Заместитель генерального директора, заместитель генерального конструктора ОАО «Российские космические системы», профессор Ступак Г.Г., доктор технических наук 5-я Всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно- временное и навигационное обеспечение» (КВНО-2013) Институт прикладной астрономии РАН г. Санкт-Петербург, Развивающаяся система ГЛОНАСС и проблемные вопросы гарантированного координатно-временного и навигационного обеспечения Генеральный директор ОАО «Российские космические системы» профессор Райкунов Г.Г., доктор технических наук

Основная задача Программы выполнена. Система ГЛОНАСС получила мировое признание. Россия (наряду с США) обладает реальным стратегическим глобальным средством решения координатно-временных и навигационных задач в интересах всех категорий потребителей. «…К концу прошлого года мы сумели развернуть штатную орбитальную группировку: глобальная навигационная система состоялась... это большой, хороший результат. По сути, в мире это вторая такая глобальная система после американской GPS. За последние пять лет точность ГЛОНАСС улучшена на порядок – с 35 метров до 2,8 метров. У GPS пока чуть-чуть получше, но уже абсолютно сопоставимые параметры…» В.В. Путин, Заседание президиума Правительства Российской Федерации ФЦП «Глобальная навигационная система» 2

Роль и значимость ГЛОНАСС ГЛОНАСС - если не надолго, то НАВСЕГДА! Россия с развертыванием и широкомасштабным внедрением ГЛОНАСС обретает навигационную независимость, приобретает высокотехнологическое стратегическое средство экономического и политического влияния, при этом попадает в зависимость от ГЛОНАСС ГЛОНАСС объединил не только колоссальную кооперацию научных, производственных, испытательных, образовательных организаций и учреждений, но и миллионы – сотни миллионов потребителей в мире ГЛОНАСС - непрерывно развивающаяся система ГЛОНАСС – основа КВНО России ГЛОНАСС – достояние и гордость России

ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на годы» 4 Система ГЛОНАСС является навигационной системой двойного назначения, обеспечивает решение навигационных и координатно-временных задач в интересах как специальных, так и гражданских потребителей Поддержание системы ГЛОНАСС с гарантированными характеристиками навигационного поля на конкурентоспособном уровне Улучшение тактико-технических характеристик системы ГЛОНАСС с целью обеспечения ее паритета с зарубежными системами, лидирующих позиций Российской Федерации в области спутниковой навигации Обеспечение использования системы ГЛОНАСС как на территории Российской Федерации, так и за рубежом (Федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на годы» утверждена Постановлением Правительство Российской Федерации ) Федеральная целевая программа на период гг. является основой для поддержания, развития и эффективного использования системы ГЛОНАСС

Состав системы ГЛОНАСС 5 Наземный комплекс управления Орбитальная группировка навигационных космических аппаратов Космический комплекс ГЛОНАСС Средства фундаментального обеспечения системы ГЛОНАСС Комплекс аппаратуры потребителей навигационной и временной информации гражданского назначения Click to add Title Комплекс средств уточнения фундаментальных астрономических и геодезических параметров Click to add Title Комплекс средств определения и прогнозирования параметров вращения Земли Click to add Title Комплекс средств формирования UTC (SU) Система апостериорного высокоточного определения эфемерид и временных поправок Комплекс функциональных дополнений системы ГЛОНАСС Click to add Title Широкозонная система дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ) Click to add Title Комплекс средств обеспечения взаимодополняемости СДКМ с наземными радиотехническими средствами Click to add Title Региональные и локальные дифференциальные системы Глобальная навигационная система ГЛОНАСС Ракетно-космические комплексы – состав системы ГЛОНАСС до 2008 г.

Текущее состояние системы ГЛОНАСС 6 Обозначения: – КА «Глонасс-М», использующиеся по ЦН – КА «Глонасс-М», не используются по ЦН – КА «Глонасс-К» 11Л 1 плоскость 2 плоскость 3 плоскость Л – КА «Глонасс-М» орбитального резерва Всего в составе ОГ 29 КА - используются по ЦН …………......…… на техническом обслуживании (на исследовании) КА - 1 КА - 3 КА - 1 КА - орбитальный резерв (ОР ) …… по программе летных испытаний (ПЛИ)

Развитие спутниковых навигационных систем 7 Система ГЛОНАСС развивается непрерывно Пользователи Региональные навигационные спутниковые системы - IRNSS (Индия) - QZSS (Япония) - Compass (G) (КНР) - Compass (I) (КНР) Функциональные дополнения СДКМ (РФ) WAAS (США) EGNOS (ЕС) MSAS (Япония) GAGAN (Индия) Глобальные навигационные спутниковые системы - ГЛОНАСС (Российская Федерация) - GPS (США) - Galileo (ЕС) - Compass (M) (КНР)

Стратегия развития системы ГЛОНАСС 8 Основные задачи Доведение характеристик ГЛОНАСС до конкурентоспособ- ного уровня и обеспечение их стабильности Дальнейшее улучшение характеристик ГЛОНАСС, развитие ее орбитальной группировки, расширение областей применения Сертификация системы ГЛОНАСС Развитие функциональных дополнений Развитие средств фундаментального обеспечения Обеспечение совместимости и взаимодополняемости ГНСС Создание опережающего научно-технического задела для развития ГЛОНАСС Расширение функциональных возможностей ГЛОНАСС (навигация, связи, ДЗЗ), использование «интеллектуаль- ного» ресурса орбитального построения Разработка технологий и средств навигации для освоения дальнего космоса (Луны,...) Разработка новых принципов построения систем навигации Развитие космического сегмента системы ГЛОНАСС КА «Глонасс-КМ» КА «Глонасс-К» КА «Глонасс-М»

Уязвимость ГНСС 9 Уязвимость ГНСС это свойство системы, обусловленное особенностями ее построения и определяющее зависимость качества функционирования системы от дестабилизирующих воздействий и изменения условий работы потребителя Степень уязвимости ГНСС, прежде всего, должна определяться уязвимостью (незащищенностью) потребителя от дестабилизирующих преднамеренных и непреднамеренных воздействий и изменений условий его работы Доступность услуги - мера степени уязвимости ГННСС и мера гарантии координатно-временного и навигационного обеспечения потребителя

ГЛОНАСС – велик, но не всемогущ 10 Гарантированное координатно-временное и навигационное обеспечение это - предоставление в течение приемлемого времени потребителям заданной группы необходимой координатно-временной и навигационной информации требуемого качества с вероятностью не хуже заданной. Главной целью развития ГЛОНАСС является достижение гарантированного координатно-временного и навигационного обеспечения широкого круга потребителей - отклонения оценки i-й компоненты вектора положения и скорости потребителя j-ой группы, соответственно, от реальных; - отклонение оценки времени потребителем j-ой группы от системного; - интервал времени получения решения навигационной задачи потребителем j -ой группы; - допустимые отклонения оценки компонентов вектора положения и скорости потребителя j -ой группы; - допустимое отклонение оценки времени потребителя j-ой группы; - ограничение времени решения навигационной задачи потребителем j-ой группы. Результаты решения навигационной задачи должны удовлетворять с заданной вероятностью допустимым ограничениям вида: где: при условии

Направления обеспечения гарантированного обслуживания потребителей ГЛОНАСС Снижение уязвимости системы ГЛОНАСС: повышение надежности функционирования системы ГЛОНАСС; улучшение целевых характеристик ГЛОНАСС (модернизация орбитального построения КА системы ГЛОНАСС, совершенствование технологии ЭВО системы,...). 2. Использование (создание): дополняющих ГНСС систем, повышающих надежность, точность, устойчивость КВНО при штатном функционировании ГЛОНАСС; ассистирующих (резервных) ГЛОНАСС систем (технологий) КВНО, используемых при отсутствии сигналов ГНСС; технологий, интегрирующих системы позиционирования, навигации и синхронизации в единый эффективный комплекс;...

Поля точности ГНСС 12 ОГ ГЛОНАСС ОГ GALILEO Средний PDOP = 1,91 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 Средний PDOP = 1,67 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 ОГ GPS Средний PDOP = 1,59 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 ОГ COMPASS Средний PDOP = 1,70 (Р= 0,95) Доступность = 1,0

Сравнительная оценка навигационных характеристик ГНСС 13 ГНСС Навигационные характеристики Доступность * (PDOP 6, γ 5 о ) Доступность * (PDOP 6, γ 25 о ) Доступность * (PDOP 2, γ 5 о ) Среднее значение PDOP * (γ 5 о ) ГЛОНАСС1 / / / / 1.77 GPS1 / / / / 1.60 GALILEO1 / / / / 1.63 COMPASS1 / / / / 1.66 * глобально / на территории Российской Федерации

Основные цели модернизации орбитального построения системы ГЛОНАСС 14 1.пПовышение точности (уменьшение геометрического фактора) и доступности навигационных услуг за счет увеличения общего количества КА и рационального их размещения в ОГ системы. 2.рОбеспечение конкурентоспособности ГЛОНАСС глобально и на территории Российской Федерации. 3.рНа начальном этапе эффективное использование КА орбитального резерва. 4.рЭффективное проведение летных испытаний КА новых поколений и создание условий смены поколений КА (без нарушения штатного функционирования системы).

