Беспроводные технологии на автомобильном транспорте. Глобальная навигация и определение местоположения транспортных средств

БЕСПРОВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 

НА АВТОМОБИЛЬНОМ 

ТРАНСПОРТЕ

ГЛОБАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ 

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ 

ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Московский автомобильнодорожный
государственный технический университет (МАДИ)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

В.М. ВЛАСОВ, Б.Я. МАКТАС, В.Н. БОГУМИЛ, И.В. КОНИН

Допущено

Федеральным УМО в системе высшего образования 

по укрупненной группе направлений подготовки 

23.00.00 «Техника и технологии наземного транспорта» 

в качестве учебного пособия для обучающихся по направлениям 

«Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» 

(квалификация (степень) «бакалавр», «магистр»), 

«Технология транспортных процессов» 

(квалификация (степень) «магистр»)

Москва 
ИНФРА-М 

202

УДК 629(075.8)
ББК 39.3я73
 
В58

Власов В.М.

В58 
 
Беспроводные технологии на автомобильном транспорте. Глобаль-

ная навигация и определение местоположения транспортных средств : 
учебное пособие / В.М. Власов, Б.Я. Мактас, В.Н. Богумил, И.В. Конин. — 
Москва : ИНФРА-М, 2024. — 184 с. — (Высшее образование: 
Бака лавриат). — 10.12737/textbook_591aea600e5f05.45330352.

ISBN 978-5-16-012733-0 (print)
ISBN 978-5-16-105816-9 (online)

В учебном пособии подробно описана технология спутниковой нави-

гации в применении к задачам мониторинга и контроля движения автомобильного 
транспорта. Рассмотрена технология определения местоположения, 
используемая в навигационных приемниках для автомобильного 
транспорта. Изложена технология глобальной спутниковой навигации, 
включая вопросы формирования и обработки навигационных сигналов. 
Даны сравнительные характеристики двух действующих глобальных навигационных 
спутниковых систем — ГЛОНАСС и GPS. Рассмотрены 
вопросы измерения времени в спутниковой навигационной системе. 
Показано влияние погрешности часов приемника на точность измерения 
местоположения объекта.

Соответствует требованиям Федерального государственного образова-

тельного стандарта высшего образования последнего поколения.

Для студентов, обучающихся по техническим направлениям и специ-

альностям.

УДК 629(075.8)

ББК 39.3я73

Р е ц е н з е н т ы:

Илюхин А.В., доктор технических наук, профессор, заведующий 

кафедрой «Автоматизация производственных процессов» Московского 
автомобильно-дорожного государственного технического университета;


Лахтина Н.Ю., кандидат технических наук, доцент кафедры 

«Транспортная телематика» Московского автомобильно-дорожного 
государственного технического университета

ISBN 978-5-16-012733-0 (print)
ISBN 978-5-16-105816-9 (online)

© Власов В.М., Мактас Б.Я., 

Богумил В.Н., Конин И.В., 2017

Авторский коллектив

Владимир Михайлович Власов, доктор технических наук, профессор, 
заведующий кафедрой «Транспортная телематика» факультета 
автомобильного транспорта Московского автомобильно-
дорожного государственного технического университета.
Борис Яковлевич Мактас, кандидат технических наук, доцент 

кафедры «Транспортная телематика» факультета автомобильного 
транспорта Московского автомобильно-дорожного государственного 
технического университета.
Вениамин Николаевич Богумил, кандидат технических наук, доцент 
кафедры «Транспортная телематика» факультета автомобильного 
транспорта Московского автомобильно-дорожного государственного 
технического университета.
Игорь Валентинович Конин, кандидат технических наук, доцент, 

заместитель заведующего кафедрой «Транспортная телематика» факультета 
автомобильного транспорта Московского автомобильно-
дорожного государственного технического университета.

