Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 11
Текст из файла (страница 11)
3.2,6 ьс Из сравнения (3.3) и (3.5) очевидна. 120 большая зависимость геометрического "аэи фактора ревностно-дальномерной системы зе от положения потребителя, чем в дальнос5 з мерной системе, что объясняется расхождением гиперболических линий положения по мере удаления от базы системы, а сле- 0 гп Ю ИЮ Мо ч, Довательно, и увеличением линейной погрешности. Минимального значения геометрический фактор Г,,(рис. 3.3) достигает при Ч'= 109', что соответствует наивысшей точности системы.
Рис. 3.3. Зависимость геометрического факгора развостио-дальномерной РНС от углов ФА и'Ра 60 К числу недостатков разностно-дальномерных РНС относится сложность построения системы и плохой геометрический фактор, а следовательно, н сокращение рабочей зоны РНС. Последнее видно из рис. 3.4, где показаны линии равной точности дальномерной (или квазидапьномерной) и разностно-дальномерной РНС.
Из рис. 3.4 следует, что Рнс. 3А. Линии равной точности разностно-дальномерная система (равных значений Г) обеспечивает заданную точность в РИС дальномерной Г,(а) (заданное значение геометриче- и разностно-дальпомерной Гм(6) ского фактора) в значительно меньшей области, чем дальномерная. 3,2. Особенности спутниковых радионавигационных систем Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) основаны на использовании координированной по движению и излучению сигналов сети навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ).
Спутниковые РНС обеспечивают непрерывное н практически мгновенное определение местоположения н скорости потребителя в подавляющем болыпинстве районов земного шара (глобальные системы) с точностью, на порядок превышающей точность других РНС. Для работы СРНС выделены частоты в диапазоне дециметровых волн (диапазон ь), близкие к оптимальным с точки зрения минимального поглощения сигнала при распространении и размеров антенн, используемых для передачи и приема. Функции опорных станций в СРНС выполняет аппаратура НИСЗ.
Возможны как активные с активным ответом, так и пассивные СРНС. Большинство СРНС представляют собой многопозиционные пассивные системы, имеющие неограниченную пропускную способность. Особенности определения местоположения потребителя. Из возможных методов местоопределения в СРНС наиболее употребителен дальномерный метод, преимущества которого рассмотрены выше. Измерения в дальномерной (квазидальномерной) системе описываются уравнениями (3.1) и (3.2), которые справедливы при точной синхронизации шкал времени на всех НИСЗ. В дальномерной системе погрешность шкалы времени НИСЗ входит в погрешность измерений. Для того чтобы зта погрешность не сказывалась на точности системы и не превышала, например 0,3 м, расхождение шкал времени не должно быль больше 1 нс. Если принять, что каждый НИСЗ синхроннзируется один раз за 12ч, то для хранения шкалы времени на борту НИСЗ требуются генераторы со стабильностью около 1О '". При использовании атомных генераторов с такой стабильностью СРНС является источником точного времени с погрешностью 1с за 3 1О лет.
Из (3.1) и (32) следует необходимость знания координат НИСЗ (т. е. Хь У, и г,,), соответствующих моменту проведения измерений. В наиболее распространенных СРНС каждый из НИСЗ вместе с навигационным сигналом передает свои эфемериды (координаты, рассчитанные для определенного момента времени). Эфемериды вычисляют на наземных станциях слежения за спутниками и периодически транслируют на НИСЗ, где оии запоминаются для последующего включения в сигнал спутника. В аппаратуре потребителя (АП) эфемериды пересчитываются на момент измерения и по ним находятся значения Х, У„У, спутника.
Так как двя определения местоположения потребителя необходимо несколько НИСЗ, со спутника транслируется также так называемый аввианак, содержа~ций эфемериды всех НИСЗ системы. Альманах служит для выбора спутника. Состав СРНС. В данной главе рассмотрены действующие глобальные пассивные дальномерные (квазидальномерные) СРНС: отечественная система «ГЛОНАСС» (глобальная навигационная спутниковая система) и американская система «ОРИ» (О!оЬа! Роз!11оп1п8 Зуз!еш).
Структуры этих систем определяются указанными выше особенностями и имеют много общего. Последнее обстоятельство позволяет создавать АП, работающую как в системе «ГЛОНАСС», так и в системе «ОРЗ». В состав СРНС входят три основные подсистемы (сегмента): подсистема НИСЗ, наземный командно-измерительный комплекс (КИК) и подсистема потребителей. По система «созвез ие»-«г ппи евка» НИСЗ.
