Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 89
Текст из файла (страница 89)
14.2.2. Частотный план для сигналов с кодовым разделением В целях международной интеграции и унификации спутниковых навигационных систем целесообразно сигналы с кодовым разделением формировать аналогично тому, как это делается в ГНС ОРИ и ОаНео. В этих системах навигационные сигналы формируются от опорного генератора с номинальной частотой 10,23 МГц.
На борту спутников ГЛОНАСС используется опорный генератор с номинальной частотой 1,'„= 5 МГц. Один из вариантов формирования необходимых частот для сигналов с кодовым разделением приведен на рнс. 14.1. 1'„= 5 МГц ~'„„=10,23 МГц 1о —— 1,023 МГц Рис. 14.1.
Схема синтеза частот В данной схеме используется синтезатор частот преобразующий частоту 1,„= 5 МГц в частоту 1'„, = 10,23 МГц, из которой далее формируются все необходимые частоты для сигналов с кодовым разделением. 539 Направления совершенствования СРНС ГЛОНАСС Таблица 14.1. Ширина частотных «провалов» Рассмотрим сигнал с модуляцией ВОС(6,4) и рассчитаем несущую частоту сигнала так, чтобы, с одной стороны, «провалы» мощности спектральных составляющих попадали на диапазон радиоастрономии, а, с другой стороны, чтобы несущие частоты были кратны опорной частоте До.
В результате расчета получаем,т'„'ы = 1564 До = 1599,972 МГц. На рис. 14.2 приведена спектральная плотность мощности рассматриваемого сигнала с единичной мощностью. х10 810 8 л о о о 6 а Й 4 й. Й 2 о 1.57 1.58 1.59 1.6 1.61 1.62 1.63 Частота, ГЧ х 10 Рис. 14.2. Спектральная плотность мощности сигнала Л1ОС Из рис. 14.2 видно, что в частотном диапазоне радиоастрономии имеет место существенное снижение мощности спектральных компонент навигационного сигнала. На рис.
14.3 зависимость спектральной плотности мощности сигнала ЫОС в частотном диапазоне радиоастрономии приведена в увеличенном масштабе. 541 Глава 14 х10 2.5 о о о я Л 8 1.5 о с й 1 Й о. ~ $0.5 о 1.6105 1.611 1 6115 1 612 1.6125 1.613 1.6135 1.614 О Частота, Гц х 1О Рис. 14.3. Спектральная плотность мощности сигнала 1,10С в частотном диапазоне радиоастрономии 14.3. Система глобального мониторинга СРНС 14.3.1. Необходимость создания расширенной системы мониторинга систем ГЛОНАСС1СРЯ Широкое использование спутниковых радионавигационных систем и существенное расширение круга их пользователей обусловливает повышенные требования не только к параметрам точности системы, но и к целостности самой системы и достоверности получаемой от нее навигационной информации. Между тем разработанная еще в 70 — 80-х годах идеология построения средне- орбитальных навигационных систем не позволяет кардинально повысить целостность системы и поднять достоверность навигационных определений.
Внутрисистемный мониторинг целостности не отвечает требованиям оперативности, поскольку между моментом возникновения неисправности НС и моментом установки признака «не здоров» в навигационном сообщении может пройти несколько часов. Поэтому для любой навигационной системы проблема точного и оперативного мониторинга навигационных параметров останется актуальной. Полученные результаты последних исследований показали, что наиболее точное определение параметров эфемеридно-временного обеспечения навигационных систем и точная реконструкция текущего состояния среды распространения радиосигналов в виде многомерной пространственно-временной модели с высокой разрешающей способностью возможны только при организа- 542 Направления совершенствования СРНС ГЛОНАСС ции измерений на пространственно разнесенных пунктах.
При этом оптимальные характеристики достигаются при организации глобальной системы мониторинга. По предварительным расчетам, размещение станций первичных измерений только на территории РФ приведет к снижению потенциально достижимых характеристик, а именно: оперативность оповещения потребителя снизится примерно на 10...15 ',4 (за счет предварительного накопления выборки измерений при восходе спутника); точность определения погрешностей распространения сигнала над приграничными областями РФ уменьшится на 20...25 ',4 (из-за потери почти 50 ',4 томографических срезов ионизированных областей Земли и пропуска из-за этого локальных неоднородностей среды распространения навигационных сигналов).
Однако перечисленные недостатки проявляются в относительно узких приграничных областях РФ и не являются катастрофическими. Поэтому вполне допустимо развертывать систему мониторинга ГЛОНАСС/бРЯ только на территории РФ. В дальнейшем возможно наращивание уже развернутой системы путем дополнительного глобального размещения станций первичных измерений или использования в действующей системе информации от доступных источников «сырых» измерений, расположенных вне территории РФ.
Таким образом, главная цель служб мониторинга — выявление ситуаций нештатного функционирования СРНС и своевременное информирование о них пользователей. Настоятельная необходимость создания Российской системы мониторинга навигационных полей ГЛОНАСС/бРЯ определяется ужесточением требований к достоверности получаемых потребителем навигационных определений, а также резким сокращением допустимого времени реакции на возможные неисправности в СРНС. Кроме того, развертывание подсистем ионосферного и тропосферного мониторинга позволяет совместить решение проблемы мониторинга трасс распространения навигационных сигналов и выявления их аномальных зон с решением проблемы точной компенсации погрешностей распространения навигационных сигналов, что в конечном счете повышает точность определения местоположения потребителя.
14.3.2. Основные задачи системы мониторинга СРНС Главной задачей системы мониторинга является оценивание (мониторинг) качества функционирования СРНС ГЛОНАСС и бРЯ. Система должна осуществлять два типа мониторинга: оперативный и апостериорный. Основным назначением оперативного мониторинга является скорейшее предупреждение потребителя о возникновении нарушений в функционировании СРНС. 543 Глава 14 Таким образом, задачами «оперативного мониторинга» является: оценивание в реальном времени ошибок измерения псевдо дальностей по сигналам НС ГЛОНАСС и ОРИ; информирование потребителей о величинах этих ошибок. Мониторингу подвергаются только гражданские сигналы СРНС ГЛОНАСС и ОРИ. Погрешности измерений по сигналам СРНС содержат следующие состав- ляющие: погрешности вследствие влияния ионосферы; погрешности вследствие влияния тропосферы; погрешности эфемерид НС; погрешности частотно-временных параметров НС.
Задачей оперативного мониторинга (ОМ) является оценка совокупного влияния погрешностей, вносимых наземным и космическим сегментами систем ГЛОНАСС и ОРИ, т.е. его функция — учет влияния лишь погрешностей эфе- мерид и ЧВП, поскольку они влияют на точность навигации всех потребителей, принимающих сигналы данного НС, в то время как погрешности вследствие влияния тропосферы и ионосферы имеют локальный характер. Потребителю должны передаваться оценки суммарного влияния погреш- ностей эфемерид и ЧВП на измерения псевдо дальности для конкретного НС.
Целесообразно передавать оценки в дискретном виде, для чего можно исполь- зовать слово длиной 4 бита (16 градаций). Информация оперативного мониторинга должна доставляться потребите- лю по имеющимся каналам связи, однако необходимо стремиться к обеспече- нию универсальности аппаратуры всех групп потребителей, находящихся в различных частях земного шара.