Список сокращений

АСН — аппаратура спутниковой навигации
АЦП — аналого-цифровой преобразователь
ВТ — высокая точность
ВЧ — высокие частоты (название диапазона частот радиоволн)
ГВЧ — гипервысокие частоты (название диапазона частот радиоволн)

ГИС — Географическая информационная система
ГЛОНАСС — Глобальная навигационная спутниковая система 
(Россия)
ГНСС — Глобальная навигационная спутниковая система
ИСЗ — искусственный спутник Земли
КА — космический аппарат
КВЧ — крайне высокие частоты (название диапазона частот 
 радиоволн)
КСЧ — квантовый стандарт частоты
КХ — код Хемминга
МВ — метка времени
НАП — навигационная аппаратура потребителей (функциональная 
часть ГЛОНАСС)
НКА — навигационный космический аппарат
НКУ — наземный комплекс управления (функциональная часть 
ГЛОНАСС)
НП — навигационный приемник
НЧ — низкие частоты (название диапазона частот радиоволн)
ОНЧ — очень низкие частоты (название диапазона частот радиоволн)

ОВЧ — очень высокие частоты (название диапазона частот 
 радиоволн)
ОФМ — относительная фазовая модуляция (вид модуляции 
сигнала навигационного сообщения ГЛОНАСС)
ПЗС — прибор с зарядовой связью
ПЗ-90 — модель земного геоида в системе ГЛОНАСС, система 
геодезических координат
ПКА — подсистема космических аппаратов (функциональная 
часть ГЛОНАСС)
ПКУ — подсистема контроля и управления (функциональная 
часть ГЛОНАСС)
ПСДК — псевдослучайный дальномерный код ГЛОНАСС

ПСП — псевдослучайная последовательность двоичных чисел
СВЧ — сверхвысокие частоты (название диапазона частот радиоволн)

СИ — Международная система единиц измерения физических 
величин (фр. Le Système International d’Unités, SI)
ССЗ — схема слежения за задержкой (навигационный приемник)

СТ — стандартная точность
СЧ — средние частоты (название диапазона частот радиоволн)
УВЧ — ультравысокие частоты (название диапазона частот радиоволн)

ФАП — фазовая автоподстройка (навигационный приемник)
ЦИ — цифровая информация
ШВ — шкала времени навигационного космического аппарата 
ГЛОНАСС
AVL — Automatic Vehicle Location — Автоматизированная спутниковая 
навигационная система мониторинга автомобилей
BPSK — BiPhase Shift Keying — метод фазовой модуляции, 
при которой фаза несущего колебания меняется скачкообразно 
в зависимости от значения передаваемой двоичной цифры информационного 
сообщения
C/A — Clear Acquisition — дальномерный код свободного доступа 
в системе GPS
CDMA — Code Division Multiple Access — протокол передачи 
данных. Множественный доступ с кодовым разделением — технология 
радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу 
частот, но разные ПСП
CF — Correlation Function — показатель корреляции
D-GPS — Differential Global Positioning System — дифференциальный 
GPS. Система повышенной точности позиционирования
DSSS — Direct sequence spread spectrum — метод модуляции широкополосного 
сигнала
EHF — Extremely high frequency (название диапазона частот радиоволн)

EPE — Estimated Position Error — ожидаемая ошибка позиции
FDMA — Frequency Division Multiple Access — множественный 
доступ с разделением каналов по частоте (протокол передачи данных)

GDOP — Geometric Dilution of Precision — геометрический фактор 
понижения точности
GPS — Global Positioning System — система глобального позиционирования (
США)

