Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 13
Текст из файла (страница 13)
В этом случае зона обзора определяется углом р'< ф„„, где р' = агссоз [Яз сова/® + Н„)] — а . (3.26) плошадь зоны обзора бы =2лдз (1 — сон 2!' ). тогда относительная площадь обзора 5,~/Яз = яп ~ф„„~2), где 5з = 42гЯз — площадь земного шара. 22' 2 / 2 Для существующих СРНС рассмотренные выше параметры имеют следующие значения: "Цикада", "Транзит" —,0'„= 30', Яо = 3400 км, 5,~/Яз = 3,8 ',4 при НА = 1000 км, а = 10'; 62 ГЛОНАСС (ОРИ) — ф„',„=75,52', Ро = 8400 км, 5,6/5 =30 'Аб при НА = 19 100 км, а = 10 .
При увеличении высоты НС до НА =40 000 км радиус зоны обзора изменяется незначительно (Яо = 9 400 км), а затраты на формирование такой орбиты возрастают существенно. Рассмотренная выше зона обзора соответствует фиксированному моменту времени (мгновенная зона обзора). У нестационарных НС мгновенная зона обзора, перемещаясь по поверхности Земли, образует зону обзора в виде полосы шириной 2Я .
Ее осью является совокупность ГМС вЂ” трасса НС. Заметим, что трасса НС не поднимается выше географической широты (22 „=~. Траекторное движение навигационньп спутников Установим условия видимости НС для наблюдателя, расположенного в точке Оз, лежащей на трассе НС (рис. 3.13). Область небосвода СС', в которой НС наблюдается из точки Оз от момента восхода т до момента захода вх г, называют зоной видимости 1геометрической зоной видимости), для кото- вых рой справедливы соотношения (3.25), (3.2б). Рис. 3.13. Время нахождения НС в зоне видимости Из рис. 3.13 видно, что максимальный угловой радиус зоны видимости (дуга А'С') А С =,В =агссоз ~Яз/(~з+НА)~.
С учетом радиогоризонта угловой радиус зоны обзора уменьшается ,В = агссов ~Яз соза/(Яз + Н„)~ — а . Здесь угол а иногда называют минимально допустимой высотой. Продолжительность сеанса связи с НС ~, (в пределах видимости НС) определяется разностью (г„,„— г,„) и зависит от угла,В (т. е. от высоты полета НС или периода его обращения Т). Для крутовой орбиты г, =2,0ф=ТД(а, где ~=2а~Т вЂ” угловая скорость обращения спутника. Для СРНС Цикада", "Транзит" г,„, =18 мин при Н„= 1000 км, а = 0', а для СРНС ГЛОНАСС ~, = 300 мин. Если потребитель находится в стороне от трассы НС, то продолжительность наблюдения спутника уменьшается. 63 Глава 3 Навигационные алгоритмы, реализованные в навигационной аппаратуре современных СРНС, обычно ориентированы на прием сигналов от нескольких НС одновременно.
Наблюдение в любой точке рабочей зоны СРНС одновременно нескольких НС обеспечивается путем оптимального выбора стабильной пространственно-временной структуры (конфигурации) сети НС вЂ” числа, ориентации и формы орбит; числа НС на каждой из них; взаимного расположения орбит и спутников на них. Обычно число НС в сети превышает минимально необходимое за счет резервных НС. Литература 3.1. Иванов О.М. и др.
Баллистика и навигация космических аппаратов. — М.: Машиностроение, 1986. 3.2. Окоцимекий Д.Е., Сихарулидзе Ю.Г. Основы механики космического полета.— М.: Наука, 1990. 3.3. Аппаратура радионавигационных систем ГЛОНАСС и ОРБ. Системы координат. Методы перевычислений координат определяемых точек// Государственный стандарт РФ (проект), Госстандарт России, 1997. 3.4.
Основы теории полета и элементы проектирования спутников Земли/ Под ред. МК. Тихонравова. — М.: Машиностроение, 1974. 3.5. Ваиковьяк МА. Об эволюции почти круговых орбит 12-часовых ИСЗ// Космические исследования, 1985, т. ХХ111, вып. 1, с. 3 — 16. З.б. Бородовииина Т.В. и др. Структура возмущений орбитального движения навигационных ИСЗ типа НАВСТАР// Космические исследования, 1985, т.
ХХШ, вып. 5, с. 713 †7. 3.7. Бромберг П.В. Теория ииерциальных систем навигации. — М.: Наука, 1979. 64 Глава 4 МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ЗАДАЧ 4.1. Общие сведения Основным содержанием навигационной задачи в СРНС является определение пространственных координат потребителя, составляющих вектора его скорости, а также текущего времени [4.1 — 4.3~. Поэтому в результате решения навигационной задачи должен быть определен расширенный вектор состояния потребителя П, который в инерциальной геоцентрической системе координат и ОХО)о.со можно представить в виде П = ~х у х ~ 1; Р' 1;~, где х, у, г — координаты потребителя; Р', Р' 1'", — составляющие вектора скорости потребителя; ~ — текущее время (в той или иной временной шкале).
Элементы вектора состояния П недоступны непосредственному измерению с помощью радиосредств. У принятого радиосигнала могут измеряться те или иные его параметры, например задержка или доплеровское смещение частоты. Измеряемый в интересах навигации параметр радиосигнала называют радионавигационным (РНП), а соответствующий ему геометрический параметр — навигационным (НП) [4.1~. Поэтому задержка сигнала г и доплеровское смещение частоты ~, являются радионавигационными параметрами, а соответствующие им дальность до объекта Д и радиальная скорость сближения объектов Г = Д служат навигационными параметрами, связь между которыми дается соотношениями Д = сг, Р' = /' Л, где с — скорость света; Л вЂ” длина волны излучаемого НС сигнала.
Геометрическое место точек пространства с одинаковым значением навигационного параметра называют поверхностью положения [4.31. Пересечение двух поверхностей положения, каждая из которых соответствует своему навигационному параметру с заданным значением, определяет линию положения— геометрическое место точек пространства, для которых два заданных навигационных параметра имеют одинаковые значения. Местоположение определяется координатами точки пересечения трех поверхностей положения или двух линий положения. В ряде случаев (из-за нелинейности поверхностей положения) две линии положения могут пересекаться в двух или более точках. При этом однозначно найти местоположение можно только, используя дополнительную поверхность положения или иную информацию о местоположении объекта.
65 3-1026 Глава 4 Проиллюстрируем сказанное для' плоского случая. Пусть в точке А (рис. 4.1) расположен источник излучения сигнала, а в качестве радионавигационного параметра выбрана задержка сигнала г,. В рассматриваемом случае имеем лишь линию положения, которой является окружность радиуса й, = сг,. Пусть в точке Б излучается другой сигнал, а в качестве радионавигационного параметра также выбрана задержка сигнала т . Линией положения для второго радионавигационного параметра также является окружность радиуса Я2 =сг,.
При соответствующих значениях Я, и Я2 две окружности пересекаются в двух точках — С и Д. Следовательно, местоположение определяется неоднозначно. Если ввести дополнительную информацию, например, «местоположение объекта — выше линии, соединяющей точки А и Б, то местоположение определятся однозначно — точка С. Рис.
4.1. Линии положения на плоскости Для решения навигационной задачи, т. е. для нахождения вектора потребителя П, используют функциональную связь между навигационными параметрами и компонентами вектора потребителя. Соответствующие функциональные зависимости принято называть навигационными функциями. Конкретный вид навигационных функций обусловлен многими факторами: типом НП, характером движения НС и потребителя, выбранной системой координат и т.д. Навигационные функции для пространственных координат потребителя можно получить с помощью различных разновидностей дальномерных, разностно-дальномерных, угломерных методов определения координат и их комбинаций. Для записи навигационных функций, включающих составляющие вектора скорости потребителя, используют соответствующие методы определения скорости объекта.
4.2. Дальномерный метод Наиболее простой дальномерный метод навигационных определений 14.1 — 4.7] основан на измерениях дальности Д, между 1-м НС и потребителем. 66 Методы решения навигаиионных задач В этом методе навигационным параметром является дальность Д,, а поверхностью положения — сфера с радиусом Д, и центром, расположенным в центре масс 1-го НС. Уравнение сферы имеет вид Л,. =[(х, — х) +(у, — у) <-(г,.
— г) ] (4.1) Здесь х,, у,, г, — известные на момент измерения координаты 1-го НС (с учетом его перемещения за время распространения сигнала); х, у, г — координаты потребителя. Местоположение потребителя, т. е. координаты х, у, г, определяются как координаты точки пересечения трех поверхностей положения, другими словами трех сфер. Поэтому для реализации дальномерного метода необходимо измерить дальности (4.1) до трех НС, т.
е. 1 = 1, 3 . Таким образом, для дальномерного метода навигационная функция представляет собой систему из трех уравнений вида (4.1). Ввиду нелинейности такой системы уравнений возникает проблема неоднозначности определения координат потребителя, устраняемая с помощью известной потребителю дополнительной информации ~ориентировочные координаты потребителя, его радиальная скорость и т. д.). В классической механике при использовании (4.1) неявно подразумевается, что все величины берутся в один и тот же момент времени г),. В СРНС ситуация несколько иная, т.к. дальность Д, определяется по результатам измерения задержки г, = Д,/с (где с — скорость света) радиосигнала при его распространении от 1-го НС до потребителя. Положим, что потребитель и НС работают в единой шкале времени г, и с борта НС излучается сигнал, огибающая которого приведена на верхнем графике рис. 4.2.
Сигнал с НС Сигнал у потребетеля Г) ' а — --а.' ~г 'Время распространения т1г) ) Рис. 4.2. Временная диаграмма излучения и приема навигационного сигнала Такой вид огибающей соответствует дальномерному коду сигналов, используемых в СРНС, поэтому в дальнейшем вместо огибающей сигнала будем гово- Глава 4 рить о дальномерном коде. В момент времени ~, имеем некоторую фазу излучаемого дальномерного кода (верхний график на рис. 4.2). В этот момент времени НС и потребитель имеют координаты х,(г,)=(х,(~)),у,.(г,), г,(~,)) и х(~() = (х(~, ), у(г, ), ~(~,)) соответственно. В момент времени ~2 сигнал с фазой дальномерного кода, соответствующей моменту времени ~), достигнет приемника потребителя (нижний график на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
