146950 (594237), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Частотно-временные поправки рассчитывают на каждом витке НС в виде двух параметров линейной аппроксимации расхождения БШВ относительно НС на тридцати - (шестидесяти) минутном интервале и закладываются дважды в сутки (ориентировочно каждые 12 ч) на борт каждого НС.
Шкала времени каждого спутника ГЛОНАСС может эпизодически подвергаться коррекции с целью того, чтобы отличие этой шкалы от шкалы времени центрального хронизатора не превышало + 1 нс. В этом случае и течение времени, необходимого наземному комплексу для проведения сверки и формирования поправок, в навигационном сообщении передаются признаки, запрещающие использование лого спутника для целей навигации.
Шкала системного времени в ГЛОНАСС корректируется одновременно с коррекциями на целое число секунд шкал UТС (SU), проводимыми Службой Всемирного времени. Коррекции шкал UTС необходимы для их согласования с астрономической шкалой UT1 всемирного времени. Указанная коррекция СШВ ГЛОНАСС осуществляется в 00 ч 00 мин 00 с в полночь с 30 июня на 1 июля или с 31 декабря на 1 января. О планируемом проведении секундной коррекции СШВ ГЛОНАСС сообщается заблаговременно.
Наземный сегмент системы ГЛОНАСС - подсистема контроля и управления, предназначена для контроля правильности функционирования, управления и информационного обеспечения сети спутников системы ГЛОНАСС, состоит из следующих взаимосвязанных стационарных элементов: центр управления системой ГЛОНАСС; центральный синхронизатор; контрольные станции; система контроля фаз; квантооптические станции; аппаратура контроля поля.
Наземный сегмент выполняет следующие функции:
проведение траекторных измерений для определения и прогнозирования и непрерывного уточнения параметров орбит всех спутников;
временные измерения для определения расхождения бортовых шкал времени всех спутников с системной шкалой времени ГЛОНАСС, синхронизация спутниковой шкалы времени с временной шкалой центрального синхронизатора и службы единого времени путем фазирования и коррекции бортовых шкал времени спутников
формирование массива служебной информации (навигационных сообщений), содержащего спрогнозированные эфемериды, альманах и поправки к бортовой шкале времени каждого спутника и другие данные, необходимые для формирования навигационных кадров
передача (закладка) массива служебной информации, в память ЭВМ каждого спутника и контроль за его прохождением
контроль по телеметрическим каналам за работой бортовых систем спутников и диагностика их состояния
контроль информации в навигационных сообщениях спутника, прием сигнала вызова ПКУ
управление полетом спутников и работой их бортовых систем путем выдачи на спутники временных программ и команд управления; контроль прохождения этих данных; контроль характеристик навигационного поля
определение сдвига фазы дальномерного навигационного сигнала спутника по отношению к фазе сигнала центрального синхронизатора
планирование работы всех технических средств ПКУ, автоматизированная обработка и передача данных между элементами ПКУ
Центр управления системой соединен каналами автоматизированной и неавтоматизированной связи, а также линиями передачи данных со всеми элементами ПКУ, планирует и координирует работу всех средств ПКУ на основании принятого для ГЛОНАСС ежесуточного режима управления спутниками в рамках технологического цикла управления. При этом ЦУС собирает и обрабатывает данные для прогноза эфемерид и частотно-временных поправок, осуществляет с помощью, так называемого, баллистического центра расчет и анализ пространственных характеристик системы, анализ баллистической структуры и расчет исходных данных для планирования работы элементов ПКУ.
Центральный синхронизатор, взаимодействуя с ЦУС, формирует шкалу времени ГЛОНАСС, которая используется для синхронизации процессов в системе, например, в системе контроля фаз. Он включает в свой состав группу водородных стандартов.
Контрольные станции (станции управления, измерения и контроля или наземные измерительные пункты) по принятой схеме радиоконтроля орбит осуществляют сеансы траекторных и временных измерений, необходимых для определения и прогнозирования пространственного положения спутников и расхождения их шкал времени с временной шкалой ГЛОНАСС, а также собирают телеметрическую информацию о состоянии бортовых систем - спутников. С их помощью происходит закладка в бортовые ЭВМ спутников массивов служебной информации (альманах, эфемериды, частотно-временные поправки и др.), временных программ и оперативных команд для управления бортовыми системами
Траекторные измерения осуществляются с помощью радиолокационных станций, которые определяют запросным способом дальность до спутников и радиальную скорость. Дальномерный канал характеризуется максимальной ошибкой около 2...3 м. Процесс измерения дальности до спутника совмещают по времени с процессом закладки массивов служебной информации, временных программ и команд управления, со съемом телеметрических данных со спутника.
В настоящее время для обеспечения работ ГЛОНАСС могут использоваться КС, рассредоточенные по всей территории России. Часть КС и других элементов наземного сегмента ГЛОНАСС осталась вне территории России.
В случае выхода из строя одной из станций возможна ее равноценная замена другой, так как сеть КС обладает достаточной избыточностью и в наихудшей ситуации работу системы может обеспечивать ЦУС и одна станция, однако интенсивность ее работы будет очень высокой
Описанная сеть КС отличается от аналогичной структуры СРНС GPS тем, что обеспечивает высокое качество управления орбитальной группировкой только с национальной территории. КС ГЛОНАСС могут использоваться для обеспечения функционирования других космических средств.
Кванто-оптическая станции предназначены для периодической юстировки радиотехнических каналов измерения дальности КС с помощью лазерного дальномера. В этих целях на каждом спутнике размещены специальные лазерные отражатели. Применение КОС обеспечивает высокоточное измерение параметров движения спутников ГЛОНАСС. За последние 20 лет разработаны три отечественные лазерные станции слежения или КОС: лазерная дальномерная система Гео-ИК; КОС Эталон; КОС Майданак (Узбекистан).
Наиболее эффективно лазерные станции работают в ночное время при хорошей видимости.
Система ГЛОНАСС создавалась в условиях, когда уровень фундаментальных исследований в области геодезии, геодинамики и геофизики не обеспечивал требуемую точность эфемеридного обеспечения системы. В этих условиях был проведен комплекс работ по обоснованию путей, решения этой проблемы через построение согласующих моделей движения спутников, параметры которых определяют в процессе решения самой задачи баллистико-навигационного обеспечения системы
Исследования показали, что необходимо отказаться от типовых острорезонансных (например, с периодом обращения спутника равным 12 ч, как в СРНС GPS, когда период вращения Земли вокруг своей оси равен двум периодам обращения спутника) орбит спутников, так как в процессе моделирования уравнений траекторного движения спутников это повышает устойчивость их решений и ослабляет корреляции между параметрами отдельных уравнений (моделирующих, например, изменение геопотенциала, координат измерительных средств, радиационного давления). Кроме того, оказалось, что наивысшая точность баллистико-эфемеридного обеспечения системы при решении многомерной навигационной задачи с расширенным вектором состояния обеспечивается при обработке измеренных текущих навигационных параметров на интервале 8 сут. Переход от острорезонансных орбит был осуществлен путем увеличения числа витков спутника (по сравнению с GPS) на интервале 8сут до 16...17. Число спутников в системе брано равным 24 с равномерным распределением по трем орбитальным плоскостям. Все спутники системы фазируются таким образом, что на больших временных интервалах они имеют один след на поверхности Земли. Это обеспечивает высокую баллистическую устойчивость системы и относительно высокую точность и простоту расчетов траекторий. Опыт эксплуатации системы показал, что при обеспечении начального периода обращения спутника с точностью не хуже 0,1 с на протяжении заданного срока активного существования спутника его положение в системе корректировать не нужно.
В настоящее время в системе ГЛОНАСС используется запросная технология эфемеридного обеспечения, когда исходной информацией для расчета эфемерид служат данные измеренных текущих параметров спутников, поступающие в ЦУС от контрольных станций по программам межмашинного обмена через вычислительную сеть. Ежесуточно осуществляется 10...12 сеансов передачи информации по каждому спутнику.
В типовых операциях управления ПКУ ГЛОНАСС предусмотрено использование измерений КС в запросном режиме с двумя разновидностями ДН бортовой антенной системы - всенаправленной и узкой. В первом случае точностные характеристики измерений запросной дальности находятся в пределах от сотен метров до десятков километров. Такие измерения выполняют только на первом этапе полета НС.