GPST — GPS Time — время в системе GPS
GQ — Geometric Quality — величина, обратная HDOP
HDOP — Horizontal Dilution of Precision — горизонтальная составляющая 
геометрического фактора понижения точности
HF — High frequency (название диапазона частот радиоволн)
HOW — Hand-over word — информация, которая следует за словом 
TLM. Представляет собой ключ для распознавания спутника 
и идентификации поступающей информации, а также для формирования 
показаний счета времени
IRNSS — Indian Radio Navigation Satellite System (название региональной 
навигационной спутниковой системы (Индия))
LF — Low Frequency (название диапазона частот радиоволн)
MF — Medium frequency (название диапазона частот радиоволн)
NAVSTAR — Navigation System with Time and Ranging (второе название 
системы GPS)
NSC — Non Standard Code — нестандартный C/A-код
NSY — Non Standard Y — нестандартный Y-код
P-код — Protected (Precise) — дальномерный код повышенной 
точности в системе GPS. Закрыт для использования гражданскими 
потребителями
PDOP — Position Dilution Of Precision — геометрический фактор 
понижения точности
PPS — Precision Positioning Signal — навигационный сигнал высокой 
точности
PRN — Pseudo Random Number — псевдослучайная последовательность 
двоичных чисел
QZSS — Quasi Zenith Satellite System (название региональной 
навигационной спутниковой системы (Япония))
RT — Real Time — реальное время
SA — Selective Availability — режим «ограничения доступа», искусственно 
снижающий точность гражданского GPS
SHF — Super high frequency (название диапазона частот радиоволн)

SPS — Standard Positioning Signal — навигационный сигнал 
стандартной точности
TAI — Temps Atomique International, фр., International Atomic 
Time — международное атомное время, международный стандарт 
времени
TDOP — Time Dilution of Precision — влияние ошибки часов 
в бортовой шкале времени
THF — Tremendously high frequency (название диапазона частот 
радиоволн)

TLM — Telemetry word — первое слово каждого фрейма навигационного 
сообщения GPS. Содержит после довательность из восьми 
битов преамбулы (10001011), которая используется для синхронизации

UHF — Ultra high frequency (название диапазона частот радиоволн)

UTC — Temps Universel Coordonné фр., Universal Coordinated 
Time англ. — Всемирное координированное время
UTC(SU) — государственный эталон России Координированного 
всемирного времени (UTC+3)
VDOP — Vertical Dilution of Precision — вертикальная составляющая 
геометрического фактора понижения точности
VHF — Very high frequency (название диапазона частот радиоволн)

VLF — Very low frequency (название диапазона частот радиоволн)
W-код — секретный код для шифрования P-кода
WGS-84 — World Geodetic System — модель земного геоида 
в системе GPS, система геодезических координат
Y-код — зашифрованный P-код

Предисловие

Учебное пособие написано в соответствии с Федеральным государственным 
образовательным стандартом по направлениям 
подготовки 23.04.03 «Эксплуатация транспортно-технологических 
машин и комплексов», направленность (профиль); «Синтез инфраструктуры 
телематики автотранспортного комплекса» и 38.03.02 
«Менеджмент», направленность (профиль) «Логистика и управление 
цепями поставок».
Авторы стремились последовательно и с необходимой детальностью 
изложить довольно широкий круг вопросов, касающихся 
глобальной спутниковой навигации и определения местоположения 
транспортных средств, давая таким образом студенту возможность 
достаточно глубоко изучить и освоить предлагаемый 
материал.
Изложение теоретического материала дополнено рассмотрением 
двух наиболее полно сформированных к настоящему времени 
систем глобальной навигации и позиционирования —  ГЛОНАСС 
и GPS. Особое внимание уделено пояснению физического содержания 
различных аспектов технологии глобального позиционирования 
и навигации, используемой на автомобильном транспорте.
Распределение материала по главам выполнено следующим образом. 

В первой главе содержится краткая история создания и развития 
спутниковых навигационных систем. Изложены основные идеи, 
реализованные в системах глобальной спутниковой навигации. 
Даны общие сведения о спутниковых навигационных системах 
ГЛОНАСС и GPS. 
Во второй главе описаны принципы навигационных определений 
местоположения объекта в глобальных навигационных системах, 
основанные на измерении расстояния от объекта до видимых 
над горизонтом спутников. Дан поэтапный метод вычисления местоположения 
объекта в географических координатах. Рассмотрены 
основные источники погрешностей определения местоположения 
объекта.
Третья глава содержит описание структуры сигналов и сообщений 
глобальных навигационных спутниковых систем. Описаны 
механизмы формирования дальномерных кодов, выделения дальномерных 
кодов в навигационном приемнике на фоне шума. Пока-

зана энергетическая эффективность корреляционного принципа 
выделения полезных сигналов (дальномерного кода) на фоне помех. 
Пояснены структура навигационного сообщения, а также содержание 
альманаха и эфемеридной информации, передаваемые 
спутниками Глобальной спутниковой навигационной системы. 
Рассмотрены принципы работы бортовых квантовых стандартов 
частоты («атомных часов»).
Четвертая глава посвящена основным характеристикам и технологии 
формирования и обработки сигналов в системе GPS. Изложены 
методы формирования дальномерных кодов и навигационных 
сообщений GPS, даны их основные характеристики. Описаны 
три вида дальномерных кодов. Рассмотрены методы модуляции несущих 
частот L1 и L2 псевдокодами C/A и P.
Пятая глава посвящена основным характеристикам и технологии 
формирования и обработки сигналов в системе ГЛОНАСС.
Изложены концепция навигационных определений в системе, 
частотный план радиосигналов. Описаны навигационные сигналы 
и сообщения. Рассмотрена структура навигационного сообщения. 
Описаны методы формирования и использования меток времени 
в навигационных сообщениях.
При создании пособия авторы ориентировались на материалы 
из значительного количества отечественных и зарубежных источников, 
на которые даются ссылки в тексте. Поместив в книгу 
большое количество иллюстративного материала, авторы стремились 
сделать изложение материала максимально наглядным 
и доступным для понимания. При этом преследовалась еще одна 
методическая цель — сделать каждый из параграфов пособия максимально 
автономным, предоставляя таким образом читателю возможность 
изучить интересующий его вопрос с минимальным количеством 
отсылок на другие параграфы.
Целью курса является углубленное изучение теории спутниковой 
навигации, системы формирования и передачи навигационных 
сигналов и их использования для решения навигационных задач 
потребителями автомобильного транспорта.
Задачами курса являются изучение истории развития спутниковой 
навигации, основных принципов функционирования глобальной 
спутниковой навигации, технологии глобальной спутниковой 
навигации.
Для достижения целей и решения поставленных задач в пособии 
рассмотрены базовые положения и основы теории современных 
глобальных спутниковых систем (ГНСС) навигации и определения 

местоположения, а также основные современные алгоритмические 
и схемные решения навигации и определения местоположения 
применительно к отрасли автомобильного транспорта.
В результате изучения материала учебного пособия студент 
должен:
знать
 
• назначение, структуру и принцип действия глобальных спутниковых 
систем радионавигации ГЛОНАСС и GPS;
 
• принципы навигационных определений в глобальных спутниковых 
системах радионавигации ГЛОНАСС и GPS;
 
• структуру сигналов и сообщений глобальных спутниковых 
систем радионавигации ГЛОНАСС и GPS;
уметь
 
• использовать методы и средства глобальной спутниковой навигации 
при разработке перспективных технологических процессов 
автосервиса;
 
• применять методы и средства глобальной спутниковой навигации 
в логистических системах для слежения за цепями поставок 
и за местоположением транспортных средств, задействованных 
в логистических процессах;
 
• использовать технологии глобальной спутниковой навигации 
при решении практических задач автосервиса;
 
• применять технологии глобальной спутниковой навигации при 
решении практических задач транспортной логистики;
владеть
 
• навыками формирования технических требований к средствам 
спутниковой навигации, используемым в технологических процессах 
автосервиса;
 
• формирования технических требований к средствам спутниковой 
навигации, используемым для слежения за местоположением 
транспортных средств, задействованных в логистических 
процессах;
 
• оценки возможностей средств спутниковой навигации при решении 
задач контроля режимов движения автотранспортных 
средств.