Пенсионный советник

ГЛОНАСС ждет российского чипсета

Вице-президент НП «ГЛОНАСС» рассказал, как довести точность приема сигнала до миллиметровой

Павел Котляр 07.07.2014, 13:16
Группировка ГЛОНАСС ESA - J. Huart
Группировка ГЛОНАСС

Чем грозит обещание Дмитрия Рогозина закрыть российские станции GPS, что мешает приемникам ГЛОНАСС помещаться в кармане, и как с их помощью спасать жизни, в интервью «Газете.Ru» рассказал вице-президент некоммерческого партнерства ГЛОНАСС Евгений Белянко.

— Евгений Александрович, в связи с последними заявлениями о закрытии в России станций GPS и санкциями в отношении России — чисто технический вопрос. Могут ли США ухудшить сигнал или вообще сделать невозможным прием сигнала GPS в отдельно взятой стране, например, в России?
— Если рассматривать возможности снижения точности над какой-то территорией, то их могут быть две: естественное снижение точности и умышленное снижение. Доподлинно возможности системы GPS в части умышленного искажения навигационной информации над какой-то территорией неизвестны.

Что касается естественного снижения точности, то вклад отключенных станций незначителен для точностей, доступных рядовому потребителю.

— В чем же задача тех станций, которые Дмитрий Рогозин обещает закрыть на территории России?
— У наземных контрольных станций любой спутниковой навигационной системы две основные задачи. Первая — уточнение параметров орбит спутников путем измерения расстояния от станции до спутника с высокой точностью в реальном времени тем или иным способом. И вторая — это определение временной ошибки бортовых часов спутника и, соответственно, формирование корректирующей информации, если ход бортовых часов отличается от эталона.

В состав любой контрольной станции входит очень качественный навигационный приемник самого высокого класса, какой можно купить на рынке, буквально миллиметровой точности. Контрольных станций у GPS много, отключение станций на территории России не окажет заметного влияния на точность.

— На новосибирском форуме «Технопром» Дмитрий Рогозин упомянул наши цели в области точности ГЛОНАСС, как технически они будут реализовываться?
— В 2020 году точность ГЛОНАСС должна достичь 60 см. Она будет повышаться постепенно, в несколько этапов. Если говорить про навигационный приемник, то источники погрешности у него следующие.

Во-первых, это изменчивость параметров ионосферы, которая дает ошибку порядка 1,5 м.

Существенно меньше влияют собственные ошибки приемника, они дают погрешность меньше 1 м. Также есть ошибки эфемерид и бортовых часов спутников. В итоге получаем базовую погрешность (прием навигационных сигналов на одной частоте без корректирующих поправок) 2–3 м. Чтобы обеспечить более высокую точность, необходимо использовать специальные поправки. Их выдают станции дифференциальной коррекции. Идея по своей сути предельно проста. Есть станция, координаты которой измерены с высокой точностью геодезическими методами, не имеющими отношения к навигации. И на эту станцию ставится высокоточный приемник, который сравнивает разницу между известными координатами станции и теми координатами, которые определил приемник.

Эта разница является ошибкой навигационных измерений по спутниковым сигналам в данный момент времени за счет текущего состояния ионосферы и других причин. Эта ошибка одинакова, грубо говоря, в круге радиусом 10–20 км, в той зоне, где приемник потребителя и корректирующая станция видят одни и те же спутники.

Если данные об этой ошибке передать всем потребителям в радиусе 10–20 км, это позволит им устранить ошибку и определять данные с высокой точностью, вплоть до миллиметровой.

Поправки могут передаваться различными способами: через сотовую связь, по УКВ-радиосвязи, через спутниковые системы связи и многими другими путями.

— То есть, чтобы увеличить точность определения координат, мы должны расширить сеть таких станций на планете, да?
— Во-первых, да, это увеличение сети; во-вторых, это совершенствование алгоритмов и программного обеспечения. Просто так поставить 100 станций без отработанной математики недостаточно. Это большая инфраструктурная задача.

— Если сейчас группировка полностью набрана, зачем нужны новые запуски?
— У каждого спутника на орбите есть свой гарантийный срок. Если вы помните, было несколько раз принято решение о переносе сроков запуска, потому что деградация группировки происходила медленнее, чем это можно было ожидать. То есть спутники вели себя лучше, чем было заложено при их проектировании.

Однако все равно любой спутник деградирует. И когда он подходит к опасной черте, его заменяют на новый.

Деградация в первую очередь происходит в электронных компонентах. Основным источником деградации являются тяжелые заряженные частицы и ионизирующее излучение, которые присутствуют в космосе. Во-вторых, это деградация солнечных панелей (которые по сути своей являются полупроводниковым диодом): уменьшается КПД, падает мощность. Хотя в спутниках предусматривается многократное дублирование систем, дожидаться, когда останется последний комплект, слишком рискованно.

— Если сравнить нынешние спутники и первого поколения, в чем их различия?
— Впервые эксперименты по спутниковой навигации начались одновременно в России и в США в 60-е годы. Первые спутники ГЛОНАСС были на основе герметичной платформы. Спутник представлял собой железный резервуар, в который была установлена электроника, а внутри поддерживалась замкнутая газовая атмосфера. Основная проблема — газ так или иначе находил способы утечь в космос, и это резко ограничивало срок службы. Следующим шагом стало использование негерметичной платформы. Здесь срок службы в разы больше, но резко возрастают требования к электронике и качеству конструирования аппарата (основная проблема — тепло от горячих компонентов надо отводить только через теплопроводящие конструктивные элементы или путем излучения его в открытый космос, конвективное охлаждение в принципе невозможно). Принципиальный прогресс достигнут в точности эталонов времени: за время развития программы ГЛОНАСС точность повышена более чем в 100 раз.

Вообще, высокоточный эталон времени — это одно из основных ноу-хау спутниковых систем навигации.

— Мой туристический навигатор — американский, принимает GPS и ГЛОНАСС, размером с телефон Nokia 3310, не больше. Когда в России будут делать подобные приборы?
— С элементной базой ситуация следующая. Российские компании умеют проектировать очень хорошие навигационные приемники. Но в силу небольшого объема российского рынка и, как следствие, не очень больших финансовых возможностей компаний они не могут использовать самые современные технологии (так называемые «тонкие» техпроцессы — 45 нм и меньше, вплоть до 20 нм). И поэтому получается так, что математика и качество российского приемника очень хорошие, на мировом уровне, но по цене наш приемник проигрывает там всего каких-то $2. Сейчас навигационный рынок профессиональных приемников ГЛОНАСС — GPS в стране примерно 700 тыс. штук в год.

При контракте на поставку 100 тыс. навигационных приемников решит все не то что $2, а две десятых цента.

Совмещенная навигация (ГЛОНАСС + GPS + в недалеком будущем китайская BeiDou и европейская Galileo) — это действительно плюс для потребителей, это повышает точность навигации и качество. Это неоднократно подтверждено, на эту тему написаны десятки статей. Первыми, кстати, начали писать американцы в своих профильных изданиях.

Государство стало прилагать активные усилия по развитию навигационного рынка не так давно, примерно с 2007 года. Есть программы по оснащению навигационным оборудованием автомобильной техники, где устанавливаемые приемники должны соответствовать определенным требованиям. Это называется профессиональным рынком.
Если наш «профессиональный» рынок — это 700 тыс. приемников в 2013 году, то, например, в Европе совокупный рынок, то есть все сегменты рынка, это 100 млн чипсетов в год. Это несопоставимые размеры. Поэтому если работать на европейский рынок, то компании, которые имеют большие обороты, могут использовать более совершенные технологические процессы и конечный продукт у них выходит дешевле.

— И в чем выход?
— Только дальнейшее масштабирование рынка. Появился и активно развивается ряд крупных национальных проектов, которые стимулируют рынок. Первым крупным проектом было введение обязательного оснащения транспорта для перевозки опасных грузов и пассажиров. Следующий этап — это система «ЭРА-ГЛОНАСС». Далее система взимания платы с грузовиков больше 12 тонн. Потом будут системы страховой телематики и так далее.

— То есть мы искусственно создаем новые способы применения?
— Нет, ничего искусственного в этом нет. Все упомянутые мною проекты развиваются по объективным причинам.

Так, «ЭРА-ГЛОНАСС» позволит спасать в год до 4 тыс. жизней пострадавших в ДТП за счет ускорения прибытия экстренных и оперативных служб к месту аварии.

Страховая телематика после внедрения ее для целей «европротокола» в рамках ОСАГО сильно уменьшит пробки на наших дорогах — не нужно будет часами дожидаться приезда сотрудников ГИБДД на каждую аварию с «царапинами» и т.д. Для нас с вами важно то, что всем этим системам объективно нужна спутниковая навигация.

Дальше встает вопрос выбора. Теоретически тот же «европротокол» можно строить на основе GPS. Но в случае различных мошеннических действий суд должен будет принять во внимание координаты, измеренные при помощи GPS. Но GPS никак не регулируется российскими законами и не имеет никакого отношения к России. Именно поэтому указывать GPS как систему определения координат в любых российских нормативных актах нецелесообразно.

— У нас в стране делают свои чипсеты для ГЛОНАСС?
— Современный чипсет — это плод кооперации как минимум трех организаций: разработчика чипсета, дизайн-центра при фабрике и самой кремниевой фабрики — узкоспециализированного производства, где, собственно, и делают микросхемы. Никто не может совместить все эти операции в одних руках. Даже Intel, который владеет полным циклом производства, имеет десятки структурных подразделений по разработке и производству новых продуктов на всех континентах нашей планеты. То есть можно сказать, что все три описанные мной роли даже в Intel делают фактически разные фирмы, принадлежащие одному владельцу.

Масса фирм, например мировой лидер в области беспроводных технологий Qualcomm, давно отказались от своего кремниевого производства и размещают свои заказы «на стороне». Что такое хороший российский чипсет? Его необходимо проектировать в России и производить на иностранных кремниевых фабриках. И это единственно возможный способ. Кремниевых фабрик по современным техпроцессам в мире буквально пять штук. Как я уже говорил, у фирмы Qualcomm, мирового лидера по сотовой связи, одного из лидеров по навигации, нет своей кремниевой фабрики, и это никак не ограничивает их бизнес. У компании нет своей фабрики, и она заказывает производство на стороне.

Этим путем и идет Россия. Локализовать все производство внутри страны пока сложно. Разница в масштабах рынка. Когда мы разовьем рынок хотя бы до 10 млн приемников в год в России, тогда можно будет переходить на новый этап.