Власов И.Б. Глобальные навигационные спутниковые системы (2008) (1151863), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Необходимо отметить, что требования к точности контроля пара~етРов орбиты и синхронизации ШВ, которые должен обеспечивать НКУ ГНСС, существенно выше, чем в любой другой области космонавтики, поскольку погрешности в этих параметрах непоср "енно определяют итоговые погрешности НВО. Погрешности ~пределения и прогноза параметров орбиты не должны превы- 47 шать 10...15 м, поэтому при расчетах необходимо учитывать такив факторы, как световое давление на НКА, влияние релятивистскщ~ эффектов на гравитационное иоле Земли, неравномерность враще4 ния Земли и ее полюсов, а также наличие реактивных сил, связан, ных с газоотделеиием материалов покрытия НКА (в большинстве других приложений считается, что влияние этих факторов имеет второй порядок малости). По результатам многолетних наблюде. ний при наименее благоприятных условиях средняя квадратичес.
кая погрешность эфемеридных данных составляет по высоте 5 и (СКО), клоль орбиты 20 м (СКО), по нормали к плоскости орбиты 10 м (СКО). При благоприятных условиях погрешности по высоте и лцоль орбиты приблизительно в 2 раза меньше. Центральный синхронизатор использует цезиевые бортовые независимые стандарты частоты с относительной нестабильностью порядка 1 1О ~з, водородные наземные стандарты частоты с относительной нестабильностью порядка 1 10 !4, а также наземные средства сличения шкал с погрешностью 3...5 нс. Эти требования обусловлены тем, что для ГНСС, обеспечивающей беззапросные навигационные определения одновременно по нескольким спутникам, необходима синхронизация БШВ и СШВ с точностью до единиц наносекунд, поскольку рассинхронизации в 10 нс соответствует погрешность меспюпределения порядка 10...15 м.
Шкала времени центрального синхронизатора (СШВ) «привязана» к национальной шкале времени России 1ЗТС (Я)) (подробнее см. далее). Контрольные станции (КС) осуществляют траекторные и временнйе измерения, необходимые для формирования эфемеридной информации и оценки расхождений БШВ относительно СШВ, а также ведут прием телеметрической информации и передачу («закладку») информации на борт НКА. Отличие сети КС ГЛОНАСС от ОРИ состоит в том, что ее структура полностью обеспечивает функционирование системы с национальной территории.
КС распределены по всей территории России (рис. 5.2), кроме того, на основе соответствующих договоренностей, могут использоваться КС, расположенные на территории СНГ. Размещение сети КС обеспечивает проведение в течение суток по каждому НКА 10 — 12 сеансов измерений; объем данных„ получаемых в одном сеансе, составляет примерно 1 Кбайт. В стандартном режиме закладка на НКА высокоточных эфемерид и временных поправок производится ! раз в сутки, хотя имеющаяся сеть КС позволяет делать это 2 раза в суг ки. Сеть КС обладает достаточной избыточностью, поэтому выход из строя одной станции не приводит к ухудшению параметров 48 ! а — квантово-оптическая * — центр станция управления — станция слежении Рве.
5.2. Расположение КС на территории России системы. В наихудшем случае работоспособность системы ГНСС ГЛОНАСС мажет обеспечить ЦУС совместно с всего одной КС, однако при это интенсивность работы КС будет близка к предельно допустимой. При планировании работ на сутки определяются основные и резервные станции, при этом аппаратура всех станций имеет тройное резервирование (рабочий комплект, резервный комплект, комплект для регламентных и профилактических работ). Для периодической юстнровки радиотехнических КС используются квантово-оптические станции (КОС) и лазерные дальномеры; для этого на НКА размещаются специальные оптические отражатели.
Всего используется около 20 таких комплексов трех видов: лазерная дальномерная система «Гео-ИК», КОС «Эталон» и КОС «Майланак» (Узбекистан). Станция «Гео-ИК» является составной частью шшоименной спут- иковой геодезической системы для определения земных координатных систем и моделей гравитационного поля Земли. Эти модели ис- КОС < "ользуются при высокоточных определениях орбит НКА ГЛОНАСС. ОС «Эталон» и «Майдаиак» применяются для корректировки реультатов Радиотехнических измерений и обеспечивают погрешность сть измерения дальности на уровне 1...2 см, а угловую погреш~~ть- на уровне 0,5...2" («Майданак»); 2...3ж («Эталон»). становимся более подробно на методах решения задач эфеме~идного и частотно-временного обеспечения, которые непосред- ственно влияют на точность навигационных измерений с помощь. сигналов ГНСС. До последнего времени для определения поправок бортовой Ш использовалась комбинированная «беззапросно-запросная» техн логия, принцип которой состоит в следующем (9).
На беззапр ной измерительной станции для ~-го НКА производится измеренн$ задержки т; принятого сигнала относительно системной (эталоннов3 ШВ. На основании этих измерений определяют псевдодальностй Л, = ст, этого НКА, отличающуюся от истинной дальности Я, нд неизвестную, но постоянную за время определения навигационных параметров величину ЬЯ; = сб „где б,- — сдвиг БШВ 1'-го НКА от-' носительно СШВ (см. формулу (3.2)). Запросная измерительная станция фактически представляет собой радиолокатор с активным ответом. Путем измерения интервала времени ~в между излучением запросного сигнала и приемом сигнала, излученного бортовым ответчиком ~-го НКА, она опреде.
лает дальность до НКА Лв = от;„погрешность которой не зависит от БШВ. Результаты одновременных измерений беззапросной и запросной измерительных станций поступают в баллистический центр, где определяется значение сдвига БШВ ~-го НКА относительно СШВ: Ь„- =Ф; — Я„)/с. Опыт эксплуатации ГНСС ГЛОНАСС показал, что при собственной среднесуточной нестабильности БШВ порядка 3.
