Яценков В.С. Основы спутниковой радионавигации (2003) (1151870), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Возник интерес к обратной задаче: расчет координат приемника на основании принятых со спутника сигналов. Военно-морские силы финансировали две программы, ставшие предшественниками 6РЯ: Тгапвй и Тппа1'оп. Система Тгапвй стала первой действующей спутниковой навигационной системой. Разработанная в 1964 г. в лаборатории прикладной физики имени Джона Гопкинса под руководством доктора Ричарда Кершнера, система Тгапя1 состояла из 7 низкоорбитальных спугников, которые излучали очень стабильные радиосигналы. Несколько наземных станций слежения контролировали и корректировали параметры орбиты. Пользователи системы Тгапвй определяли свои координаты на земной поверхности, измеряя доплеровский сдвиг частоты от каждого спутника.
Изначально разработанная Военно-морскими силами для управления подводными лодками с баллистическими ракетами Ро!апа на борту и иными военными объектами, находящимися на поверхности океана, в 1967 г. система Тгапвй стала доступна для гра- Глава 1 жданских пользователей. Она была очень быстро приспособлена для навигации больших коммерческих судов и небольших частных катеров и яхт.
Причем число гражданских пользователей быстро превысило число военных. Несмотря на то, что система Тгапв(1 обеспечивала основные потребности в навигации судов, она имела много недостатков: низкое быстродействие, потребность в длительном наблюдении спутников, возможность позиционировать только стационарные или медленно движущиеся объекты, определение только двухмерных координат, отсутствие непрерывной доступности (время, когда ни один из спутников не был виден, измерялось часами), необходимость самостоятельного внесения пользователем коррективов для движущихся объектов — все это сделало невозможным применение системы в авиации и иных быстро движущихся объектах. Не последнюю роль сыграла и невозможность избирательно ограничивать доступ к системе.
Тем не менее, заложенные в Тгапвй новые технологии были очень важны для последующего развития ОРЯ. Так, например, в ОРЯ используется алгоритм предсказания спутников, впервые разработанный для Тгапв(1. Второй предшественник 6РЯ, Т~п~а1юп, был разработан в МН1 (Иана! ВеэеагсЬ ~аЬога1огу, Военно-морская исследовательская лаборатория) под руководством Роджера Истона. Программа исследований стартовала в 1964 г. и включала в себя запуск двух искусственных спутников, несущих на борту разработанные ранее сверхстабильные часы, передачу со спутника прецизионных сигналов точного времени и определение двухмерных координат приемника.
Основная идея состояла в использовании синхронизированных передатчиков, излучающих закодированный сигнал. Измеряя задержку прохождения сигнала от спутников, имеющих заранее известные координаты, можно вычислить расстояние до спутников и рассчитать на основании этого координаты приемника. Таким образом, был заложен и экспериментально опробован базовый принцип работы ОРЯ. Первый спутник, системы Т~п~а1'оп запущенный в 1967 г., нес на борту сверхстабильные кварцевые часы, последующие модели использовали атомный стандарт частоты (рубидиевый и цезиевый). Атомные часы позволили значительно улучшить предсказание орбит спутников и существенно увеличить промежуток между корректировками спутниковых часов с наземного пункта управления. Эти передовые разработки космического стандарта времени явились важнейшим вкладом в создание ЙРЯ.
Фактически, последние два спутника системы Ткпа1юп являлись действующими прототипами спутников 6РЯ. 18 История развития радионавигации Тем временем, Военно-воздушные силы США работали над аналогичной технологической программой, впоследствии названной -Система 621В". Она предоставляла возможность трехмерной (широта, долгота и высота) навигации с непрерывным доступом. В 1972 г. была продемонстрирована работа системы, использующей новый метод разделения сигналов спутников — кодовое разделение на основе псевдослучайного, шумоподобного сигнала. В этом варианте все спутники излучают на одной несущей частоте, которая модулируется сверхдлинным псевдослучайным кодом (ПСК), индивидуальным дпя каждого спутника.
Спектр такого сигнала весьма похож на спектр случайного шума с распределением по Гауссу, отчего сигнал и получил название шумоподобного. Использование псевдослучайного кода позволяет значительно увеличить помехоустойчивость и передавать в сигнале информацию о положении спутников (эфемериды) и метки точного времени.
Также при использовании псевдослучайного кодирования легко решается проблема ограничения доступа. В простейшем случае, коды могут быть как открытыми для общего пользования, так и секретными. Гражданским пользователям доступны только открытые коды, поэтому достаточно по команде с наземного пункта управления внести преднамеренные погрешности в информацию, передаваемую открытыми кодами, как работоспособным останется только военное оборудование, а гражданские приемники перестанут функционировать с приемлемой точностью. Для испытания технологии ПСК американские ВВС произвели серию экспериментов на испытательном полигоне Белая Пустыня в Нью-Мехико.
Для имитации спутников использовались передатчики, размещенные на воздушных шарах и самолетах. Экспериментальное оборудование позиционировало самолет с точностью до сотых долей мили. Одновременно была сформулирована концепция глобальной системы из 16 спутников на геостационарных орбитах, чьи проекции на земную поверхность образовывали четыре овальных кластера, вытянутых на ЗО градусов севернее и южнее экватора. Эта особая геометрия допускапа последовательное развитие системы, поскольку для демонстрации реальной работоспособности было достаточно четырех спутников. Следовательно, один полный кластер из четырех спутников обеспечивал 24-часовое покрытие определенного географического региона (например, Северной или Южной Америки). Тем не менее, вплоть до 1973 г.
не было заметного сдвига в разработке полномасштабной "Системы 621В". Частично причиной этого явилась поддержка со стороны ВВС дополнительных разра- 19 Глава 1 боток по спутниковой навигации, основанных на нескольких параллельных инициативах от различных организаций. Начиная с 1960-х, ВМФ США, ВВС США и сухопутные силы независимо друг от друга работали над радионавигационной системой, обеспечивающей всепогодное 24-часовое покрытие, и с точностью, достаточной для военного применения соответствующими службами. Лаборатория прикладной физики разработала техническое обеспечение для системы Тгапв!1 и собиралась усовершенствовать систему, тогда как Военно-морская исследовательская лаборатория энергично расширяла систему Т(гпаИоп; сухопутные силы предлагали использовать собственную систему, названную 8ЕСОВ (8ег)цепи!а! Согге!акоп о1 !=!апде, последовательное вычисление дальностей).
Возникшая ситуация начала беспокоить Министерство обороны США, поскольку различные стратегии построения системы были опробованы на практике и пришло время для построения единой концепции. Для координации усилий всех исследовательских групп, разрабатывающих различные навигационные системы, Министерство обороны США основало трехсторонний объединенный комитет, названный МАЧЯЕ6 (йачда1!оп 8а1е!Ие Ехеси1!че 6гоор). В течение последующих нескольких пет комитет окончательно определил, какой должна быть система спутниковой навигации — количество спутников, высоту орбит, коды сигналов, метод модуляции — и сколько все это будет стоить.
Наконец, в апреле 1973 г., Военно-воздушные силы были утверждены, как ведущий разработчик, объединяющий различные концепции построения систем спутниковой навигации в единую всеобъемлющую систему военного назначения, известную, как ОМ88 (0е1епве Мач!да1юп Яа1е!!Ые 8ув1ет, оборонительная система спутниковой навигации). Новая система должна была разрабатываться в Объединенном Центре разработок ВВС в партнерстве со всеми заинтересованными военными службами. Взаимодействием между различными службами с целью разработки концепции ОМ88 руководил полковник ВВС Брэд Паркинсон, программный директор Объединенного Центра. К сентябрю 1973 г. была создана компромиссная система, вобравшая в себя все лучшие опции от прежних программ ВВС и ВМФ.
Структура сигнала и частоты были заимствованы от "Системы 621В". Орбиты спугников основывались на структуре, предложенной для системы Тппа1!оп, но с большей высотой, обеспечивающей 12-часовой период обращения вместо 8-часового. Обе системы предполагали использование атомных часов на спутниках, 20 История развития радионавиаации но только ВВС проверили эту идею на практике.
Система, построенная по сформулированной концепции, теперь известна, как система глобального позиционирования ИАЧЯТАЯ. В декабре 1973 г. Министерство обороны США утвердило и профинансировало первый этап разработки МАЧЯТАВ (ЗРЯ (планом работ было предусмотрено три этапа). Опробование основной идеи 6Р8 (1974-1979) Первый этап подразумевал экспериментальное подтверждение пригодности общей концепции спутниковой навигационной системы, демонстрацию заложенного в нее потенциала и конкретизацию дальнейшего плана работ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
