ग्लोबल नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम के बारे में विकिपीडिया क्या नहीं लिखता है

पदों की रेडियो वेव थ्योरी श्रृंखला से प्रेरित होकर, मैंने उपग्रह पोजिशनिंग सिस्टम पर एक समान पोस्ट पर निर्णय लिया। मैं एक संरचना में काम करता हूं जो ग्लोनास प्रणाली के कामकाज को सुनिश्चित करता है, इसलिए मैं इसके और इसके प्रतियोगियों के बारे में थोड़ा अलग दृष्टिकोण से बात करने की कोशिश करूंगा। पोस्ट उनके डिवाइस के बारे में होगी, जिस तरह से मैं कई मिथकों को दूर करना चाहूंगा।
मैं उन सामान्य सच्चाइयों और जानकारियों को शामिल किए बिना करने की कोशिश करूंगा जो कोई भी विकिपीडिया से सीख सकता है, लेकिन कभी-कभी वे उनके बिना नहीं कर सकते हैं, कृपया समझ के साथ व्यवहार करें।

सिस्टम संरचना

आप सभी जानते हैं कि ग्लोबल नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम क्या हैं। सबसे आम राय यह है कि यह पृथ्वी की कक्षा में कई उपग्रह हैं जो एक निश्चित संकेत का उत्सर्जन करते हैं, जो हमें दुनिया में कहीं भी हमारे निर्देशांक निर्धारित करने की अनुमति देता है। वास्तव में, किसी भी GNSS में कम से कम तीन घटक होते हैं:

• नेविगेशन अंतरिक्ष यान (NKA) का उपतंत्र
• ग्राउंड कंट्रोल कॉम्प्लेक्स (NKU) का सबसिस्टम
• उपभोक्ताओं के नैविगेशन उपकरणों की सबसिस्टम (एनएपी)

अन्य सभी घटक, जैसे कि अंतर सुधार प्रणाली आवश्यक नहीं है, ये सिर्फ विकल्प हैं।
फिलहाल, केवल दो सिस्टम, जीपीएस और ग्लोनास, पूरी तरह से तैनात हैं और आम तौर पर उपलब्ध हैं। तैनाती के विभिन्न चरणों में कम से कम चार और जीएनएसएस हैं। चूंकि उनमें से एक को भी समाप्त नहीं किया गया है, हम उनके बारे में बात नहीं करेंगे, हालांकि जो कहा गया है उनमें से अधिकांश उन पर भी लागू होता है।

