Формируют ли новые технологии новые рынки или, напротив, рынок требует от разработчиков все более совершенных продуктов? Оба процесса тесно взаимосвязаны, и ответ на этот вопрос находится скорее в плоскости споров «о курице и яйце». Однако в нашей стране существует целый комплекс давно проработанных решений, широкое распространение которых сдерживалось соображениями государственной безопасности. Среди них — спутниковые навигационные системы, чье развитие осуществлялось прежде всего в военных целях. Хотя приоритетом в использовании последних по-прежнему обладают силовые структуры, высокоточное навигационное обеспечение сегодня востребовано на транспорте, в системах поиска и спасения, задействуется при создании геодезических сетей, во время геологоразведочных и кадастровых работ, помогает прогнозировать землетрясения, наконец, может применяться частными пользователями.

Немного истории

На закате холодной войны Россия формально завершила строительство глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС), на два года опередив США. «Формально» означает, что система была официально принята в эксплуатацию 24 сентября 1993 года с неполной комплектацией орбитальной структуры. Орбитальная группировка (ОГ) штатного состава (24 космических аппарата) была развернута только в декабре 1995 года, а первый запуск спутника «Космос 1413» по программе ГЛОНАСС состоялся 12 октября 1982 года.

В США к разработке национальной спутниковой сети определения координат в режиме реального времени NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System) приступили в 1973 году. Первая штатная ОГ этой системы разворачивалась с июня 1989 года по март 1994 года. На орбиту были выведены 24 спутника Block II. Каждый из них излучает навигационный сигнал, который зашифрован двумя видами кодов. Первый — «грубый» код C/A (Coarse Acquisition code), который передается на частоте L1 (1575,42 МГц) и используется в невоенных целях. Точность «гражданского» сигнала преднамеренно ухудшалась с помощью программы так называемого «избирательного доступа» (Selective Availability), поэтому пользователи получали пространственные координаты с серьезной погрешностью (около 100 м). Второй — точный код P (Precision code); он передается на частоте L2 (1227,60 МГц) и обеспечивает более точное вычисление координат, но доступен только силовым структурам и Министерству обороны США.

Окончательно GPS была введена в эксплуатацию в 1995 году. Таким образом, российская и американская системы спутниковой навигации начали действовать практически одновременно.

Правовой статус американской GPS как глобальной навигационной системы для гражданского использования был определен рядом заявлений и директив администрации США, в частности обращением президента к участникам съезда Международной организации гражданской авиации (ICAO) в Монреале 27 марта 1995 года Россия выступила с аналогичной инициативой на 20 дней раньше — 7 марта 1995 года. Правительством РФ было принято постановление «О проведении работ по использованию глобальной спутниковой системы в интересах гражданских потребителей».

Что имеем, не храним

Вплоть до 1995 года между Россией и США наблюдался полный паритет в развитии средств космической навигации. Что произошло далее? Американцы предприняли ряд последовательных шагов, направленных на развитие рынка навигационного оборудования и услуг как у себя в стране, так и за ее пределами. В марте 1998 года Межведомственный исполнительный совет GPS (IGEB) объявил о намерении расширить «гражданские» возможности этой системы за счет добавления нового несущего сигнала к существующей военной частоте. А 1 мая 2000 года президент США сообщил о прекращении намеренного ухудшения точности сигналов NAVSTAR GPS на частоте L1.

По данным Российского агентства систем управления (РАСУ), общемировое количество проданных комплектов навигационной аппаратуры GPS превышает 2 млн. Развитие рынка коммерческих услуг в сфере глобального позиционирования позволило США существенно сократить бюджетные расходы на поддержание NAVSTAR GPS путем введения специальных сборов с производителей абонентского оборудования. При этом США неоднократно подтверждали свою позицию в отношении бесплатного гражданского, коммерческого и научного использования сигналов GPS во всем мире.

Сегодня орбитальная группировка GPS насчитывает 28 спутников. Из любой точки земного шара доступны для наблюдения по крайней мере четыре космических аппарата, а на широте Москвы — «созвездие» из 12 спутников.