Различают следующие группировки НИСЗ: 1) низко«ысотцые — с высотой орбит И =(750 — 5000) км; 2) средневысоелые — с высотой орбит О =(13000 — 20000) км; 3) геостаццонарные- с высотой орбит Н = 36000 км. В настоящее время функционируют средневьюотные созвездия с числом спутников, при котором в любой точке земного шара в зоне видимости потребителя наблюда® ются не менее четырех спутников, что соответствует наличию в созвездин на нескольких круговых орбитах 18-ти НИСЗ, смещенных а) о' на равные интервалы по долготе. Рис.3.5. Расположение навигационных Однако с целью повышения точспутников системы «ГЛОНАСС» (а) ности и надежности системы чис- л «О! 5» (о) на орбитах Н5) ло спутников в груп-пировке дове- 62 дено до 24-х.
На рис. 3.5. показано расположение орбит НИСЗ систем «ГЛОНАССл и «ОРЗ». Высота орбит спутников — около 20 000 км над поверхностью Земли, а период обращения спутника около 12 ч. Большая высота орбит расширяет зону видимости НИСЗ (примерно до половины поверхности Земли), способствует уменьшению возмущающего влияния атмосферы на параметры орбиты и повышению точности долгосрочного прогноза эфемерид. Передающие антенны спутников при работе в диапазоне частот Щ = 1200 — 1600 МГц) имеют ДНА шириною 2грв 40 . Прн этом могут обслуживаться потребители, находящиеся на высотах от 0 до гг от земной поверхности. Значение (г можно определить из соотношения гг+((, з1пг1гв =— Н+К где 11, — радиус Земли; Н вЂ” высота орбиты спутника.
При Н = 20000 км, й, = 6370км и 9г, = 20" получаем (г и 2000 км. При таком созвездии в зоне видимости потребителя всегда находятся не менее шести спутников, что позволяет выбрать те нз них, для которых геометрический фактор минимален. Расчеты показывают, что прн созвездии из 24 НИСЗ геометрический фактор Г при определении трех координат с вероятностью 0,95 не превышает 4, а при определении на плоскости (две координаты) при той же вероятности Г > 2. Среднее квадратическое значение геометрического фактора при пространственном местоопределении, усредненное по времени и по поверхности Земли, составляет 2,6 при использовании четырех наилучших по геометрическому расположению НИСЗ (оптимальное созвездие).
При высоте аппаратуры потребителя )г<2000км мощность сигнала на входе приемника АП () <%се(Р)ПФг (гя)чгг" (4ял) где Р„„- мощность передатчика спутника; (Зг,„(()) — коэффициент усиления передающей антенны спутника; О„„((3) — коэффициент усиления приемной антенны АП в направлении на спутник; т1 ~ и т(г — КПД фидерной линии передающей антенны спутника и фидерной линии приемной антенны АП; Х вЂ” длина волны сигнала; й — дапьность от АП до спутника. Если положить бг,„((1) = 1, гп = г)г= 1, Он„= 1ОдБ и Сгхп= ОдБ, то можно расчитать уровеь сигнала на входе приемника АП при расположении спутника около зенита (() ~ 90') й = Н = 20000 км, и для пригоризонтного расположения (() 5') К = 24000 км. В табл.
3.2. приведены результаты расчетов уровня сигнала на входе приемника АП. В диапазоне г. спектральная плотность мощности шумов У = (гТ = -206 дБВтЛ ц. Тогда с учетом табл. 3.2 получаем от- вз ношение мощности сигнала на входе приемника АП к спектральной плотности шума Р,й при различном расположении спутника (разных 1)), показанное в табл. 3.3. Таблица 3.2 Таблица 3.3 Конструктивно спутник системы «ГЛОНАСС» представляет собой цилиндрический герметичный контейнер (рнс.
3.6) с панелями солнечных батарей, системой антенн и двигательной установкой. Внутри контейнера помещен приборный блок и системы управления, терморегулирования и стабилизации. Масса спутника более 1300 кг. Площадь солнечных панелей около 18 мз, что обеспечивает мощность питания 1600 Вт. Кроме того, Рис.
3.6. Спутник СНС имеются аккумуляторы для работы в тени Земли. Для повышения надежности функционирования используется тройное резервирование аппаратуры. В число основных функций спутников СРНС входят: формирование и излучение навигационного сигнала, по которому потребитель определяет свою дальность до спутника; прием, хранение и передача потребителю служебной информации, полученной с КИК и необходимой для расчета местоположения спутника в аппаратуре потребителя, и поддержание стабильности шкалы времени системы, а также стабилизация и ориентация спутника на орбите. На одних и тех же частотах спутники излучают навигационные сигналы и служебную информацию, содержащую эфемериды спутника, альманах и дополнительные данные (поправка на ноносферную рефракцию, информация о «возрасте» данных, поправка к эталону времени спутника, сведения о работоспособности его аппаратуры и др.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
