Власов И.Б. Глобальные навигационные спутниковые системы (2008) (1151863), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В СССР работы в области навигационного использования ИСЗ были начаты в 1955 г., нх результаты были опубликованы в 1957 г. одновременно с запуском первого ИСЗ. Ведущая роль в создании основ теории систем навигации, в которых носителем источника навигационного сигнала является ИСЗ (далее асюду— навигационный космический аппарат — НКА), принадлежала научному коллективу Ленинградской военно-воздушной инженерной академии (ЛВВИА) им А.Ф.
Можайского под руководством профессора В.С. Шебшаевича 15, 61. Важнейший постулат, обосновывающий возможность использования в качестве ОРНТ объекта, движущегося со скоростью порядка нескольких километров в секунду, состоит в том, что орбита НКА и параметры его движения могут прогнозироваться и контролировазъся с высокой точностью, т. е. на момент проведения НВО считаются известными. В 1957 г. под руководством академика В.А.
Котсльникова были проведены исследования, подтвердившие возможность определения пара- 1„с, метров движения ИСЗ по результатам измерений доплеровского сдвига час- ~'о1 тоты сигнала ИСЗ, принимаемого по- Яисз требителем, координаты которого ал- ь П риори известны. Одновременно была локазана возможность решения обрат! ! ной задачи — определения координат 1 о потребителя (приемника) по результа- 1 там измерений доплсровского сдвига сигнала ИСЗ, траектория движения которого известна потребителю.
РассмотРим два возможных варианта решения этой задачи. Пусть ИСЗ движется с постоянной скоростью рисз по круговой орбите радиуса аист, лежащей в плоскости, про- Р"и 2 1' С"ема а"ффереи пиального допяеровекого меходящей через центр земной сферы т а ра навигации: (рис. 2.1) П потребитель 17 Потребителю, находящемуся на поверхности Земли, известно положение ИСЗ на орбите в каждый момент времени, а также частота го гармонических колебаний, излучаемых передатчиком ИСЗ. Измеряя доплеровский сдвиг принимаемого сигнала Гд —— - Дг) — Д, можно построить зависимость гд(~) доплеровского сдвига от времени. В момент ~п, соответствующий кратчайшему расстоянию между ИСЗ и потребителем, доплеровская часппа становится равной нулю: гд(гл) = = О и меняет знак. Наблюдатель, зафиксировав этот момент (в морской навигации его называют моментом прохождения траверза, отсюда название метода), может утверждать, что находится в плоскости, нормальной к вектору скорости ИСЗ. Зная координаты ИСЗ в момент времени ~о и направление вектора его скорости, можно построить поверхность положения в виде плоскости, а также линию пересечения этой плоскости с поверхностью Земли, т.
е. линию положения. Для определения на этой линии точки, соответствующей положению потребителя, можно воспользоваться тем фактом, что прн заданРис. 2.2. Зависимости доплеров- ных ~'ИСЪ лИСЗ и 4 пРОиэвпднал ского сдвига от времени и рассто- кривой Ед(8) в точке ~ =- ~в однозначялия но зависит от расстояния Ю(~о) меж- ду ИСЗ и потребителем (рис.
2.2). Определив таким способом Щв), строят поверхность положения в виде сферы радиуса 2)(~о) с центром в точке нахождения ИСЗ в момент г = ~о. Местоположение потребителя соответствует точке пересечения этой сферы с линией положения. Таким образом, координаты потребителя определяются по результатам измерения времени гв и расчета величины производной Ед в точке ~ =- 1о, поэтому этот метод называют дифференциальным доллеровским, или траверзным.
Основной недостаток метода состоит в том, что для его реализации необходим значительный интервал времени, гарантированно включающий в себя момент прохождения ИСЗ через траверз. С другой стороны, при измерениях используется только энергия сигнала, накопленная на коротком интервале времени, прилегающем к моменту г = го. Очевидно, что такой режим энергетически невыгоден, поскольку для получения приемлемой точности измерений требуется большое отношение сигнал/шум на входе измерителя. Это слож- 18 но сделать, поскольку приемник должен быть широкополосным (из-за необходимости выполнения операции дифференцирования). Более эффективным с указанной точки зрения является другой метод, основанный на интегрировании сигнала на конечных интервалах времени.
