Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Супутникова система ГЛОНАСС - Авіація і космонавтика

Зміст

1. Історичні відомості ... ... ..3

2. Структура супутникових радіонавігаційних систем ... 6

2.1. Підсистема космічних апаратів ... 7

2.2. Наземний командно-вимірювальний комплекс ... .8

2.3. Навігаційна апаратура споживачів СРНС ... .. ... 9

2.4. Взаємодія підсистем СРНС у процесі визначення

поточних координат супутників ... .. ... 9

3. Основні навігаційні характеристики НС ... ... 10

4. Рішення навігаційної задачі ... ..13

5. СРНС ГЛОНАСС ... 14

5.1. Структура та основні характеристики ... 14

5.2. Призначення і склад підсистеми контролю та управління ... ..16

5.2.1. Центр управління системою ... ..16

5.2.2. Контрольні станції ... .17

5.2.3. Ефемеридні забезпечення ... ..18

5.2.4. Особливості формування ефемеридної

інформації в ГЛОНАСС ... .18

ЛІТЕРАТУРА ... ..19

1. Історичні відомості

Розвиток вітчизняної супутникової радіонавігаційної системи (СРНС) ГЛОНАСС має вже практично сорокарічну історію, початок якої покладено, як найчастіше вважають, запуском 4 жовтня 1957 в Радянському Союзі першого в історії людства штучного супутника Землі (ШСЗ). Вимірювання доплерівського зсуву частоти передавача цього ШСЗ на пункті спостереження з відомими координатами дозволили визначити параметри руху цього супутника.

Зворотній завдання була очевидною: з вимірювань того ж доплерівського зсуву при відомих координатах ШСЗ знайти координати пункту спостереження.

Наукові основи низькоорбітальних СРНС були істотно розвинені в процесі виконання досліджень за темою "Супутник" (1958-1959 рр.). Основна увага при цьому приділялася питанням підвищення точності навігаційних визначень, забезпечення глобальності, цілодобове застосування та незалежності від погодних умов.

Проведені роботи дозволили перейти в 1963 р до дослідно-конструкторських робіт над першою вітчизняною низькоорбітального системою, що отримала надалі назву "Цикада".

У 1979 р була здана в експлуатацію навігаційна система 1-го покоління "Цикада" у складі 4-х навігаційних супутників (НС), виведених на кругові орбіти заввишки 1000 км, нахилом 83 ° і рівномірним розподілом площин орбіт вздовж екватора. Вона дозволяє споживачу в середньому через кожні півтори-дві години входити в радиоконтакт з одним з НС і визначати планові координати свого місця при тривалості навігаційного сеансу до 5 ... 6 хв.

В ході випробувань було встановлено, що основний внесок у похибка навігаційних визначень вносять похибки переданих супутниками власних ефемерид, які визначаються і закладаються на супутники засобами наземного комплексу управління. Тому поряд з удосконаленням бортових систем супутника і корабельної приемоиндикаторной апаратури, розробниками системи серйозну увагу було приділено питанням підвищення точності визначення та прогнозування параметрів орбіт навігаційних супутників.

Була відпрацьована спеціальна схема проведення вимірювань параметрів орбіт засобами наземно-комплексного управління, розроблено методики прогнозування, що враховують всі гармоніки в розкладанні геопотенциала.

Проведено роботи з уточнення координат вимірювальних засобів і обчисленню коефіцієнтів согласующей моделі геопотенциала, призначеної спеціально для визначення та прогнозування параметрів навігаційних орбіт. В результаті точність переданих у складі навігаційного сигналу власних ефемерид була підвищена практично на порядок і становить в даний час на інтервалі добового прогнозу величину »70 ... 80 м, а середньоквадратичне похибка визначення морськими судами свого місцеположення зменшилася до 80 ... 100 м.

Для оснащення широкого класу морських споживачів розроблені і серійно виготовляються комплектації приемоиндикаторной апаратури "Шхуна" і "Човен". Надалі супутники системи "Цикада" були дообладнані приймальні вимірювальною апаратурою виявлення терплять лихо об'єктів, які оснащуються спеціальними радіобуя, які випромінюють сигнали лиха на частотах 121 і 406 Мгц. Ці сигнали приймаються супутниками системи "Цикада" і ретранслюються на спеціальні наземні станції, де проводиться обчислення точних координат аварійних об'єктів (суден, літаків та ін.).

Дооснащення апаратурою виявлення терплять лихо супутники "Цикада" утворюють системи "Коспас". Спільно з американо-франко-канадської системою "Сарсат" вони утворюють єдину службу пошуку і порятунку, на рахунку якої вже кілька тисяч врятованих життів.

