НАВИГАЦИЯ БЕЗ GPS ЗА РУБЕЖОМ (2024)
В статье рассматриваются проблемы использования за рубежом глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) GPS (США) и технологии, парирующие ее недостатки. Обсуждаются возможности применения сигналов космических аппаратов,
размещенных на низких околоземных орбитах, радионавигационной системы eLoran и подходов, не имеющих на сегодня аналогов.
Идентификаторы и классификаторы
Во второй половине 2023 г. в США прошла череда мероприятий, посвященных
празднованию 50-летия со дня получения разрешения на полномасштабную демонстрацию образца GPS. Одним из наиболее интересных событий было выступление
признанного «отца» GPS 88-летнего Брэдфорда Паркинсона (Bradford Parkinson)
в рамках проходившего в Стэнфордском университете 17-го ежегодного симпозиума, посвященного проблемам координатно-временного обеспечения (Positioning,
Navigation and Timing – PNT*) [1].
По его воспоминаниям, созданию системы предшествовали работы, проводившиеся ВВС США и завершившиеся в 1966 г., в ходе которых был рассмотрен широкий набор способов навигации с использованием космических аппаратов (КА). При этом при реализации была выбрана наиболее сложная из имевшихся 12 альтернатив. Продвижению в жизнь этой идеи способствовали многие талантливые инженеры, и Паркинсон во время своего выступления отдал должное значительному числу из них, в том числе Малколму Карри (Malcolm Currie), которого он назвал «крестным отцом» GPS.
Список литературы
- Knight, R., Stanford PNT Symposium Marks 50 Years of GPS, Covers Various Emerging Topics, Inside GNSS, November 20, 2023, URL: https://insidegnss.com/stanford-pnt-symposium-marks-50-years-ofgps-covers-various-emerging-topics/.
- Last, D., The Navigation of Navigation, IAIN World Congress, Proceedings Non-IEEE Full Papers, 2015, pp. 8–13.
- At ENC 2014: A GNSS Wake Up Call for Europe, Inside GNSS, 2014, April 16, URL: https://insidegnss.com/at-enc-2014-a-gnss-wake-up-call-for-europe/.
- New GPS ‘circle spoofing’ moves ship locations thousands of miles, GPS World, 2020, May 26, URL:https://rntfnd.org/2020/05/26/new-gps-circle-spoofing-moves-ship-locations-thousands-of-miles-gpsworld/.
- Harris, M., Ghost ships, crop circles, and soft gold: A GPS mystery in Shanghai, MIT Technology Review, 2019, November 15.
- Beyond GPS: 5 Next-Generation Technologies for Positioning, Navigation & Timing (PNT), DARPA, 7/24/2014, URL: www.darpa.mil/news-events/2014-07-24.
- Ward, N., Bransby, M., Requirements for Resilient PNT, Proceedings of the 2015 International Technical Meeting of The Institute of Navigation, Dana Point, California, January 2015, pp. 234–238, URL:https://www.ion.org/publications/abstract.cfm?articleID=12621.
- Orolia fortifies resilient PNT with Satelles satellite time and location signal, GPS World, 2016, December 15, URL: http://gpsworld.com/orolia-fortifies-resilient-pnt-with-satelles-satellite-time-and-location-signal.
- Scientists create their own GPS by spying on internet satellites, PM ETBYADAM MANN, 2021,
27 Sep., URL: science.org/content/article/scientists-create-their-own-gps-spying-internet-satellites . Perspectives of PNT Services Supported by Mega-Constellations Francis Soualle. Airbus Defence and Space – Germany, International Technical Symposium on Navigation and Timing (ITSNT), Toulouse, 14th November 2018, ENAC, URL:https://itsnt.recherche.enac.fr/application/files/2315/4385/5515/
IG14_Soualle-_Perspectives_of_PNT_Services_Supported_by_Mega-Constellations_F_Soualle_Airbus_Final_2.pdf. - Европейское космическое агентство ищет финансирование для программ навигационных технологий // Вестник ГЛОНАСС. 24 Ноября 2022. URL: http://vestnik-glonass.ru/news/intro/evropeyskoe-kosmicheskoe-agentstvo-ishchet-finansirovanie-dlya-programm-navigatsionnykhtekhnologiy/.