Суть этого метода, получившего название плтегрильного доплеровского, сводится к следующему. Пусть в точке приема аппаратура потребителя определяет доплеровский сдвиг несущей частоты сигнала НКА гд и вычисляет интеграл (~ ~г ~~с1(г)'1 = — ~ (г) ~ = — ЖМ-й(гз)1= — А~ Уо Хо А с с с где 1з — и — фиксированный интервал времени;Дв — известная несущая частота сигнала НКА; с — скорость света; Я вЂ” расстояние до спутника. Таким образом„значение интеграла от доплеровской частоты на интервале А1 = 1з — П пропорционально разности дальностей до НКА в моменты времени г~ и тз. Поскольку (по условию) координаты НКА на орбите в отсчетные моменты и и гз известны, по значениям Л)1~ можно рассчитать поверхности положения потребителя относительно НКА, имеющие вид гиперболоида.
Определив второе значение АРз, относящееся к интервалу времени Ь| .= гз — 1з рассчитывают вторую аналогичную поверхность положения, при этом положение наблюдателя определястся точкой пересечения этих гиперболоидов и земной поверхности. Полученная точка, вообще говоря, не является единственной, т. е. решение навигационной задачи не является однозначным. Для устранения этой неоднозначности можно использовать результаты измерений, полученные в другие моменты времени, или имеющиеся у потребителя априорные данные сго местоположения. Отметим, что интегральный доплеровский метод„так же, как и дифференциальный, использует результаты измерений, полученные на некотором интервале времени, т е.
не обеспечивают возможности одномоментных НВО. Началом полномасштабных работ по созданию отечественной СРНС послужил запуск первого НКА («Космос-192») в середине 19бО-х годов 18]. Этот НКА и носитель для него были созданы НПО прикладной механики (г. Красноярск) под руководством академика М.Ф.
Решетнева. (В настоящее время Красноярское НПО им. Решетнева является ведущим разработчиком НКА российской СРНС ГЛОНАСС) НКА «Космос-192» излучал непрерывные сигналы на 19 частотах 150 и 400 МГц; средняя квадратическая погрешность местоопределения по этому спутнику составляла 250... 300 и. Результаты исследований, проведенных в конце 1950-х — начале 1960-х пщов, определили технический облик первого поколения СРНС, который был реализован в советской низкоорбитальной системе «Цикада», введенной в эксплуатацию в конце 1970-х годов (рис. 2.3).
Система «Цикада» состояла из четырех НКА, высота круговых орбит которых составляла около 1000 км, период обращения — около 100 мин, наклонение орбитальной плоскости относительно экваториальной — 83'. г Прннпип действия: ° 4 — 6 КА на крутовых полярных орбитах, а = 1000 км 1 ~ на КА имеется атомный стандарт частоты и времени ° НКУ определяет орбиту КА, расхождение часов относительно времени 1>ТС и закладывает зги данные на борт каждого КА ° с борта КА излучается сигнал стабильной частоты, содержащий данные о координатах КА и расхождении часов относительно времени ь>ТС ° потребитель в последовательные моменты времени измеряет доплеровский сдвнг частоты сигнала, принимает передаваемую 1 информапию и использует зги данные для определения собственныя коораинат Рис.
2.3. Спутниковые радионавигационные системы «Цикада» (РФ), «Транзит» (США) При таких параметрах зона радиовидимости НКА для наземного потребителя имела радиус порялка 2000 км, а время пребывания НКА в этой зоне (длительность навигационного сеанса) составляла 5...15 мин, перерыв между сеансами наблюдения различных спутников составляла от 35 (в приполярных зонах) до 90 мин (вблизи экватора). Информацию о положении НКА потребитель получал из навигационного сообщения, передаваемого с борта спутника в составе навигационного сигнала. Поскольку длительность навигационного сообщения составляла 2 мин, имелась возможность за время одного навигационного сеанса получить дополнительные (избыточные) измерения, которые затем усреднялись для повышения точности местоопределения.
В примоиндикаторах СРНС «Цикада» используется интегральный доплеровский метод, погрешность местоопределения (для морских судов) имеет порядок 100 м средне~о квадратического отклонения (СКО). В США в конце !9б0-х годов была создана низкоорбитальная СРНС «Транзит», облик и основные параметры которой близки к параметрам СРНС «Цикада» (рис. 2.4).
В дальнейшем НКА СРНС «Цикада» были дооборудованы аппаратурой для приема и ретрансляции сигналов бедствия, передаваемых ралиобуями системы «Коспас». Радиобуи, которыми оснащаются различные морские суда, самолеты и другие объекты, работают на частотах 121 и 406 МГц . Их сигналы, ретранслированные с НКА, принимаются специальными наземными станциями, где определяются координаты обьекта, терпящего бедствие. «Коспас» совместно с американо-франко-канадской системой «Сарсат» образуют всемирную службу поиска и спасения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
