Система спутниковой навигации представляет собой целостную электронно-техническую систему, в которую входит объединенное космическое и наземное оборудование, задача которого заключается в определении местоположения (высоты и географических координат) и, помимо этого, параметров движения как наземных и водных, так и воздушных объектов (направление движения, скорость и пр.).
Основным элементом системы, из которых состоит спутниковая навигация, является орбитальная группировка, включающая в себя до тридцати спутников, которые излучают заданные радиосигналы. Далее идет наземная система контроля и управления, состоящая из блоков измерения положения спутников на данный момент и передачи на них всей полученной информации, которая в дальнейшем корректирует информацию об орбитах. Немаловажны и GPS-приемники, иначе говоря, приемное клиентское оборудование, которое может использоваться для определения координат. К необязательному элементу относится информационная радиосистема, которая способна передавать пользователю ряд поправок, в значительной степени повышающих точность определения координат.
Принципы, по которым работают навигационные системы, основываются на измерениях расстояния от спутников, положение которых точно известно, до антенны на объекте с точными координатами, осуществляя последовательный перевод полученных сигналов. Таблицей расположений всех спутников, именуемой альманахом, располагает любой спутниковый приемник еще до начала самих измерений. Альманах сохраняется в памяти приемника с момента предыдущего выключения и в случае, если он не устарел за этот период времени, использует его мгновенно. Целостная картина альманаха передается каждым спутником в индивидуальном сигнале. Именно по этой причине с легкостью вычисляется положение любого объекта в пространстве с помощью геометрических построений, основанных на данных альманаха – для этого достаточно знать точное расстояние до нескольких системных спутников. В основе метода измерения расстояния от антенны приемника до спутника лежит определенность скорости распространения радиоволн. Каждый спутник в составе своего сигнала излучает сигналы точного времени, используя для этого атомные часы, которые точно синхронизированы с системным временем – это дает возможность осуществлять измерения времени распространения радиосигнала. Далее часы спутникового приемника синхронизируются с системным временем, что помогает при последующих приемах сигналов вычислить задержку между временем непосредственного излучения и временем приема сигнала. Обработав данную информацию, приемник за короткое время вычисляет координаты антенны. А если дополнительно накапливать и обрабатывать полученные данные за установленный период времени, можно определить любые параметры движения объекта.
На данный момент ведущими действующими системами спутниковой навигации являются Глонасс и GPS. Министерству обороны России принадлежит навигация Глонасс, находящаяся на повторном этапе развертывания спутниковой группировки. А единственная спутниковая система навигации, которая действует полнофункционально, принадлежит минобороны США и известна под названием GPS. Обе системы излучают два вида сигналов, поскольку имеют гражданское и военное назначение. Сигнал для гражданского применения обладает пониженной точностью определения координат (до 100 м), а для военного – более высокой точностью (до 15 м). Для того чтобы ограничить доступ к точной информации, касающейся навигации, вводятся специальные помехи, которые учитываются лишь после получения ключей соответствующих ведомств. Навигация GPS снабжена 24 спутниками, располагающимися в шести плоскостях на высоте чуть более 20 тыс.км. У Глонасс такое же количество спутников расположено в трех плоскостях на высоте чуть более 19 тыс.км. GPS была окончательно сформирована весной 1994 года и до сегодняшнего времени развивалась, а Глонасс была развернута в конце 1995 года, однако заметно деградировала с тех пор, полностью восстановившись лишь в 2011 году. В основе сигналов обеих систем лежит «псевдошумовая последовательность», которая отличается повышенной надежностью, несмотря на слабую мощность излучаемых сигналов. Помимо навигации, полученные координаты успешно используются в картографии, геодезии, спутниковом мониторинге транспорта, тектонике и сотовой связи.