- Европейские планы по созданию низкоорбитальных навигационных спутников // Вестник ГЛОНАСС. 1 Ноября 2022. URL: http://vestnik-glonass.ru/news/intro/evropeyskie-plany-po-sozdaniyunizkoorbitalnykh-navigatsionnykh-sputnikov/.
- FT: Великобритания может создать систему спутниковой навигации на платформе OneWeb ТАСС. Новости ВПК. 22.06.2020. URL:https://vpk.name/news/412705_ft_velikobritaniya_mozhet_
sozdat_sistemu_sputnikovoi_navigacii_na_platforme_oneweb.html. - Великобритания может создать систему спутниковой навигации с помощью OneWeb. ТАСС. 04 мая 2021. URL: https://news.rambler.ru/tech/46352531-telegraph-velikobritaniya-mozhet-sozdatsistemu-sputnikovoy-navigatsii-s-pomoschyu-oneweb.
- Meng, Y. et all., A Global Navigation Augmentation System Based on LEO Communication Constellation, European Navigation Conference (ENC), Gothenburg, Sweden, 2018, pp. 65–71, doi: 10.1109/ EURONAV.2018.8433242.
- https://www.orolia.com/ws-dev/wp-content/uploads/2021/07/STL-infographic_0-1.pdf.
- Новый альянс намерен продвигать резервные навигационные системы // Вестник ГЛОНАСС. 8 Декабря 2020. URL: vestnik-glonass.ru/news/corp/novyy-alyans-nameren-prodvigat-rezervnyenavigatsionnye-sistemy/.
- DARPA Plans to Put PNT in LEO, Inside GNSS, 2021, May 25, RL:https://insidegnss.com/darpaplans-to-put-pnt-in-leo/.
- https://defence.nridigital.com/global_defence_technology_jul20/blackjack-darpa-satellites.
- https://breakingdefense.com/2019/08/army-seeks-small-satellites-to-support-ground-troops/.
- https://rntfnd.org/2022/02/09/gps-independent-navigation-at-the-core-of-space-development-agencys-new-leo-constellation-navigation-outlook/.
- Rainbow, J., Xona Space Systems fully funds GPS-alternative demo mission, Space News, September 22, 2021, URL: spacenews.com/xona-space-systems-fully-funds-gps-alternative-demo-mission/.
- Knight, R., NovAtel Receivers to Support New Xona Commercial LEO Constellation, Inside
GNSS, May 31, 2022, URL: https://insidegnss.com/novatel-receivers-to-support-new-xona-commercial-leo-constellation/. - Когнитивная оппортунистическая навигация включается в войну с Маском // Вестник ГЛОНАСС. 24 Октября 2022. URL: http://vestnik-glonass.ru/news/corp/kognitivnaya-opportunisticheskayanavigatsiya-vklyuchaetsya-v-voynu-s-maskom.
- Divis, D.A., Space Development Agency Plans to Create an Alternative GPS Constellation, Inside GNSS, June 24, 2019, URL: https://insidegnss.com/space-development-agency-plans-to-create-an-alternative-gps-constellation.
- Ривкин Б.С. Европейская конференция по навигации ENC-GNSS 2014 // Гироскопия и навигация. 2014. № 2. С. 151–160.
- eLoran Time – Results fm 2016 Tests & Demos, Resilient Navigation and Timing Foundation, Jan 25, 2017, URL: http://rntfnd.org/2017/01/25/eloran-time-results-fm-2016-tests-demos.
- Congressmen Oppose NDGPS Plan Pending “Resilient PNT Architecture”, Resilient Navigation and Timing Foundation, Mar 30, 2016, URL: http://rntfnd.org/2016/03/30/congressmen-oppose-ndgps-plan-pending-resilient-pnt-architecture.
- House Passes Bill Requiring eLoran to Safeguard GPS, Resilient Navigation and Timing Foundation, Jul. 24, 2017, URL: https://rntfnd.org/2017/07/24/house-passes-bill-requiring-eloran-to-safeguard-gps/.
- https://rntfnd.org/2023/06/09/saudi-arabia-upgrading-to-eloran/.
- Lebekwe, C.K., Zungeru, A.M., and Astin, I., Meteorological Influence on eLoran Accuracy, IEEE
Access, 2021, vol. 9, pp. 167162–167172, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3135707. - Ривкин Б.С. Аналитический обзор состояния исследований и разработок в области навигации за рубежом. Вып. 1. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2017.
- eDLoran: The Next-Gen Loran, GPS World, June 28, 2014. URL: https://www.gpsworld.com/edloranthe-next-gen-loran/.
- https://rntfnd.org/wp-content/uploads/2018/04/ENC2013_JiwonSeo_revised.pdf.
- Son, P.-W., Rhee J.R., and Seo J., Novel multichain-based Loran positioning algorithm for resilient navigation, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2007, vol. 43, no.2, pp. 628–644.
- Son, P.-W., Rhee, J.H., Han, Y., Seo, K., and Seo, J., Preliminary study of multichain-based Loran positioning accuracy for a dynamic user in South Korea, IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium (PLANS), Monterey, CA, USA, 2018, pp. 1034–1038, doi: 10.1109/PLANS.2018.8373482.
- Goward, D., South Korea partners with broadcaster on eLoran and 10-cm GPS, GPS World, November 23, 2020, URL: https://www.gpsworld.com/south-korea-partners-with-broadcaster-on-eloran-and-10-cm-gps/.
- Goward, D., China expanding Loran as GNSS backup, GPS World, October 12, 2020, URL: https://www.gpsworld.com/china-expanding-loran-as-gnss-backup/.
- Goward, D., $15M for GPS backup demo part of Congress’ march to terrestrial PNT, GPS World, January 16, 2019, URL: https://www.gpsworld.com/15m-for-gps-backup-demo-part-of-congress-march-toterrestrial-pnt/.
- Goward, D., GPS to get terrestrial backup system, GPS World, December 5, 2018, URL: https://www.gpsworld.com/gps-to-get-terrestrial-backup-system/.
- 11 Firms Chosen to Demonstrate GPS Backup Technologies, Inside GNSS, Nov 9, 2019, URL: https://rntfnd.org/2019/11/09/11-firms-chosen-to-demonstrate-gps-backup-technologies-inside-gnss.
- Goward, D., GPS backup demonstration projects explained, GPS World, January 9, 2020, URL: https://www.gpsworld.com/gps-backup-demonstration-projects-explained/.
- DOT Report on Backup PNT Technologies Finds NextNav Performs Best, Calls for Synthesis and Synergy, Inside GNSS, January 22, 2021, URL: https://insidegnss.com/dot-report-on-backup-pnt-technologies-finds-nextnav-performs-best-calls-for-synthesis-and-synergy/.
- ВВС США рассматривают возможность использования магнитных полей для навигации вместо GPS // Вестник ГЛОНАСС, 19 Июня 2020. URL: vestnik-glonass.ru/news/tech/vvs-ssha-rassmatrivayut-vozmozhnost-ispolzovaniya-magnitnykh-poley-dlya-navigatsii-vmesto-gps/.
- Six Companies to Demonstrate Alternative PNT to European Union, Inside GNSS, October 19, 2021, URL: https://insidegnss.com/six-companies-to-demonstrate-alternative-pnt-to-european-union/.
