмент обеспечивает эфемеридное обеспечение спутников. Это означает, что на земле определяются параметры движения спутников и прогнозируются значения этих параметров на заранее определённый промежуток времени. Параметры и их прогноз закладываются в навигационное сообщение, передаваемое спутником наряду с передачей навигационного сигнала. Сюда же входят частотно-временные поправки бортовой шкалы времени спутника относительно системного времени. Измерение и прогноз параметров движения НКА производятся в Баллистическом центре системы по результатам траекторных измерений дальности до спутника и его радиальной скорости.

Обзор спутниковых систем навигации

Исторические системы

• Transit — первая в мире спутниковая навигационная система, США, 1960-е — 1996
• Циклон — первая спутниковая система навигации в СССР
• Цикада — низкоорбитальная «космическая навигационная система»* (КНС) — гражданский вариант морской спутниковой навигационной системы «Циклон», аналог Transit — 1976 — 1997 гг.
• Парус — низкоорбитальная КНС (именно с таким названием была принята на вооружение в 1976 г.) — серия российских (советских) навигационных спутников военного назначения.

Действующие спутниковые системы

• GPS — принадлежит министерству обороны США. Этот факт, по мнению некоторых государств, является её главным недостатком. Устройства, поддерживающие навигацию по GPS, являются самыми распространёнными в мире. Также известна под более ранним названием NAVSTAR.
• ГЛОНАСС — принадлежит министерству обороны РФ. Разработка системы официально началась в 1976 г., полное развёртывание системы завершилось в 1995 г. После 1996 года спутниковая группировка сокращалась и к 2002 году пришла в упадок. Была восстановлена к концу 2011 г. В настоящее время на орбите находится 27 спутников, из которых 22 используется по назначению. К 2025 году предполагается глубокая модернизация системы.
• DORIS — французская навигационная система. Принцип работы системы связан с применением эффекта Допплера. В отличие от других спутниковых навигационных систем основана на системе стационарных наземных передатчиков, приёмники расположены на спутниках. После определения точного положения спутника система может установить точные координаты и высоту маяка на поверхности Земли. Первоначально предназначалась для наблюдения за океанами и дрейфом материков.

Строящиеся глобальные спутниковые системы

• BeiDou (см. также Compass) — развёртываемая Китаем местная спутниковая система навигации, основанная на геостационарных спутниках. По состоянию на 2015 год система имела 14 работающих спутников: 5 на геостационарных орбитах, 5 — на геосинхронных и 4 — на средних околоземных. Реализация программы началась в 2000 году. Первый спутник вышел на орбиту в г. В мае 2016 года был запущен 21-й космический аппарат. Предполагается, что к 2020 году, когда количество спутников будет увеличено до 35, система «Бэйдоу» сможет работать как глобальная.
• Galileo — европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. По состоянию на ноябрь 2016 года на орбите находится 16 спутников, 9 действующих и 7 тестируемых. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году.

Действующие региональные спутниковые системы

• IRNSS — индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в Индии. Первый спутник был запущен в 2008 году. Общее количество спутников системы IRNSS — 7.
• QZSS — японская квази-зенитная спутниковая система (Quasi-Zenith Satellite System, QZSS) была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. Первый QZSS-спутник был запущен в 2010 г. Предполагается создание группировки из трёх спутников, находящихся на геосинхронных орбитах, а также собственной системы дифференциальной коррекции.

О системе GPS

Орбитальная группировка

Дифференциальное измерение

Основная статья: Системы дифференциальной коррекции

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т. н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет погрешность, равную 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются.

Кроме того, есть несколько систем, которые посылают потребителю уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до 10 сантиметров. Дифференциальная поправка пересылается либо с геостационарных спутников, либо с наземных базовых станций, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.

На 2009 год имелись следующие бесплатные системы предоставления поправок: американская система WAAS (GPS), европейская система EGNOS (Galileo), японская система MSAS (QZSS). Они основаны на нескольких передающих поправки геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).

Создание системы коррекции для ГЛОНАСС под названием СДКМ завершено к 2016.

Орбитальная группировка

Устройство инерциальной системы

Основа работы ИНС заключается в измерении ускорений летательного аппарата и его угловых скоростей относительно трех осей самолета для того, чтобы исходя из этих данных определить местоположение самолета, его скорость, курс и другие параметры. По результатам анализа объект стабилизируется, и может использоваться автоматическое управление.