России же после 1995 года стало как-то не до развития ГЛОНАСС. Отечественные производители навигационного оборудования по-прежнему оставались в ведомственном подчинении. Большинство из них работало на МО РФ, у которого денег никогда и ни на что не хватало. Постановление Правительства России о гражданском применении системы осталось лишь на бумаге, а финансирование самой ГЛОНАСС было благополучно провалено. В результате по состоянию на январь 2002 года в отечественной системе глобального позиционирования было только восемь рабочих спутников, доступность ее навигационных услуг составляла 36%, их реальная достоверность — 23%, а точность определения плановых координат — 17,7 м.

Низкая эффективность системы привела к насыщению отечественного рынка зарубежной аппаратурой, которая рассчитана на прием сигналов GPS, а количество отечественных образцов навигационной аппаратуры пользователей (НАП), находящихся в эксплуатации, равняется всего нескольким тысячам. В результате ввоз на территорию России GPS-приемников зарубежного производства был ограничен процедурами лицензирования и согласований.

Развитию внутреннего рынка существенно препятствуют юридические аспекты применения навигационной аппаратуры. За нелегальное использование НАП статья 137 КоАП РФ предусматривает штраф до 70 минимальных размеров оплаты труда с конфискацией оборудования. Более того, вычисление координат на территории России с точностью выше 30 м запрещено законом «О государственной тайне». К этому стоит прибавить неудовлетворительное положение с обеспечением пользователей картографическими материалами. Проще говоря, ресурсы ГЛОНАСС оказались невостребованными коммерческим рынком. В подобном положении России грозила «навигационная» зависимость от США. Кстати, похожая ситуация сложилась и в Европе.

Интегральные оценки возможности навигации потребителя систем ГЛОНАСС и GPS

Европа принимает решение

Первый европейский проект создания глобальной навигационной спутниковой системы назывался GNSS (Global Navigation Satellite System), однако назвать ее спутниковой в полном смысле слова нельзя. GNSS обеспечивала потребителей навигационными данными за счет интеграции результатов обработки сигналов GPS, ГЛОНАСС и ряда наземных навигационных систем.

И вот 26 марта 2002 года (к неудовольствию США, как, впрочем, и России, питавшей надежды на европейское участие в финансировании ГЛОНАСС) страны ЕЭС подписали соглашение о разработке проекта Galileo. Программа предусматривает создание и запуск на околоземную орбиту к 2008 году 38 навигационных спутников. Бюджет программы — около 3,6 млрд евро, при этом 1,1 млрд евро намечено израсходовать в ближайшие два с половиной года. Предполагается, что точность позиционирования в системе Galileo будет достигать 1 м, причем навигация окажется возможной и внутри зданий.

О точности и дифференциальном сервисе

Современная навигационная аппаратура гражданского назначения, которая использует сигналы спутниковых систем GPS ГЛОНАСС в автономном режиме, позволяет пользователям определять координаты своего местонахождения с точностью, не удовлетворяющей требованиям многих прикладных задач. Для обеспечения более высокого уровня точности необходимо задействовать так называемый дифференциальный режим. Технология дифференциального GPS (DGPS) основана на использовании второго приемника, установленного в точке с заранее известными координатами. Он постоянно передает в эфир корректирующие сигналы, которые интегрируются с данными, транслируемыми со спутников. Для транспортировки корректирующих сигналов применяется широкий спектр технологий и диапазонов частот.

В принципе DGPS позволяет получать данные о местонахождении объекта с точностью до нескольких сантиметров. Разумеется, чем выше точность определения координат, тем выше ценность навигационной информации. В мире неуклонно растет число коммерческих сетей дифференциального GPS, а значит, формируется еще один перспективный сегмент рынка.

