Власов И.Б. Глобальные навигационные спутниковые системы (2008) (1151863), страница 12
Текст из файла (страница 12)
57 Параметры зллипсонда (в общем случае геоцда) определяются выбранной моделью Земли. Следует иметь в виду, что ГЛОНАСС и ПРИ используют различные модели: в ГЛОНАСС до недавнего прошлого применялась российская модель ПЗ-90 («Параметры Земли, версия 1990 г.»; в настоящее время разработана новая версия— ПЗ-90.2). В ОРИ принята международная модель %Сто-84 (%ог1п Оеодепс Яузтетл, 1984 г). Разница в координатах, рассчитанных с помощью указанных моделей, может достигать единиц метров; методы пересчета координат из одной системы в другую описаны в литературе. Кроме геоцентрической и геодезической находят применение так называемые локальные системы координат. За начало такой системы может быть принята любая точка О„земной поверхности нлн околоземного пространства (рис. 5.6).
е( Зенит Рис. 5.б. Локальная система координат Декартовы локальные толацентричесттие координаты определяются следующим образом: плоскость х„О„у, является касательной к земному эллипсоиду, причем ось О„х„ориентирована на север, а ось О„у„— на восток. Ось О„г, совпадает с меспюй вертикалью и при ориентации вверх дополняет систему до левосторонней, а при ориентации вниз — до правосторонней. Топоцентрические координаты удобно использовать для описанияположения одного обьекта относительно другого.
Декартовы координаты объекта в этом случае равны разностям его геоцентрических координат и геоцентрических координат точки, принятой за начало отсчета. Топоцентрическая система может быть не только декартовой, но и сферической; в этом случае координатами являются дальность 4 азимут р и зенитный угол 0 (рис. 5.7). 58 Рис. 5.7. Топоценгрическая сферическая система координат Все перечисленные системы координат используются для описания местоположения объекта, рассматриваемого в качестве материальной точки. В случае, когда объект рассматривается как протаженный, может представлять интерес его пространственная ориентация, обычно — относительно горизонта.
Для описания пространственной ориентации, как правило, используют углы между осями топоцентрической системы координат, начало которой расположено в центре масс объекта и осями так называемой объектовой системы. Нулевая точка этой системы также находится в центре масс объекта, однако ее оси совпадают со строительными осями или другими линиями, жестко связанными с объектом (подробнее об этом см.
разд. 8). Контрольные вопроси К Какие элементы включает в себя НКу ГЛОНАСС? 2. Какие задачи решает НКУ ГЛОНАСС? 3 Какие функции выполняет центр управления системой, центральный синхронизатор? 4. Какова среднесуточная нестабильность ШВ ЦС, какова точность вза"иной синхронизации ШВ НКА? 5 Какие функции выполняют радиотехнические н кванта-оптические контрольные станции? б. Нрннцнпы коррекции БШВ ГНСС. . Йлх чего нужна аппаратура контроля поля? Какие меры принимаются, еся если точность решения навигационной задачи по какому-либо НКА не соответствует расчетной? 59 8, В чем состоят различия между НКУ ГЛОНАСС и ОРБ? 9. Астрономические и неастрономические системы времени; системы времени, используемые в ГНСС. 10.
Что называется Всемирным координированным временем? 11. В каких случаях производится коррекгнровка ШВ ЦС и НКА? 12. Чем отличаются системные ШВ ГЛОНАСС и ОРИ? 13. Системы ыюрдинат и модели Земли, используемые в спутниковой навигации.
6. СТРУКТУРА СИГНАЛОВ И СООБЩЕНИЙ ГНСС При выборе типов и параметров сигналов, используемых в ГНСС, необходимо учитывать комплекс требований и условий, подчас противоречащих друг другу. Во-первых, с учетом используемых в ГНСС методов навигационных измерений (пседсдальномерный и псевдодоплеровский) эти сигналы должны обеспечивать высокую точносп измерения времени прихсда (задержки) сигнала и его доплеровской частоты и высокую вероятвость правильного декодирования навигационного сообщения.
Во-вторых, чтобы сигналы разных НКА надежно различались АП, они должны иметь низкий уровень взаимной корреляции. Кроме того, сигналы ГНСС должны наилучшим образом использовать отведенную полосу частот при малом уровне внеполосного излучения, обладать высокой устойчивостью к преднамеренным и непреднамеренным помехам различных видов. Выполнить эти требования удается только при использовании сложных сигналов, база которых (нроизведение полосы на длительность) существенно превышает единицу.
В качестве таковых в обеих рассматриваемых ГНСС используются сигналы с псевдослучайной фазовой манипуляцией. Имеющиеся различия в видах модулирующих ПСП, методе разделения сигналов НКА н способах передачи навигационного сообщения описаны далее. 6.1. Физические параметры сигналов ГЛОНАСС На этапе проектировании для ГНСС ГЛОНАСС был принят часа<оп>ный метод разделения сигналов различных НКА: каждый из них "спользует свою пару литерных частот, одна нз которых принадлежит диапазону с1, другая — диапазону ь2 [141. При этом способ '>пределения номинальных значений несущих частот в верхнем (индекс «1») и нижнем (индекс «2») диапазонах состоит в следующем: Ь .|Ко+)<Ь~' ~ко = 1602 0000 МГц' АЯ~ = 0,5625 МГц; Л» =)з о+ )гЬЯ~ „~~ о = 1246,0000 МГщ А/~ = 0,4375 МГц; 61 где к — литера (условный порядковый номер) пары несущих частот 7! г и7з я в диапазонах Е1 и Е2.