Лазерный гироскоп

Для сбора информации о полете в состав ИНС включаются акселерометры, считывающие линейное ускорение, и гироскопы, позволяющие определить углы наклона самолета относительно основных осей: тангаж, рысканье и крен. Точность полученной информации зависит от характеристик этих приборов. Анализом данных занимается компьютер, который затем по определенным навигационным алгоритмам корректирует движение объекта.

ИНС делятся на платформенные и бесплатформенные. Основой для платформенных ИНС служит гиростабилизированная платформа. В бесплатформенных системах акселерометры и гироскопы жестко связаны с корпусом прибора. Функции платформы моделируются математически вычислительной системой. Бесплатформенные системы выгодно отличаются меньшим весом и габаритами, а также возможностью работать при значительных перегрузках.

Преимущества ИНС перед другими навигационными системами заключаются в их полной независимости от внешних источников данных, повышенной защите от помех, высокой информативности и возможности передавать информацию на большой скорости. Отсутствием какого-либо излучения при работе ИНС обеспечивается скрытность объекта, на котором она используется.

Недостатком ИНС можно назвать ошибки, которые накапливаются с течением времени в получаемой от приборов информации. Это могут быть как методические ошибки, так и ошибки, связанные с неверной начальной настройкой оборудования. Для их коррекции создаются интегрированные навигационные системы, где данные, получаемые ИНС, дополняются данными, поступающими от неавтономных систем, например спутниковой навигации. Еще одним относительным минусом ИНС является высокая стоимость входящего в их состав оборудования.
 

Актуальность спутниковой связи в современное время

Покрытие обычной мобильной связи охватывает далеко не все части планеты. Если в некоторых областях оно может работать нестабильно, то в иных зонах его функционирование ограничено совсем. Спутниковый телефон может стать как заменой привычного сотового, так и запасным вариантом, предусмотренным на случай экстренных ситуаций.

Фактически спутниковые технологии – единственные в своем роде, ведь могут охватить клиентов во всем мире без привязки к геолокации. Как средство связи спутниковый телефон востребован среди ряда профессионалов: моряков, военных, журналистов, спасателей, ученых, которые отправляются в продолжительные экспедиции, и прочих специалистов, нуждающихся в надежной и стабильной связи.

Спутниковые операторы в России

На территории Российской Федерации предоставлением услуги спутниковой телефонии занимается достаточное количество операторов. Самыми передовыми из них остаются несколько компаний.

Амтел-Связь

Востребованный оператор VSAT-связи, покрытие которого охватывает всю территорию страны, ряд государств СНГ. Кроме телефонии компания предоставляет целый пакет популярных услуг:

• спутниковый интернет;
• разработка и строительство сооружений связи;
• обслуживание корпоративных сетей;
• мобильный VSAT и пр.

Ай Пи Нет

Покрытие доступно практически во всех уголках страны. Среди услуг провайдера присутствуют:

• телефония;
• интернет;
• создание сетей по передаче данных;
• создание и обслуживание спутниковых сетей связи;
• поддержка частных виртуальных сетей и пр.

Стэк.Ком

Под покрытием оператора находится вся территория СНГ и РФ. Кроме необходимой спутниковой телефонии компания обеспечивает:

• широкополосной доступ к сети;
• передачу данных;
• защищенные VPN-сети;
• удаленное видеонаблюдение;
• конференцсвязь в формате видео и пр.

АльтегроСкай

Самый передовой и высокотехнологичный оператор, работающий в России и на территории Восточной Европы. Среди услуг стоит выделить:

• телефонию на базе VSAT;
• спутниковый интернет;
• выделение каналов связи;
• мобильную спутниковую связь;
• видеонаблюдение;
• аудио-конференцсвязь и пр.

Серьезными игроками остаются также Стриж и ГлобалТел. Первая компания предоставляет два вида пакетов безлимита минут: местный или международный. GlobalTel предусмотрел несколько пакетов с различной стоимостью и определенным лимитом предзаказанных минут для звонков по РФ.

Отдельно следует выделить сами системы спутниковой связи.

ГлобалСтар

Международная система, покрытие которой действует в пределах РФ и наиболее адаптировано к ее условиям. Диапазон воздействия не охватывает лишь полярные области, часть стран Африки, Азии и ее юго-востока. В рамках услуг предоставляется российский федеральный номер. Качество голосовой связи остается на высококачественном уровне благодаря работе 48-ми низкоорбитальных спутников, которая страхуется еще четырьмя запасными.

Турайя

Система «родом» из ОАЭ, работает на сигнале одного основного и одного резервного геостационарных спутников. Отменное качество связи наблюдается в зоне от центральных областей Анголы до юга Карелии, от восточных границ Монголии до Азорских островов.

Инмарсат

Одна из первых систем, изначально задуманная для обеспечения безопасности судоходства и моряков. Функционирует на базе трех геостационарных спутников. Покрытие не охватывает полярные зоны, участок над Тихим океаном. В России исправно работает благодаря станции сопряжения, построенной в 2020 году.

Навигационные радиосигналы

История спутниковых навигационных систем Низкоорбитные спутниковые навигационные системы (снс)

Проблема использования
для целей навигации подвижных ориентиров,
вынесенных в космическое пространство,
приобрела практическое решение после
запуска 4 октября 1957 года первого в мире
советского искусственного спутника
Земли (ИСЗ).

СНС
Transit («Транзит»)
начала разрабатываться уже в 1958 году в
США.В 1959 году на орбиту выведен первый
навигационный искусственный спутник
Земли, а в 1964 году вступила в эксплуатацию
система для обеспечения навигации
американских атомных ракетных подводных
лодок «Поларис». Для коммерческой
эксплуатации СНС «Transit» была предоставлена
в 1967 году, причем количество гражданских
пользователей вскоре существенно
превысило число военных. К концу 1975 года
на круговых околоземных орбитах (высотой
около 1000 км) находилось шесть навигационных
космических аппаратов (КА), и на основе
приема и выделения доплеровского сдвига
частоты передатчика одного из них
рассчитывались координаты наблюдателя.
Масса ИСЗ составляла 56 кг. Спутник
излучал сигнал на двух частотах – 150 и
400 МГц, среднеквадратическая погрешность
(СКП) определения места объекта на земной
поверхности составила 100 м. В 2000 году
система была выведена из эксплуатации.

СНС
«Цикада» –
эта российская система ведет свое
летосчисление с 1967 года, когда был
выведен на орбиту первый навигационный
спутник «Космос-192». Полностью система
введена в эксплуатацию в 1979 году в
составе четырех космических аппаратов,
выведенных на круговые орбиты высотой
1000 км, наклонением 83 градуса и равномерным
распределением плоскостей орбиты вдоль
экватора. Система позволяла наблюдателю
каждые 1,5-2 часа определять координаты
своего места при продолжительности
навигационного сеанса до 10 мин. С течением
времени в результате модернизации
системы СКП определения места объекта
достигла 80-100 м. «Цикада» также использовала
доплеровский сдвиг частоты сигнала
передатчика для определения координат
места. Позже космические аппараты этой
системы были дооснащены аппаратурой
для обнаружения терпящих бедствие
объектов, оборудованных радиобуями,
излучающими специальные сигналы. В
настоящее время «Цикада» имеет
ограниченное применение в навигации.
Для определения координат кораблей ВМФ
СССР использовалась низкоорбитная
спутниковая навигационная система
«Цикада-М», обладающая характеристиками,
близкими к системе «Цикада».

Таким образом, со
времен средневековых мореходов способ
определения координат объекта на
поверхности Земли принципиально не
изменился, а лишь значительно облегчился
благодаря широкому применению
вычислительных устройств и чувствительной
приемной аппаратуры. Для решения задачи
определения координат по величине
доплеровского сдвига частоты сигнала,
излучаемого ИСЗ, приемная аппаратура
рассчитывала скорость КА, находящегося
на высоте 1000 км. Кроме того, необходимо
было знать положение аппарата на орбите
(эту так называемую «эфемеридную
информацию» КА «сбрасывал» потребителю)
и иметь на КА и в приемной аппаратуре
высокостабильный генератор частоты.

Принципиально
измерять расстояния можно было бы
одновременно до двух ИСЗ или последовательно
во времени до одного и того же спутника.
На практике измерялась разность
расстояний до одного и того же ИСЗ через
20-секундные интервалы времени. Поэтому
в состав спутниковой навигационной
системы входил наземный комплекс
управления (со средствами измерения и
передачи на КА данных о его положении
на орбите – «эфемеридной информации»).

Система координат и шкала времени

Система координат и шкала времени

Инерциальная навигация — инерциальные навигационные системы (ИНС)

Инерциальная навигация –  это метод определения координат, скорости и угловой ориентации объекта на основе измерения и интегрирован/analitycs/ins/ия его ускорения. Основной особенностью инерциальной навигации (ИНС) является выдача навигационной информации автономно –  без привлечения внешних источников информации (сигналов со спутников или радиомаяков).

Совершенствование методов инерциальной навигации (ИНС) стало одним из условий, сделавших возможными беспосадочные авиаперелеты, полеты в космос, длительные походы подводных лодок. Инерциальная навигационная система (ИНС) –  это неотъемлемая часть системы управления самолета, вертолета, морского судна или ракеты.

Инерциальная навигация (ИНС) — компоненты

Составными частями любой инерциальной навигационной системы являются блок чувствительных элементов (акселерометров и гироскопов) и вычислитель, в котором реализуется навигационный алгоритм.

Точность выходной навигационной информации напрямую зависит от характеристик чувствительных элементов, входящих в состав системы, поэтому наиболее точное навигационное решение можно получить только в инерциальных системах, построенных на прецизионных гироскопах и акселерометрах.

Инерциальные навигационные системы – это дорогостоящие крупногабаритные сложные электромеханические системы.

Современные инерциальные навигационные системы

Современный уровень развития электроники позволил по-другому взглянуть на инерциальную навигацию, на смену аналоговым вычислителям пришли компактные цифровые устройства, повышается точность и уменьшаются габариты чувствительных элементов.

Современная инерциальная навигационная система – это уже не большой тяжелый ящик, –  достаточно высокие точности теперь доступны и при малых габаритах системы и чувствительных элементов.

В качестве чувствительных элементов инерциальной навигационной системы применяются миниатюрные гироскопы и акселерометры, выполненные по MEMS технологии.

Инерциальная навигация стала доступнее и сфера ее применения расширилась. Современные инерциальные системы находят свое применение в малой авиации, в робототехнике, в системах управления беспилотными летательными аппаратами.

Определение местоположения и расчет маршрута

Основным условием для расчета маршрута движения и ведения к цели, прежде всего, является определение собственного местоположения. Это осуществляется посредством глобальной системы позиционирования (GPS = Global Positioning System). При этом речь идет о 24 спутниках, которые на расстоянии прибл. 20200 км от Земли вращаются вокруг нее по шести орбитам. Орбиты расположены относительно друг друга под углом 60 градусов (6 х 60° = 360°).

На каждой орбите расположено по 4 спутника с одинаковым расстоянием друг от друга. Все спутники вращаются по своим орбитам под углом 55 градусов к экватору, и для полного оборота им требуется 12 часов. Благодаря шести различным орбитам и равномерному распределению всех спутников с любой обитаемой точки Земли обеспечивается видимость, по меньшей мере, 4 спутников. В большинстве случаев прием сигналов идет с большего количества спутников (максимум восьми). Все спутники через равные промежутки времени 50 раз в секунду на двух частотах передают сигналы идентификации, местоположения и времени. Для точного определения местоположения одновременно должны приниматься, по меньшей мере, 3 спутника. Определение местоположения основывается на разном времени распространения сигнала от отдельных спутников к приемнику. На основании этих сигналов может быть рассчитано местоположение. Вся система GPS основывается на точных сигналах времени и, тем самым, на точных часах.

Для использования в гражданских целях (системы GPS, которая первоначально использовалась только в военных целях) точность составляла сначала прибл. 100 м по горизонтальной оси, прибл. 150 м по вертикальной оси и прибл. 0,3 миллисекунды отклонения по времени. Сегодня (с 5/2000) и для применения в гражданских целях используются сигналы, которые обеспечивают точность ±10 м.

На основании данных о собственном местоположении и введенной водителем цели навигационный компьютер рассчитывает маршрут движения. При этом компьютер использует CD-ROM или все чаще DVD и жесткий диск, на котором в цифровой форме сохранены карты дорог и много дополнительной информации. Координаты местоположения преобразуются в положение на карте, а затем по векторам суммируются разные дороги, пока не будет достигнута необходимая цель поездки. Расчет выполняется за несколько секунд. После этого система может выдавать соответствующие рекомендации относительно направления движения для ведения до цели назначения.

Прием сигналов со спутников GP5 иногда может нарушаться в долинах, туннелях или из-за высоких зданий. Однако для обеспечения дальнейшей навигации система получает другие входные сигналы, такие как сигнал скорости/участка пути, а для изменения направления сигнал датчика угловой скорости рыскания автомобиля, который также называется гирометром, гироскопом или G-датчиком. При помощи таких сигналов и оцифрованных дорожных карт навигационный компьютер может продолжать определение местоположения и ведение до цели поездки. Это называется еще навигацией счислением пути или «dead reckoning» (dead reckoning = англ. приблизительный расчет, калькуляция). На основании этих входных сигналов с дорожными картами дополнительно сравниваются и корректируются возникающие неточности или незначительные отклонения от текущего местоположения.

Так называемое самонаведение по карте (Map-Matching: тар = англ. географическая карта; matching = англ. согласовывать, подгонять) наглядно представлено на рисунке а — с После первого грубого расчета местоположения системой GPS через несколько метров выполняется распознавание дороги, по которой в данное время движется автомобиль. При повороте, который фиксируется гирометром, может быть определено точное местоположение. На сегодняшний день благодаря постоянному взаимодействию и расчетам всех входных сигналов возможны точное определение местоположения и ведение по маршруту к цели назначения.

Еще немного прелюдии

Испытания систем, позволяющих подавить GPS-сигналы в помехах, уже проводились, и данная технология достаточно отработана для того, чтобы быть примененной на практике. В 2013 году, например, один из специалистов Техасского университета демонстрировал, как GPS-спуфинг может сбить с курса яхту с новейшим оборудованием. Ну а если вы считаете, что можете запустить нечто прямо в чье-то окно, то сегодня не стоит удивляться, если это нечто вдруг влетит прямо в то окно, из которого отдали приказ о его запуске.

Впрочем, двойное применение системы GPS было заложено еще в самом начале ее развития. Во времена войн США с Ираком официальный представитель министерства обороны США заявил, что американские военные способны подавлять сигналы GPS гражданского диапазона регионально, и от этой возможности отказываться не собираются, а подавление доступа к GPS в невоенном диапазоне в пределах «театра боевых действий» может существенно ослабить возможности вооруженных сил Ирака. Доступ гражданских пользователей во всем мире к высокоточным сигналам GPS, ранее доступным только военным и специальным правительственным службам США, открыл своим указом 1 мая 2000 года президент США Билл Клинтон. До этого момента гражданские сигналы GPS намеренно загрублялись, чтобы снизить точность определения координат (примерно в 5 раз). Гражданские сигналы системы GPS используют так называемый код C/A (coarse/acquisition). Военные используют т.н. «высокоточный» код p (precise code), который передается в более широкой полосе, чем гражданский. Это позволяет поставить гражданскому сигналу узкополосную помеху, тогда как военный будет продолжать функционировать. Постановщики помех могут быть размещены на возвышенных участках местности, на высоких антеннах или на борту специализированных самолетов.

Говорят, что локальное загрубление сигналов GPS уже имело место в ходе боевых действий в Афганистане, чтобы вооруженные приемниками GPS силы Талибана подольше блуждали по горам. А во время иракских событий целая флотилия рыбаков не один день блуждала по Индийскому океану в поисках дороги к дому, удивляясь на свои GPS-приемники. Южнокорейские рыболовные суда в последнее время все чаще раньше времени возвращаются в порт, когда у них пропадает GPS-сигнал. Ответственность возлагают на Северную Корею, которая, предположительно, глушит сигнал, но этого не признает. Сообщалось также, что в 2014 и 2015 годах аналогичная проблема прервала операции Береговой охраны США в двух портах, но компетентные лица не уточняли, в каких именно.

Как бы то ни было, вот вам и еще один вид электронного оружия, о котором давно знают военные, а теперь наслышаны и журналисты. А иногда в роли «оружия» выступает и сам абонентский приемник. Впрочем, сама система или помехи не всегда виноваты. – Однажды молодая девушка из канадской провинции Онтарио едва не погибла, доверившись указаниям GPS-навигатора, который ночью в дождь направил автомобиль к нужному пункту прямо через озеро. К счастью, погрузившись в озеро, девушка успела опустить стекло и выбраться наружу.