यह कैसे काम करता है

सबसिस्टम एनकेए कई उपग्रहों का प्रतिनिधित्व करता है, विशेष रूप से चयनित कक्षाओं में समन्वित चलती है। कक्षाओं का चयन करते समय मुख्य शर्त यह है कि कम से कम 4 उपग्रह किसी भी समय दुनिया के किसी भी बिंदु पर दिखाई दें (क्यों चार बिल्कुल नीचे बताए जाएंगे)। प्रत्येक डिवाइस में एक परमाणु घड़ी होती है - सीज़ियम, रूबिडियम या इसके संयोजन, संशोधन के आधार पर - सिस्टम के केंद्रीय सिंक्रोनाइज़र पर घड़ी के साथ सिंक्रनाइज़। सिंक्रोनाइज्ड - इसका मतलब यह नहीं है कि वे चरण में हैं, इसका मतलब है कि घड़ी के आंदोलन में अंतर ज्ञात है। यह केंद्रीय सिंक्रोनाइज़र है जो तथाकथित सिस्टम टाइमलाइन को संग्रहीत करता है। हमारा केंद्रीय सिंक्रोनाइज़र मॉस्को उपनगरों, पॉडवाशिंगटन में अमेरिकी में स्थित है, जो आश्चर्य की बात नहीं है।
प्रत्येक उपकरण दो आवृत्ति श्रेणियों L1 और L2 में एक वाहक दोलन का उत्सर्जन करता है। सभी जीपीएस उपग्रह प्रणालियां क्रमशः 1575.42 मेगाहर्ट्ज और 1227.60 मेगाहर्ट्ज पर L1 और L2 के लिए समान रूप से उत्सर्जित होती हैं, और ग्लोनास उपग्रह प्रणालियां अलग-अलग आवृत्तियों पर निकलती हैं, जिन्हें अक्षर (एक अक्षर पर कक्षा के विपरीत बिंदु पर स्थित उपकरण) कहा जाता है। अक्षरों के बीच का अंतर 562.5 kHz है, सबबैंड L1 के लिए और L2 के लिए 437.5 kHz, शून्य अक्षर में क्रमशः 1602 मेगाहर्ट्ज और 1245 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति है।
वाहक तरंग को एक विशेष कोड अनुक्रम द्वारा इस तरह से संशोधित किया जाता है कि कोड सिग्नल का चरण उपग्रह घड़ी के साथ मेल खाता है (यदि आप रुचि रखते हैं, तो चरण मॉडुलन)। जीपीएस प्रणाली में, प्रत्येक डिवाइस में एक अद्वितीय कोड अनुक्रम होता है, जो सामान्य आवृत्ति के बावजूद, उनके संकेतों को भेद करना संभव बनाता है। ग्लोनास आवृत्ति विभाजन का उपयोग करता है, इसलिए सभी उपकरणों में समान कोड अनुक्रम होता है। इसके अतिरिक्त, उपग्रह संकेतों को नेविगेशन संदेशों द्वारा संशोधित किया जाता है, जिसमें उपग्रह गति के एक बहुपद गणितीय मॉडल के पैरामीटर और सिस्टम टाइम स्केल के सापेक्ष उपग्रह घड़ी रीडिंग की ऑफसेट के लिए एक मॉडल होता है।

ग्लोनास अंतरिक्ष यान की सिग्नल संरचना

नेविगेशन संदेशों में आयनोस्फीयर पैरामीटर भी होते हैं (आपको आयनोस्फीयर में संकेतों की देरी को ध्यान में रखने की अनुमति देता है), सिस्टम टाइम स्केल और विश्व समन्वित समय स्केल के बीच का अंतर, और बहुत सी अन्य उपयोगी जानकारी। सरलीकृत, एनकेए सबसिस्टम किसी भी समय ज्ञात निर्देशांक के साथ अंतरिक्ष में चलती सिंक्रनाइज़ घड़ियों का एक नेटवर्क है।

ग्राउंड-आधारित कंट्रोल कॉम्प्लेक्स ग्राउंड स्टेशनों का एक नेटवर्क है जो अंतरिक्ष यान की गति, उनके घंटों के मापदंडों के मापदंडों को निर्धारित करता है। अंक ग्रह के रोटेशन के मापदंडों को मापते हैं, वायुमंडल के मापदंडों, वे पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की विशेषताओं को निर्दिष्ट करते हैं और दुनिया की समन्वय प्रणाली को संग्रहीत करते हैं। कार्यात्मक रूप से, एनकेयू में काफी संख्या में अनुसंधान संस्थान और प्रयोगशालाएं शामिल हैं। ठीक है, निश्चित रूप से, यह ग्राउंड-आधारित कॉम्प्लेक्स है जो इन सभी डेटा को उन उपकरणों पर संसाधित करता है और उन्हें देता है जो पहले से ही उन्हें नेविगेशन संदेश के हिस्से के रूप में प्रसारित करते हैं।
ग्राउंड-आधारित कॉम्प्लेक्स में कैलिब्रेटेड रिसीवर के साथ आधार अंक, और संघीय खगोलीय और भू-स्थानिक नेटवर्क के अंक, और अल्ट्रा-लॉन्ग बेस रेडियो इंटरफेरोमीटर, लेजर रेंजफाइंडर और कई अन्य दिलचस्प चीजें शामिल हैं। सामान्य तौर पर, ग्राउंड-आधारित कॉम्प्लेक्स के कार्य बहुत विविध हैं, इसकी गतिविधियां इस लेख में शामिल करने के लिए बहुत व्यापक हैं। अगर किसी को दिलचस्पी है, तो मैं इस बारे में एक लेख भी लिखने की कोशिश करूंगा।

