Спу́тниковая систе́ма навига́ции, система, использующая несколько космических аппаратов (КА) в качестве основного элемента для определения местоположения объекта на земной поверхности. В качестве космических аппаратов используются искусственные спутники Земли (ИСЗ), размещённые на заданных орбитах. Они передают сигналы в выделенном радиодиапазоне, при обработке этих сигналов выполняется вычисление местоположения объекта.

Происхождение термина «навигация»

Термин «навигация» изначально имел отношение только к морскому судовождению. В морской навигации до появления навигационных приборов применялось визуальное ориентирование. Основными ориентирами по сторонам света являлись небесные светила (Солнце, Луна, яркие звёзды). Навигационные приборы появились в античном мире. Первым из них стал магнитный компас. В Средние века для ориентирования активно применялась астролябия (астрономический прибор). Дальнейшее развитие навигационных приборов привело к появлению квадранта, секстанта и других устройств для измерения времени и расстояния.

Развитие спутниковых систем навигации

Освоение космического пространства способствовало развитию технологий спутниковых систем навигации. В их основе лежит эффект Доплера, заключающийся в изменении частоты радиосигнала при его распространении от движущегося по орбите КА (в зависимости от скорости его движения) до приёмника, расположенного на Земле. Наличие нескольких ИСЗ и известных частот излучаемых радиосигналов позволяет выполнить определение местоположения объекта, скорость и направление его движения. Первые спутниковые системы навигации, реализованные в СССР, – «Цикада», «Циклон» (обе – 1967), «Парус» (1974).

В США была разработана и эксплуатировалась с 1964 г. аналогичная спутниковая система навигации «Транзит» (Transit). Начиная с 1967 г. она применялась уже в коммерческих целях.

Классификация спутниковых систем навигации

Классификация спутниковых систем навигации может выполняться по множеству параметров. Основные из них – высоты и характеристики орбит размещения КА, их зоны действия, назначение, принадлежность, число решаемых задач.

Спутниковые системы навигации по высотам и характеристикам орбит

По высотам и характеристикам орбит КА различают следующие спутниковые системы навигации: среднеорбитальные; высокоорбитальные (геостационарные); высокоэллиптические; смешанные.

Высоты круговых орбит КА среднеорбитальных спутниковых систем навигации составляют около 20 000 км (радиус орбит около 26 000), а период обращения КА – около 12 ч.

Геостационарные орбиты высокоорбитальных (геостационарных) спутниковых систем навигации характеризуются высотами в пределах приблизительно 36 000 км.

Высокоэллиптические спутниковые системы навигации обладают вытянутыми орбитами, радиус перигея которых составляет около 1000 км, апогея – от 10 000 км.

Смешанные орбитальные группировки КА спутниковых систем навигации имеют в своём составе ИСЗ, размещённые на круговых, высокоорбитальных (геостационарных) и высокоэллиптических орбитах.

Спутниковые системы навигации по зонам действия

В зависимости от зон действия выделяют глобальные и региональные спутниковые системы навигации. Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) обеспечивают покрытие большей части поверхности Земли. Региональные навигационные спутниковые системы (РНСС) обслуживают пользователей на ограниченной территории, обычно включающей регион из нескольких соседних стран.

Спутниковые системы навигации по назначению

Спутниковые системы навигации делятся на системы гражданского и военного назначения.

Спутниковые системы навигации гражданского назначения предназначены для обеспечения социально-экономического и народно-хозяйственного развития государства (группы государств), а также предоставления услуг другим государствам на коммерческой основе. Спутниковые системы навигации военного назначения предназначены для решения задач в интересах обороны государства.

Спутниковые системы навигации по принадлежности

По принадлежности выделяются международные и национальные спутниковые системы навигации.

Международные спутниковые системы навигации характеризуются приёмом и использованием их навигационных сигналов потребителями на всех континентах, без ограничения доступа. Навигационные сигналы национальных спутниковых систем также принимаются и используются потребителями на всех континентах, но доступ к навигационному сигналу имеют только авторизованные потребители (селективный доступ через аппаратуру ГНСС).

Спутниковые системы навигации по числу решаемых задач

Спутниковые системы навигации по числу решаемых задач подразделяются на одноцелевые и многоцелевые.

Одноцелевые спутниковые системы навигации решают одну целевую задачу (навигация и определение местоположения). Многоцелевые спутниковые системы навигации решают несколько целевых задач. Например, кроме задач навигации и определения местоположения, они могут передавать текстовые сообщения и подключаться к поисково-спасательным системам.

Современные спутниковые системы навигации

Современные спутниковые системы навигации создаются государствами с развитой экономикой или группами государств. К целям реализации таких систем относятся обеспечение национальной безопасности и социально-экономического развития, предоставление услуг коммерческим пользователям.

Первой страной, создававшей спутниковую навигационную систему, был СССР: в 1982 г. была завершена разработка ГНСС военного назначения «Ураган». В 1993 г. она принята в эксплуатацию и переименована в ГНСС двойного (гражданского и военного) применения ГЛОНАСС. Ныне ГНСС ГЛОНАСС решает задачи оперативного координатно-временно́го и навигационного обеспечения потребителей наземного, морского, воздушного и космического базирования, высокоточного определения координат, точного времени, а также составляющих вектора скорости объектов.

Реализация проекта GPS в США началась в 1974 г. с выводом на орбиту первого опытного космического аппарата. Полностью система развёрнута и принята в эксплуатацию к 1994 г. Система создана и эксплуатируется под эгидой Министерства обороны США, доступ к системе предоставляется и гражданским коммерческим потребителям. Система GPS предназначена для навигации, высокоточного позиционирования, передачи шкалы времени.

КНР разработала и эксплуатирует ГНСС «Бэйдоу». Система предоставляет услуги навигации, высокоточного позиционирования, передачи шкалы времени, передачи текстовых сообщений глобально (регионально), подключение к поисково-спасательной системе.

Европейским союзом для обеспечения социально-экономического развития стран-членов разработана и эксплуатируется ГНСС «Галилео» (Galileo). Система предоставляет услуги навигации, высокоточного позиционирования, передачи шкалы времени.

Индия разработала и эксплуатирует РНСС Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS). Система предоставляет услуги навигации и высокоточного позиционирования. Зона действия IRNSS ограничена территорией Индии и прилегающей территорией на расстоянии до 1500 км от её границ. Система IRNSS не отличается высокой точностью и не работает самостоятельно. Для получения точного позиционирования необходимо её использование в качестве системы дифференциальной коррекции других ГНСС.

Япония разработала и эксплуатирует РНСС Quasi-Zenith Satellite System (QZSS). Система предоставляет услуги навигации и глобального позиционирования, дополнительно предоставляются услуги связи (с передачей видео, аудио и других данных).