Успішна експлуатація низькоорбітальних супутникових навігаційних систем морськими споживачами залучила широке увагу до супутникової навігації. Виникла необхідність створення універсальної навігаційної системи, задовольняє вимогам усіх потенційних споживачів: авіації, морського флоту, наземних транспортних засобів та космічних кораблів.

Виконати вимоги всіх зазначених класів споживачів низькоорбітальні системи в силу принципів, закладених в основу їх побудови, не могли. Перспективна супутникова навігаційна система повинна забезпечувати споживачеві в будь-який момент часу можливість визначати три просторові координати, вектор швидкості і точний час. Для отримання споживачів трьох просторових координат беззапитним методом потрібне проведення вимірювань навігаційного параметра не менше ніж до чотирьох супутників, при цьому одночасно з трьома координатами місця розташування споживач визначає і розбіжність власних годин щодо шкали часу супутникової системи.

Виходячи з принципу навігаційних визначень, обрана структура супутникової системи, яка забезпечує одночасну в будь-який момент часу радіовидимість споживачів, які знаходяться в будь-якій точці Землі, не менше чотирьох супутників, при мінімальній загальній їх кількості в системі. Ця обставина обмежило висоту орбіти навігаційних супутників 20 тис. Км, (подальше збільшення висоти не веде до розширення зони радіообзора, а, отже, і до зменшення необхідної кількості супутників в системі). Для гарантованої видимості споживачем не менше чотирьох супутників, їх кількість в системі має становити 18, однак воно було збільшено до 24-х з метою підвищення точності визначення власних координат і швидкості споживача шляхом надання йому можливості вибору з числа видимих супутників четвірки, що забезпечує найвищу точність.

Однією з центральних проблем створення супутникової системи, що забезпечує беззапитним навігаційні визначення одночасно по декількох супутниках, є проблема взаємної синхронізації супутникових шкал часу з точністю до мільярдних часток секунди (наносекуд), оскільки розсинхронізація випромінюваних супутниками навігаційних сигналів в 10 нс викликає додаткову похибка у визначенні місця розташування споживача до 10 ... 15 м.

Рішення завдання високоточної синхронізації бортових шкал часів зажадало установки на супутниках високостабільних бортових цезієвих стандартів частоти з відносною нестабільністю 1-1013і наземного водневого стандарту з відносною нестабільністю 1 ? 1014, а також створення наземних засобів порівняння шкал з похибкою 3 ... 5 нс.

За допомогою цих засобів і спеціального математичного забезпечення проводиться визначення розбіжностей бортових шкал часу з наземної шкалою і їх прогнозування для кожного супутника системи. Результат прогнозу у вигляді поправок до супутникових годинах щодо наземних закладаються на відповідні супутники і передаються ними у складі цифрової інформації навігаційного сигналу. Споживачами таким чином встановлюється єдина шкала часу. Розбіжність цієї шкали з наземної шкалою часу системи не перевищує 15 ... 20 нс.

Другою проблемою створення високоорбітальних навігаційної систем є високоточне визначення і прогнозування параметрів орбіт навігаційних супутників.

Досягнення необхідної точності ефемерид навігаційних супутнику зажадало проведення великого обсягу робіт з обліку чинників другого порядку малості, таких як світловий тиск, нерівномірність обертання Землі і рух її полюсів, а також виключення дії на супутник в польоті реактивних сил, викликаних негерметичністю рухових установок газовідділення матеріалів покриттів.

Для експериментального визначення параметрів геопотенциала на орбіти навігаційних супутників були запущені два пасивних ІЗС "Еталон (" Космос-1989 "і" Космос-2024 "), призначених для вимірювання параметрів їх руху високоточними квантово-оптичними вимірювальним засобами. Завдяки цим роботам досягнута нині точність ефемерид навігаційних супутників при прогнозі на 30 год становить: вздовж орбіти - 20 м; по бинормали до орбіти - 10 м; по висоті 5 м (СКП).

Льотні випробування високоорбітальних вітчизняної навігаційної

системи, що отримала назву ГЛОНАСС, були розпочаті в жовтні 1982 запуском супутника "Космос-1413" ... "

У 1995 р було завершено розгортання СРНС ГЛОНАСС до її штатного складу (24 НС). В даний час робляться великі зусилля по підтримці угрупування.

Розроблено самолетная апаратура АСН-16, СНС-85, АСН-21, наземна апаратура АСН-15 (РІРВ), морська апаратура "Шкіпер" і "Репер" (РНИИ КП) та ін.

Основним замовником і відповідальним за випробування і управління системами є Військово-космічні сили РФ.