ग्राउंड-आधारित ग्लोनास कंट्रोल कॉम्प्लेक्स के स्टेशनों का नेटवर्क

खैर, वास्तव में उपभोक्ताओं के नेविगेशन उपकरण एनकेए सिस्टम के संकेतों को प्राप्त करते हैं और संसाधित करते हैं। सभी दृश्यमान उपकरणों से संकेत प्राप्त करते हुए, रिसीवर निम्नलिखित कार्य करता है (सरलीकृत योजना):

• प्रत्येक उपग्रह से सिग्नल को अलग करना (जीपीएस के लिए कोड अनुक्रम के अनुसार और ग्लोनास के लिए आवृत्ति)।
• एनसीए घड़ी रीडिंग का निर्धारण कोड अनुक्रम को संसाधित करके प्राप्त सिग्नल के विकिरण के समय होता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, कोड अनुक्रम डिवाइस के ऑनबोर्ड घड़ी के साथ सिंक्रनाइज़ है।
• एक नेविगेशन संदेश प्राप्त करना। यह निम्नलिखित डेटा देगा: डिवाइस की स्थिति और इसकी घड़ी की गति और सिस्टम समय के पैमाने में अंतर। हम पहले से ही सिस्टम टाइम स्केल में एक उपग्रह द्वारा सिग्नल के उत्सर्जन के क्षण को निर्धारित कर सकते हैं।
• उपग्रहों से संकेत प्राप्त करने के समय रिसीवर की अपनी घड़ी का निर्धारण। इस प्रकार, हम उपग्रह से रिसीवर तक सिग्नल के प्रसार समय को निर्धारित करते हैं। लेकिन हम इस समय को रिसीवर की घड़ी और सिस्टम टाइम स्केल में अंतर के बराबर एक त्रुटि के साथ निर्धारित करेंगे। जाहिर है, यह त्रुटि सभी उपकरणों के लिए समान होगी।

तो, हमारे पास प्रत्येक डिवाइस की स्थिति है, प्रत्येक डिवाइस को सिग्नल का प्रसार समय। और अज्ञात हमारे निर्देशांक हैं और सिस्टम टाइम स्केल के साथ रिसीवर के टाइम स्केल में अंतर है, अर्थात चार अज्ञात। वैसे, एक आम गलत धारणा के विपरीत, रिसीवर निर्देशांक को अक्षांश, देशांतर और ऊंचाई के रूप में नहीं, बल्कि x, y, z के रूप में निर्धारित करता है - ग्रह के द्रव्यमान के केंद्र के साथ जुड़े भूस्थैतिक कार्टेशियन समन्वय में निर्देशांक। यह इस तथ्य के कारण है कि अंतरिक्ष यान के निर्देशांक इस समन्वय प्रणाली में सटीक रूप से निर्धारित किए जाते हैं। पैरामीटर x, y, z, B, L, H (अक्षांश, देशांतर, ऊंचाई) से रूपांतरण के लिए अतिथि समीकरण हैं।
यह स्पष्ट है कि चार अज्ञात को निर्धारित करने के लिए, चार या अधिक समीकरण वाले समीकरणों की प्रणाली की आवश्यकता है। इसलिए हमें चार दृश्य उपकरणों की आवश्यकता है। तीन उपकरणों द्वारा निर्धारित करना संभव है, इसके लिए, पृथ्वी के दीर्घवृत्ताकार (जो शास्त्रीय दीर्घवृत्त समीकरण द्वारा x, y, z को जोड़ता है) का एक अतिरिक्त समीकरण प्रणाली में पेश किया गया है। लेकिन इस स्थिति में, हमारी स्थिति एक दीर्घवृत्त के साथ ठीक बंधेगी, यानी हम ऊंचाई के बारे में बात नहीं कर सकते।
किसी भी मामले में, समीकरणों की इस प्रणाली को हल करने का परिणाम हमारे निर्देशांक और सिस्टम समय के पैमाने की स्थिति होगी। उत्तरार्द्ध को कभी-कभी भुला दिया जाता है, हालांकि सटीक समय प्रसारित करना निर्देशांक निर्धारित करने की तुलना में कोई कम जरूरी काम नहीं है। फिलहाल, जीएनएसएस के माध्यम से, दस नैनोसेकंड के क्रम की सटीकता के साथ दुनिया के किसी भी बिंदु पर सटीक समय प्रसारित करना संभव है, कई नैनोसेकंड तक विशेष मामलों में। इसमें, उनके पास व्यावहारिक रूप से कोई प्रतियोगी नहीं है, सटीक समय संचारित करने के लिए अन्य सभी प्रणालियां या तो बहुत अधिक महंगी हैं या बहुत खराब हैं। सभी विश्व समय प्रयोगशालाओं, समय और आवृत्ति के सभी राष्ट्रीय मानकों (हमारी सहित) की तुलना जीएनएसएस (बेशक, केवल जीएनएसएस) का उपयोग करके नहीं की जाती है, जो हमें एक समन्वित वैश्विक समय पैमाने यूटीसी, टीएआई, आदि को बनाए रखने की अनुमति देता है, हालांकि, समय और आवृत्ति का प्रसारण। वर्ल्ड टाइमलाइन एक अलग बातचीत है।

बेशक, यह नेविगेशन सिस्टम के संचालन की एक बहुत ही सरल योजना है, आप किसी भी घटक के बारे में बहुत लंबे समय तक बात कर सकते हैं। इसलिए, यदि किसी को कोई दिलचस्पी है, तो मैं जीएनएसएस के किसी भी पहलू पर विचार करने के लिए तैयार हूं।

पूर्णांक का विघटन

मुझे तुरंत कहना होगा, यहां मैं केवल उन सबसे सामान्य प्रश्नों और गलत धारणाओं पर विचार करूंगा, जिनका मैं लगातार सामना करता हूं। ठीक है, मैं निश्चित रूप से, मेरी क्षमता की सीमा तक मामलों की वास्तविक स्थिति को समझाने की कोशिश करूंगा।

ग्लोनास इतना बुरा क्यों है?

