Шебшаевич В.С., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е издание, 1993) (1141982), страница 75
Текст из файла (страница 75)
д. Рассматривается также вариант системы «Напсат», состоящей из 6 геостационарных НИСЗ и 12 НИСЗ на шести двенадцатичасовых высокоэллиптических орбитах (высота апогея 39114 км, перигея — 1250 км). Неполная сеть. сочетающая геосгационарные и высокоэллиптические НИСЗ, обеспечивает региональную навигацию при поэтапном ее развертывании. Г!роект «Гранас» (ФРГ) основывается на принципе пассивного определения местоположения П, аналогичного принятому в системах «Навстар» и «Навсат». Систехга включает 20 НИСЗ на пяти круговых двенадцатичасовых орбитах и предназначена ьак для навигационных определений, так и для передачи данных оперативных служб по экстренному вызову, по оповещению о местонахождении объектов и т.
д. В системе предлагается временное разделение сигналов НИСЗ и сокрагценный объем навигационного сообщения. Сокращение дос~игае~ся за счет использования вместо прогнозируемых эфемерид координат спутников, вычисленных по измеренным дальностям от НИСЗ до не менее чем трех наземных станций. Наземный комплекс состоит из !б автоматичесни функционирующих ириемопередаюших станций. Измерение дальности от спутника до станций при известных их координатах позволяет осуществить непрерывную синхронизацию БЦ!В и, кап следствие, использовать более простой зза стандарт частоты на НИСЗ. Одну из 16 наземных станций предлагается использовать как главную для выполнения слежения, формирования системного времени, телеметрии и управления, оснастив ее соответствующим оборудованием. Излучаемые НИСЗ навигационные сигналы ретранслируются наземными станциями (НС), при этом на сигналы накладывается информация, позволяющая идентифицировать НС.
На борту НИСЗ по измеренным таким образом дальностям до НС определяются собственные координаты, с учетом их значений корректируются ШВ. Полученные данные передаются в составе навигационного сообщения. Аппаратура П обеспечивает прием навигационных сигналов, измерение псевдодальностей до четырех НИСЗ, выделение навигационного сообщения и по полученным данным — определение своего местоположения.
Раниоиальный выбор навигационного сигнала и навигационного сообщения обеспечивает возможность создания простой и дешевой БАП, «оторви -позволит определять местоположение с погрешностью в несколько десятков метров и принимать сигналы, передаваемые оперативными службами различных систем, в том числе поиска и спасения терпящих бедствие. Система «Геостар», предложенная как региональная длн СН1А, предназначена для высокоточных определений местоположения объектов и двустороннего обмена короткими сообщениями как между ними, так и с центрами их управления. .
Система объединяет три стационарных НИСЗ и центральную наземную станцию (ЦНС). Лля обеспечения глобальности системы в ее состав далжнь1 входить шесть стационарных НИСЗ, несколько дополнительных НИСЗ для обслуживания полярных районов и три НС. Центральная НС через один из НИСЗ посылает запросный сигнал, который принимается БАП, находящейся в режиме ожидания. На принятый запрос БАП передает ответный сигнал, в который входит сигнал опознавания и сообщение, включающее данные о высо~с при наличии высотомера. Зтот сигнал ретранслируется через два или три НИСЗ на ЦНС. По временным задержкам принятых сигналов относительна запросного ЦНС измеряет дальности до потребителя и с использованием данных о высоте определяет положение объекта. данные о положении потребителя и предназначенные ему сообщения передаются ЦНС через НИСЗ.
Все основные вычисли. тельные работы в системе выполняет ЗВМ ЦНС, что позволяет значительно упростить аппаратуру НИСЗ и особенно БАП Проекты «Мобилсат» и «Скайлинк» представляют собой региональные системы, сходные по принципу построения н фуикциоиврования с системой «Геостар» ГЛАВА 24 СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ СЕТИ НИСЗ ИЗ УСЛОВИЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОЙ КРАТНОСТИ ПОКРЫТИЯ 24.1. ЭТАПЫ ВЫБОРА СТРУКТУРЫ СЕТИ НИСЕ При проектировании ССРНС, как было показано в гл. 23, требуется оценивать ее качества по многим критериям.