Основные принципы модернизации орбитального построения системы ГЛОНАСС 15 1.рЭволюционное развитие ОГ системы ГЛОНАСС и преемственность существующими потребителями. Сохранение существующей структуры ОГ и использование ее как базовой, в том числе для обеспечения функционирования существующего парка НАП специального и массового назначения. 2.рОткрытая перспектива: приведение ОГ системы ГЛОНАСС к открытой и незамкнутой структуре. Обеспечение эффективного применения по целевому назначению "произвольного" коли- чества КА, в том числе проведения летных испытаний. 3. Антиподность размещения КА в плоскостях. Обеспечение оптимального использования ограниченного ресурса литерных частот, всего 15 (-7,....+7). 4.рУстойчивость структуры ОГ расширенного состава в течение срока активного существования КА (~ 10 лет). Минимизация затрат рабочего тела и соответствующих запасов характеристической скорости на построение и поддержание орбитальной структуры системы. 5.рМинимизация сроков и затрат на модернизацию орбитального построения системы ГЛОНАСС, а также возможных рисков при модернизации. 6.рПовышение (не снижение) эффективности функционирования систем, базирующихся на КА ГЛОНАСС (КОСПАС-САРСАТ, «Лира» и др.).

Область выбора оптимальной (рациональной) структуры орбитального построения системы ГЛОНАСС 16 Кинематически симметричная (правильная) структура (группировка Уолкера (J.Walker)): I: T/P/F 48/6/1, где T = 48 – количество слот (потенциальных рабочих точек) в орбитальной структуре; P = 6 – число орбитальных плоскостей; F = 1 – параметр смещения. Угол расфазировки между слотами в соседних плоскостях: Δu = (F х 360 о ) /T. Для рассматриваемой орбитальной структуры Δu = 1 х 360 о /48 = 7,5 о.

Дополнения среднеорбитальной составляющей системы ГЛОНАСС Глобальная среднеорбитальная группировка Региональная высокоорбитальная группировка Функциональные дополнения Ассистирующие системы Погрешность навигационных определений – в абсолютном режиме 0,6 м – при использовании функци- ональных дополнений 0,06 м Погрешность навигационных определений – в абсолютном режиме 0,6 м – при использовании функци- ональных дополнений 0,06 м Доступность навигационных услуг в плотной городской застройке 95% времени Предупреждение о нарушении целостности при заходе на посадку и маневрировании самолетов в портах Навигации в закрытых помещениях, подводных и подземных пространствах Мировой уровень навигационных услуг 17

Состав сети станций сбора измерений СДКМ Терминал голосовой связи 2. Устройство защиты информации (VPN) 3. Компьютер управления 4. Компютер 5. Навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS 6. Водородный стандарт частоты 7. Бесперебойный источник питания 19 станций сбора измерений на территории России: Пулково и Светлое (Ленинградская обл.), Менделеево, ГЦ ШСДКМ, Геленджик, Кисловодск, Новосибирск, Иркутск, Петропавловск-Камчатский, Тикси (Республика Саха), Владивосток, Магадан, Южно-Сахалинск, Якутск, Ловозеро (Мурманская обл.), Екатеринбург, Норильск, Билибино (Чукотский автономный округ), Ноябрьск (Тюменская обл.), 6 станций за рубежом: Судак (Украина), Актау (Казахстан), «Беллинсгаузен» (Антарктида), «Новолазаревская» (Антарктида), «Прогресс» (Антарктида), г. Бразилиа (Бразилия) Одновременное слежение за КА с нескольких станций

Состав сети станций сбора измерений (ССИ) за пределами Российской Федерации 19 п/п Место расположения Страна 1 БрисбенАвстралия 2 ПертАвстралия 3 Тасмания, ХобартАвстралия 4 ст. БеллинсгаузенАнтарктида 5 ст. НоволазаревскаяАнтарктида 6 ст. ПрогрессАнтарктида 7 ст. РусскаяАнтарктида 8 Фальда-дель-КарменАргентина 9 БразилиаБразилия 10 КаракасВенесуэла 11 ХошиминВьетнам 12 БрауншвайгГермания – уже размещены п/п Место расположения Страна 38 Лос-АнжелесСША 39 ГринбелтСША 40 Фэрбэнкс, АляскаСША 41 НурекТаджикистан 42 СудакУкраина 43 СуваФиджи 44 о. ТаитиФранция 45 ТулузаФранция 46 о. ПасхиЧили 47 КирунаШвеция 48 КейптаунЮАР 49 СаппороЯпония п/п Место расположения Страна 13 ЛусакаЗамбия 14 Тель-АвивИзраиль 15 БангалорИндия 16 ДжакартаИндонезия 17 РейкьявикИсландия 18 МаспаломасИспания 19 ПраяКабо-Верде 20 АккольКазахстан 21 АктауКазахстан 22 ВикторияКанада 23 ЧанчунКитай 24 УрумчиКитай 25 ШанхайКитай п/п Место расположения Страна 26 ГаванаКуба 27 о. МаврикийМаврикий 28 Улан-БаторМонголия 29 ЛагосНигерия 30 МанагуаНикарагуа 31 ОклендНовая Зеландия 32 ЛимаПеру 33 Орта, Азорские о-ваПортугалия 34 о. ПраслинСейшелы 35 Гонолулу, ГавайиСША 36 о. ГуамСША 37 Денвер, КолорадоСША 38 Лос-АнжелесСША – размещаются до 2015 года Размещение ССИ – уже размещены – будут размещены в 2013 г. – будут размещены к 2020 г. Размещение КОС – будут размещены к 2015 г. – будут размещены к 2020 г.

Изменения навигационного поля (геометрического фактора) системы при дополнении ГЛОНАСС КА на околокруговых геосинхронных орбитах 20 Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) с дополнением 6 КА на околокруговых геосинхронных орбитах Орбита околокруговая геосинхронная Число КА – 6; Большая полуось – м; Период обращения – с; Наклонение орбит – 43 градуса; Аргумент перигея – 270 градусов; Эксцентриситет – 0,075.

Изменения навигационного поля (геометрического фактора) системы при дополнении ГЛОНАСС КА на орбитах типа «Молния» 21 Орбита типа «Молния» Число КА – 6; Большая полуось – м; Период обращения – с; Наклонение орбит – 63,5 градусов; Аргумент перигея – 270 градусов; Высота перигея – м; Высота апогея – м; Эксцентриситет – 0,74. Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) > 2.1 Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) с дополнением 6 КА на орбитах типа «Молния»

Изменения навигационного поля (геометрического фактора) системы при дополнении ГЛОНАСС КА на околокруговых геосинхронных орбитах и КА на орбитах типа «Молния» Орбита околокруговая геосинхронная Число КА – 6; Большая полуось – м; Период обращения – с; Наклонение орбит – 43 градуса; Аргумент перигея – 270 градусов; Эксцентриситет – 0,075. Орбита типа «Молния» Число КА – 6; Большая полуось – м; Период обращения – с; Наклонение орбит – 63,5 градусов; Аргумент перигея – 270 градусов; Высота перигея – м; Высота апогея – м; Эксцентриситет – 0,74. Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) с дополнением 6 КА на околокруговых геосинхронных орбитах и 6 КА на орбитах типа « Молния »

Интеграция глобальных навигационных спутниковых систем 23 Интеграция ГНСС (совместимость, взаимодополняемость,…) является одной из основных целей международного сотрудничества по спутниковой навигации. Уровни интеграции ГНСС ОГ GPS Средний PDOP = 1,59 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 Средний PDOP = 1,13 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 ОГ ГЛОНАСС+GPS Взаимозаменяемость Взаимодополняемость Совместимость Единая мировая ГНСС РЕГЛАМЕНТАЦИЯ КООРДИНАЦИЯ ВЗАИМНОЕ СОГЛАСИЕ ВСЕОБЩЕЕ СОГЛАСИЕ Единая мировая ГНСС

И все-таки, 24 ГЛОНАСС – велик !

Спасибо за Ваше внимание !