У розглянутий період часу в США також проведені інтенсивні розробки СРНС. У 1958 р в рамках створення першого покоління атомних ракетних підводних човнів "Поляріс" була створена система "Транзит" (аналог СРНС "Цикада"), введена в дію в 1964 р

На початку 70-х років розпочато роботи по створенню СРНС другого покоління - ОР5 / "Навстар" (аналога вітчизняної системи ГЛОНАСС). Супутникова радіонавігаційна система GPS повністю розгорнута в 1993 р

Відповідно до Постанови Уряду РФ № 237 від 7 березня 1995 основними напрямами подальших робіт є:

- Модернізація СРНС ГЛОНАСС на основі модернізованого супутника ГЛОНАСС-М з підвищеним гарантійним терміном служби (п'ять років «і більш замість трьох нині) і більш високими технічними характеристиками, що дозволить підвищити надійність і точність системи в цілому;

- Впровадження технології супутникової навігації в вітчизняну економіку, науку і техніку, а також створення нового покоління навігаційної апаратури споживачів, станцій диференціальних поправок і контролю цілісності;

- Розробка та реалізація концепції російської широкозонной диференціальної підсистеми на базі інфраструктури Військово-космічних сил її взаємодії з відомчими регіональними та локальними диференціальними підсистемами, що знаходяться як на території Росії, так і за кордоном;

- Розвиток співпраці з різними міжнародними та зарубіжними організаціями і фірмами в області розширення використання можливостей навігаційної системи ГЛОНАСС для широкого кола споживачів;

- Вирішення питань, пов'язаних з використанням спільних навігаційних полів систем ГЛОНАСС і GPS в інтересах широкого кола споживачів світової спільноти: пошук єдиних підходів до надано послуг світовій спільноті з боку космічних навігаційних систем, узгодження опорних систем координат і системних шкал часу; вироблення заходів щодо недопущення використання можливостей космічних навігаційних систем в інтересах терористичних режимів і угруповань.

Роботи в зазначених напрямках ведуться відповідно до вимогами, висунутими різними споживачами (повітряними, морськими річковими суднами, наземними і космічними засобами, топогеодезичного, землевпорядними та іншими службами).

Структура супутникових радіонавігаційних систем

Структура, способи функціонування і необхідні характеристики підсистем СРНС в чому залежать від заданої якості навігаційного забезпечення та обраної концепції навігаційних вимірювань. Для досягнення таких найважливіших якостей, як безперервність і висока точність навігаційних визначень, в глобальній робочій зоні у складі сучасної СРНС типу ГЛОНАСС і GPS функціонують три основні підсистеми (рис. 1):

O космічних апаратів (ПКА), що складається з навігаційних ШСЗ (надалі її називаємо мережею навігаційних супутників (НС) або космічним сегментом);

O контролю та управління (ПКУ) (наземний командно-вимірювальний комплекс (КІК) або сегмент управління);

O апаратура споживачів (АП) СРНС (пріемоіндікаторов (ПІ) або сегмент споживачів). Різноманітність видів пріемоіндікаторов СРНС забезпечує потреби наземних, морських, авіаційних і космічних (в межах ближнього космосу) споживачів.

Основною операцією, виконуваної в СРНС за допомогою цих сегментів, є визначення просторових координат місця розташування споживачів і часу, т. Е. Просторово-часових координат (ПВК). Цю операцію здійснюють відповідно до концепції незалежної навігації, яка передбачає обчислення шуканих навігаційних параметрів безпосередньо в апаратурі споживача. В рамках цієї концепції в СРНС обраний позиційний спосіб визначення місця розташування споживачів на основі беззапитним (пасивних) віддалемірних вимірювань за сигналами кількох навігаційних штучних супутників Землі з відомими координатами.

Вибір концепції незалежної навігації та використання беззапитним вимірювань забезпечили можливість досягнення необмеженої пропускної здатності СРНС. У порівнянні з залежною навігацією, що не передбачає процедури обчислень ПВК в ПІ СРНС, сталося ускладнення апаратури споживачів. Однак сучасні досягнення в галузі технологій зробили можливою реалізацію таких підходів при вирішенні проблеми навігаційних визначень в СРНС.

Висока точність визначення місця розташування споживачів зумовлена багатьма факторами, включаючи взаємне розташування супутників і параметри їх навігаційних сигналів. Структура космічного сегмента забезпечує для споживача постійну видимість необхідного числа супутників.

В даний час вважається доцільним введення до складу СРНС регіональних додаткових систем, що забезпечують реалізацію найбільш суворих вимог споживачів. Ці структури дозволяють істотно підвищити точність обсервацій, виявляти і ідентифікувати порушення в режимах роботи СРНС, неприпустиме погіршення якості її функціонування та своєчасно попереджати про це споживачів, т. Е. Вони можуть здійснювати контроль цілісності системи і підтримувати режим диференційних вимірювань.

2.1. Підсистема космічних апаратів

Підсистема космічних апаратів СРНС складається з певного числа навігаційних супутників. Основні функції НС - формування і випромінювання радіосигналів, необхідних для навігаційних визначень споживачів СРНС, контролю бортових систем супутника підсистемою контролю та управління СРНС. З цією метою до складу апаратури НС зазвичай включають:

радіотехнічне обладнання (передавачі навігаційних сигналів і телеметричної інформації, приймачі даних і команд від КІК, антени, блоки орієнтації), ЕОМ, бортовий еталон часу і частоти (БЕВЧ), сонячні батареї і т. д. Бортові еталони часу і частоти забезпечують практично синхронне випромінювання навігаційних сигналів усіма супутниками, що необхідно для реалізації режиму пасивних віддалемірних вимірювань в апаратурі споживачів.

Навігаційні сигнали супутників містять дальномірні компоненти і компоненти службових повідомлень. Перші використовують для визначення в апаратурі споживачів СРНС навігаційних параметрів (дальності, її похідних, ПВК і т. Д.), Другі - для передачі споживачам координат супутників, векторів їх швидкостей, часу та ін. Основна частина службових повідомлень супутника підготовлена в наземному командно вимірювальному комплексі та передана по радіолінії на борт супутника. І тільки невелика їх частина формується безпосередньо бортовий апаратурою.

Далекомірні компоненти навігаційних сигналів містять дві складові, що відрізняються забезпечується ними точністю навігаційних визначень (стандартної і більш високою). В апаратурі цивільних споживачів обробляється сигнал стандартної точності. Для використання сигналу високої точності потрібна санкція військових органів.

Вибір складу і конфігурації орбітального угрупування НС може забезпечити задану робочу зону, можливість реалізації різних методів навігаційно-часових визначень (НВО), безперервність і точність НВО, діапазон зміни параметрів радіосигналів НС і т. Д. Наприклад, збільшення висоти польоту НС сучасних середньовисотних СРНС до приблизно 20 000 км дозволяє приймати сигнали кожного НС на значних територіях (приблизно на половині поверхні Землі). І тоді кілька НС, розташованих на певних орбітах, можуть формувати суцільне, з точки зору наземного та авіаційного споживача, радіонавігації поле (глобальну робочу зону).

Відповідні характеристики сигналів НС і способи їх обробки дозволяють проводити навігаційні вимірювання з високою точністю.

У сучасних СРНС типу ГЛОНАСС і GPS велика увага приділяється взаємної синхронізації НС по орбітальним координатам і випромінюваним сигналам, що зумовило застосування до них терміну "мережеві СРНС".

2.2. Наземний командно-вимірювальний комплекс

Підсистема контролю й управління являє собою комплекс наземних засобів (командно-вимірювальний комплекс - КІК), які забезпечують спостереження і контроль за траєкторіями руху НС, якістю функціонування їх апаратури; управління режимами її роботи і параметрами супутникових радіосигналів, складом, обсягом і дискретністю переданої із супутників навігаційної інформації, стабільністю бортовий шкали часу та ін.

Зазвичай КІК складається з координаційно-обчислювального центру, (КВЦ), станцій траєкторних вимірювань і управління (СТІ), системної (наземного) еталона часу і частоти (СЕВЧ).

Періодично при польоті НС в зоні видимості СТІ, відбувається спостереження за супутником, що дозволяє за допомогою КВЦ визначати і прогнозувати координатну та іншу необхідну інформацію. Потім ці дані вкладають у пам'ять бортовий ЕОМ і передають споживачам у службовому повідомленні у вигляді кадрів відповідного формату.

Синхронізація різних процесів в СРНС забезпечується за допомогою високостабільного (атомного) системного еталона часу і частоти, який використовується, зокрема, в процесі юстирування бортових еталонів часу і частоти навігаційних супутників СРНС.

2.3. Навігаційна апаратура споживачів СРНС

Пріемоіндікаторов СРНС, що складаються з радіоприймача і обчислювача, призначені для прийому і обробки навігаційних сигналів супутників з метою визначення необхідної споживачам інформації (просторово-часових координат, напрямку і швидкості, просторової орієнтації і т. П.).