Поэтому рациональное решение этой задачи требует поэтапного подхода. Далее будут подробно рассмотрены два этапа проектирования— уточнение структуры сети по критериям, вытекающим из ее навигационного использования: кратности покрытия и точности местоопределения. Совокупность важнейших навигационных требований к ССРНС можно свести к двум: сфера обслуживания должна совпадать с шаровым слоем, охватывающим поверхность земного шара до заданной высоты; любой потребитель !П) в сфере обслуживания должен иметь возможность мгновенно определить с погрешностями, не превосходящими заданные, место, скорость и время.
Для пассивного способа измерений отсюда следует необходимое условие — в области обслуживания в каждой точке в любой момент должно быть видно не менее четырех НИСЗ. Естественным критерием при этом может служить требование минимума общего числа НИСЗ в системе. Поэтому на 1-м этапе целесообразно выбрать сеть НИСЗ в соответствии с обеспечением требования 4-кратности покрытия.
На 2-м этапе структуру сети НИСЗ надо выбирать по критерию точности оценок определяемых параметров при дополнительном ограничении в виде условия соблюдения заданной минимальной кратности покрытия в сфере обслуживания ССРНС. Класс допустимых пространственных конфигураций сети НИСЗ, являющийся исходным для выбора по указанным навигационным критериям, должен быть синтезирован на основе критериев и ограничений, вытекающих из технико-экономических и эксплуатационных аспектов создания и использования ССРНС.
В соответствии с этим в качестве исходного класса допустимых конфигураций сети НИСЗ принимается система на т круговых орбитах по л НИСЗ на каждой. Кроме того, считается, что орбиты имеют одинаковый наклон к плоскости земного экватора и равномерно разнесены по восходящим узлам. Последние свойства могут быть обоснованы по критерию относительной стабильности конфигурации сети в течение заданного интервала времени. Наконец, диапазон допустимых высот орбит должен содержать минимально возможную высоту.
Оптимальный выбор высоты орбиты должен быть произведен по критерию точности ее определения средствамн командно-измерительного комплекса. '340 24.2. ЗОНА РАДИОВИДИМОСТИ, ПОЛОСА ПОКРЫТИЯ И ОБЛАСТЬ ПЕРЕКРЫТИЯ Для описания области радиовидимости НИСЗ удобно воспользоваться ортодромической системой координат. За большой круг ортодромии следует выбрать проекцию орбиты на неподвижную сферу радиуса, равного радиусу земного шара. Если принять за начало отсчета подспутниковую точку, то положение П будет определяться смещением ) вдоль ортодромии, боковым уклонением а и высотой О над неподвижной сферой.
Во введенной системе координат условие радиовидимости НИСЗ запишется как !24.1) созХ сова ~ соз0 где 0 — сферический угол зоны радиовидимости, который определяется конструктивными, геометрическими либо функциональными ограничениями, а именно: шириной диаграммы направленности антенны НИСЗ, ограничением радиовидимости вследствие затенения Землей, минимально допустимым возвышением )т,„,„ НИСЗ над горизонтом определяющегося объекта. Оценки кратности покрытия зонами радиовидимости НИСЗ используют понятие полосы покрытия и области перекрытия различной кратности.
Рассмотрим подробнее структуру навигационного поля, создаваемого пепочкой НИСЗ, размещенных на одной орбите. Прежде всего рассмотрим влияние сферического радиуса 0 зоны радиовидимости на расположение областей перекрытия различной кратности. На рис. 24.1 показана качественная картина изменения кратности перекрытий в полосе, порождаемой навигационным полем цепочки НИСЗ.
Наиболее общим случаем, представтяющим практический интерес, является рассмотрение полосы, реализующей в отдельных областях максимум четырехкратное перекрытие. Введем некоторые определения, позволяющие описать свойства полосы. Назовем узлом полосы точки пересечения границ областей радиовидимости НИСЗ, принадлежащих цепочке, Положение узлов полосы, очевидно, определяется числом НИСЗ и сферическим радиусом 0 области радиовидимости., Для приведенной выше полосы возможны такие случаи образования узлов: пересечение зон радиовидимости НИСЗ, разделенных двумя, одной зонами, р и Рнс.
