Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е изд., 1993) (1151869), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Для СРНС второго поколения одной из наивыгоднейших конфигураций признана (!43, 187) система из 24 НИСЗ, размещенных равномерно в трех плоскостях, наклоненных на 63' к экваториальной плоскости н разнесенных по долготе на 120', на круговых орбитах, высотой около 20 000 км. Каждый НИСЗ такой сети дважды в сутки пересекает экватор в северном направлении так, что узлы сдвинуты на 180'. Подспутниковая точка перемещается по замкнутой кривой, две волны которой охватывают все долготы. Спутники в каждой плоскости идут с интервалом в 1,5 ч, следы их орбит пересекают экватор со сдвигом по долготе на 22',5. Все НИСЗ сети излучают сигналы одинаковой структуры, используемые для измерений дальности и радиальной скорости. Индивидуальным для'каждого НИСЗ является содержание передаваемой им служебной информации.
Наряду с этим применяются различные способы доступа к используемым сигналам. Универсальная СРНС, по мнению американских специалистов 1141], должна обслуживать наряду с гражданскими П также военные П (корабли, самолеты, КА, наземные транспортные средства, десантные группы и т. п.). Требуется, чтобы к сигналу, обеспечивающему предельно точную навигацию, имели доступ только военные П, а для других П он был затруднен.
Гражданские П заинтересованы, напротив, в легком доступе к используемому сигналу. Поэтому в ССРНС «Навстар» предусмотрено применение двух различающихся кодированных сигналов: кода Р (рго(ес!еб — защищенный) и С/А (с!еаг асг)ц(з(!!оп — легко обнаруживаемый). Войти в слежение за сигналом более точного кода Р (имеющего недельную длительность) можно лишь с помощью пароля (ключевого слова), передаваемого менее точным кодом С/А (с длительностью около ! мс). Содержанием служебной информации являются: частотно- временные поправки для данного НИСЗ и его эфемериды, альманах, телеметрическая (ТЛМ) информация, ключевые слова, поправки на распространение радиоволн и иная информация, повышающаяся точность и надежность навигационного сеанса.
Вся эта информация компонуется определенным образом в виде кадра, распадающегося иа строки, и передается с известной периодичностью. Наземный командно-измерительный комплекс (КИК). Служит для управления полетом и работой бортовых систем всех НИСЗ как носителей навигационных сигналов н в первую очередь для снабжения их информацией, необходимой для проведения высокоточных и надежных навигационных сеансов. В число задач комплекса входят: проведение траекторных измерений для опре. деления орбит всех НИСЗ и временных измерений для определения расхождений бортовых шкал времени всех НИСЗ с системным временем; предсказание для каждого НИСЗ его будущих эфемерид и ухода бортового времени; формирование массива служебной информации с включением в него спрогнозированных эфемерид, альманаха и поправки бортовой шкалы времени, а также прочкх поправок для каждого НИСЗ; закладка массива служебной информации в память каждого НИСЗ для модуляции ею навигационных сигналов; контроль по телеметрнческим каналам за работой систем сети НИСЗ и диагностика их состояния; управление по командному каналу полетом всех НИСЗ и работой их бортовых систем.
Высокая точность расчета эфемерид обеспечивается соответствующей точностью измерительных средств, внесением поправок на выявленные методические погрешности и вовлечением в обработку результатов как свежих траекторных измерений, так и накапливаемых за недельный срок. При планировании работы средств комплекса наивысшим приоритетом пользуются операции по закладке служебной информации. Передаваемые с НИСЗ данные, содержащиеся в навигационном сигнале, постоянно контролируются для выявления сбоев. По оценкам, проведенным применительно к первому этапу испытаний системы «Навстар» [1421, погрешности предсказания эфемерид на несколько часов не превысят 6 м, а погрешность предсказания сдвига временной шкалы лежит в пределах 8 нс, что дает погрешность местоопределения около 1О м.
Навигационная аппаратура потребителя. Выполняет следующие операции: выбор из всей совокупности видимых НИСЗ рабочсго созвездия; расчет для выбранной группы НИСЗ ожидаемых значений угловых координат, дальности и радиальной скорости; поиск в каждом нз каналов сигналов НИСЗ по пространству, временной задержке и доплсровскому смещению частоты, а также по кодовому номеру НИСЗ; вхождение и слежение за кодом С~А, а через пего — за кодом Р; выделенно и декодирование эфемерндной информации; измерения орсмсинбй задержки сигнала и его доплсровского смещения; обработку измерительной и эфемеридной информации от всех НИСЗ для определения координат и составляющих скорости П; набор из последовательных кадров сигнала одного из НИСЗ полного сборника альманаха; оценку точности проведенного навигационного решения.
23 Рабочее созвездие выбирается по полученному ранее и хранящемуся в памяти альманаху, позволяющему на любой момент вычислить координаты всех НИСЗ системы. Для полностью развернутой системы из 24 НИСЗ над радиогоризоитом П в зависимости от условий (место и высота полета) может располагаться от 5 до 11 НИСЗ. Выбор наивыгоднейшего рабочего созвездия может основываться на различных критериях. Один нз ннх состоит в отыскании четверки, образующей тетраэдр наибольшего объема.
