Можно ли повысить точность системы ГЛОНАС путем перекачки навигационного ресурса из GPS в ГЛОНАС? На первый взгляд, все представляется простым и не сложным. Положи смартфон в спутник системы ГЛОНАС и координаты такого спутника окажутся в смартфоне. Ведь координаты автомобиля, при решении навигационной задачи с помощью системы GPS, так или иначе, оказываются внутри автомобильного смартфона, причем с высокой точностью (7090 сантиметров). Проблема в том, что координаты спутника системы ГЛОНАС из смартфона смогут извлечь (и идентифицировать в соответствующей системе координат) только разработчики смартфонов и системы GPS. А они не станут стараться в пользу системы ГЛОНАС. Напомним, что для определения местоположения автомобиля, необходимо определить три координаты Xa, Ya,Za. Поэтому, для решения навигационной задачи требуются три аналитических выражения:
Li = ((Xi Xa)2 + (Yi Ya)2 + (Zi Za)2)1/2 (1.2)
где:
i = 1, 2, 3.
L1, L2, L3 расстояния от автомобиля до соответственно первого, второго и третьего спутников, измеряются с помощью дальномеров;
X1, Y1, Z1; X2, Y2, Z2; X3, Y3, Z3 уточненные координаты соответственно первого, второго, третьего спутников космической системы GPS;
Xa, Ya, Za по-прежнему, координаты автомобиля.
Мы здесь не будем нагружать читателя знаниями о том, где и как решается система уравнений для определения трех искомых координат автомобиля, каким образом информация об измеренных расстояниях L1, L2, L3, передается в вычислительное устройство для производства вычислений координат автомобиля. Также не будем рассказывать, каким образом текущие координаты автомобиля привязываются к идущему из смартфона женскому магнитофонному голосу, например: Через 300 метров плавно поверните направо. Или, каким образом, к текущим координатам автомобиля привязываются линии на дисплее смартфона, символизирующие маршрут перемещения автомобиля. По этим и другим вопросам лучше всего проконсультироваться у разработчиков системы GPS и у разработчиков программного обеспечения смартфонов, конечно, если они захотят вас консультировать.
Решение навигационной задачи с помощью навигационной космической системы ГЛОНАС принципиально мало чем отличается от рассмотренного выше. Различие состоит в том, что в России пока нет своего отечественного смартфона. Вместо смартфона применяется его аналог устройство для решения навигационных задач (навигатор). Однако, это не мешает России решать многие задачи, в том числе, обеспечивать навигационное сопровождение быстролетающих объектов ракет. Российские крылатые ракеты прокладывают трассу полета длиной 2500 километров на высоте 40 метров между гор и над долинами, поражая цели противника с высочайшей точностью. То же самое можно сказать о гиперзвуковых ракетах, скорость которых превышает 6 километров в секунду (20 Махов).
Вместе с тем, мы должны понимать, что космические системы ГЛОНАС и GPS территориально никак не защищены. Вывести их из строя не такая уж сложная задача для противоборствующих сторон. Правда, и они, и мы понимаем, что если они выведут из строя нашу систему ГЛОНАС, то мы незамедлительно выведем из строя их GPS.
И тогда наши, и их крылатые ракеты и прочее станут абсолютно беспомощными. Так что основания для взаимного не уничтожения космических навигационных систем имеют место быть. Но, все-таки, хочется как-то решать навигационную задачу без оглядки на возможное уничтожение нашей системы ГЛОНАС, то есть без привязки к космической навигационной системе.
Для ракет, подлодок, других подводных движущихся объектов это более чем актуально. В этом случае необходимо рассматривать автономные методы навигации такие методы, которые решают задачу навигации, опираясь на аппаратуру, приборы, находящиеся внутри объекта навигации (подлодки, ракеты и прочее). Связь со сторонними средствами для решения задачи навигации в этом случае отсутствует.
Приведем пример автономной системы навигации. Пусть, мы хотим автономно определить местоположение подлодки. Для этого мы должны произвести на борту подлодки какие-то измерения (не выходя за пределы корпуса подлодки) и на базе таких измерений определить местоположение подлодки, например, узнать широту и долготу места нахождения подлодки. В качестве измеряемой величины можно выбрать угол между линией, параллельной оси вращения планеты Земля и местной вертикалью, которая, как известно, полностью совмещена с радиус-вектором Земли (линия, соединяющая центр Земли с точкой на ее поверхности, например, с местоположением подлодки). Физически линию, параллельную оси вращения Земли, можно аппаратурно смоделировать с помощью датчиков угловых скоростей, в том числе и гироскопических. Местная вертикаль это простой отвес (грузик, подвешенный на нитке). Более серьезный аналог отвеса моделируют с применением гироскопических устройств. По углу между осью вращения Земли и местной вертикалью всегда можно определить широту той точки на поверхности Земли, в которой производят построение местной вертикали. Для этого необходимо от 90 градусов вычесть величину измеренного угла. Таким образом, широту места нахождения подлодки мы определили, причем, совершенно автономно.
А, вот, с определением долготы места нахождения подлодки, все гораздо сложнее. Для определения долготы автономным способом необходимо опираться (на борту подлодки) на еще какое-то направление или линию, которая не будет параллельной оси вращения Земли. Например, можно задействовать магнитную ось Земли, которая не совпадает с осью вращения Земли. Тем более, что моделирование магнитной оси Земли достаточно простое с помощью магнитной стрелки или ее аналога (магнитного прибора). Однако, следует помнить, что ось вращения Земли и ее магнитная ось почти совмещены в пространстве, а это повлияет на точность определения долготы. К тому же, флуктуации магнитного поля в различных точках места нахождения подлодки слишком велики, что также приведет к понижению точности определения местоположения подлодки. Поэтому для определения долготы, имеет смысл опереться на измерение угла между двумя местными вертикалями или, что, тоже самое угла между двумя радиус-векторами точек места нахождения подлодки. При этом, одну местную вертикаль строят и запоминают ее положение в пространстве, например, с помощью гироскопических устройств, а другая местная вертикаль является текущей. По углу между такими местными вертикалями представляется возможным определить долготу. Однако, если внимательно посмотреть на глобус Земли, то можно увидеть, что на экваторе угловое расстояние между двумя меридианами одно, а, скажем, на 60 параллели между теми же меридианами другое. А это значит, что для определения долготы необходима математическая модель на основе сферической тригонометрии. Входными параметрами для такой модели являются: угол, измеренный между осью вращения Земли и текущей местной вертикалью; угол, измеренный между текущей вертикалью и запомненной в пространстве вертикалью, например, в момент погружения подлодки; долгота места погружения подлодки. Создание такой модели для специалиста, знакомого со сферической тригонометрией, не сложная задача. Для ее непрерывного решения в процессе движения подлодки, требуется не сложное вычислительное устройство или простейший современный компьютер. Процесс построения начальной местной вертикали в момент погружения подлодки, можно заменить процессом построения какой-нибудь линии или направлением на что-нибудь, например, линией, соединяющей точку погружения подлодки с направлением на какой-то ориентир, например, на известную звезду.