24.!. Распределение областей различной кратностн пере крмтнп зон радиовидимости од. ной цепочки (л=9, Т=!2 ч) и пересечение соседних зон. Определим образующиеся 'при этом узлы соответственно как узлы третьего, второго и первого порядков. Отметим очевидный из рис. 24.1 факт: ортодромические долготы узлов нечетного порядка суть среднее арифметическое долгот соседних НИСЗ, ортодромическая долгота узлов четного порядка совпадает с долготой соответствующего НИСЗ цепочки, Получающийся в пересечении зон радиовидимости сферический двуугольник характеризуется такими параметрами, как полувысота е и полуширииа т. Эти параметры связаны с параметром сферического радиуса О и углом между двумя рассматриваемыми НИСЗ () так: созе = (созО)/(соз6/2); у = Π— (!/2.
(24. 2) Пусть Л вЂ” угол между двумя соседними НИСЗ, тогда упомянутые случаи соответствуют таким вариантам изменения угла 6: (1=1Л, 1=1,2,3. (24.3) Введем далее понятие полосы К-кратного покрытия. Для краткости назовем ее К-полосой. Это сферическая полоса, полуширина которой равна еь при (1=(й — !)Л. Другими словами, ширина этой полосы равна длине сферического двуугольника 2аь ограничивающего область, в которой максимальная кратность покрытия равна К. Очевидно, минимальная кратность покрытия в К-полосе равна К вЂ” 1.
Поэтому для более полной характеристики следует ввести также понятие дефекта К-полосы. Определим его как область К-полосы, в которой кратность перекрытия равна К вЂ” 1. Затем введем понятие локальной оси дефекта, понимая под ней одну из нескольких осей симметрии. При этом характеристику дефекта полосы выразим в угловой мере глубины ее дефекта: Ут=ет — е~ч 0 е~ — — О. Это, очевидно, разность ортодромических широт узлов (й — 1)-й и К-й кратности.
При а~+~=0 будет тч=г~ и К полоса вырождается: верхний и нижний узлы (К вЂ” 1)-й кратности совпадают. Одновременно у,ч,=0. Дальнейшее вырождение полосы возникнет, например, при соответствуюп!ем уменыцении О, что приводит к ее разрыву; узы(0. При этом ширина области дефекта на экваторе полосы равна соответственно ~у~.ь, Е 24.3. ДОСТАТОЧНЫЕ УСЛОВИЯ ОПТИМАЛЬНОСТИ СЕТИ НИСЗ. ОВЕСЛЕЧИВАЮЩЕН ЗАДАННУЮ МИНИМАЛЬНУЮ КВАТНОСТЬ ПОКВЫТИЯ Использование введенных понятий полосы покрытия и области перекрытия цепочки позволяет сформулировать достаточные условия оптимальности сети НИСЗ при минимальной кратности покрытия, равной заданной.
Критерием оптимальности здесь служит минимум числа НИСЗ в сети. 342 Приведем вначале эвристические соображения решения задачи синтеза, а затем их обоснуем. Обеспечение минимального числа НИСЗ в цепочке приводит к необходимости увеличения ширины ее полосы. Однако на сфере обслуживания при п,„)0 и сколь угодно большой высоте НИСЗ остаются непокрытыми этой полосой два сферических сегмента. Выбор второй полосы позволяет при подходящей ее и~ирине обеспечить их покрытие. Но при этом обязательно образуются области, перекрываемые полосами дважды.
Если плоскости цепочек ортогональиы, то площадь этих областей будет, очевидно, минимальна. Добавление третьей цепочки приведет к образованию еще двух пар областей, перекрываемых двумя полосами. Ортогональность плоскости третьей цепочки плоскостям первых двух минимизирует и их площади. Тогда, за исключением некоторых сферических областей в окрестностях узлов сети, покрываемых, как было указано, двумя полосами, остальная поверхность сферы будет покрываться всеми тремя полосами. Одновременно области перекрытий двух полос будут наименьшими, в то время как плошадь, покрываемая всеми тремя полосами, будет максимальна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
