2015-04-30
235
Анализ деятельности систем спутниковой связи
Iridium и Globalstar
В 1998 г. в коммерческую эксплуатацию была запущена
система Iridium, в 1999 — Globalstar, которые смогли на-
брать около 40 тыс. и 80 тыс. пользователей. В них впервые
была реализована идея персональной связи с помощью тер-
минала типа «телефонная трубка». 
Глава 11. Информационные системы и технологии в логистике
Низкие орбиты обладают значительным преимуществом
по сравнению с геостационарной в отношении энергетиче-
ских характеристик, однако проигрывают по продолжи-
тельности сеансов связи и времени активного существова-
ния ИСЗ. Нельзя не упомянуть и еще об одном достоинстве
низких орбит: они обеспечивают высокую комфортность
связи за счет меньших задержек при распространении сиг-
налов.
Однако первый опыт эксплуатации Iridium и Globalstar
показал, что желающих выложить за «телефонную трубку»
1500 долл. и далее регулярно платить по 1,5—2 долл. за ми-
нуту разговора в мире не так уж и много. В то же время,
по оценкам специалистов, чтобы окупить затраты на созда-
|
|
|
ние глобальной системы общей стоимостью 4—5 млрд долл.,
число ее абонентов должно быть не менее 400—500 тыс.
Дороговизна таких систем имеет глубокие технологи-
ческие корни: чрезвычайно высока сложность, а значит,
и стоимость их космических и наземных сегментов, по-
скольку для глобального охвата нужно достаточно много
спутников и наземных станций. Для быстрой замены вы-
шедших из строя ИСЗ необходимо иметь в каждой из ор-
битальных плоскостей как минимум по одному резервно-
му спутнику.
Сохранение взаимного положения спутников на каждой
орбите требует их периодического фазирования, т.е. воз-
вращение в заданную точку орбиты с помощью включения
корректирующих двигателей. В противном случае из-за
действия на орбите различных дестабилизирующих фак-
торов рабочей зоне системы появятся области, в которых
отсутствует прием. Все это обусловливает высокие эксплу-
атационные расходы на развертывание орбитальной груп-
пировки (ОГ) и ее поддержание в работоспособном состоя-
нии, что в конечном счете увеличивает и стоимость услуг.
Приведенные выше обстоятельства привели к тому, что
система Globalstar пережила в 2002 г., банкротство, которое
привело к тому, что в марте 2003 г. контрольным пакетом
акций оператора в обмен на инвестиции на сумму 55 млн
долл. завладела компания ІСО Global Communications. Это
позволило Globalstar продолжить деятельность — впрочем,
без особого успеха, поскольку число абонентов оператора
все еще не превышает 100000, и это при том, что в компании
заявляют, что проект выйдет на операционную прибыль,
когда абонентская база оператора достигнет 200000 чело- 
|
|
|
11.3. Использование среды Интернет для решения логистических задач 753
век. Банкротство и реструктуризацию пережила также си-
стема Iridium, которая, впрочем, в третьем квартале 2003 г.
впервые в своей истории показала чистую прибыль в раз-
мере 12 млн долл.
Спутниковая система связи Thiiraya
Спутниковая система связи Thuraya (в переводе с араб-
ского Thuraya означает «люстра») является региональной
системой связи. Зона покрытия — Северная и Централь-
ная Африка, Ближний Восток, Индия, Европа, СНГ. Она
создана по заказу Объединенных Арабских Эмиратов
(ОАЭ), использует спутники на геостационарной орбите.
Столь необычное название заслужила благодаря уникаль-
ной бортовой антенной системе, которая способна посылать
на земную поверхность большое число узких лучей (свыше
250) с изменяемой интенсивностью и конфигурацией об-
ластей «освещенности», при этом излучаемая мощность мо-
жет гибко перераспределяться между лучами, допускается
сосредоточение в любом из них до 20% общей мощности,
что обеспечивает гибкое адаптивное изменение пропускной
способности ретрансляторов в зависимости от реальной на-
грузки в той или иной зоне обслуживания.
Зона покрытия включает 99 стран Европы, Северной
и Центральной Африки, Среднего Востока, Центральной
Азии и Индии. На этой территории проживает около 40%
мирового населения.
Система создана в рамках новой концепции построе-
ния систем спутниковой связи, которая получила развитие
в середине 90-х гг. XX в. Основные положения концепции:
построение систем с региональным, а не глобальным по-
крытием; совместимость с существующими GSM сетями
наземных сотовых операторов; позиционирование спутника
на геостационарной орбите; последовательный, а не одно-
временный запуск так называемых спутников-тяжеловесов
(вес спутника выше 1800 кг); длительный срок жизни кос-
мического аппарата — не менее 12 лет.
В рамках этой концепции наиболее привлекательны
с экономической точки зрения региональные системы
с одним-двумя ИСЗ, расположенными на геостационарной
орбите, которые обходятся в два-пять раз дешевле, чем гло-
бальные. Инвесторов соблазняет и то, что для развертыва-
ния региональной сети на начальном этапе требуется ми-
нимум оснащения — всего один спутник и один комплект 
Глава 11. Информационные системы и технологии в логистике
наземного оборудования для контроля и управления рабо-
той системы связи.
На первом этапе развертывания Thuraya работала через
один геостационарный спутник Thuraya 1, на втором этапе
был выведен спутник Thuraya 2.
Система Thuraya, общей стоимостью около 1 млрд долл.,
была создана «под ключ» компанией Boeing Satellite Systems
(бывшая Hughes Spaceand Communications International,
Inc.). Контракт включал в себя производство двух геостаци-
онарных спутников, запуск первого спутника, производство
и пуск наземного сетевого оборудования, производство око-
ло 250 тыс. трубок стандарта «спутник/GSM/GPS» и стра-
хование проекта.
Диаметр антенны на борту ИСЗ составляет 12,5 м, бор-
товой ретранслятор Thuraya обеспечивает организацию
прямой связи между мобильными абонентами, работаю-
щими через разные лучи. Это очень важно, так как позво-
ляет избежать «двойного скачка» (когда групповой поток
сбрасывается вниз, перекоммутируется на земных станциях
сопряжения и снова возвращается на борт КА). Связь мо-
бильных абонентов с абонентами сетей общего пользования
осуществляется в режиме «прозрачной» ретрансляции, т.е.
вся обработка информации выполняется на земной стан-
ции. Фактически, происходит групповой перенос спектра
частот из L в С-диапазон частот и обратно. Солнечные ба-
тареи спутника дают выходную мощность, равную 13 кВт.
Персональная связь в системе Thuraya организуется так,
|
|
|
что там, где имеются сотовые зоны покрытия, она обеспечи-
вается наземными сетями, а за их пределами — в спутнико-
вом режиме.
В отличие от низкоорбитальных систем Iridium и Glo-
balstar, которые вынуждены поддерживать сопряжение
с большим числом разнотипных стандартов, используемых
в разных регионах мира (GSM, AMPS, TDMA, CDMA,
PDC), региональная связь осуществляется в двух режи-
мах — GSM/Thuraya.
Система поддерживает весь спектр стандартных GSM-
услуг, включая передачу речи, данных и факсимильных со-
общений со скоростью от 2,4 до 9,6 кбит/с.
Услуги по определению местоположения, в последние
годы это одно из наиболее интенсивно развивающихся
направлений связи, осуществляются при помощи GPS-
приемников с точностью не менее 100 м. 
11.3. Использование среды Интернет для решения логистических задач 755
В состав пользовательского сегмента включены несколь-
ко типов терминалов — портативные, мобильные (вози-
мые), полуфиксированные (Semi-Fixed) и морские.
Базовое абонентское устройство — портативный терми-
нал типа «телефонная трубка». Для его питания исполь-
зуются ионно-литиевые батареи емкостью 650/1200 мАч.
Максимальное время разговора в режиме спутниковой свя-
зи составляет 2,4 ч (батарея на 650 мАч) или 4 ч (1200 мАч),
а в режиме ожидания — 34,1 ч (650 мАч) или 63 ч (1200 мАч).
Стоимость «телефонной трубки» — 1500 долл.
Мобильный терминал, по сути, состоит из портативно-
го терминала и набора дополнительных средств, обеспечи-
вающих его работу в движении. Максимальная излучаемая
мощность передатчика — 2 Вт, т.е. она сопоставима с мощ-
ностью мобильных GSM-терминалов.
Полуфиксированный терминал («таксофон») также бу-
дет создан на базе портативного терминала и оснащен сред-
ствами для его установки.
Спутниковые радионавигационные системы (СРНС)
Функция определения места сегодня входит в комплекс
услуг, предоставляемых многими современными спутнико-
выми системами связи, например глобальными спутнико-
выми системами персональной связи Globalstar, Iridium, где
эта задача решается собственными средствами, региональ-
|
|
|
ной спутниковой системой персональной связи Thuraya,
где координаты определяются с помощью сигналов спутни-
ковой радионавигационной системы GPS, спутниковой си-
стемы коммерческого управления транспортом Euteltracs,
в которой предусмотрен собственный режим определения
координат.
Принципиальные отличия услуг по определению ко-
ординат современных спутниковых радионавигационных
систем состоят в том, что СРНС являются специализиро-
ванными системами, которые предоставляют возможность
определять координаты с очень высокой точностью и боль-
шой надежностью, существенно превосходящей ту, которая
предоставляется системами связи, определение координат
в них осуществляется пассивным способом, что позволяет
существенно уменьшить габариты и стоимость аппаратуры
потребителя, возможность определять координаты в СРНС
предоставляется на бесплатной основе всем обладателям
аппаратуры потребителя, в то время как в спутниковых си- 
Глава 11. Информационные системы и технологии в логистике
схемах связи необходимо платить абонентскую плату. По-
мимо координат СРНС позволяют определять в реальном
масштабе времени три составляющие скорости, точное вре-
мя и направление движения, эти возможности позволяют
оценивать оптимальность маршрутов перемещения транс-
порта и/или груза, соблюдение правил движения и дого-
ворных обязательств, совокупность информации, которую
можно получить в результате обработки сигналов СРНС,
позволяет создавать автоматизированные системы управ-
ления транспортными, грузовыми и пассажирскими пото-
ками.
Потребность в оперативной высокоточной навигации
сухопутных, морских, воздушных и низкоорбитальных кос-
мических объектов обусловили создание в 70—90-е гг. XX в.
среднеорбитальных СРНС второго поколения — системы
ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Си-
стема) в СССР и NAVSTAR (Navigation Sattelite providing
Time And Range) в США, позднее появилось другое обще-
принятое название GPS (Global Positioning System), ког-
да система стала использоваться не только для военных,
но и для мирных целей. Несколько позже в профессиональ-
ную лексику был введен термин GNSS (Global Navigation
Satellite System) — глобальная навигационная спутниковая
система (ГНСС).
Основное назначение СРНС второго поколения — гло-
бальная оперативная навигация приземных подвижных
объектов: наземных (сухопутных, морских, воздушных)
и низкоорбитальных космических. Термин «глобальная
оперативная навигация» означает, что подвижной объ-
ект, оснащенный навигационной аппаратурой потребите-
ля (НАП), может в любом месте приземного пространства
в любой момент времени определить (уточнить) параме-
тры своего движения — три координаты и три составляю-
щие вектора скорости, а также поправку к бортовой шкале
времени и скорость ее изменения. Поскольку эти системы
предоставляют для потребителя возможность высокоточ-
ной синхронизации, то это свойство широко'�использует-
ся в связных системах для увеличения скорости передачи
данных.
Принцип определения своего места в глобальной систе-
ме позиционирования заключается в одновременном изме-
рении расстояния до нескольких навигационных спутни-
ков (не менее трех) — с известными параметрами их орбит
11.3..Использование среды Интернет для решения логистических задач 757
на каждый момент времени, и вычислении по измененным
расстояниям своих координат.
В СРНС второго поколения применяются навигационные
ИСЗ (НИСЗ) на круговых орбитах с высотой 20000 км над
поверхностью Земли. Благодаря использованию атомных
стандартов частоты (АСЧ) на НИСЗ в системе обеспечива-
ется взаимная синхронизация навигационных радиосигна-
лов, излучаемых орбитальной фуппировкой спутников.