Справочный материал

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС 27 КА «Глонасс-К» С в системе ГЛОНАСС используются по целевому назначению 24 КА Обозначения: КА МКСР «Луч», в том числе: КА «Луч-5А», запущен ; КА «Луч-5Б», запущен ; КА «Луч-5В», запланирован на1 кв. 2014г. зона обслуживания КА «Луч-5А» в орбитальной позиции 167 о в.д. зона обслуживания КА «Луч-5Б» в орбитальной позиции 16 о з.д. зона обслуживания КА «Луч-5В» в орбитальной позиции 95 о в.д. КА «Луч-5» КА «Глонасс-М» КА СДКМ Справочные данные по орбитальному построению ОГ Тип орбиты средневысотная, круговая Высота (H) км. Наклонение (i)64,8 О

Спутниковая навигационная система США 28 Обозначения: КА WAAS, в том числе: КА для EGNOS КА для MSAS, GAGAN зона обслуживания системы WAAS КА GPS в 6 плоскостях 66 КА «Iridium» Базовые услуги навигационно-временного обеспечения потребителей США обеспечивает система GPS в составе 30 КА. Повышение точности и контроль целостности GPS осуществляет система WAAS с КА на геостационарной орбите, излучающих навигационные сигналы. Всего 4 КА. Дополнительный канал информационной поддержки потребителей предоставляет система IRIDIUM с КА на низких орбитах (в состоянии проработки). Система IRIDIUM в составе 66 КА «Iridium», на круговых квазиполярных орбитах, размещенных в 6 орбитальных плоскостях, i = 86,4 о, Н = 780 км. Справочные данные по орбитальному построению ОГ Тип орбиты средневысотная, круговая Высота (H) км. Наклонение (i)55,0°

Спутниковая навигационная система Евросоюза 29 Обозначения: КА EGNOS зона обслуживания системы EGNOS КА Galileo Спутниковая навигационная система Евросоюза включает среднеорбитальную группировку из 27 КА Galileo и широкозонную дифференциальную систему EGNOS с 3 КА на геостационарных орбитах. EGNOS, также как и WAAS (США), MSAS (Япония), GAGAN (Индия) и СДКМ (РФ), обеспечивает потребителей услугами повышенной точности и контроль целостности навигационного поля. Справочные данные по орбитальному построению ОГ КА «Galileo» Тип орбиты средневысотная, круговая Высота (H) км. Наклонение (i)56,0° На в системе 4 КА «Galileo»

Спутниковая навигационная система КНР COMPASS (Beidou-2) Обозначения: КА Compass-М зона обслуживания системы COMPASS (BeiDou-2) текущего состава КА Compass-G КА Compass-I 30 подспутниковые точки: Спутниковая навигационная система COMPASS (Beidou-2) включает три орбитальные группировки КА: – 5 навигационно-связных КА «Compass-G» на геостационарных орбитах, всего запущено 6 КА; – 5 КА «Compass-I» на круговых геосинхронных орбитах (i-55 o, H (h) = км), всего запущено 5 КА; – 27 КА «Compass-М», запущено 5 КА. Всего в системе COMPASS планируется иметь 37 навигационных КА (27+5+5) ГНСС и РНСС. Справочные данные по орбитальному построению ОГ КА «Compass-М» Тип орбиты средневысотная, круговая Высота (H) км. Наклонение (i)55,0° КА «Compass-M» КА «Compass-G» КА «Compass-I»

Улучшение характеристик системы ГЛОНАСС 31 Ввод перспективных КА, модернизация НКУ системы ГЛОНАСС Повышение точности навигационно-временных определений Завершение испытаний и ввод в эксплуатацию космического сегмента СДКМ на базе КА «Луч-5А» и «Луч-5Б» Повышение точности навигационно-временных определений Внедрение сигналов с кодовым разделением Повышение помехозащищенности и точности навигационно-временных определений Эфемеридно - временное обеспечение более 24 КА (до 30 КА) средствами модернизированного НКУ системы ГЛОНАСС Эффективное использование КА орбитального резерва Развертывание сети измерительных средств за рубежом Повышение точности навигационно-временных определений Модернизация орбитального построения системы ГЛОНАСС, обеспечивающая эффективное использование по целевому назначению более 24 КА Повышение точности навигационно-временных определений, доступности в условиях городской застройки Реализация технологии сокращения периодичности "обновления" ЭВИ на КА систем ГЛОНАСС (до 8 часов НКУ, до 1-2 часов БАМИ, МЛНСС) Повышение точности навигационно-временных определений