Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е изд., 1993) (1151869), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Система неравенств (10.2) — (1О.й) является аналнтнческнм оформлением постановкн задачн о выборе элементов кадра. Последовательность расчетов по выбору параметров кадра будет зависеть от конкретной совокупности заданных технических требованнй и апрнорно назначенных исходных величии. Выбор реальных алгоритмов прогноза требует, естественно, специальных обоснований и здесь не обсуждается.
ТВМ. АЛГОРИТМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ НИСЗ Как было указано в $1.5, в качестве орбиты НИСЗ первого этапа системы «Навстар», обеспечивающего появление всех НИСЗ ежедневно над определенной территорией, используется наклоннан синхронная 12-часовая орбита. Трасса таких орбит в соответствии со свойством синхронности повторяется па повсрхпости Земли каждые звездные сутки.
Нвмннальный период орбиты составляет Т= 11", 9661, что соответствует значению большой полуоси орбиты а =26560, 123 км. Угол наклонения орбиты 1=63', а номинальный эксцентриситет е( 0,005 (в пределе а=0,015). Идеальной моделью орбиты для навигационного ИСЗ служит круговая орбита. Главным фактором, приводящим к самым значительным отклонениям реальной орбиты от ее идеальной модели, является эксцентриситет. Действительно, для эксцентриситета е) 0,005 изменения геоцентрического радиуса-вектора кеплеровской невозмущенной орбиты лежат в пределах от г,„= =а(1 — е)=26427,322 км до г,„=а(!+е)>26692,924 км. Это изменение составляет 265,602 км, что значительно превышает все прочие возмущающие воздействия на интервале, равном периоду обращения.
Истинное движение НИСЗ по орбите может заметно отличаться от кеплеровского за счет возмущений, основными из которых являются: нецентральность гравитационного поля Земли, гравитационное влияние Луны н Солнца, световое давление, геодинамические явления, воздействие внутренних сил. Если перечисленные воздействия не учитываются, то высокоточное определцние параметров орбиты и ее прогнозирование становятся невозможными. Начиная с высот около 20 000 км, возмущения от притяжения Луны И~Солнца превышают аномалии силы тяжести, а с высот более 50000 км превосходят все остальные гравитационные возмущения.
В табл. 10.1 приведены значения ускорений, действующих на НИСЗ типа «Навстар» 1135). За короткий интервал времени эти ускорения для оценки их воздействия на эфемериды могут считаться линейно меняющимися. В этой же таблице приведены максимальпыс возмущения для интервала времени в ! ч (периоды этих возмущений пс, мопсе нескольких часов). Из таблицы следует, что вторая зопальпаи гаряопика даст основную возмущающую силу. Г!ериод этих возмущений раасн половине периода обращения НИСЗ: Т»=54,98305.
Эти возмущения порождают также вековые уходы в элементах (ы и 1!) орбиты. Следующими по порядку преобладающими силами будут гравитационные возмущения от Луны и Солнца. Опи приблизительно постоянны в короткие интервалы времени. В моменты противостояния Луны эти возмущения имеют резко выраженный максимум. 171 Т а б л н ц а 10.1 Влияние разлнчнык факторов иа ненасение Н ИСЗ Максималькое зоз. мущзющее уско. ренке, и/сз Максзмзльное воз- мущение зз !", м Возмущающие факторы 5,65 ° ! 0 5З ° 10 з 55 ° 10 з 3 ° 10 з 10 ' 10. !о ' !Π— з Центральное лоле Земли Вторан зональная гармоника Гравитация Луны Гравнтацмя Солнца Четвертая зональная гармоника Солнечная радиация Гравитационные аномалии Другие силы 300 40 20 0,6 0,6 0,06 0,06 Все другие силы могут считаться постоянными на коротких интервалах времени.
Реальную совокупность эфемерид НИСЗ удобно описывать в виде возмущенной эллиптической орбиты. Основное невозмущенное движение имеет период, равный периоду обращения, а главное возмущение имеет период, равный половине периода обращения. Другие возмущения представляются на коротком интервале времени как простые функции времени — постоянные или линейные. Ранее отмечалась важность выбора класса алгоритмов прогнозирования — формы представления результатов и метода решения. Рассмотрим основные соображения, влишощие на этот выбор. Кроме ограничений на расходы вычислительных ресурсов существуют дополнительные требования, главными из которых являются: совместимость по форме представления алгоритмов оперативного и поискового прогнозирования, максимальность срока возможного использования устаревших эфемерид с плавной потерей точности; допустимость простой оценки разрядности возмущений .орбиты; согласованность с формой представления других учитываемых возмущений (например, релятивистских поправок); возможность дальнейшего совершенствования и наращивания алгоритма; соответствие возможностям математического обеспечения ЭВМ различных классов потребителей.
Существуют разные способы описания орбитального движения. Развивая изложение $ !0.1, отметим главные из этих форм представления: временные палиномы в прямоугольных координатах; гармонические аппрок. симации в прямоугольных координатах; време!шые полиномы в элементах; гармонические аппроксимации в 'элементах. 'Простейшие в вычислительном отношении алгоритмы строятся на основе полиномнальных приближений в координатах. Однако этот вид аппроксимации не отвечает большинству дополнительных требований, приведенных выше.
С точки зрения этих требований, исключая лишь требование быстродействия алгоритма, наилучшим будет представление в виде гармонической аппроксимации в элементах. Рассмотрим алго- 172 ритм [135] оперативного прогнозирования, соответствующий модели представления эфемеридной информации, описанной в $10.! .
Последовательность расчетов по этому алгоритму описывается следующей схемой. Используемые константы: !»=3,985008Х ,Х10'4 м'/с' — гравитационный параметр Земли; 11,= =7,2921!5147Х!О ' с ' — скорость вращения'Земли. Поряуок вычисления: а=,(»/а)й — большая полуось орбиты, по=~/!»/а среднее двийкение НИСЗ; !»=! — !о, — время прогноза; и=по+ +Лп — коррекция среднего движения; М»=М»+п㻠— расчет средней аномалии; М»=Е» — еь(пЕ» — решение уравнения Кеплера для эксцентрической аномалии, ь(по»=-й/à — е~впЕ»/(! — есоьХ ,ХЕ»), ' соьо»='(соьЕ» — е)/(1 — есоьЕ») — истинная аномалия, Ф»=о»+о» вЂ” аргумент широты, би»=С„,яп2Ф»+с„,соь2Ի— поправка аргумента широты, бр»=С„,соь2Ф»+С„,яп2Ф» — поправка радиуса, 6!»= Сисоь24»+ Сияп2Ф» — поправка наклонения, и»=Ф»+би» вЂ” коррекция аргумента широты, р»=аХ Х(1 — есоьЕ»)+бр» — коррекция радиуса, 1»=!о+6!»+(!)û— коррекция наклонения, (!) †' скорость изменения наклонения,х» =р»соьи», у»=р»япи» вЂ” положение в плоскости орбиты, 1!»= =й»о+(й» вЂ” 1»й)Г» — й»йго.
— коррекция долготы восходящего узла, х»=хйспьйй» вЂ” уйсоя»ь1пйй», у»=х»ь!пой»+у»соя»соь»»», х»=у»Х Хяп!» —. координаты НИСЗ в гринвичской системе отсчета. Расчеты по приведенному алгоритму выполняются на один момент времени. Простота алгоритма и высокая точность аппроксимации в интервале оперативного обновлении достигаются за счет использования передаваемой П избыточной информации в виде согласующих коэффициентов, позволяющих использовать модель движения НИСЗ в квазинормальном поле. Прогноз поисковых эфемерид производится по приведенным формулам, в которых полагаются отличными' от нуля основные кеплсровские элементы (Мо, Г „е, ~/а, 1»о, !о, 61, о») и один параметр возмущения — скорость изменения узла прямого восхождения.
»В.Ь. СОСТАВ. ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ОБЬЕМ ИНФОРМАЦИИ, ПЕРЕДАВАЕМОЙ В.КАДРЕ НАВИГАЦИОННОГО СИГНАЛА СИСТЕМЫ «НАВСТАР» Известны НИСЗ «Навета(7» первой и второй модификаций. У НИСЗ второй модификации ббльшая емкость памяти навигационных данных, рассчитанная на 14 дней, при этом опи могут работать в коде Г', повышающем помехоустойчивость. Содержание же навигационного сообщения одинаково для обоих диапазонов частот кодов Р и С/А н не зависит от модификации НИСЗ. В настоящее время запускаются НИСЗ второй модификации. 173 Приведем общее описание структуры кадра сигнала системы «Навстар» [226]. Поток навигационных данных передается НИСЗ на несущих /.~ и /.«со скоростью 60 бит/с.
Как показано на рис. !0.1, формат основного сообщения представляет собой кадр, состоящий из 1500 бит, скомпонован из пяти субкадров, называемых строками, по 300 бит. Строки длятся 6 с и передаются последовательно без перерыва. Старший разряд передается первым. Оперативный период гювторения информации, содержащейся в кадре, Т„, =30 с. В строке 1 передается с периодом Т. информация для коррекции харакТеристик бортовых часов НИСЗ, Строки 2 и 3 содержат оперативную эфемеридную информацию о данном НИСЗ, передаваемую также с периодом Т., Строка 4 предназначена для передачи параметров задержки распространения радиоволн в ионосфере (для одиочастотного приема), параметра согласования временк «Навстар» и ()ТС и некоторых специальных сообщений.
Строка 5 содержит информацию о конфигурации, состоянии всех НИСЗ системы и их альманах. Строки 4 и 5, называемые далее страницами, имеют другие периоды повторения. Онн составляют 1/25 часть полного объема альманаха, так что полное сообщение требует передачи 25 версий этих строк. Поэтому период передачи неоперативной информации (в частности, альманаха) равен Т„,=750 с.
Это может устроить потребителя, поскольку данная информация требуется значительно реже и только для организации сеанса приема сигналов. Состояние спутниковых часов, передаваемое в альманахе, отличается от действительного не более чем на 2 мкс. Все строки содержат слово телеметрии (ТЛМ) и ключевое слово (Ключ). В каждом слове каждой строки шесть младших разрядов — проверочные биты четности. На НИСЗ формируются проверки только для слов ТЛМ и Ключ.
Для остальных слов проверки формируются НКУ. Части строк, обозначаемые ТЛМ, содержат заголовки и телеметрическух) информацию, связанную с функционированием НИСЗ. Заголовок определяет функциональное назначение последующих битов информации. Слово ТЛМ содержит также информацию об ошибках, возникающих при закладке данных, Части, обозначаемые Ключ, являются„по существу, ключевыми словами, которые описывают состояние Р-последолатсльиости (фазу ее) на начало следующего 6-секундного интервала данных. Эта информация, расшифрованная после декодирования сигнала С/А, используется для установки генератора опорной Р-последовательности на начало следующего временного интервала данных. В системе «Навстар» применен условный счет времени— так называемый 'Я-счет.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
