Яценков В.С. Основы спутниковой радионавигации (2003), страница 10

Сегмент управления Сегмент управления состоит из главной станции, совмещенной с вычислительным центром; группы контрольно-измерительных станций (КИС), связанных с главной станцией и между собой каналами связи; наземного эталона времени и частоты. Контрольноизмерительные станции стараются размещать как моЖно равномернее по поверхности Земли, сообразуясь с геополитическими факторами и экономической целесообразностью. Координаты КИС (фазового центра антенны) определены в трех измерениях с максимально доступной точностью. При пролете НКА в зоне видимости КИС, она осуществляет наблюдение за спутником, принимает навигационные сигналы, осуществляет первичную обработку информации и производит обмен данными с главной станцией.

На главной станции происходит сбор информации от всех КИС, ее математическая обработка и вычисление различных координатных и корректирующих данных, подлежащих загрузке в бортовую ЭВМ НКА. Данные, подлежащие загрузке, подразделяются на оперативные, обновляемые при каждом сеансе связи, и долговременные. В случае возникновения нештатной ситуации возможно проведение внеплановых сеансов связи и загрузки данных при условии нахождения НКА в зоне видимости одной из КИС. Наземный эталон времени и частоты имеет более высокую точность, чем бортовые эталоны и предназначен для синхронизации всех процессов, происходящих в СНС и коррекции бортовых эталонов. Сочетание независимости и беззапросности придает СНС неограниченную пропускную способность — произвольное число потребителей может использовать сигналы СНС в любой момент времени.

42 Общие принципы функционирования спутниковых НС 2.1.3 Сегмент потребителей Сегмент потребителей можно условно разбить на три части: военные организации, гражданские организации, частные лица. Независимо от назначения потребительского оборудования, в нем присутствуют раДиочастотный тракт, в котором происходит прием радиосигналов НКА и их первичная обработка, и вычислитель, предназначенный для вторичной обработки сигнала, выделения навигационной информации, реализации алгоритма выбора оптимального созвездия и вычисления пространственных координат и вектора скорости потребителя.

Обычно сначала определяются текущие координаты НКА и дальности до них, затем вычисляются географические координаты потребителя. Вектор скорости потребителя вычисляется путем измерения доплеровских сдвигов частоты НКА при известных векторах скорости спутников. Для некритичных транспортных применений вектор скорости может рассчитываться по разности координат в два фиксированных момента времени. Далее, в зависимости от назначения приемника, информация может поступать на устройство отображения, в канал передачи, либо на блок управления внешними исполнительными механизмами.

2.1.4. Определение текущих координат НКА Несмотря на некоторое сходство с радиомаячными навигационными системами (беззапросность, дальномерный метод), СНС имеют также и существенные отличия. Координаты радиомаяков неизменны и заранее известны, тогда как координаты НКА необходимо постоянно находить. Определение текущих координат НКА, движущихся с большими и непостоянными относительно потребителя скоростями представляет собой сложную техническую и вычислительную задачу. При существующем подходе к построению СНС максимально возможный объем вычислений стараются перенести на наземный комплекс управления. Контрольно-измерительные станции расположены на ограниченных территориях и не обеспечивают непрерывное наблюдение за НКА. По результатам доступных наблюдений в вычислительном центре главной командной станции вычисляются параметры орбит НКА.

Они подвергаются математической обработке по алгоритмам устранения погрешностей. Затем на основании обработанных данных составляется прогноз параметров орбиты в фиксированные (опорные) моменты времени вплоть до выработки следующего прогноза. 43 Глава 2 Спрогнозированные параметры орбиты и их производные называются эфемеридами. Во время сеанса связи эфемериды передаются на НКА, а затем в виде навигационного сообщения, содержащего эфемериды и соответствующие метки времени — потребителям. Зная предполагаемые параметры орбиты и точные координаты НКА в опорные моменты времени, потребитель может вычислить координаты НКА в произвольный момент времени.

Кроме эфемерид в навигационное сообщение закладывается альманах — набор сведений о текущем состоянии СНС в целом, включая загрубленные эфемериды, применяемые для поиска видимых НКА и выбора оптимального созвездия. 2.2. Общепринятые единицы мер времени Рассмотрение принципов построения и функционирования спутниковых навигационных систем невозможно без предварительного ознакомления с основными понятиями, относящимися к единицам мер времени. Эти единицы применяются для определения пространственного положения НКА, привязки сигналов НКА к единой шкале времени и т.д. Принято различать две группы единиц отсчета времени: ° астрономические; ° неастрономические. Основной астрономической единицей отсчета являются сутки, разбитые на 86400 с и равные интервалу времени, за который Земля делает один полный оборот вокруг своей оси относительно некой фиксированной точки отсчета на небесной сфере, для неподвижного наблюдателя, находящегося на поверхности Земли.

Характерной особенностью астрономических суток является то, что в зависимости от выбранной точки отсчета (центр видимого диска Солнца, точка весеннего равноденствия и т.д.), сутки имеют разную длительность и различаются по названию. Звездные сутки. Интервал времени, отмеренный между двумя последовательными верхними кульминациями точки весеннего равноденствия, называется звездными сутками Тз, или, иначе, звездным периодом обращения Земли. Время, измеренное на определенном меридиане, называется местным временем данного меридиана. Поэтому, в случае со звездными сутками, говорят о местном звездном времени меридиана. Рассмотрим рис.

2.1, представляющий собой вид сверху на северное полушарие небесной сферы, где Р~ — Северный полюс [21. Общие принципы функционирования спутниковых НС Рис. 2.1. Местное звездное время Местное звездное время измеряется часовым углом ~положения точки весеннего равноденствия у относительно небесного меридиана 1.. Под небесным меридианом подразумевается проекция земного меридиана на условную поверхность небесной сферы, поэтому часовой угол аналогичен географической долготе, отсчитывается от часового меридиана наблюдателя по часовой стрелке и измеряется в часах, минутах и секундах. Очевидно, что за один звездный час Земля поворачивается на 15, и звездное время может быть выражено в угловых значениях.

Известно, что ось вращения Земли совершает медленные периодические движения, состоящие из движения по конусу — прецессии, и небольших колебаний — нугпаций. Прецессия и нутации вносят погрешность в определение звездного времени, поскольку из-за них перемещается точка весеннего равноденствия. Если при расчетах учитывают только прецессию, то получают среднее звездное время. Когда совместно с прецессией учтена и нугация, то получается истинное звездное время ~21. Звездное время, измеренное на Гринвичском меридиане, называется аринвичским звездным временем.

Солнечные сутки. Интервал времени, отсчитанный по нижним кульминациям центра видимого диска Солнца (истинного Солнца) называют истинными солнечными сутками Т„. Поскольку в течение года продолжительность Т„ непостоянна, в повседневной жизни за основную единицу времени принимают средние солнечные су- 45 Глава 2 тпки Т„, которые отмеряются по нижним кульминациям "среднего Солнца" — воображаемой точки, рассчитанной в предположении ее равномерного движения по орбите. Предполагается, что воображаемое "среднее Солнце" совершает один полный оборот по экватору за такое же время, как и настоящее Солнце по эклиптике и проходит точку весеннего равноденствия одновременно с Солнцем (21.

Значение Т,р соответствует значению Т„, усредненному за год. Среднее солнечное время (или среднее время) отмеряется от момента нижней кульминации "среднего Солнца" и выражается в долях Т . Местное среднее время измеряется часовым углом направления на "среднее Солнце" относительно местного меридиана, плюс 12 ч. Между звездным и средним временем существует следующее соотношение: 24 ч звездного времени приблизительно равны 23 ч 56 мин 4,091 с среднего времени.

Эфемеридное (предвычисленное) время. Из-за упомянутой выше неравномерности суточного вращения Земли продолжительность звездных и солнечных суток незначительно меняется. Для реализации точных расчетов было введено равномерно текущее время - эфемеридное время ЕТ, где единицей измерения времени является эфемвридная секунда, рассчитываемая, как 1/86400 доля средней продолжительности суток в определенный день 1900 г. [2). Неастрономическое время. Очевидно, что использование меры вращения Земли в качестве базиса для всеобщей меры времени сопряжено со множеством неудобств и в ряде случаев порождает значительные погрешности.