По этому критсрию наивыгоднейшей будет такая конфигурация, прн которой адин НИСЗ находится в зените П, а три остальных — как можно ближе к горизонту, с максимальными взаимными удалениями. При пространственном поиске у П должна иметься антенна с независимо управляемыми четырьмя лучами, например фазированная антенная решетка.
Если антенна слабонаправленная, поиск проводится только по временной задержке и доплеровской частоте. Кодовый номер НИСЗ позволяет удостовериться а приеме сигналов от нужного спутника. В каналах поиска и измерения используются кольца фазовой и частотной автоподстройки (см. гл. 8). В процессе обработки информации решается главная функциональная задача — определяются координаты (параметры движения) П.
При этом метки времени, переданные каждым из НИСЗ, уточняются с помощью временных поправок, учитывающих смещение данной спутниковой шкалы относительно системного времени. Учитываются также релятивистские смещения принимаемой частоты, обусловленные различием гравитационных потенциалов НИСЗ и П и сравннмостью их относительной скорости перемещения со скоростью света. В измерения вносятся поправки иа влияние тропосферы н ионосферы.
Эфемериды, относящиеся к ближайшей временной точке, экстраполируются на уточненные моменты проведения измерений. Процедура решения навигационной задачи может строиться либо как задача первоначального определения координат и скоростных составляющих (прн отсутствии априорной информации), либо как задача уточнения априорно известных величин. Статистическая обработка помогает сглаживанию случаииых составляющих погрешностей. Все расчеты выполняет специализированная ЭВМ. Определенные координаты, скорости и поправки к бортовому времени либо вводятся в бортовой навигационный комплекс, либо непосредственно используются в процессе навигации или для решения иных прикладных задач. са. советская сетевая спнтнмковля рнс «гпон*сс» е/аепитвнеарв/ ветре/ни т еттинод /7онелв ум внт/ Панеле реелнодив автптенин таттатвлед пропер ориетамии аа петлю гв-епенентная антенна нидиеааипнноа аппаратрри привнноя елидевопрвдлвввов ентввпо та' Передающая пладпнппродлвннал антенно Ннд //прони нодивааионнвт перехват/лод /7е рдеющая напрпднет/ан антенна ндд Рис.
ЬЗ. Общий вид ИОЗ «Глонасс» 25 Этапы создания системы. Сетевая СРНС «Глонасс» разрабатывалась в /О-е годы на основе опыта создания и успешной эксплуатации советской низкоорбитной СРНС «Цикада». Были использованы также результаты фундаментальных исследований проблем высокоточного прогноза движения ИСЗ, учета релятивистско-гравитационных эффектов, повышения долговременной стабильности квантовых генераторов, учета рефракции радиоволн в тропосфере и ионосфере, повышения достоверности передачи и обработки цифровой информации. После проведения широкомасштабных теоретических, проектных, конструкторских и экспериментальных работ по созданию элементов системы началось ее планомерное развертывание.
Первые ИСЗ серии «Глонасс» («Космос-1413», «Космос- 1414» и «Космос-!415» (!62)) были выведены на орбиты 12 октября 1982 г. Далее с темпом 1 — 2 запуска в год продолжалось наращивание сети ИСЗ. Выводимые на орбиты спутники (рис. 1.3) нспользовалнсь для отработки элементов и аппаратуры СРНС, предназначенной прежде всего для обеспечения местоопределения отечественных самолетов гражданской авиации и судов морского и рыболовного флотов. По мере развития спутниковых систем и устройств, средств наземного комплекса и аппаратуры потребителей эта система к Придир пропитании Пеовдатщоя еподвнонроывпиея оо народ пгр Приве/ния плодонопридлеття .о' антенна Нлд концу !988 г.
вышла на предэксплуатационный этап, имея сеть из шести эксплуатационных НИСЗ. Первая фаза следующего, эксплуатационного, этапа !18?] завершилась в 1991 г. созданием ограниченной сети из 12 спутников, что позволяет проводить практически непрерывные глобальные двухкоординатиые местоопределения и дискретные глобальные трехкоординатные местоопределения. К 1995 г. планируется закончить вторую фазу эксплуатационного этапа: развить сеть до 24 ИСЗ (включая три резервных), что обеспечит глобальные непрерывные трехкоординатные местоопределения*. После этого система перейдет в фазу нормальной (штатиой) эксплуатации и последующие запуски ИСЗ на орбиты будут производиться при необходимости восполнения сети спутников, оказавшейся недостаточной из-за выработки каким-либо из них своего ресурса или оказавшегося внезапно неработоспособным.
Программа ввода системы «Глонасс» в постоянную эксплуатацию предполагает ее международное использование совместно с американской системой «Навстар». Соответствующие предложения были внесены 09.05.88 г. советскими представителями и Международную организацию гражданской авиации (1САО), причем одновременно были сообщены все технические характеристики системы «Глонасс», необходимые для производства и эксплуатации ее аппаратуры потребителей (190, 214]. Структура системы. Структура системы «Глонасс» (рис. 1.4) соответствует рассмотренной общей структурной схеме спутниковой РНС (см. рис. 1.1). В ее состав входят: орбитальная группировка (навигационные ИСЗ), наземные средства управления, слежения и контроля (КИК), навигационная аппаратура потребителей (потребители) и средства развертывания и восполнения системы (космодром).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