Просторове положення споживача зазвичай визначається в пріемоіндікаторов в два етапи: спочатку визначаються поточні координати супутників і первинні навігаційні параметри (дальність, її похідні та ін.) Щодо відповідних НС, а потім розраховуються вторинні - географічна широта, довгота, висота споживача і т. Д.

Порівняння поточних координат споживачів з координатами обраних навігаційних точок (точок маршруту, реперів і т. П.) Дозволяє сформувати в ПІ сигнали для управління різними транспортними засобами. Вектор швидкості споживача обчислюють шляхом обробки результатів вимірювань доплеровских зрушень частоти сигналів НС з урахуванням відомого вектора швидкості супутника. Для знаходження просторової орієнтації споживача в пріемоіндікаторов СРНС здійснюються різницеві вимірювання з використанням спеціальних антенних решіток.

2.4. Взаємодія підсистем СРНС у процесі визначення поточних координат супутників

Спосіб функціонування сучасних СРНС дозволяє віднести їх до радіомаякову навігаційним засобам. Однак необхідність постійного визначення поточних координат НС і вибору з них видимих споживачеві НС і робочого сузір'я справних НС суттєво відрізняє СРНС від традиційних радіомаякову РНС (РСБН, РСДН), в яких координати радіомаяків відомі і постійні. Безперервне знаходження поточних координат НС, що рухаються з великими змінюються але часу швидкостями, являє собою складну задачу.

Координати НС можуть бути визначені в загальному випадку на КІК або безпосередньо на супутнику (самовизначаються НС). В даний час віддається перевага першого підходу. Це пов'язано з тим, що існують добре апробовані на практиці методи і засоби вирішення цієї проблеми в наземних умовах. У сучасних СРНС управління НС здійснюється з обмежених територій і, отже, не забезпечується постійна взаємодія КІК та мережі НС. У зв'язку з цим виділяють два етапи вирішення цього завдання. На першому етапі в апаратурі КІК вимірюють координати супутників у процесі їх прольоту в зоні видимості і обчислюють параметри їх орбіт. Ці дані прогнозуються на фіксовані (опорні) моменти часу, наприклад на середину кожного півгодинного інтервалу майбутніх доби, до вироблення наступного прогнозу. Спрогнозовані координати НС та їх похідні (ефемериди) передаються на НС, а потім у вигляді навігаційного (службового) повідомлення, відповідного зазначеним моментів часу, споживачам. На другому етапі в апаратурі споживача за цими даними здійснюється подальше прогнозування координат НС, т. Е., Обчислюються поточні координати НС в інтервалах між опорними точками траєкторії. Процедури первинного і вторинного прогнозування координат проводять при відомих закономірностях руху НС.

На відміну від самовизначаються НС, розглянутий варіант функціонування СРНС забезпечує спрощення апаратури супутників за рахунок ускладнення структури КІК з метою досягнення заданої надійності.

Зауважимо, що в навігаційне повідомлення НС КІК, крім того, закладає альманах - набір довідкових відомостей про всієї мережі НС, у тому числі загрубления ефемериди НС, які зазвичай використовуються для визначення видимих споживачеві НС і вибору робочого сузір'я, що забезпечує високу якість НВО. Темп поновлення точної ефемеридної інформації (ЕІ) значно вище, тому її часто називають оперативної ЕІ на відміну від довготривалої ЕІ в альманасі.

3. Основні навігаційні характеристики НС

До основних навігаційним характеристикам НС відносять зону огляду, зону видимості, тривалість спостереження, орбітальну конфігурацію мережі НС та ін. На кресленні (рис. 2) пояснюються основні визначення.

Зона огляду НС являє собою ділянку земної поверхні, на якому можна здійснювати спостереження за НС, прийом його сигналів. Центром зони огляду є підсупутникової точка О3, звана географічним місцем супутника (ГМС).

Координати ГМС (географічні широта та довгота) можуть бути розраховані за формулами:

де- орбітальні елементи НС; - грінвічський зоряний час;

- Кутова швидкість прецесії вузла орбіти. Зона огляду обмежена лінією дійсного горизонту в точці НС, тому її розмір залежить від висоти НС (). Розмір зони огляду характеризується кутом відповідної йому дугою АО3, яка називається радіусом зони огляду [км]. З рис. 2 видно, що

(1)

Бортові пріемоіндікаторов СРНС забезпечують задану точність вимірювань в зоні огляду, обмеженою радиогоризонта, який піднятий для користувача на кут 5 ... 10 ° (кут маски). У цьому випадку зона огляду визначається кутом, де

(2)

Площа зони огляду. Тоді відносна площа огляду, де- площа земної кулі.

При збільшенні висоти НС до40 000 км радіус зони огляду змінюється незначно (9400 км), а витрати на формування такої орбіти зростають суттєво.

