1.5. История создания, современное состояние и тенденции развития ГНСС (1151908)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

1.5 История создания, современное состояние и тенденции развития ГНСС

Облик ГНСС в том виде, в котором они существуют и используются сейчас, в основном сформировался в начале 70-х годов 20-го века, когда Советский Союз и США практически в одном время начали разработку систем ГЛОНАСС и GPS. До настоящего времени только эти две системы имеют полноразмерные орбитальные группировки НКА, которые обеспечивают предоставление услуг в глобальном масштабе, хотя работы по созданию собственных ГНСС Galileo и Compass ведут соответственно страны Европейского союза и Китай. Кроме того, ряд Япония и Индия реализуют национальные программы по построению региональных РНС навигационной системы (РНСС). В таблице №№ приведены данные о штатном составе орбитальной группировки и типах орбит каждой из существующих и создаваемых систем. Краткие сведения о ГНСС ГЛОНАСС, GPS, Galileo, Compass приведены ниже.

Таблица №№ Характеристики ГНСС и РНСС

В состав бортовой аппаратуры входят передатчики и антенны навигационных сигналов и телеметрической информации, антенны и приемники данных и команд, передаваемых от НКУ, бортовое синхронизирующее устройство (БСУ), блоки ориентирования, источники питания и различное вспомогательное оборудование. На НКА может также размещаться дополнительное оборудование, такое как аппаратура контроля внешней среды и другое.

1.5.1 ГЛОНАСС

Орбитальная группировка

Г
ЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС) разрабатывалась на основе опыта создания и успешной эксплуатации советской СРНС «Цикада». Первые НКА серии «Глонасс» («Космос-1413», «Космос-1414» и «Космос-1415») (рис. 1.14) были выведены на орбиту 12 октября 1982 г. [7]. Далее развертывание сети НКА продолжилось с темпом 1-2 запуска в год.

Рис. 1.14 Навигационный космический аппарат «Глонасс»

К концу 1988 г., имея сеть из шести НКА, используемых по целевому назначению, система вышла на предэксплуатационный этап. Первая фаза следующего этапа – опытной эксплуатации начата в 1993 г. В 1996 г. орбитальная группировка ГЛОНАСС была развернута до штатного состава в 24 НКА. К сожалению, проблемы в экономике Российской Федерации 90– х годов не позволили своевременно вводить в строй новые аппараты, взамен исчерпавших

свой ресурс, что привело к деградации орбитальной группировки (в 1999 г. в ее составе было лишь 10 аппаратов, из которых только 8 использовались по целевому назначению, см. рис. 7.3).

Рис. 1.15 Динамика изменения состава орбитальной группировки ГЛОНАСС (1982-2012 г.г.)

В 2001г. По инициативе Президента РФ плана была принята федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система». В рамках ФЦП была завершена разработка НКА серии «Глонасс-М» (рис. 1.15), летные испытания которых начались в 2003 году. 27 марта 2009 года ГНСС ГЛОНАСС, орбитальная группировка которой на тот момент насчитывала 22 НКА «Глонасс-М», принята в эксплуатацию. К концу 2011 года орбитальная группировка ГЛОНАСС была укомплектована до штатного состава – 24 НКА, используемых по целевому назначению, при этом общее количество НКА на орбитах составило 31 НКА, в том числе – первый НКА нового поколения «Глонасс-К» (рис. 1.16), выведенный на околоземную орбиту 26 февраля 2011 года для летных испытаний.

Рис. 1.15 НКА Глонасс-М Рис. 1.16 НКА Глонасс-К

Действующая на данный момент производственная программа предусматривает выпуск 51 НКА данного типа. Сравнительные характеристики различных поколений НКА «Глонасс» приведены в таблице. 7.1

Табл. 7.1 Характеристики НКА ГЛОНАСС

В состав бортовой аппаратуры входят передатчики и антенны навигационных сигналов и телеметрической информации, антенны и приемники данных и команд, передаваемых от НКУ, бортовое синхронизирующее устройство (БСУ), блоки ориентирования, источники питания и различное вспомогательное оборудование. На НКА может также размещаться дополнительное оборудование, такое как аппаратура контроля внешней среды, ретрансляторы системы КОСПАС-САРСАТ и другое.

Спутники ГНСС ГЛОНАСС размещены на трех круговых орбитах. Наклонение орбитальных плоскостей =64,8°, долготы восходящих узлов (точек пересечения экваториальной плоскости с полуплоскостями орбит, соответствующим движению НКА с юга на север), различаются на 120°. В каждой орбитальной плоскости восемь НКА разнесены по аргументу широты через 45°, в свою очередь, аргументы широты НКА в каждой из орбитальных плоскостях с
двинуты относительно соседней на ± 15° (рисунок 7.7).

Рис.1.17 Схема размещения НКА ГЛОНАСС на орбитах

Высоте круговых орбит, равной 19100 км над поверхностью
Земли, соответствует номинальный период обращения НКА

Т = 11 ч 15 мин 44 с [2, 7], не кратный периоду суточного вращения Земли. Орбиты с таким периодом, называемые несинхронными, менее чувствительны к возмущениям, обусловленным неоднородностью гравитационного поля Земли, по сравнению с синхронными резонансными круговыми орбитами (Т = 12 ч 00 мин), используемыми в системе GPS (см. разд. 7.2). Действительно, след синхронной орбиты НКА на поверхности Земли раз в сутки проходит через одни и те же точки, поэтому картина возмущения орбиты неоднородностями гравитационного поля будет повторяться для каждого НКА, и при этом заметно отличаться от картины возмущений для всех других НКА. След же несинхронной круговой орбиты, благодаря вращению Земли, медленно (с периодом 7 сут 23 ч 27 мин 28 с) перемещается относительно поверхности Земли, при этом возмущения орбит для всех НКА в среднем практически одинаковы [2].

Наземный комплекс управления (НКУ) решает следующие основные задачи.

1. Проводит траекторные измерения с целью контроля, уточнения и прогнозирования параметров орбит (эфемерид) НКА.

2. Выполняет временные измерения с целью определения и прогноза отклонений бортовых шкал времени (БШВ) всех НКА, относительно общесистемной шкалы (СШВ), формируемой центральным синхронизатором.

3. Формирует массив данных, содержащий прогноз эфемерид, поправки к бортовым ШВ НКА, альманах и другие данные.

4. Обеспечивает передачу («закладку») этих данных в бортовой цифровой вычислительный комплекс НКА для включения в навигационное сообщение, передаваемое потребителю, а также для коррекции бортовых ШВ (их синхронизацию с СШВ).

5. Ведет радиотелеметрический контроль, диагностику и прогноз состояния бортовой аппаратуры НКА.

6. Ведет мониторинг качества радионавигационных сигналов, излучаемых НКА, с целью выявления возможных неисправностей и отклонений в работе бортовой аппаратуры; контролирует сдвиг фазы дальномерного сигнала НКА относительно фазы сигнала ЦС.

7. Осуществляет планирование, программное и командное управление полетом НКА и функционированием бортовых систем.

8. Планирует работу всех элементов НКУ, обработку и обмен данными между его элементами.

Для решения перечисленных задач НКУ ГЛОНАСС включает в себя ряд взаимосвязанных элементов, важнейшими из которых являются:

• центр управления системой (ЦУС);

• система синхронизации (СС), включающая центральные синхронизаторы (ЦС);

• контрольные станции (КС).

Укрупненная схема наземного комплекса управления приведена на рис.1.18

Рис.1.18 Укрупненная схема подсистемы контроля и управления

Рассмотрим основные функции, выполняемые составными частями НКУ.

Центр управления системой, соединенный каналами связи различных типов со всеми элементами НКУ, осуществляет планирование и координацию всех используемых в его работе средств. В том числе, вычислительные средства баллистического центра НКУ рассчитывают, на основе полученных данных прогноза эфемерид и частотно-временных поправок, пространственно-временные характеристики группировки НКА. При этом используются данные системы единого времени, системы определения параметров вращения Земли, систем мониторинга гелио- и геофизической обстановки.

Необходимо отметить, что требования к точности контроля параметров орбиты и синхронизации временных шкал, которые должен обеспечивать НКУ ГЛОНАСС, существенно выше, чем в любой другой области космонавтики, поскольку погрешности в этих параметрах непосредственно определяют итоговую точность НВО. СКО расчета (прогноза) параметров орбит НКА не должно превышать 1 м., поэтому при расчетах необходимо учитывать такие факторы, как световое давление на НКА, влияние релятивистских эффектов на гравитационное поле Земли, неравномерность вращения Земли и ее полюсов, а также наличие реактивных сил, связанных с газоотделением материалов покрытия НКА. В большинстве других космических приложений влиянием этих факторов пренебрегают.

Центральный синхронизатор обеспечивает высокоточную, с погрешностью до единиц нс, синхронизацию бортовых и системной шкал времени (расхождение этих шкал в 10 нс приводит к погрешности измерения псевдодальности порядка 3 м). Для решения этой задачи в настоящее время используются наземные водородные стандарты частоты с относительной нестабильностью порядка 1х10^-14, а также наземные средства сличения шкал с погрешностью 3…5 нс. Шкала центрального синхронизатора ГЛОНАСС «привязана» к национальной шкале времени России UTC (SU) (см. главу 2).

Контрольные станции осуществляют траекторные и временные измерения, необходимые для формирования эфемеридной информации и оценки расхождений БШВ относительно СШВ, а также ведут прием телеметрической информации и передачу («закладку») информации на борт НКА. Распределение КС по территории России иллюстрирует рис. 1.19.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций