Яценков В.С. Основы спутниковой радионавигации (2003) (1151870), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Признак входит в состав оперативной информации. ф— совокупность (л = 1...24) обобщенных признаков состояния всех НКА системы на момент закладки альманаха. Значение С„= 0 указывает на непригодность НКА, имеющего системный номер л~, для навигационных определений. Значение С„= 1 говорит о пригодности НКА с номером л~. Признак входит в состав неоперативной информации (альманаха). Признак В,(/„) становится известен потребителю значительно раньше, чем признаки С„, но формирование признаков С„основано на более глубоком анализе качества радионавигационного поля. Аппаратура потребителя должна анализировать оба этих признака и принимать решение о пригодности сигнала конкретного НКА на их основе. В [41 приведено правило, по которому делается вывод о работоспособности НКА с точки зрения получения максимальной достоверности: Существует мнение, что до получения данных альманаха, основанных на глубоком анализе, спутник можно считать годным (условно годным) даже если признак С„говорит об обратном.
В интерфейсном контрольном документе ОРЯ МАЧЯТАВ также введено понятие ограниченной пригодности НКА, когда достоверность передаваемой информации не гарантируется, но потребитель может 151 Глава 3 использовать сигнал НКА исключительно под свою ответсгпвенность. В случае с ГЛОНАСС вариант правила, допускающего условную пригодность, выглядит так: Условная пригодность может считаться допустимой дпя некритичных (например, бытовых) применений, в условиях недостаточного количества доступных спутников. Но, в любом случае, признак С„ имеет высший приоритет и своим нулевым значением говорит об однозначной непригодности НКА с номером и .
Для наиболее критичных применений принимаются дополнительные меры по сокращению времени оповещения об отказе НКА. Существующие подходы к решению проблемы предусматривают проведение дифференциальных измерений и оповещение потребителей по дополнительным каналам связи, таким, как геостационарные ИСЗ и локальные УКВ передатчики. Автономный контроль целостности в приемнике потребителя (ЯА(М). Благодаря избыточности навигационной информации, получаемой приемником потребителя от рабочего созвездия НКА, потребитель может самостоятельно организовать контроль качества радионавигационного поля. Как известно (гл.2), для определения вектора потребителя, включающего широту, долготу, высоту, вектор скорости и системное время достаточно созвездия из четырех спутников. При наличии в созвездии хотя бы одного дополнительного спутника становится возможным провести пять сеансов навигационных определений, поочередно исключая один из спутников.
Далее, анализируя результаты определений и сравнивая их между собой, можно сделать вывод о наличии неисправного НКА, а при большем числе доступных ("видимых") спутников и определить его номер. Существует множество разнообразных способов реализации ЯАИМ, отличающихся статистическим подходом, применяемыми правилами анализа, необходимым числом НКА и т.п. 152 Глава 4. СИСТЕМА ГЛОБАЛЬНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ЙАЧЗТАВ, США Законченная система (ЗРЯ ЙАЧЯТАН, как и ГЛОНАСС, состоит из трех сегментов: космического, управляющего и пользовательского. 4.1. Космический сегмент Полное созвездие МАЧЯТАВ 6РЯ состоит из 24 действующих и не менее 3-х резервных НКА (рис.
4.1). Действующие НКА движутся по шести круговым орбитам. Орбиты наклонены к плоскости экватора под углом 55', угол между плоскостями орбит 60 . НКА движутся на высоте 10900 морских миль, что соответствует примерно 201 80 км. Период обращения НКА 11 ч 58 мин. Распределение НКА по орбитам подобрано таким образом, что в зоне видимости над каждой точкой земной поверхности постоянно находится созвездие как минимум из пяти НКА. Исключение составляют полярные и приполярные области. Предусмотрено наличие нескольких запасных НКА. Например, по состоянию на сентябрь 2002 г.
на орбите находилось 29 НКА 6РЯ. Кроме этого, НКА могут менять свое положение на орбите по команде с Земли, чтобы заменить вышедшие из строя НКА или увеличить покрытие на определенной территории. Одновременно используются несколько типов НКА. В середине 1980-х годов были запущены первые несколько НКА серии "В!осК !". Следующая серия НКА, именуемая "В!ой П" выводилась на орбиту, начиная с 1989 г.
К апрелю 1994 г, когда прекратил работу последний НКА серии "В1осК 1", на орбите уже находилось 24 НКА серии "В1осК П". Следующая серия НКА получила сокращенное название "В!оск Пй", как сокращение от слова Вер!епЫЬтеп1 — новый ресурс, замена. Запуск этой серии начался в 1996 году. И, наконец, серия, запуск которой запланирован на период до 2006 года, получила условное название "В!осК ПЕ" от английского термина ГоИои~-оп — модернизация в процессе эксплуатации. 153 Глава 4 Рис.
4.1. Орбитальная структура системы 6РЯ МАЧЯТАН Размеры каждого НКА составляют около 1,5 м в ширину и 5,3 м в длину, включая солнечные панели. Прочие характеристики НКА приведены в таблице: Важнейшим элементом каждого НКА являются рубидиевые и цезиевые атомные стандарты частоты (" часы" ), по четыре модуля на каждом НКА. НКА "В!осК Н" несут на борту два рубидиевых стандарта частоты со стабильностью 5 Е ", и два цезиевых со стабильностью 2 Е '. Несмотря на то, что бортовые "часы" сами по себе чрезвычайно точны, их показания периодически корректируются с Земли.
Кроме генерации собственно сигналов точного времени, атомные стандарты частоты служат источником опорной частоты 10,23МГц для бортовых передатчиков, которые излучают сигнал на двух частотах: ~ 1 = 1575,42 МГц и 1.2 = 1227,6 МГц. Эти частоты кратны опорной частоте. Мощность бортовых передатчиков в разных модификациях около 50 — 60 Ватт. 154 Система алобальноао позиционирования ИА МБТАН, США Кроме стандартов частоты и передатчиков в состав бортового оборудования входят: синтезатор частот, блоки формирования навигационных сигналов, одна основная и две резервных бортовых ЭВМ, системы ориентации и коррекции орбиты, телеметрии, приема и ретрансляции сигналов наземного комплекса управления, терморегулирования и электропитания.
Система терморегулирования состоит из теплоотводящих панелей и нагревательных элементов. Источником электроэнергии являются панели солнечных батарей, а во время прохождения через тень Земли бортовое оборудование питается от никель-кадмиевых аккумуляторов. Для передачи навигационных сигналов применяются фазированные антенные решетки на основе спиральных излучающих элементов. В линии обмена данными с наземным комплексом используются спирально-конические и конические антенны. Бортовая подсистема телеметрии осуществляет передачу по радиоканалу данных о состоянии бортовой аппаратуры в наземный сегмент управления. По этому же каналу с земли передаются поправки к показаниям бортовых часов и эфемеридам.
Для точного определения орбит НКА с земли посылается специальный запросный сигнал, который при помощи бортового ретранслятора отсылается обратно. При помощи измерения задержки и доплеровского сдвига частоты этого сигнала осуществляется точное определение орбиты и скорости движения данного НКА. Для канала "Земля- борт" используется частота 2227,5 МГц, канал "борт-Земля" использует частоту 1783,74 МГц.
Как уже упоминалось, НКА способны определенное время функционировать без контакта с землей, от 14 дней для "В!осК П" и до минимум 180 дней для "В!осК Пй". В первом случае повышения автономности добиваются, накапливая в памяти бортового компьютера большое количество статистических данных об изменениях орбиты и параметрах движения НКА и прогнозируя возможные погрешности. Через 14 дней погрешность местоопределения на поверхности Земли может достигать 425 метров. Во втором случае НКА способны производить взаимный обмен данными и синхронизацию часов без контакта с землей, автоматически вычисляя параметры орбит. В течение 180 дней сохраняется устойчивое функционирование системы с постепенным снижением точности местоопределения. Для нормального функционирования автономной системы коррекции "Аи1опач" необходимо наличие на орбитах не менее 14 — 16 НКА типа "В!осК ПН".
155 Глава 4 4.2. Сегмент управления Сегмент управления отслеживает движение НКА и выполняет периодическую корректировку орбит, корректирует их эфемеридные константы и устраняет накапливающиеся ошибки бортовых часов. Соединенные Штаты располагают пятью полностью автоматическими станциями слежения, расположенными на Гавайях и атолле Кваджалейн в Тихом океане, на острове Вознесения в Атлантическом океане, на атолле Диего-Гарсия в Индийском океане, а также в Колорадо-Спрингс. В будущем планируется создание еще одной станции наблюдения на мысе Канаверал, штат Флорида.
Расположение станций подобрано таким образом, чтобы разместить их наиболее равномерно вокруг земного шара по экватору и создать наиболее благоприятные условия для приема навигационных сигналов. Координаты каждой приемной станции определены с очень высокой точностью, и каждая станция оснащена цезиевыми атомными часами. Стационарные атомные часы станций слежения имеют более высокую точность, чем бортовые часы НКА. Сигнал от каждого НКА принимается четырьмя из пяти станций слежения (станция на Гавайях на момент подготовки книги не имела позиционированной наземной антенны). Поскольку заранее известны точные координаты приемных станций и эталонное время, по времени прохождения сигнала от НКА до станций вычисляются так называемые псевдо- дальности, и рассчитывается точное положение НКА на орбите. Измеренные данные передаются в Главную управляющую станцию, расположенную в Колорадо-Спрингс, на базе ВВС Шривер.
На этой станции осуществляется сбор и окончательная обработка данных, полученных от остальных наземных станций. Сколь бы ни были точны данные, получаемые от наземных станций слежения, они имеют свои погрешности, но благодаря некоторой избыточности данных и последующей математической обработке значительную часть погрешностей удается скомпенсировать. Кроме основных данных со станций слежения, на главную станцию поступают данные от астрофизических и метеорологических НКА. Дело в том, что состояние ионосферы Земли значительно влияет на скорость распространения радиосигнала, а мало поддающиеся прогнозированию вспышки на Солнце не только ионизируют верхние слои атмосферы, но и влияют на орбиты НКА.
В результате обработки полученной информации вычисляются новые эфемериды НКА (данные о положении НКА на орбите) и ошибка бортовых часов. 156 Система глобального позиционирования ИА ЧВТАН, США Рис. 4.2. Расположение наземных станций слежения 6РЯ ИАЧЯТАЯ Один раз в сутки эфемериды и уточненные показания часов загружаются на НКА при помощи сети наземных передающих антенн, расположенных по всему миру. Кроме навигационных данных на НКА при необходимости передаются команды корректировки орбиты. Наземные антенны также используются для приема телеметрической информации о состоянии бортового оборудования НКА. За то время, пока НКА находится в зоне видимости, один из операторов центра управления передает на него обновленную навигационную информацию, а второй выполняет тесты по проверке состояния бортовых систем. В случае обнаружения сбоев принимается решение о работоспособности данного НКА.
Существующее в данный момент число наземных станций слежения приводит к разрывам в слежении за состоянием НКА, поэтому для обеспечения непрерывного и даже избыточного слежения задействованы шесть станций Национального управления картографирования (ММА). Очевидно, что столь сложная система требует проведения профилактических и ремонтных работ. Поэтому для обеспечения надежного сервиса для конечных пользователей, каждый НКА кроме навигационных данных передает информацию, именуемую леал а~айв — "состояние здоровья". На основании этой информации при- 157 Глава 4 емник пользователя принимает решение, следует ли принимать во внимание данные с конкретного НКА.
Обычно НКА объявляется "больным" по команде Центра управления, на время проведения профилактических работ. Так, например, периодически требуется производить накачку ионов в резервные бортовые атомные часы или корректировать орбиту при помощи бортовых двигателей. В экстремальных ситуациях НКА способен самостоятельно объявить.себя "больным". Некоторые современные приемники допускают возможность по требованию пользователя йгнорировать информацию о непригодности НКА и использовать получаемые от него навигационные данные под свою ответственность. Как правило, необходимость в этом возникает в неблагоприятных ситуациях, когда затруднен или невозможен прием сигналов от достаточного числа НКА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
