Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Как свидетельствует [В.41, первое научно обоснованное предложение об использовании ИСЗ для навигации родилось в Ленинграде еще до запуска первого советского ИСЗ, в период проведения под руководством профессора В.С. Шебшаевича в Ленинградской военно-воздушной инженерной академии (ЛВВИА) им. А.Ф.
Можайского в 1955 — 1957 гг. исследований возможностей применения радиоастрономических методов для самолетовождения. Материалы исследований докладывались в октябре и декабре 1957 г. на межведомственной конференции и семинаре [В.51. Научные основы низкоорбитальных СРНС были существенно развиты в процессе выполнения исследований по теме «Спутник» (1958 — 1959 гг.), которые осуществляли ЛВВИА им. А.Ф. Можайского, Институт теоретической астрономии АН СССР, Институт электромеханики АН СССР, два морских НИИ и Горьковский НИРФИ. Работы проводились с участием крупных специалистов по аналитической механике (чл.-корр.
АН СССР А.И. Лурье) и расчетам орбит (проф. П.Е. Эльясберг). В коллективах этих организаций по проблеме активно работали Ю.В. Батраков, Е. Д. Голиков, В.П. Заколодяжный, Э.А. Жижемский, М.М. Кобрин, А.А. Колосов, Л.И. Кузнецов, В.Ф. Проскурин, А.Н. Радченко, Н.К. Сергеев, Б.А. Смольников, Е.Ф. Суворов, В.А. Фуфаев, Г.И. Черепанов, Е.П. Чуров, В.И. Юницкий и др.
[В.З). Основное внимание при этом уделялось вопросам повышения точности навигационных определений, обеспечения глобальности, круглосуточности применения и независимости от погодных условий. Проведенные работы позволили перейти в 1963 г. к опытно-конструкторским работам над первой отечественной низкоорбитальной системой, получившей в дальнейшем название «Цикада».
В создании этой системы приняли участие: Научно-производственное объединение прикладной механики (НПО ПМ) — головная организация по систе- Введение ме в целом и по разработке навигационных спутников (НС); Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения (РНИИ КП)— головная организация по радиотехническому комплексу системы, разработке бортовой космической и наземной радиотехнической аппаратуры, а также бортовой аппаратуры морских судов; Российский институт радионавигации и времени (РИРВ) разработчик бортовой космической аппаратуры синхронизации и навигационной аппаратуры ряда типов морских судов, а также другие предприятия космической, радиотехнической и судостроительной отраслей промышленности СССР.
Генеральный конструктор космических систем навигации и связи академик М.Ф. Решетнев в 1992 г. описал в 1В.2] следующие этапы развития СРНС. «Полномасштабные работы по созданию отечественной навигационной спутниковой системы были развернуты в середине 60-х годов, а 27.11.1967 года был выведен на орбиту первый навигационный отечественный спутник ~«Космос-192»). Спутник и ракета-носитель были разработаны и изготовлены Красноярским научно-производственным объединением прикладной механики.
Навигационный спутник обеспечивал непрерывное в течение всего времени активного существования излучение радионавигационного сигнала на частотах 150 и 400 МГц. Среднеквадратическая погрешность местоопределения по этому спутнику составляла 250...300 м. В 1979 г. была сдана в эксплуатацию навигационная система 1-го поколения «Цикада» в составе четырех НС, выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км, наклонением 83' и равномерным распределением плоскостей орбит вдоль экватора. Она позволяет потребителю в среднем через каждые 1,5...2 ч входить в радиоконтакт с одним из НС и определять плановые координаты своего места при продолжительности навигационного сеанса до 5...6 мин. В ходе испытаний было установлено, что основной вклад в погрешность навигационных определений вносят погрешности передаваемых спутниками собственных эфемерид, которые определяются и закладываются на спутники средствами наземного комплекса управления.
Поэтому, наряду с совершенствованием бортовых систем спутника и корабельной приемоиндикаторной аппаратуры, разработчиками системы серьезное внимание было уделено вопросам повышения точности определения и прогнозирования параметров орбит навигационных спутников. Была отработана специальная схема проведения измерений параметров орбит средствами наземно-комплексного управления, разработаны методики прогнозирования, учитывающие все гармоники в разложении геопотенциала. Большой вклад в повышение точности эфемерид навигационных спутников внесли результаты работ по программе геодезических и геофизических исследований с помощью специальных геодезических спутников «Космос-842» и «Космос-911», которые были выведены на навигационные орбиты. Это позволило уточнить координаты измерительных средств и вычислить коэффициенты согласующей модели геопотенциала, предназначенной специально для определения и прогнозирования параметров навигационных орбит.
В результате точность передаваемых в составе навигационного сигнала собственных эфемерид была повышена практически на порядок и составляет в настоящее время на интервале суточного прогноза примерно 70...80 м, а средне- квадратическая погрешность определения морскими судами своего местоположения уменьшилась до 80...100 м. Для оснащения широкого класса морских потребителей разработаны и серийно изготавливаются комплектации приемоиндикаторной аппаратуры «Шхуна» и «Челн».
Последняя имеет возможность работы и по спутникам американской радионавигационной системы «Транзит». В дальнейшем спутники системы «Цикада» были дооборудованы приемной измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствие объектов, которые оснащаются специальными радиобуями, излучающими сигналы бедствия на частотах 121 и 406 МГц. Эти сигналы принимаются спутниками системы «Цикада» и ретранслируются на специальные наземные станции, где производится вычисление точных координат аварийных объектов ~судов, самолетов и др.).
Дооснащенные аппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники «Цикада» образуют систему «Коспас». Совместно с американо-фран-коканадской системой «Сарсат» они образуют единую службу поиска и спасения, на счету которой уже несколько тысяч спасенных жизней. Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации. Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потребителей. Выполнить требования всех классов потребителей низкоорбиталь-ные системы в силу принципов, заложенных в основу их построения, не могли.
Перспективная спутниковая навигационная система должна была обеспечивать потребителю в любой момент времени возможность определять три пространственные координаты, вектор скорости и точное время. Для получения потребителями трех пространственных координат беззапросным методом требуется проведение измерений навигацион-ного параметра не менее чем до четырех спутников, при этом одно-временно с тремя координатами местоположения потребитель опреде-ляет расхождение собственных часов относительно шкалы времени спутниковой системы. Исходя из принципа навигационных определений, выбрана структура спутниковой системы, которая обеспечивает одновременную в любой момент времени радиовидимость потребителей, находящимся в любой точке Земли, не менее четырех спутников, при минимальной общем их количестве в системе. Это обстоятельство ограничило высоту орбиты навигационных спутников 20 Введение тыс.
км (дальнейшее увеличение высоты не ведет к расширению зоны радиообзора, а следовательно, и к уменьшению необходимого количества спутников в системе). Для гарантированной видимости потребителем не менее четырех спутников, их количество в системе должно составлять 18, однако оно было увеличено до 24-х с целью повышения точности определения собственных координат и скорости потребителя путем предоставления ему возможности выбора из числа видимых спутников четверки, обеспечивающей наивысшую точность.
Одной из центральных проблем создания спутниковой системы, обеспечивающей беззапросные навигационные определения одновременно по нескольким спутникам, является проблема взаимной синхронизации спутниковых шкал времени с точностью до миллиардных долей секунды (наносекунд), поскольку рассинхронизация излучаемых спутниками навигационных сигналов в 10 нс вызывает дополнительную погрешность в определении местоположения потребителя до 10...15 м.
Решение задачи высокоточной синхронизации бортовых шкал времени потребовало установки на спутниках высокостабильных бортовых цезиевых стандартов частоты с относительной нестабильностью 1.10 гз и наземного водородного стандарта с относительной нестабильностью 1 10 ~~, а также создания наземных средств сличения шкал с погрешностью 3...5 нс. С помощью этих средств и специального математического обеспечения производится определение расхождений бортовых шкал времени с наземной шкалой и их прогнозирование для каждого спутника системы. Результаты прогноза в виде поправок к спутниковым часам относительно наземных закладываются на соответствующие спутники и передаются ими в составе цифровой информации навигационного сигнала. Потребителями, таким образом, устанавливается единая шкала времени. Расхождение этой шкалы с наземной шкалой времени системы не превышает 15...20 нс. Второй проблемой создания высокоорбитальной навигационной системы является высокоточное определение и прогнозирование параметров орбит навигационных спутников.
Достижение необходимой точности эфемерид навигационных спутников потребовало проведения большого объема работ по учету факторов второго порядка малости таких, как световое давление, неравномерность вращения Земли и движение ее полюсов, а также исключение действия на спутник в полете реактивных сил, вызванных негерметичностью двигательных установок и газоотделением материалов покрытий. Для экспериментального определения параметров геопотенциала на орбиты навигационных спутников были запущены два пассивных ИЗС «Эталон» («Космос-1989» и «Космос-2024»), предназначенных для измерения параметров их движения высокоточными квантово-оптическими измерительными средствами.
Благодаря этим работам достигнутая в настоящее время точность эфемерид навигационных спутников при прогнозе на 30 ч составляет: вдоль орбиты — 20 м; по бинормали к орбите — 10 м; по высоте — 5 м (среднеквадратическая ошибка (СКО)). Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС, были начаты в октябре 1982 г.
запуском спутника «Космос-1413» ...» В 1995 г. было завершено развертывание СРНС ГЛОНАСС до ее штатного состава (24 НС). В 1999 — 2002 гг. состав группировки существенно сократился в результате вывода из эксплуатации отработавших свой ресурс спутников и недостаточным финансированием новых запусков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
