Технология дифференциального спутникового позиционирования
На сегодняшний день точность определения местоположения с помощью спутниковых технологий составляет порядка 2-5 метров в зависимости от класса приемника, а также из-за множества внешних факторов, влияющих на спутниковый сигнал. Такой точности вполне хватает для решения повседневных «бытовых» задач (навигация автомобиля, ориентирование на местности и т.д.), однако абсолютно неприемлема для пользователей, чье качество работы напрямую связано с точностью (геодезисты, пользователи систем управления строительной техники и т.д). Поэтому, для того, чтобы уменьшить величину погрешности, необходимо дать спутниковому приемнику некую корректирующую поправку. Это возможно сделать несколькими способами:
- Посредством радио или GPRS связи передавать поправки от мобильной или стационарно-закрепленной спутниковой базовой станции (так называемая технология RTK);
- Корректировать непосредственно сигнал от орбитальных спутников (дифференциальный сигнал поправки).
Первый способ дает самую высокую точность (порядка нескольких сантиметров), однако из-за необходимости приобретения дорогостоящего оборудования требует крупных первоначальных вложений. Также из-за технологических особенностей имеет ограниченный радиус действия, а также не всегда стабильную зону покрытия.
Второй способ заключается в том, что пользователь получает корректировку своего положения благодаря сигналам, получаемым от геостационарных спутников, которые, в отличие от спутников GPS+ГЛОНАСС, находятся в неподвижном относительно Земли состоянии. Благодаря этому возможно скорректировать ошибку, получаемую вследствие влияния атмосферы на искажение сигнала, несоответствием расчетной орбиты спутника и фактической, а также уменьшить неточность определения времени. Общий принцип работы очень похож на работу спутниковых навигационных систем. Также есть некая группировка спутников, сеть наземных базовых станций и контрольный пункт управления. Благодаря наземному сегменту рассчитывается погрешность спутниковых сигналов, исходящих от орбитальных спутников GPS/ГЛОНАСС. Эта информация поступает и обрабатывается в контрольном центре, откуда уже загружается на геостационарные спутники, которые и вещают поправку на свою зону действия.
Дифференциальные сервисы условно можно разделить на бесплатные и платные (требуется оформление подписки).
Сегодня существует 3 системы, которые транслируют поправки в свободном доступе. К сожалению, лишь одна из них, EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Services) покрывает территорию Российской Федерации, и то, лишь её европейскую часть. Это связано прежде всего с большой удаленностью наземных станций слежения от границ России. Точность, получаемая в результате такой поправки, составляет в среднем несколько метров.
Гораздо лучше дело обстоит с дифференциальными сервисами, работающими на основе подписки. Наиболее популярным из них является сервис OmniSTAR. Отличительной особенностью сервиса является отсутствие прямой зависимости между расстоянием до базовой станцией и точностью. Это возможно благодаря применению широкодиапазонного метода, благодаря которому пользователь получает поправки одновременно от всех базовых станций, однако корректировка оптимизируется под конкретное месторасположение.
OmniSTAR предлагает несколько уровней точности:
1. OmniSTAR VBS
зона покрытия OmniSTAR VBS (взято с сайта оmnistar.com)
Применение этой технологии позволяет получить субметровую точность в плане и по высоте. Пользователь получает заданную поправку сразу после включения приемника, без ожидания «набора точности».
2. OmniSTAR XP
зона покрытия OmniSTAR XP (взято с сайта оmnistar.com)
Покрывает всю территорию РФ и гарантирует точность порядка 20 см. Однако заявленная точность достигается не сразу после включения приемника. Для получения привязки с ошибкой в 20 см должно пройти примерно 30 минут c момента включения приемника. Особенностью этого сервиса является то, что наземные станции базирования не задействованы, пользователь уточняет свое местоположение благодаря корректировке местоположения спутников GPS на орбите.
3. OmniSTAR HP
зона покрытия OmniSTAR HP (взято с сайта оmnistar.com)
Применение OmniSTAR HP позволяет определить местоположение с точностью порядка 10 см. Действует не на всей территории России. Также, как и в OmniSTAR XP точность прямо зависит от времени работы приемника.
Помимо точностных характеристик, OmniSTAR предлагает также различные варианты подписки в зависимости от величины охвата территории. Есть возможность приобрести подписку на зону до 100 км от указанной пользователем точки или же оформить региональную подписку, при которой это расстояние увеличивается до 500 км. Таким образом есть необходимые условия для решения конкретных задач потребителя.
Еще одной компанией, предоставляющий дифференциальный сервис является TerraStar. Поставляемая ими технология активно применяется пользователями, работающими в сфере строительства, картографирования, добыче полезных ископаемых и сельского хозяйства. Все спутники группировки TerraStar расположены равномерно вдоль экватора таким образом, что обеспечивают покрытие сигналом территорию всего земного шара.
Наземный сегмент системы составляет порядка 80 станций базирования. Максимально возможная точность достигается в пределах действия базовой станции и составляет порядка пяти сантиметров (TerraStar-M). Однако территория Российской Федерации покрыта лишь частично (о. Сахалин, Приморский край, Астраханская область и часть Северо-Западных областей), поэтому российским пользователям недоступны максимальные преимущества использования системы. Для нашей страны актуальным является сервис TerraStar-D, обеспечивающий точность менее чем в 10 см. Такой порядок точности вполне приемлем для решения множества задач, в том числе и для сельского хозяйства
Технология TerraStar-D основана на сборе спутниковых данных наземными базовыми станциями TerraStar. Затем, после их обработки (корректировка времени, спутниковых орбит) эти данные транслируются отдельно каждому спутнику GPS и ГЛОНАСС. Благодаря этому спутниковая составляющая ошибки сводится к минимуму.