Розглянута вище зона огляду відповідає фіксованому моменту часу (миттєва зона огляду).

У нестаціонарних НС миттєва зона огляду, переміщаючись по поверхні Землі, утворює зону огляду у вигляді смуги шириною. Її віссю є сукупність ГМС - траса НС.

Встановимо умови видимості НС для спостерігача, розташованого в точці, що лежить на трасі НС (рис. 3). Область небосхилу СС ', в якій

НС спостерігається з точки; від моменту восходанад горизонтом до моменту заходаназивают зоною видимості (геометричній зоною видимості), для якої справедливі співвідношення (1), (2). З рис. 3 видно, що максимальний кутовий радіус зони видимості (дуга А "З)

З урахуванням радиогоризонта кутовий радіус зони огляду зменшується. Тут кут a називають мінімально допустимою висотою.

Тривалість сеансу зв'язку з НС (у межах видимості НС) визначається різницею () і залежить від кута b (т. Е. Від висоти польоту НС або періоду його звернення Т).

Для кругової орбіти, де- кутова швидкість обертання супутника.

Для СРНС ГЛОНАССкм,% прікм ,; »300 хв.

Очевидно, що якщо споживач знаходиться в стороні від траси НС, то тривалість спостереження супутника зменшується.

Навігаційні алгоритми, реалізовані в бортових пріемоіндікаторов сучасних СРНС, зазвичай орієнтовані на прийом сигналів від декількох НС одночасно. Спостереження в будь-якій точці робочої зони СРНС одночасно декількох НС забезпечується шляхом оптимального вибору стабільної просторово-часової структури (конфігурації) мережі НС - числа, орієнтації і форми орбіт; числа НС на кожній з них; взаємного розташування орбіт і супутників на них. Зазвичай число НС в мережі перевищує мінімально необхідне за рахунок резервних НС.

4. Рішення навігаційної завдання

Основним змістом навігаційної задачі (НЗ) в СРНС є визначення просторово-часових координат споживача, а також складових його швидкості, тому в результаті рішення навігаційної завдання має бути визначений розширений вектор стану споживача П, який в інерціальній системі координат можна представити у вигляді. Елементами даного вектора служать просторові координати (х, у, z) споживача, тимчасова поправка t 'шкали часу споживача щодо системної ШВ, а також складові вектора швидкості.

Елементи вектора споживача недоступні безпосередньому виміру за допомогою радіозасобів. У прийнятого радіосигналу можуть вимірюватися ті чи інші його параметри, наприклад затримка або доплерівський зсув частоти. Вимірюваний в інтересах навігації параметр радіосигналу називають радіонавігаційним (РНП), а відповідний йому геометричний параметр - навігаційним (НП), тому затримка сигналу t і його доплерівський зсув частотиявляются радіонавігаційними параметрами, а відповідні їм дальність до об'єкта Д і радіальна швидкість зближення об'ектовслужат навігаційними параметрами. Зв'язок між цими параметрами дається співвідношеннями:

де с - швидкість світла; l - довжина хвилі випромінюваного НС сигналу.

Геометричне місце точок простору з однаковим значенням навігаційного параметра називають поверхнею становища. Перетин двох поверхонь положення визначає лінію становища - геометричне місце точок простору, що мають два певних значення двох навігаційних параметрів. Місце розташування визначається координатами точки перетину трьох поверхонь положення або двох ліній положення. У ряді випадків (через нелінійність) дві лінії положення можуть перетинатися у двох точках. При цьому однозначно знайти місце розташування можна, лише використовуючи додаткову поверхню становища чи іншу інформацію про місцезнаходження об'єкта.

Для вирішення навігаційної задачі, т. З. для знаходження вектора споживача П, використовують функціональну зв'язок між навігаційними параметрами і компонентами вектора споживача. Відповідні функціональні залежності прийнято називати навігаційними функціями. Конкретний вид навігаційних функцій зумовлений багатьма факторами: видом НП, характером руху НС і споживача, обраної системою координат і т.д.

Навігаційні функції для просторових координат споживача можна визначити за допомогою різних різновидів віддалемірних, різницево-віддалемірних, кутомірних методів і їх комбінацій. Для отримання навігаційних функцій, що включають складові вектора швидкості споживача, використовують радіально-швидкісні методи.