Крупные корпорации предлагают задействовать в качестве источника сигналов DGPS коммерческие геостационарные спутники. Например, компания Racal более десяти лет активно развивает системы точной навигации SkyFix и LandStar, используя сигналы спутников «Инмарсат» и OPTUS. Входящая в транснациональный холдинг Fugro Group фирма Omnistar также передает пользователям DGPS-поправки через семь спутников связи и пять наземных станций закладки информации. Услуги дифференциального сервиса Omnistar доступны на территории России. Их стоимость зависит от продолжительности подписки и варьируется (для центральных и западных районов СНГ) от 15 долл. в час до 3300 долл. в год

Симптомы роста

В последние два года оживление наблюдается в обоих секторах отечественного рынка услуг глобального позиционирования — корпоративном и потребительском. Вот лишь один пример: Минтранс РФ активно реализует программу создания радионавигационных и телекоммуникационных систем, предназначенных для управления и обеспечения безопасного функционирования транспортных комплексов в городах Астрахань, Волгоград, Волжский, Орел, Казань. К 2000 году подобные системы были внедрены на транспортных предприятиях Брянска, Краснодара, Сочи и Костромы. Сданы пилотные проекты в Майкопе, Череповце, Новокузнецке, Владимире. К настоящему времени радионавигационной аппаратурой оборудовано свыше 700 рейсовых автобусов. В министерстве прогнозируют, что потребности в НАП наземного (автомобильного) транспорта будут ежегодно увеличиваться примерно в три — пять раз.

Сегодня на территории России стал возможным прием дифференциальных поправок от уже имеющихся базовых станций DGPS. В 1998 году Министерство транспорта РФ запустило в эксплуатацию первую в стране дифференциальную базовую GPS-станцию, расположенную недалеко от Санкт-Петербурга. Она передает дифференциальную поправку в формате RTСM-104 на частоте 298,5 кГц. Выходная мощность передатчика составляет 100 Вт, что позволяет осуществлять уверенный прием поправок в радиусе до 300 км на море и до 150 км на суше. Поскольку это — открытая государственная станция, транслируемая информация бесплатна и доступна любому пользователю.

Недавно Росморфлот совместно с ГУНиО Министерства обороны, Росречфлотом и Госкомрыболовством разработал «Межведомственную программу оборудования побережья морей в Российской Федерации дифференциальной подсистемой ГЛОНАСС/GPS. В Новороссийске для создания зоны высокоточной навигации в отечественных прибрежных водах Черного и Азовского морей уже начали функционировать в опытном режиме корректирующие дифференциальные станции ГЛОНАСС/GPS. Ввод в действие совмещенных дифференциальных станций, обрабатывающих сигналы отечественной ГЛОНАСС и американской GPS, знаменателен еще и тем, что он осуществлен впервые в мире.

В Институте прикладной математики РАН им. М. В. Келдыша также введена в эксплуатацию постоянно действующая базовая станция, поддерживающая форматы GPS/ГЛОНАСС и имеющая подключение к Internet. Станция работает на базе одночастотного GPS/ГЛОНАСС-приемника «Грот» (РНИИКП) и обеспечивает данными измерений всех заинтересованных потребителей. Станция регулярно выкладывает навигационные и измерительные данные на ftp-сервер в формате RINEX. Есть и другие примеры развития дифференциального сервиса в нашей стране, однако говорить о его массовом применении пока преждевременно.

Сейчас в России разработано около 120 наименований изделий, предназначенных для приема и обработки спутниковых навигационных сигналов корпоративными пользователями. Среди них — 90 типов приемников, 30 видов специализированного ПО и вспомогательного оборудования (измерители частоты сигнала, радиокомпасы и др.). Крупнейшими отечественными разработчиками являются КБ «НАВИС», фирмы «Котлин», «Ижевский радиозавод», НПП «Термотех», МКБ «Компас», АО «Авиаприбор». В связи с низкой достоверностью и доступностью навигационной информации ГЛОНАСС производители начали осваивать выпуск комбинированных НАП, принимающих как российский, так и американский спутниковые сигналы. Тем не менее большинство создаваемых ими приемников предназначены для использования в коммерческом секторе рынка и не обеспечивают высокой точности позиционирования.

Среди перспективных отечественных решений стоит упомянуть разработанный в Лаборатории цифровой обработки сигналов НИИ «Прогноз» телекоммуникационный модуль GC-400. Он предназначен для определения местонахождения, скорости и состояния движущихся объектов, а также передачи навигационной информации через GSM-сеть на операторскую станцию или мобильный телефон. В модуль GC-400 интегрирован GPS-приемник, благодаря чему он может быть использован в различных приложениях для контроля и диспетчеризации транспортных средств. Отдельным перспективным приложением является интеграция GC-400 в поисково-противоугонные системы охраны автомобилей. Характерно, что первыми заинтересовались этим прибором китайские компании: они закупили несколько партий оборудования. Кроме того, введены в эксплуатацию GC-400 на большегрузных автопоездах с тягачами SCANIA, осуществляющих перевозки на трассе «Скандинавия» между Финляндией и Москвой.

Устройство GC-400 выполнено на базе цифрового сигнального процессора ADSP-2183; в качестве приемопередатчиков используются микрочипы Nokia Card Phone 1.0 или Ericsson GM12. Встроенный GPS-приемник разработан фирмой Trimble. Он миниатюрен, но способен определять местонахождение объекта со среднеквадратической ошибкой в 25 м, а скорость — с погрешностью 0,1 м/c.

Потребительский сегмент российского рынка пользовательского оборудования целиком принадлежит зарубежным производителям. Их продукцию предлагают несколько крупных реселлеров. Наиболее емкими рынками считаются Москва и Санкт-Петербург.

ФЦП ГЛОНАСС

В августе 2001 года Россия сделала новый шаг в развитии ГЛОНАСС, приняв федеральную целевую программу «Глобальная навигационная система». Она предполагает сбалансированное развитие орбитальной группировки, наземного комплекса управления, разработку и серийное производство потребительской аппаратуры, а также внедрение спутниковых навигационных технологий на транспорте и в геодезии. Окончание реализации ФЦП намечено на 2011 год. Но уже в текущем году на орбиту планируется вывести три космических аппарата, увеличив группировку до 9-12 спутников. К 2008 году система должна работать уже в штатном составе (24-25 космических аппаратов). Наземный сегмент будет состоять из четырех управляющих центров.

Государственным заказчиком-координатором программы в целом стало Российское авиационно-космическое агентство (Росавиакосмос). Структурно ФЦП состоит из пяти подпрограмм, и весьма примечательно, что Министерство обороны выступает в качестве госзаказчика только по двум из них. Государственным заказчиком подпрограммы «Разработка, подготовка производства, изготовление навигационного оборудования и аппаратуры для гражданских потребителей» является РАСУ.

На состоявшемся 17 декабря 2001 года заседании коллегии РАСУ были сформулированы принципиальные задачи, которые необходимо решить для реализации подпрограммы. Во-первых, это разработка конкурентоспособной высокотехнологичной аппаратуры координатно-временного обеспечения, отвечающей требованиям мировых стандартов и ориентированной на массовое производство. Во-вторых, разработка системных и схемотехнических решений, нацеленных на создание перспективной аппаратуры с учетом дальнейшего развития и совершенствования систем ГЛОНАСС, GPS и Galileo. В-третьих, разработка проектов нормативно-правовых актов для защиты отечественных производителей НАП, а также отраслевой системы сертификации аппаратуры координатно-временного обеспечения. В настоящее время под эгидой РАСУ создается научно-производственный холдинг НАВИТЕХ, в состав которого, скорее всего, войдут ФГУП «Российский институт радионавигации и времени» (Санкт-Петербург), ФГУП «МКБ» Компас» (Москва), ФГУП «Завод «Навигатор» (Санкт-Петербург), ФГУП «НТЦ «Интернавигация» (Москва) и ряд других отечественных разработчиков.

Перспективы

Оставаясь элементами обеспечения национальной безопасности, связь и спутниковая навигация все глубже интегрируются с современными системами управления предприятиями. Несомненно, параллельное развитие систем ГЛОНАСС, GPS и Galileo придаст новый импульс росту перспективных рынков оборудования, сервисов и услуг глобальной спутниковой навигации во всем мире и, в частности, в России. По прогнозам авторов ФЦП ГЛОНАСС, к 2005 году в нашей стране уровень продаж НАП коммерческого применения составит 150 — 200 тыс. комплектов, в 2008 году это значение превысит 1 млн экземпляров, а к 2011 году достигнет 6 млн комплектов. Прогноз темпов роста в госсекторе значительно скромнее: в 2005 году — около 30 тыс., в 2008 году — 50 тыс., а в 2011 году — приблизительно 85 тыс. приемников ГЛОНАСС.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями