1.5. История создания, современное состояние и тенденции развития ГНСС (1151909), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Последний из 19 НКА данной серии был запущен 11ноября 1997 года. В настоящее время в составе орбитальной группировкинаходятся 9 НКА данного типа.Создание следующего поколения НКА – Block IIR («R» – replacement –замена, англ) было направлено на увеличение срока активного существованияи улучшения тактико-технических характеристик.Рис. 1.22 Навигационный космический аппарат GPS Block IIRНКА Block IIR способны определять свое местоположение посредствоммежспутниковых измерений относительно других НКА данного типа.
Бортовые вычислительные комплексы НКА Block IIR могут быть перепрограммированы в полете для исключения и исправления ошибок в работе бортовой аппаратуры, повышена также и радиационная стойкость аппаратуры. Впервые были реализованы гибкие алгоритмы управления, позволяющие восполнять орбитальную группировку данными типами НКА при общей длительности процедуры транспортировки, запуска и ввода в систему в течении 60 дней.25 сентября 2005 г.
был запущен первый модернизированный НКА БлокIIR-М («М» – modernized, англ., рис. 1.23).Рис. 1.23 Навигационный космический аппарат GPS Block IIR(M)Данные НКА впервые предоставили гражданским потребителям возможность использовать в частотном диапазоне L2 сигнал, получивший условное обозначение L2C, кроме того в диапазонах L1 и L2 были введены новыевоенные навигационные сигналы, модулированные M-кодом (подробнее см.главу 4).В настоящее время орбитальная группировки восполняется запускомНКА Block IIF («F» – follow on, – продолжение, англ.), разработанного компанией Boeing (рис. 1.24).Рис.1.24 Навигационный космический аппарат GPS Block IIFХарактеристики НКА GPS всех поколений приведены в таблице 1.4.Табл. 1.4 Характеристики НКА GPSХарактеристикаМасса, кгСрок активного существования, летМощность системыэлектропитания, ВтIII/ IIA8454.51660/18167.5400710BlockIIRIIRM112611261012IIFIII14651521601510401900-1040В заключение описания истории развития GPS отметим два важных этапа развертывания системы: фазу первоначальной работоспособности (IOC) ифазу полной работоспособности (FOC).
Этап IOC начался в 1993г., когда в составе ОГ насчитывалось 24 НКА различных модификаций (Блоки I/II/IIA), готовых к использованию по целевому назначению. Переход в режим FOC состоялся в июле 1995 г., после завершения всех летных испытаний, хотя фактически система начала предоставлять услуги в полном объеме с марта 1994г.Таким образом, GPS является полностью работоспособной уже в течение более чем двух десятилетий, при этом за прошедшие годы актуальностьпроблемы повышения надежности, точности и доступности услуг, предоставляемых различным категориям как гражданских, так и военных потребителей,только возрастала.Штатная орбитальная группировка GPS состоит из 24 основных НКАрасположенных на 6 круговых орбитах, обозначаемых латинскими буквами отA до F.
Дополнительно на некоторых орбитах может находиться один или дварезервных НКА, предназначенных для сохранения параметров системы привыходе из строя основных НКА. Наклонение орбитальных плоскостей =55°;долготы восходящих узлов различаются на 60°. Высоте орбит 20200 км соответствует период обращения Т=12 ч 00 мин, т.е. орбиты НКА GPS являютсясинхронными.Рис. 1.25 Состав орбитальной группировки GPS на 1 апреля 2012 г.Штатный состав ОГ позволяет в любой точке земного шара наблюдатьот четырёх до восьми НКА одновременно.Состояние орбитальной группировки GPS по состоянию на 1 февраля2014 года приведено на рисунке 1.25.? Актуальные данные о составе орбитальной группировки GPS и других ГНСС на любой момент времени имеютсяв источниках [ №№].Как видно из рисунка, в настоящее время используются НКА трех поколения – Блок IIA, Блок IIR и Блок IIR-M.Обратим внимание, что одним из основных факторов, сдерживающихмодернизацию состава орбитальной группировки GPS, является длительныйсрок активного существования (САС) уже запущенных НКА.
В частности,полное обновление существующей в настоящий момент орбитальной группировки, которое позволит использовать новые сигналы L2C и М, возможно неранее 2025 гг. (см. рис. 1.25).Рис 1.26 Программа развития GPSБазовым элементом программы модернизации является НКА следующего поколения, получивший название «Block III».Рис.1.26.а Внешний вид НКА «Block III»Тактико-техническими требованиями на Block III предусматривается 12летний срок использования НКА по целевому назначению при 15-летнем САС.Навигационный ансамбль радиосигналов включает старые радиосигналы L1C/A, L1 P(Y) и L2 P(Y), модернизированные радиосигналы L1M, L2C и L2M, атакже новые гражданские радиосигналы L5 и L1C.Почти на 5 дБ должна быть повышена мощности военных М-сигналов наповерхности Земли (до -153 дБВт против -158 дБВт) для повышения качестванавигационного обеспечения вооруженных сил на театрах военных действий.Точность является важнейшим критерием оценки качества навигационного обеспечения.