Радионавигационное поле в СРНС второго поколения
наряду с основной функцией (глобальная автономная опе-
ративная навигация приземных подвижных объектов) по-
зволяет проводить: локальную высокоточную навигацию
наземных подвижных объектов (сухопутных, морских, воз-
душных) на основе дифференциальных методов навигации
с применением стационарных наземных корректирующих
станций.
СРНС второго поколения включают в себя три сегмента:
орбитальную группировку (ОГ) навигационных спутников;
наземный комплекс управления (НКУ) орбитальной груп-
пировкой НИСЗ; навигационную аппаратуру пользовате-
лей (НАП).
Принципы построения СРНС ГЛОНАСС и GPS в об-
щих чертах идентичны, но отличаются техническим выпол-
нением подсистем.
В настоящее время можно вьщелить следующие основные
категории пользователей навигационных и связных услуг:
— в системах обеспечения безопасности движения воз-
душного и водного (морского и речного) транспорта, дея-
тельность которых регламентируется ИКАО и ИМО и при
котором предусматривается непрерывное глобальное обе-
спечение связи и навигации;
— персональные пользователи средств навигации и связи;
— дальние транспортные и грузовые перевозки, транс-
портировка контейнеров смешанными видами транспорта;
— местное движение, включая связь и навигацию на до-
рогах и в пределах города;
— обеспечение навигационными средствами индивиду-
ального транспорта;
— движение в сельских, удаленных, малонаселенных
и лесных районах;
— связь и навигация на железнодорожном транспорте,
повышение интенсивности движения поездов без угрозы
безопасности, контроль местонахождения вагонного парка; 
Глава 11. Информационные системы и технологии в логистике
— навигация и связь для малых судов, рыболовства и от-
дыха на воде;
— обеспечение деятельности различных служб в чрезвы-
чайных ситуациях (спасательные службы, службы скорой
помощи, милиция, пожарная служба).
СРНС ГЛОНАСС
СРНС ГЛОНАСС предназначена для непрерывно-
го обеспечения неограниченного числа воздушных, мор-
ских, наземных и космических потребителей высокоточной
координатно-временной информацией в любой точке Земли
и околоземного пространства независимо от метеоусловий.
Первый запуск спутника по программе ГЛОНАСС со-
стоялся 12 октября 1982 г., а в сентябре 1993 г. система
была официально принята в эксплуатацию в неполном
составе с условием развертывания штатной орбитальной
структуры в 1995 г.
В соответствии с поручением Президента РФ полная
группировка в составе 24 спутников в соответствии с феде-
ральной целевой программой «Глобальная навигационная
система» должна быть развернута в 2010 г. В дальнейшем,
после развертывания орбитальной группировки из 24 КА
для ее поддержания нам потребуется делать по одному
групповому пуску в год двух КА «ГЛОНАСС-К» на носи-
теле «Союз», что существенно снизит эксплуатационные
расходы.
Спутник «ГЛОНАСС-М», который был запущен
в 2003 г., излучает в отличие от спутников предыдущего
поколения уже два сигнала для гражданских потребителей,
что позволяет существенно повысить точность их место-
определения.
Спутники «Глонасс-К» относятся к новому поколению,
являются сравнительно малогабаритными и обладают уве-
личенным, до 10—12 лет, гарантийным сроком активного
существования.
ГЛОНАСС является государственной системой, кото-
рая разрабатывалась как система двойного использования,
предназначенная для нужд Минобороны России и граждан-
ских потребителей. Сегодня обязанности по управлению
и эксплуатации системы ГЛОНАСС возложены на Мино-
бороны России.
ГЛОНАСС работает в двух частотных диапазонах:
1,6 ГГц (L1) и 1,2 ГГц (L2) с использованием псевдослучай-
11.3. Использование среды Интернет для решения логистических задач 759
ной широкополосной модуляции и частотного разделения
каналов.
ГЛОНАСС обеспечивает два уровня навигационной
точности: высокоточный (ВТ-код) и стандартный (ПТ-
код). ВТ-код предоставляется (помимо потребителей
министерства обороны) авторизованным потребителям
и обеспечивает повышенный уровень точности и защиту
от преднамеренных помех. При работе с ВТ одновремен-
но используются сигналы в двух частотных диапазонах
L1 и L2, что позволяет компенсировать ионосферную по-
грешность. Гражданским потребителям предоставляется
доступ к ПТ на частоте L1.
В ГЛОНАСС не используется преднамеренное ухудше-
ние точности гражданского канала, аналогичное режиму
селективного доступа (SA) для GPS.
Информация, предоставляемая навигационным сиг-
налом ПТ, доступная всем потребителям на постоянной
и глобальной основе, обеспечивает возможность определе-
ния: горизонтальных координат, вертикальных координат,
составляющих вектора скорости и времени. Эти точности
можно значительно улучшить, если использовать диффе-
ренциальный метод навигации и/или дополнительные спе-
циальные методы измерений.
Полностью развернутый космический сегмент ГЛО-
НАСС состоит из 24 спутников в трех орбитальных плоско-
стях. Орбиты спутников — круговые с высотой 19100 км
и углом наклонения --64°. Период обращения каждого
спутника составляет приблизительно И часов 15 минут.
Выведение спутников ГЛОНАСС на орбиту осуществля-
ется с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя
«Протон» и разгонного блока. Одним носителем одновре-
менно выводятся три спутника ГЛОНАСС, перевод каж-
дого спутника в заданную точку орбитальной плоскости
производится с помощью собственной двигательной уста-
новки.
Управление орбитальным сегментом ГЛОНАСС осу-
ществляют наземный комплекс управления. Он включает
в себя Центр управления системой и сеть станций слеже-
ния и управления, рассредоточенных по территории Рос-
сии. Наземный комплекс управления осуществляет сбор,
накопление и обработку траекторной и телеметрической
информации обо всех спутниках системы, формирование
и выдачу на каждый спутник команд управления и навига- 
Глава 11. Информационные системы и технологии в логистике
ционной информации, а также контроль качества функцио-
нирования системы в целом.
Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают
навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал
стандартной точности (ПТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и на-
вигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах
L1 и L2 (1,2 ГГц).
Для определения пространственных координат и точ-
ного времени требуется принять и обработать навига-
ционные сигналы не менее чем от четырех спутников
ГЛОНАСС. Одновременно с проведением измерений
в приемнике выполняется автоматическая обработка содер-
жащихся в каждом навигационном радиосигнале цифровой
информации. Цифровая информация описывает положение
НИСЗ в пространстве и времени (эфемериды) относитель-
но единой для системы шкалы времени в геоцентрической
связанной декартовой системе координат. Кроме того, циф-
ровая информация описывает положение других спутников
системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их ор-
бит и содержит некоторые другие параметры.
Результаты измерений и принятая цифровая информа-
ция являются исходными данными для решения навига-
ционной задачи по определению координат и параметров
движения. Навигационная задача решается автоматически
в вычислительном устройстве НАП. В результате решения
определяются три координаты местоположения потреби-
теля, скорость его движения и осуществляется привязка
шкалы времени потребителя к высокоточной шкале коор-
динированного всемирного времени (UTC).
В настоящее время практически все известные навига-
ционные приемники, использующие сигналы спутников
ГЛОНАСС, одновременно принимают сигналы спутников
GPS, т.е. являются комбинированными.
В качестве примера можно привести навигационный
приемник Ижевского радиозавода МЦ0С-А18, имеющий
18 каналов обработки сигналов систем GPS и ГЛОНАСС.
Он осуществляет автоматический поиск, прием и обработ-
ку сигналов двух радионавигационных систем ГЛОНАСС
(Россия) и GPS NAVSTAR (США), измеряет навигацион-
ные параметры на частотах L1 GPS и L1 ГЛОНАСС и обе-
спечивает комбинированную фильтрацию этих измерений.
Приемник формирует навигационные параметры (долго-
ту, широту, высоту), параметры движения объекта, время, 
113. Использование среды Интернет для решения логистических задач 761
дату. Точность измерений (без режима дифференциальной
коррекции): местоположения — менее 30 м, скорости —
менее 0,15 м/с Приемник может применяться в системах
управления движением железнодорожного, автомобильно-
го, воздушного, морского и речного транспорта и т.п. Его га-
баритные размеры 150x105x20 мм, потребляемая мощность
платы не более 5 Вт.