5. СРНС ГЛОНАСС

5.1. Структура та основні характеристики

Вітчизняна мережева среднеорбітальних СРНС ГЛОНАСС (Глобальна навігаційна супутникова система) призначена для безперервного і високоточного визначення просторового (тривимірного) місцеположення вектора швидкості руху, а також часу космічних, авіаційних, морських і наземних споживачів в будь-якій точці Землі або навколоземного простору. В даний час вона складається з трьох підсистем:

- Підсистема космічних апаратів (ПКА), що складається з навігаційних супутників ГЛОНАСС на відповідних орбітах;

- Підсистема контролю та управління (ПКУ), що складається з наземних пунктів контролю та управління;

- Апаратури споживачів (АП).

Навігаційні визначення в ГЛОНАСС здійснюються на основі опитувальних вимірювань в апаратурі споживачів псевдодальності і радіальної псевдошвидкості до чотирьох супутників (або трьох супутників при використанні додаткової інформації) ГЛОНАСС, а також з урахуванням прінятиx навігаційних повідомлень цих супутників. В навігаційних повідомленнях, переданих за допомогою супутникових радіосигналів, міститься інформація про різні параметри, в тому числі і необхідні відомості про становище та рух супутників у відповідні моменти часу. В результаті обробки цих даних в АП ГЛОНАСС зазвичай визначаються три (дві) координати споживача, величина і напрямок вектора його земної (шляховий) швидкості, поточний час (місцеве або в шкалі Госеталона координувати Всесвітнього Часу UTC (SU) або, по іншому, UТC (ГЕВЧ) (ГЕВЧ - Державний еталон часу і частоти). Основні характеристики СРНС ГЛОНАСС наведено в табл. 1 - 2, де для порівняння наведені відомості про американську срсдневисотние СРНС GPS. У табл. 1 наведені загальносистемні характеристики СРНС ГЛОНАСС. У табл. 2 наведено як стандартні значення характеристик СРНС, так і їх оцінки на основі даних, отриманих у 1993-1995 рр. Останні показані в дужках, причому для С / А-кода, коду стандартної точності) значення наводяться для варіантів роботи з А / без SA (SA - Selective Availability - селективний доступ)).

Таблиця 1. Системні характеристики СРНС ГЛОНАСС

 Параметр, спосіб ГЛОНАСС GPS

 Число НС (резерв) 24 (3) 24 (3)

 Число орбітальних площин 3 червня

 Число НС в орбітальній площині 4 серпня

 Тип орбіт

 Кругова

 (Е = 0 ± 0,01) Кругова

 Висота орбіт, км 19100 20145

 Нахил орбіт, 1рад 64,8 ± 0,3 55 (63)

 Драконічний період обертання НС 11год 15 хв 44 с ± 5 з 11 год 56,9 хв

 Спосіб поділу сигналів НС Частотний Кодовий

 Несучі частоти навігаційних радіосигналів МГц:

 L 1 1602,5625 ... 1615,5 1575.42

 L 2 1246,4375 ... 1256,5 1227,6!

 Період повторення ПСП 1 мс 1 мс (С / А-код)

 (Далекомірного коду або його сегмента) 7 дн (Р-код)

 Тактова частота ПСП, МГц 0,511 1,023 (С / А-код)

 10,23 (P, Y-код)

 Швидкість передачі цифрової інформації

 (Відповідно СІ- і D- код), біт / с 50 50

 Тривалість суперкадра, хв 2,5 12,5

 Число кадрів в суперкадрі 25 травня;

 Число рядків в кадрі 15 травня

 Система відліків часу UTC (SU) UTC (USNO).

 Система відліку просторових

 координат ПЗ-90 WGC-84

 Тип ефемерід Геоцентричні модифікованим

 координати і їх ванні кепле-

 похідні рови елементи

 Таблиця 2. Точнісні характеристики СРНС

 Параметр Точність вимірювань

 GPS

 (P = 0,95)

 ГЛОНАСС

 (P = 0,997)

 Горизонтальна площина, м

 100 (72/18)

 300 (Р = 0.9999)

 18 (С / А-код) (С / А-код) (Р-, Y-код! 60 (СТ-код) (39)

 Вертикальна площина, м

 156

 28 (135/34) (С / А-кол) (Р-, Y-код) 75 (СТ-код) (67,5)

 Швидкість, см / с

 <200

 20 (С / А-код) (Р-. Y-код) 15 (С'1-код)

 Прискорення, мм / с 2

8

 <19 (С / А-код) (С / А-код) -

 Час, мкс

 0,34

 0,18

 код) (С / А-код) (Р-, Y- 1 (CI-код)

5.2. Призначення і склад підсистеми контролю та управління

Наземний сегмент системи ГЛОНАСС - підсистема контролю та спрощення (ПКУ), призначена для контролю правильності функціонування правління та інформаційного забезпечення мережі супутників системи ГЛОНАСС, складається з наступних взаємопов'язаних стаціонарних елементів: центр управління системою ГЛОНАСС (ЦУС); центральний синхронізатор (ЦС); контрольні станції (КС); система контролю фаз (СКФ); кванто-оптичні станції (КОС); апаратура контролю поля (АКП).