- Великобритания попытается исследовать альтернативные навигационные технологии //
Вестник ГЛОНАСС. 30 Сентября 2021. URL: http://vestnik-glonass.ru/news/tech/velikobritaniya-popytaetsya-issledovat-alternativnye-navigatsionnye-tekhnologii/. - Намечается конкуренция спутниковой и наземной навигационных систем // Вестник ГЛОНАСС. 24 Июня 2020. URL: vestnik-glonass.ru/news/tech/namechaetsya-konkurentsiya-sputnikovoy-i-nazemnoy-navigatsionnykh-sistem/.
- https://www.army-technology.com/features/quantum-sensing-atoms-military/?cf-view.
- Исследования альтернативной навигации для высоких широт на мюонах // Вестник ГЛОНАСС. 10 Декабря 2021. URL: vestnik-glonass.ru/news/tech/issledovaniya-alternativnoy-navigatsii-dlya-vysokikh-shirot-na-myuonakh/.
- Grundhöfer, L., Rizzi, F.G., Gewies, S., Hoppe, M., Bäckstedt, J., Dziewicki, M., and Del Galdo, G., Positioning with medium frequency R-Mode, Navigation, 2021, 68(4), 829–841, doi: https://doi.org/10.1002/navi.450.
- Rizzi, F.G., Master Degree Thesis Phase Locked Loop for R-Mode navigation system, URL: webthesis.biblio.polito.it/14408/1/tesi.pdf.
- Kramer, D., DARPA looks beyond GPS for positioning, navigating, and timing, Physics Today, 2014, 67 (10): 23–26, https://doi.org/10.1063/PT.3.2543.
- Keller, J., Three Join DARPA ASPN Navigation Sensor-fusion Program to Reduce U.S.Need for GPS, Military&Aerospace Electronics, February 2013.
- Keller, J., Three companies set sights on precision navigation that works independently of GPS, Military+Aerospace Electronics, Sept. 25, 2015, URL: www.militaryaerospace.com/articles/2015/09/navigation-without-gps.html.
- Lee, J.K., Grejner-Brzezinska, D., Toth, Ch., Network-based Collaborative Navigation in GPS-Denied Environment, Journal of Navigation, 2012, 65, no. 3, pp. 445–457, doi: 10.1017/S0373463312000069.
- Navigation via Signals of Opportunity (NAVSOP), URL:www.baesystems.com/en/product/navigation-via-signals-of-opportunity-navsop.
- NextNav Tests Alternative PNT Solution, Achieves Accurate 3D Position with LTE and 5G Signals, Inside GNSS, July 25, 2023, URL: https://insidegnss.com/nextnav-tests-alternative-pnt-solutionachieves-accurate-3d-position-with-lte-and-5g-signals/.
- Luccio, M., Centimeters and picoseconds without satellites or atomic clocks, April 4, 2023, URL:https://www.gpsworld.com/centimeters-and-picoseconds-without-satellites-or-atomic-clocks/.
- Пешехонов В.Г. Высокоточная навигация без использования информации глобальных навигационных систем // Гироскопия и навигация 2022. Том 30. №1. С.3–11. DOI 10.17285/0869-7035.0084.
- Шмидт Дж.Т. Эксплуатация навигационных систем на основе GPS в сложных условиях окружающей среды // Гироскопия и навигация. 2019. Том 27. №1. С. 3–21. DOI 10.17285/0869-7035.2019.27.1.003-021.
- Степанов А.П. Достижения ядерной физики в свете решения задачи определения местоположения подвижного объекта с помощью релятивистских частиц // Навигация и гидрография. 2023. №72. С. 24–57.
- Seo, K., Park, S.H, Fang, T.H., and Lee, S.H., Analysis of Positioning Performance to Meet HEA
Requirement in eLoran Testbed, International Association of Institute of Navigation (IAIN), 2018.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В статье представлен краткий обзор истории развития современных научных периодических изданий, посвященных вопросам теории, разработки и применения навигационных приборов морского назначения, а также их анализ.