Стоимость профессиональной навигационной аппа-
ратуры потребителей, работающей одновременно в стан-
дартах ГЛОНАСС и GPS, сопоставима со стоимостью
аналогичной аппаратуры GPS (за исключением массовой
аппаратуры индивидуального пользования). Интегри-
рованный базовый приемоизмерительный модуль, реа-
лизующий функцию приема и обработки сигналов ГЛО-
НАСС и GPS, стоит примерно на 200—300 долл. дороже,
чем односистемный модуль GPS. В то же время стоимость
терминалов ГЛОНАСС/GPS, использующих в качестве
основы такой модуль, сопоставима, а в ряде случаев даже
ниже стоимости односистемной профессиональной аппа-
ратуры GPS. Характерным примером являются морские
автоматизированные идентификационные системы, где
стоимость ГЛОНАСС/GPS оборудования ниже стоимо-
сти аналогичного GPS-оборудования.
СРНС GPS
Разработка системы GPS началась в 1973 г., в 1978 г. ста-
ли осуществлять вывод ее экспериментальных спутников
на орбиту. Первая штатная орбитальная группировка си-
стемы GPS разворачивалась с июня 1989 г. по март 1994 г.
На орбиту были выведены 24 навигационных спутника
Block П, в 1995 г. она была признана готовой к эксплуа-
тации, хотя уже и до этого система широко применялась
как на транспорте и в быту, так и военными — в частности,
в ходе войны в Персидском заливе в 1991 г. Затраты на ее
реализацию превысили 15 млрд долл.
Полностью развернутый космический сегмент GPS со-
стоит из 24 спутников в шести орбитальных плоскостях.
Спутники обращаются по практически круговым орбитам
с высотой 20200 км с углом наклонения 55 градусов. Пери-
од обращения каждого спутника по орбите составляет при-
близительно 12 часов.
СРНС GPS управляется Министерством обороны
США. Она работает на двух частотах: 1575,42 МГц (L1)
Глава 11 Информационные системы и технологии в логистике
и 1227,6 МГц (L2) с использованием псевдослучайной ши-
рокополосной модуляции и кодового разделения каналов.
Система обеспечивает два уровня навигационной точ-
ности: прецизионный (PPS) и стандартный (SPS). PPS
(Р-код) предоставляется, помимо потребителей министер-
ства обороны, только авторизованным потребителям и обе-
спечивает повышенный уровень точности и защиту от пред-
намеренных помех. PPS использует обе частоты L1 и L2.
Доступ к PPS контролируется криптографическими ме-
тодами (Y-код).
Гражданским потребителям предоставляется доступ
к SPS (С/А-код) на частоте L1.
До 2 мая 2000 г. в GPS использовался так называемый
«режим селективного доступа» SA (Selective Availability),
заключающийся в преднамеренном ухудшении точности
сигнала, предоставляемого гражданским потребителям.
Первоначально предполагалось использовать систему GPS
только в навигационных целях, но исследования, проведен-
ные учеными Массачусетского технологического института
в 1976—1978 гг., показали возможность геодезического при-
менения GPS, т.е. определения координат с миллиметро-
вой точностью с помощью специальных режимов работы
(дифференциальный, двухчастотный, фазовые измерения).
Например, измерения фазы несущей в GPS-приемниках
реализованные в серийной и имеющейся на рынке аппара-
туре позволяют получать точность определения расстояний
между приемниками порядка 1 см + 1 мм на 1 км расстоя-
ния между ними.
Так же как и ГЛОНАСС, система GPS включает три
основные сегмента: космический сегмент, на котором мы
остановились, сегмент управления, состоящий из 5 кон-
трольных центров, включая мастер-центр, дислоцирован-
ных на американских военных базах и сегмент потребите-
лей. В целом системы схожи.
К пользовательскому сегменту относятся персональные
GPS-приемники, которые продаются в виде автономных
устройств, модулей расширения к портативным компьюте-
рам или же встраиваются в определенные виды оборудо-
вания.
Для системы GPS приемники производятся милли-
онными партиями. Платы для них стоят 50—150 долл.,
тогда как комбинированные платы GPS/ГЛОНАСС —
500—1000 долл.