सबसे आम सवाल।
शुरू करने के लिए, ग्लोनास जीपीएस से भी बदतर नहीं है।
उदाहरण के लिए, ध्रुवीय क्षेत्रों में कक्षा समूह के अधिक इष्टतम विन्यास के कारण, GLONASS समूह बेहतर कवरेज प्रदान करता है। हालांकि, भूमध्यरेखीय क्षेत्रों में स्थिति एक ही कारण के लिए विपरीत है। दोनों प्रणालियों के सैन्य उद्देश्य से पैर विकसित होते हैं, और सोवियत संघ और संयुक्त राज्य अमेरिका के सैन्य हित इन क्षेत्रों में सटीक रूप से केंद्रित थे।
इसके अलावा, संकेतों की आवृत्ति पृथक्करण वास्तव में ग्लोनास प्रणाली के शोर प्रतिरक्षा में सुधार करता है। एक ही आवृत्ति विभाजन कई समस्याएं लाता है, लेकिन तथ्य यह है कि सशस्त्र संघर्ष की स्थिति में हमारे जीएनएसएस को दबाने में अधिक मुश्किल होगी।
सिस्टम खुद लगातार प्रगति कर रहा है। यद्यपि हम जितनी तेजी से चाहेंगे, भले ही यह कुछ खगोलीय रकम के साथ भ्रष्टाचार के घोटालों के साथ हो, लेकिन पूरी दुनिया मानती है कि ग्लोनास जीपीएस के पीछे चार से पांच साल की दूरी पर स्थिर है, और खाई चौड़ी नहीं होती है। वैसे, यह मत सोचो कि जीपीएस बहुत सस्ता है, इसमें राक्षसी पैसा भी खर्च होता है, जिसे हमेशा खर्च नहीं करना चाहिए जैसा कि इसे करना चाहिए।
तो ग्लोनास पीछे क्यों है? कुछ लोगों को पता है कि ग्लोनास प्रणाली जीपीएस की तुलना में कई साल पुरानी है (औपचारिक रूप से प्रणाली खुद से छोटी है, लेकिन इसके प्रोटोटाइप पहले दिखाई दिए और प्रौद्योगिकी का विकास पहले ही शुरू हुआ)। बेशक, अमेरिकियों ने इसकी रचना को देखा, और अपनी खुद की बनाई, हमारी गलतियों को ध्यान में रखने की कोशिश की, जो किसी अन्य तरीके से भविष्यवाणी करना असंभव था। हमारी सिस्टम की त्रुटियों से बचना और विकास को रोकना (नब्बे के दशक में, हमारे पूरे उपग्रह नक्षत्र प्रशांत महासागर के तल पर लगभग समाप्त हो गए) वे पिछड़ते से अग्रणी हो गए।

सैन्य कोड

जैसा कि आप जानते हैं, दोनों प्रणालियों के एनकेए दो प्रकार के संकेतों का उत्सर्जन करते हैं: मानक सटीकता (ग्लोनास के लिए एसटी कोड, जीपीएस के लिए सी / ए) और उच्च सटीकता (बीटी कोड और पी / वाई कोड के समान)। ग्लोनास एसटी कोड दोनों आवृत्ति रेंज में उत्सर्जित होता है, और सी / ए जीपीएस कोड केवल एल 1 आवृत्ति रेंज (एनएस की कई नई श्रृंखला के अपवाद के साथ) में है। उच्च आवृत्ति संकेतों को दोनों आवृत्ति रेंज में उत्सर्जित किया जाता है। ये संकेत कोड अनुक्रम में भिन्न होते हैं, जबकि उच्च-परिशुद्धता कोड वाले संकेतों में एक व्यापक बैंड होता है, जो सटीकता को बढ़ाता है और इसे दबाने के लिए मुश्किल बनाता है।
परंपरागत रूप से, उच्च-सटीक संकेतों को सैन्य माना जाता है, मानक संकेतों को नागरिक माना जाता है। यह केवल आंशिक रूप से सच है। पी-कोड और बीटी-कोड का कोड अनुक्रम वर्तमान में व्यापक उपयोग के लिए खुला है: अमेरिकियों ने आधिकारिक तौर पर अपने कोड अनुक्रम प्रकाशित किए, और उसी समय हमारा (हम इसे उन दृश्यों के पीछे छोड़ देंगे जहां से उन्हें सीखा था)। इसलिए, अब कोई भी निर्माता स्वतंत्र रूप से रिसीवर प्राप्त कर सकता है जो सैन्य संकेत प्राप्त करते हैं (और वे बनाते हैं, सभी सटीक उपकरण सभी आवृत्तियों पर सभी प्रकार के संकेतों को स्वीकार करते हैं)। ख़ासियत यह है कि, यदि आवश्यक हो, तो इन कोडों को एक विशेष एल्गोरिथ्म के अनुसार बदल दिया जाता है, ज़ाहिर है, वर्गीकृत। और कोड अनुक्रमों के इस तरह के परिवर्तन के बाद, केवल सैन्य उपकरण उन्हें प्राप्त करने में सक्षम होंगे, क्योंकि यह एल्गोरिथ्म शुरू में इसे सीवन किया गया था।
इसके अलावा, यदि आवश्यक हो, तो कोडिंग को मानक सटीकता के संकेतों पर भी आरोपित किया जाता है, जो इन संकेतों के स्वागत में हस्तक्षेप नहीं करता है, लेकिन सिद्धांत रूप में सौ मीटर के एक जोड़े से बेहतर स्थिति का निर्धारण करने की अनुमति नहीं देता है।
इन सभी जोड़तोड़ों को विश्व स्तर पर नहीं, बल्कि दुनिया के एक निश्चित क्षेत्र में किया जा सकता है, जिसे अमेरिकियों ने इराक में युद्ध के दौरान प्रदर्शित किया, पूरे मध्य पूर्व को एक सामान्य जीपीएस से वंचित किया। हमारे साथ जॉर्जिया के साथ संघर्ष के दौरान भी ऐसा ही हुआ, जिसके कारण बहुत गूंज नहीं हुई, क्योंकि ग्लोनास उपयोगकर्ता जॉर्जिया में नहीं पाए जा सकते थे।