Требования к погрешности ЭВО на любом суточном интервале для НКА Block II составляли 3.5 м, для НКА Block IIR – 2.2 м, для НКАBlock IIF – 3 м. Новый НКА Block III должен обеспечить погрешность ЭВОменее 1 м.Наземный комплекс управленияНКУ GPS включает в себя основной (авиабаза Шривер, шт. Колорадо) изапасной (авиабаза Ванденберг, штат Калифорния) центры управления системой (ЦУС), четыре стационарные (рис. 1.27) и одна мобильная закладочноизмерительных станции, сеть станций слежения, инженерно-аналитическаягруппа и центр обслуживания.Рисунок 1.27 Наземный комплекс управления GPSЗадачами НКУ являются слежение за НКА, прогноз эфемерид и частотно-временных поправок, синхронизация шкал времени системы и НКА, загрузка навигационной информации на борт НКА.
НКУ также реализует управление режимами работы НКА, например, включает или выключает режим селективного доступа.В составе НКУ насчитывается 16 станций слежения: 6 станций слежениярасположены в экваториальной зоне на базах Военно-воздушных сил (ВВС)США. Остальные 10 станций принадлежат национальному агентству геопространственной разведки (НГР, National Geospatial intelligence Agency (NGA).Подобным размещением станций удается обеспечить глобальное сопровождение КА ОГ, а при развертывании межспутниковой линии связи и мгновенноеобновление навигационной информации, передаваемой с борта КА.Каждая станция слежения L-диапазона представляет собой беззапросныйдвухчастотный измеритель, оборудованный атомным стандартом частоты исопряженный с метеорологической станцией. Вычислительный комплексстанции слежения на основе совместной обработки отсчетов псевдодальностии фазы, вырабатываемых с темпом раз в 1.5 секунды, данных о состоянииионосферы и метеорологической информации формирует 15 минутные отсчеты, которые передаются в ЦУС для формирования эфемерид и частотновременных поправок.Четыре закладочно-измерительных станции, входящие в НКУ GPS (острова Вознесения – Южная Атлантика, (Диего Гарсиа – Индийский океан, Кважалейн – северная часть Тихого океана и мыс Канаверал – Флорида), закладывают на борт НКА команды управления, эфемериды и частотно-временныепоправки, данные альманаха ОГ, а также принимают телеметрическую информацию и измеряют дальность до НКА.
Управление и закладка информации наНКА производится по радиолинии в S-диапазоне. Первоначально загрузка информации на каждый спутник осуществлялась раз в восемь часов; затем периодичность загрузки сократилась до одного раза (максимум- двух) раз в день. Внастоящее время в соответствии с новой стратегией информация на каждомНКА обновляется три раза в день.7.3 GALILEO (ЕВРОСОЮЗ)Официальный старт европейской программы по созданию ГНСС былдан в том же 1994 году, когда Европейский Совет потребовал от ЕвропейскойКомиссии предпринять шаги по развитию информационных технологий,включая и спутниковую навигацию. Программа развития Galileo реализуется в4 этапа (см. рис 1.28).Рисунок 1.28 Этапы создания системы GalileoВ настоящее время орбитальная группировка.
«Galileo» состоит из четырех НКА: парные запуски были выполнены 21 октября 2011г и 12 октября2012 года с помощью российских носителей «Союз». На 2014 год запланированы запуски еще шести НКАТехнические характеристики НКА Galileo приведены в таблице1.5Таблица 1.5 Характеристики НКА GalileoХарактеристикаНКА GalileoМасса, кгСрок активного существования, летМощность системы электропитания, ВтВнешний вид НКА Galileo приведен на Рис. 1.29700151600Рис. 1.29 НКА GalileoНавигационная полезная нагрузка по своему составу аналогична полезной нагрузке НКА ГЛОНАСС и GPS – она обеспечивает формирование в цифровом виде всего ансамбля навигационных радиосигналов, цифро-аналоговоепреобразование, перенос спектра на несущие частоты, усиление и передачу вантенно-фидерное устройство для излучения.При проектировании структуры ОГ Galileo была выбрана стратегияобеспечения наиболее равномерной доступности НКА по всему земному шару– 6 НКА должны быть видны из любой точки при маске угла места 10°.Для этого в каждой из трех орбитальных плоскостей расположено девятьравноудаленных НКА, а также три дополнительных активных НКА (по одномуна каждой орбите), размещенных в промежутках между равноудаленнымиНКА.
Показано, что при деградации созвездия, т. е. при выходе из строя отдельных НКА, такое размещение НКА имеет преимущество по геометрическому фактору по сравнению с чисто симметричным размещением тех же 30 НКА.Для ГНСС «Galileo» Международный союз электросвязи МСЭ (ITU)выделил рекордное число участков частотных полос: шесть пользовательскихв диапазоне L и один служебный в диапазоне С. В системе реализован аналогичный GPS режим кодового разделения (CDMA), при котором все НКА излучают соответствующие типы сигналов на одной общей несущей частоте.
Приэтом в качестве модулирующих используются меандровые (ВОС) последовательности.7.4 Beidou/Compass (КНР)Идея создания китайской национальной региональной навигационной системы была предложена в 1983 г. Концепция системы, использующей два геостационарных КА (рабочее название системы Twinsat), прошла экспериментальную проверку в 1989 г на базе двух связных КА DFH-2/2A, уже находившихся на орбите. Предназначенные специально для навигации НКА Beidou-1были запущены в конце 2000 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