Описываются пять ведущих мировых журналов, специализирующихся в этой научной области. Рассмотрена тематика их публикаций и приведены рейтинги по данным базы Scopus. В базе данных Российского индекса научного цитирования по ключевым
словам найдены десять периодических изданий, в которых публикуется наибольшее количество статей по навигационному приборостроению в России. Перечислены некоторые особенности этих журналов и предложены пути их дальнейшего развития.
В статье представлены результаты экспериментального исследования применения модифицированной искусственной нейронной сети MFNN (Minimum Fuel Neural Network). При этом задействуется метод разреженного представления комплексных данных с использованием избыточного базиса с оптимизацией за счет норм L0 /L1 вместо классического алгоритма на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ).
Продемонстрировано существенное улучшение способности систем распознавания препятствий и автономного управления железнодорожным транспортом различать близкорасположенные другу к другу объекты, такие как составы на соседних путях сортировочных станций.
В статье рассматривается алгоритм обнаружения дипольного сигнала на фоне помех при произвольном движении носителя магнитометра. Построенная математическая модель диполя в виде разложения в ряд из шести базисных функций позволяет с одного факта обнаружения диполя произвести как обнаружение, так и оценку местоположения источника. Приведены результаты полунатурного моделирования.
Модель погрешностей звездного датчика ориентации представлена в виде разложения на флуктуационную и систематическую составляющие. Флуктуационная погрешность возникает при вычислении координат яркостного центра цифрового изображения
звезды и обусловлена дискретной структурой сигнала в матричном фотоприемнике. Если наблюдение звезд выполняется через атмосферу, у флуктуационной погрешности появляется дополнительная внешняя компонента, связанная с «дрожанием» изображений
звезд из-за атмосферной турбулентности. Систематическая погрешность возникает из-за погрешностей калибровки элементов внутреннего ориентирования цифровой камеры. Для всех составляющих погрешности ориентации получены линеаризованные аналитические выражения и ковариационные матрицы, зависящие от конфигурации наблюдаемого созвездия. Модель погрешностей легко переписывается в форме уравнения наблюдения за погрешностями оценки элементов внутреннего ориентирования камеры в сильносвязанной комплексированной астронавигационной системе. Приведены результаты экспериментальной проверки разработанной модели погрешностей. Численные значения погрешностей, полученные в эксперименте, наглядно показывают, что элементы внутреннего ориентирования цифровой камеры звездного датчика
необходимо регулярно калибровать в процессе эксплуатации.
В работе предложен алгоритм определения в полете угла крена быстровращающегося вокруг продольной оси летательного аппарата с использованием данных триады микромеханических датчиков угловой скорости при движении на неуправляемом
участке траектории. Угол крена оценивается при помощи фазового детектора путем демодуляции сигналов поперечных датчиков угловой скорости с последующей обработкой, которая выполняется методом наименьших квадратов.
В статье исследуются взаимосвязь, отличия и особенности алгоритмов обработки результатов морской скалярной гравиметрической съемки, синтезируемых в рамках калмановского и винеровского подходов. Анализируются их достоинства и недостатки при решении задач фильтрации и сглаживания. Приводятся и сопоставляются результаты, полученные с использованием различных рекуррентных фильтров путем моделирования
и при обработке реальных данных. Обсуждаются проблемы состоятельности фильтров и возможности построения их адаптивных вариантов, предполагающих в том числе идентификацию моделей сигналов и помех.
На примере навигации прослеживается выдающаяся роль Российской академии наук в становлении и развитии науки в стране.
Издательство
- Издательство
- ЭЛЕКТРОПРИБОР
- Регион
- Россия, Санкт-Петербург
- Почтовый адрес
- 197046, Санкт -Петербург, ул. Малая Посадская, 30
- Юр. адрес
- 197046, Санкт -Петербург, ул. Малая Посадская, 30
- ФИО
- СОКОЛОВ АЛЕКСАНДР ВЯЧЕСЛАВОВИЧ (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- office@eprib.ru
- Контактный телефон
- +8 (122) 3259158