10 'з погрешность (СКО) взаимной синхронизации БШВ любых двух НКА составляет 20 нс (9]. В настоящее время в соответствии с ФЦП ГЛОНАСС осуществляется переход на беззапросную технологию расчета поправок для БШВ. При этом используются результаты одномоментных измерений псевдодальности до данного НКА, полученных с помощью нескольких измерительных станций, составляется система уравнений вида (3.2), решение которой при точно известных координатах измерительных станций позволяет вычислить параметры орбиты и поправки БШВ данного НКА относительно СШВ.
Еще одной составной частью НКУ ГЛОНАСС является аппаратура контроля паля (АКП) — высокоточная АП, располагаемая в точках с эталонными координатами н оснащенная высокоточным эталоном времени. Аппаратура обеспечивает контроль точности решения навигационной задачи и качества информации, содержащихся в навигационных сообщениях НКА. 50 юнтроля точности предусматривает решение навигационной ой задачи по каждому оптимальному созвездию спутников и вне е результатов с эталонн и юординыами.
В с учае, если точно ч„ость решения задачи не соответствует расчетной, могут при„„маться следуюп1ие меРы: ° передача на борт НКА команды о включении в кадр навигацилюй информации (НИ) признака непригодности сигнала НКА для проведения НВО; чины аномальной Работы с использ рической информации; ° пересчет и перезакладка на борт уточненной навигационной информации (прогноза эфемерид, часов и др.). Режим контроля навигационного сообщения предусматривает сравнение измеренных значений псевдодальностей и псевдосюростей со значениями, рассчитанными на основании прогнозов, содержащихся в НС по всем НКА, находящимся в зоне радиовидимости АКП.
Одновременно контролируется отсутствие в НС сигнала запроса, формируемого бортовым компьютером в случае нештатной ситуации, выявленной в режиме самотестирования. Опыт эксплуатации ГНСС ГЛОНАСС подтверждает, что перечисленных мер достаточно для поддержания расчетных характеристик навигационного поля. 5.2. Наземный комплекс управления СРЯ Наземный комплекс управления ОРИ состоит из сети наземных станций слежения, расположенных по всему миру (рис. 5.3). Сеть включает главную (ведущую) станцию, КС и земные станции ввода данных на НКА (три).
Главная станция контроля и управления находится на авиабазе Фалкон (Шривер) ВВС США в районе г. Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. Ее основу составляет центр управления с вычислительным комплексом и средства передачи данных на зем"Ую станцию связи с НКА. Контрольные станции в настоящее время Размещены на атолле Диего-Гарсиа (архипелаг Чагос в Индийском о"сане), на о. Вознесения (в Атлантическом океане), на Гавайях и атолле Кваджалейн (в Тихом океане); одна КС совмещена с главной станцией Я. Тот факт, что станции расположены сравнительно рав~омерно по земному шару вблизи эквагора, создает благоприятные Условия для наблюдений НКА. Вти станции принимают сигналы спугииков ОРИ и осуществля"Рецизиониые измерения дальности до НКА, по которым на главной ои станции осуществляются точные расчеты параметров орбит, 51 Рис.
5З. Схема расположения злеменгов НКУ СяРЯ: ° — главная станция; ° — станция наблюдения; а — наземная антенна ионосферной модели и корректирующих поправок для бортовых часов. Для точного определения орбит НКА используется беззапросный метод. По соответствующим измерениям задержки дальномерных сигналов НКА осуществляется точное определение параметров орбит и параметров движения НКА. Через земные станции связи (атолл Диего-Гарсиа, о. Вознесения, атолл Кваджалейн) главная станция передает на борт каждого НКА эти параметры совместно с данными обработки метеорологической информации, позволяющей уточнить параметры модели тропосферы. Производится также мониторинг состояния НКА и управление их работой.
5.3. Системы времени, координат и модели Земли, используемые в ГНСС 5.3.1. Едшшиы времени Рассмотрение принципов построения и функционирования спутниковых навигационных систем невозможно без предварительного ознакомления с основными понятиямн, относящимися к единицам мер времени и системами отсчета времени, применяемыми в ГНСС. Различают две основные группы единиц отсчета времени: 1) астрономические; 2) неастрономические. О ионной астрономической единицей времени являются сутки, те.ш ,тервал за который Земля, с точки зрения наблюдателя, ие- У плл~иж о наход щегося на поверхности Зе и, дела один пол,и обоРот вокРУг своей оси относительно некотоРой точки отсчета небесной сфере.
Сутки делятся на 86 400 интервалов, называегх секундами. Характерной особенностью астрономических суток „„яеп;я зависимость их длительности от выбора точки отсчета г ещр видимого диска Солнца, точка весеннего равноденствия и т. п.), С ответственно различают звездные и солнечные сутки. Длительность солнечных суток зависит еще и от времени года, поэтому вводится понятие средних солнечных суток. Между звездньли и сред,шм солнечным временем существует следующее соотношение: 24 ч звездного времени равны 23 ч 56 мин 4,091с солнечного времени. Поскольку скорость вращения Земли относительно своей оси не является строго постоянной, продолжительность звездных н солнечных суток также меняется.
Поэтому для точных расчетов было введено равномерно текущее эфемеридное время — ЕТ, единицей которого является эфемеридная секунда, рассчитываемая как 1/86400 доля средней продолжительности суток в определенный день 1900 и Система отсчета времени, основанная на среднем солнечном времени, была введена в 1928 г. 1П Генеральной Ассамблеей международного астрономиического союза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