Для этих целей наиболее подходит передача данных через спутник. Задачей потребителя после получения результатов оперативного монито- ринга (оценок ошибок измерения псевдо дальностей) является принятие реше- ния о том, вводить или нет измерение по данному НС в обработку, и если вво- дить, то с каким весом. Задачи «апостериорного мониторинга» (АМ)): получение через заданный интервал времени апостериорных оценок сле- дующих параметров: вертикальной задержки навигационных сигналов вследствие влияния ионосферы в диапазоне Е1, вертикальной задержки навигационных сигналов вследствие влияния троп осферы, погрешностей бортовых эфемерид НС ГЛОНАСС и бРБ, погрешностей бортовых ЧВП НС ГЛОНАСС и ОРИ, различия шкал системного времени ГЛОНАСС и ОРИ; 544 Направления совершенствования СРНС ГЛОНАСС оценка статистических характеристик (математического ожидания и СКО) следующих параметров по результатам наблюдения на суточном интервале: отношения сигнал/шум по НС ГЛОНАСС и бРБ, различия шкал системного времени ГЛОНАСС и ОРИ, количества наблюдаемых НС ГЛОНАСС и ОРИ, точности определения горизонтальных и вертикальных составляющих координат с учетом лишь погрешностей эфемерид, ЧВП и текущей геометрии НС, точности определения горизонтальных и вертикальных составляющих скорости с учетом лишь погрешностей эфемерид, ЧВП и текущей геометрии НС, поддержка баз данных, содержащих вышеперечисленные параметры; фиксирование ситуаций, когда НС функционирует аномально.
Оценки погрешностей бортовых эфемерид и ЧВП для каждого НС ГЛОНАСС и ОРЯ могут представляться в виде графиков, имеющих определен- ный интервал. По истечении суток должны строиться графики погрешностей бортовых эфемерид и ЧВП, полученные по более точным эфемеридным данным, являю- щимся результатом обработки большего количества информации. Оценка различия шкал системного времени ГЛОНАСС и ОРЯ может быть представлена в виде графика, имеющего определенный интервал. Статистические характеристики (математическое ожидание и СКО) могут представляться в виде таблиц, полученных по результатам обработки данных, собранных в течение суток. Для каждого параметра, обработанного на суточном интервале, должна строиться гистограмма распределения, Аномальным считается такое функционирование НС, когда суммарное влияние погрешностей эфемерид и ЧВП превышает некоторый предел.
При обнаружении факта аномального функционирования НС необходимо фиксиро- вать значения оценок суммарного влияния погрешностей эфемерид и ЧВП с интервалом 1 с. Результаты апостериорного мониторинга должны храниться в базах дан- ных, доступ к которым со стороны потребителя может быть осуществлен через 1п1егпег. В целях обеспечения избирательного доступа к базам данных должен быть реализован механизм авторизации потребителей. 14.3.3. Структура системы мониторинга целостности СРНС Система мониторинга целостности может состоять из следующих компонентов: пунктов мониторинга (ПМ); 18-1026 545 Глава 14 центра глобального мониторинга (ЦГМ); линий связи между ПМ и ЦГМ; подсистемы информационного обмена; станции закладки (СЗ) информации на борт НС. Задачей ПМ является сбор измерений, позволяющих производить оценку качества функционирования систем ГЛОНАСС и бРЯ. Основным компонентом ПМ является станция мониторинга, в состав которой входит навигационный приемник ГЛОНАСС/ОРИ, обладающий способностью производить измерения по НС ГЛОНАСС и ОРИ в диапазонах Е1/Е2 по фазе кода и несущей.
Задачами ПМ являются: формирование и передача в ЦГМ массивов сырых измерений по фазе кода и несущей в диапазонах Е1~Е2, а также эфемеридно-времен-ной информации, передаваемой в навигационных сообщениях; формирование и передача в ЦГМ результатов измерения метеорологических параметров, служащих для оценки вертикальной тропосферной задержки. Измерения по фазе кода и несущей в диапазонах Е1/Е2 должны производиться с частотой 1 Гц и каждую секунду передаваться в ЦГМ. Эфемеридновременная информация должна передаваться в ЦГМ по мере ее обновления. Оценки значений метеорологических параметров должны формироваться по результатам измерения и передаваться в ЦГМ с интервалом 15 мин. Аппаратные средства ПМ должны обеспечивать надежное и бесперебойное функционирование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