जीपीएस, ग्लोनास, यूटीसी तराजू

सिस्टम टाइमलाइन क्या है मैंने पहले ही कहा है। साथ ही विश्व के समन्वित UTC समयरेखा का उल्लेख किया। कुछ लोग इन सभी अवधारणाओं को भ्रमित करते हैं, मैं कटलेट से मक्खियों को अलग करने की कोशिश करूंगा और समझाऊंगा कि अंतर क्या हैं। यूटीसी समन्वित विश्व समय स्केल एक विश्लेषणात्मक समय स्केल है (अर्थात, इसका भौतिक कार्यान्वयन नहीं है, इसे "कलम की नोक पर" रखा गया है), जिसकी गणना समय के तराजू और सभी विश्व प्रयोगशालाओं की आवृत्ति के मानकों के साथ की जाती है। तदनुसार, इन प्रयोगशालाओं में मानकों के पैमाने को देश या संस्थान के नाम पर रखा गया है। उदाहरण के लिए, हमारे राष्ट्रीय मानक के पैमाने को यूटीसी (एसयू) (एसयू) कहा जाता है, क्योंकि पूर्व सोवियत संघ के लगभग सभी देश एक ही पैमाने पर रहते हैं), अमेरिकी मानक एनआईएसटी के पैमाने को यूटीसी (एनआईएसटी) कहा जाता है। यूएसएनओ अमेरिकन नेवल ऑब्जर्वेटरी (दुनिया की सबसे शक्तिशाली समय और आवृत्ति प्रयोगशाला) यूटीसी (यूएसएनओ) पैमाने को बनाए रखती है, जिससे जीपीएस सिस्टम के केंद्रीय सिंक्रोनाइज़र को खींच लिया जाता है। वे इसे ऊपर खींचते हैं, लेकिन तराजू के बीच हमेशा कुछ नैनोसेकंड के क्रम के बीच अंतर होता है, और यह अंतर जीपीएस उपग्रहों के नेविगेशन संदेश में प्रसारित होता है। इस प्रकार, कोई भी जीपीएस रिसीवर एक सिस्टम टाइमलाइन और UTC (USNO) टाइमलाइन दोनों प्रदान कर सकता है। स्थिति GLONASS और UTC (SU) सिस्टम टाइमलाइन के लिए समान है। यह सिर्फ इतना है कि हमारे ग्रह का घूर्णन धीमा हो रहा है, और यूटीसी समय के पैमाने को हर कई वर्षों में एक सेकंड में समायोजित किया जाता है। और सिस्टम टाइम स्केल को समायोजित नहीं किया जाता है और सिस्टम स्केल और विश्व समन्वित समय के बीच का अंतर वर्तमान में 16 सेकंड है।
आप सभी का ध्यान देने के लिए धन्यवाद, मुझे उम्मीद है कि यह दिलचस्प था।