Определение параметров движения спутника производится по запросным измерениям дальности и радиальной скорости в два этапа. На первом этапе определяют параметры движения спутника по измерениям радиальной скорости с последующей переработкой этих измерений с использованием уточненных по ним начальных условий движения. На втором этапе вычисляют параметры движения спутника по измерениям дальности и радиальной скорости.
Параметры движения спутника на участках приведения и постановки спутника в системную точку находят на мерных интервалах продолжительностью 14 витков. Технология эфемеридного обеспечения на этапе штатной эксплуатации основана на использовании высокоточных измерений дальности КС и включает предварительную обработку измерений (расшифровка данных измерений КС с последующим устранением неоднозначности измерений дальности, калибровкой, приведением измерений к центру масс спутника для компенсации выноса бортовой антенны, учетом ионосферной и тропосферной рефракции).
Решение проблемы высокоточных определений орбит возможно при, создании высокоточных математических моделей движения и измерений, на точность которых влияют следующие факторы: геофизические, определяемые погрешностью задания системы координат и гравитационного поля Земли; геодинамические, связанные с нахождением координат полюса и неравномерности вращения Земли; а также факторы, обусловленные учетом негравитационных возмущений в модели движения.
В основе этих методов лежит понятие согласующих моделей, которые представляют собой системы геофизических параметров и параметров, определяющих математическую модель движения НС по данным обработки навигационных измерений. Такие модели не являются фундаментальными и пригодны только для конкретных орбит, и позволяют при наличии высокоточных измерений параметров движения НС и достаточно полном описании действующих на них сил уменьшить влияние погрешностей определения геофизических и геодинамических факторов на точность определения эфемерид конкретного НС за счет уточнения координат измерительных пунктов, параметров гравитационного поля Земли, параметров вращения Земли и включения координат КС и других параметров согласующей модели в состав расширенного вектора состояний НС.
При решении задач определения и прогнозирования движения спутника эфемериды рассчитывают путем численного интегрирования дифференциальных уравнений движения комбинированным методом Рунге - Кутта и Адамса в координатной системе, заданной средним экватором и равноденствием эпохи начала бесселева года (в 1975 г). В правых частях дифференциальных уравнений учитываются основные возмущающие силы. Гравитационное поле Земли представлено разложением в ряд по сферическим функциям до гармоник степени и порядка 8 включительно. При моделировании расчетных аналогов измерений учитываются уходы полюса и поправки ко времени за счет неравномерности вращения Земли.
При выводе спутника из системы требование к точности нахождения параметров движения определяются исходя из необходимости надежного вхождения в связь со спутником. В этом случае параметры движения спутника определяют на мерных интервалах длительностью не менее четырех витков не реже одного раза в месяц. В состав уточняемых параметров при этом включаются только кинематические.
В соответствии с целевым назначением система ГЛОНАСС имеет в своем составе подсистему КА (навигационных спутников), которая представляет собой орбитальную группировку из 24 спутников. Спутники, излучая непрерывные радионавигационные сигналы, формируют в совокупности сплошное радионавигационное поле на поверхности Земли и в околоземном пространстве, которое используется для навигационных определений различными потребителями.
Структура сети спутников такова, что в каждой точке земной поверхности и околоземного пространства в любой момент времени находится одновременно не менее четырех спутников, взаимное расположение и качество сигналов которых обеспечивает ему возможность координатно-временных измерений с заданными характеристиками. Требование по количественному составу орбитальной группировки основывается на том, что заданные точностные характеристики навигационного обеспечения могут быть получены в системе ГЛОНАСС при наличии в орбитальной группировке, например, 21 спутника (по семь спутников в каждой орбитальной плоскости), а остальные обеспечивают "горячий" резерв и высокую устойчивость системы.
Спутники ГЛОНАСС размещаются на трех практически круговых орбитах. Высота каждой орбиты составляет 18 840... 19 440 км (номинальное значение составляет 19 100 км), что позволяет отнести ГЛОНАСС к среднеорбитальным СРНС.
Таким образом, орбитальная группировка спутников ГЛОНАСС с несинхронными почти круговыми орбитами более стабильна по сравнению с группировкой спутников СР5 с синхронными 12-тичасовыми орбитами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