ПРи этом кРайним значениЯм литеР к = 1 и к = 24 соответствовали следующие значения несущих частот: 1~ ! = 1602,5625 МГц; ~! м — — 1615,5000 МГц; ~~ ! = 1246,4375 МГц; /~ зя = 1256,5000 МГц. Однако, поскольку в непосредственной близости от рабочих частот ГЛОНАСС располагаются рабочие частоты систем спутниковой радиосвязи (полосы частот 1559,0...1610,0 МГц и 1215,0... ...1260,0 МГц), воздушной радионавигации (полоса частот ! 559,0... ...1626,5 МГц), а также выделенная для нужд радиоастрономии полоса частот 1610,6...1613,8 МГц, план использования радиочастот в интересах ГЛОНАСС в конце 1990-х годов был пересмотрен.
В частности было учтено, что даже при полном составе орбитальной группировки (24 НКА) для подавляющего болыпинства потребителей 1'сухопутных, морских, воздушных) в зоне радиовидимости не может находиться более 12 НКА. Поэтому в целях сокращения ширины диапазона было принято решение для взаимно антиподных (находящихся в диаметрально противоположных точках орбиты) НКА использовать одинаковые литерные частоты, число которых в каждом диапазоне частот сокращено до 12.
Кроме того, используемая полоса частот была смещена «вниз»: с 2005 г. на всех запускаемых НКА используются литеры несущих частот Ус = — 7...4 11Ц. Совпадение литерных частот взаимно антиподных НКА должно учитываться в тех случаях, когда АП устанавливается на других КА, высота орбиты которых позволяет одновременно квидеть» антиподные НКА. Для разделения сигналов в этих ситуациях должна использоваться пространственная (за счет формы диаграммы направленности антенны АП), а также доплеровская селекция сигналов.
Возможность такой селекции следует из того, что для наземных объектов доплеровский сдвиг, обусловленный собственным движением НКА, может иметь максимальные значения ~5 кГц, а для низкоорбитальных космических объектов — до ~40 кГц, при этом доплеровский сдвиг частоты для антиподных НКА всегда имеет противоположный знак. Все сигналы, излучаемые НКА ГЛОНАСС, привязаны к следующей сетке частот, формируемой общим синхронизатором, Гц: ~! ~2 ~3 ~4 ~5 ' ь ~7 ~8 ~9 ~!О ~п 5.10~ 20010' 50,10' 10,10з 10' 100 50 10 1 1/60 И800 62 Сигнал Р~ является синусоцлальным, остальные сигналы — импульсные.
Чтобы для наземного наблюдателя частота опорного сигнала Г~ составляла ровно 5 МГц, на борту для компенсации релятивистского кзамедления» времени, возникающего при движении НКА по орбите, эта частота смещена на величину ззг' = — 2,18.10 3 Гц, т. е. составляет 499999999,782 Гц. Оцифровка отсчетов времени производится 32-разрядным последовательным кодом с тактовой частотой 100 Гц. Эффективная излучаемая мощность сигнала в канале 2,1 составляет 30 Вт, в канале Х2 — 21 Вт.
При этом мощность сигнала НКА, принимаемого изотропной линейно поляризованной антенной с коэффициентом усиления +3 дБ, расположенной на земной поверхности, в наихудшем случае (угол места Е1КА менее 5') составляет: ° не менее 161 дБ/Вт для диапазона 2,1; ис менее 167 дБ/Вт для диапазона Е2. Суммарные потери, связанные с неидеальностью процедур модуляции в передатчике НКА и согласованной фильтрации в приемнике потребителя для частотных каналов с индексами — 7 и +12, т. е. на краях рабочего диапазона, ие превышают 0,8 дБ. Спектральная плотность фазовых шумов немадулированной несущей удовлетворяет следующему условию: схема слежения за фазой, имеющая одностороннюю шумовую полосу 10 Гц, обеспечивает погрешность слежения за фазой несущей не хуже О,! радиан (СКО).
Нетрудно рассчитать, что потенциальная точность дальномерных фазовых измерений при этом составляет примерно 1,5;4 от длины волны, т. е. порядка 3 мм. Мощность внеполосного (за пределами полос шириной 0,511 МГц) излучения для диапазонов частот П и Е2 не превышает — 40 дБ относительно мощности немодулированной несущей. Нормальные условия работы ГНСС предполагают одновременный прием сигналов от четырех и более НКА. Очевидно, что с точки зрения оптимальной обработки сигнала каждого НКА, сигналы всех других НКА образуют внутрисистемную помеху. В ГЛОНАСС ширина спектра сигнала и разнос литерных частот каналов выбраны таким образом, что в рабочую полосу каждого канала могут попасть только боковые лепестки спектра другого сигнала. Их уровень составляет — 48 дБ относительно главного лепестка, что сушественно меньше, чем для ГНСС ОРБ (см.
далее). На точность измерений влияет групповая задержка сигнала в бортовой аппаратуре НКА, т. е. задержка между сигналом на выходе 63 бортовою стандарта частоты и излучаемым сигналом (измеряется в фазовом центре антенны). Она включает в себя постоянную и случайную составляющие. Данные о величине постоянной составляющей передаются в составе НИ и она может быть устранена в АП. Некомпенсируемая случайная составляющая не превышает 8 нс. Излучаемый сигнал имеет правую круговую поляризацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