Наземний сегмент виконує такі функції:

- Проведення траєкторних вимірювань для визначення та прогнозуванні безперервного уточнення параметрів орбіт всіх супутників;

- Часові виміри для визначення розбіжності бортових шкал часу всіх супутників з системною шкалою часу ГЛОНАСС, синхронізації супутникової шкали часу з тимчасовою шкалою центрального синхронізатора і служби єдиного часу шляхом фазирования і корекції бортових шкал часу супутників;

- Формування масиву службової інформації (навігаційних повідомлень), що містить спрогнозовані ефемериди, альманах і поправки до бортової шкалою часу кожного супутника та інші дані, необхідні для формування навігаційних кадрів;

- Передача (закладка) масиву службової інформації в пам'ять ЕОМ кожного супутника і контроль за його проходженням;

- Контроль за телеметричним каналах за роботою бортових систем супутників і діагностика їх стану;

- Контроль інформації в навігаційних повідомленнях супутника, прийом сигналу виклику ПКУ;

- Управління польотом супутників і роботою їх бортових систем шляхом видачі на супутники тимчасових програм і команд управління; контроль проходження цих даних; контроль характеристик навігаційного поля;

- Визначення зсуву фази далекомірного навігаційного сигналу супутника по відношенню до фази сигналу центрального синхронізатора;

планування роботи всіх технічних засобів ПКУ, автоматизована обробка і передача даних між елементами ПКУ.

В автоматизованому режимі вирішуються практично всі основні завдання управління НС та контролю навігаційного поля.

5.2.1 Центр управління системою

Центр управління системою з'єднаний каналами автоматизованої і неавтоматизированной зв'язку, а також лініями передачі даних з усіма елементами ПКУ, планує і координує роботу всіх засобів ПКУ на підставі прийнятого для ГЛОНАСС щодоби режиму управління супутниками в рамках технологічного циклу управління. При цьому ЦУС збирає й обробляє дані для прогнозу ефемерід і частотно-часових оправок, здійснює за допомогою, так званого, балістичного центру розрахунок і аналіз просторових характеристик системи, аналіз балістичної та структури і розрахунок вихідних даних для планування роботи елементів ПКУ.

Інформацію, необхідну для запуску супутників, розрахунку параметрів орбітального руху, керування ними в польоті, ЦУС отримує від системи єдиного часу і еталонних частот, системи визначення параметрів обертання Землі, системи моніторингу гелио- і геофізізіческой обстановки.

Центральний синхронізатор, взаємодіючи з ЦУС, формує шкалу часу ГЛОНАСС, яка використовується для синхронізації процесів і темі, наприклад, у системі контролю фаз. Він включає до свого складу групу однорідних стандартів.

5.2.2. Контрольні станції

Контрольні станції (станції управління, вимірювання та кон ля чи наземні вимірювальні пункти) за прийнятою схемою радіоконтролю орбіт здійснюють сеанси траёкторних і часових вимірів, необхідних для визначення та прогнозування просторового положення супутників і розбіжності їх шкал часу з тимчасовою шкалою ГЛОНАСС, а також збирають телеметричну інформацію про стан бортових систем супутників. З їх допомогою відбувається закладка в бортові ЕОМ супутників масивів службової інформації (альманах, ефемериди, частотно-часові поправки та ін.), Тимчасових програм і оперативних команд для управління новими системами.

Траєкторні вимірювання здійснюються за допомогою радіолокаційних станцій, які визначають запитним способом дальність до супутників і початкову швидкість. Далекомірний канал характеризується максимальною помилкою близько 2 ... 3 м. Процес вимірювання дальності до супутника суміщають в часі з процесом закладки масивів службової інформації, тимчасових програм і команд управління, зі зніманням телеметричних даних супутника.

Для ефемеридного забезпечення з КС в ЦУС щодоби видається по кожному супутнику по 10 ... 12 наборів (сеансів) виміряних поточних навігаційних параметрів обсягом приблизно 1 Кбайт кожен.

В даний час для забезпечення робіт ГЛОНАСС можуть використовуватися КС, розосереджені по всій території Росії. Частина КС інших елементів наземного сегмента ГЛОНАСС залишилася поза територією Росії (у країнах СНД) і може бути використана лише за наявності відповідних домовленостей. Розміщення мережі КС обрано з урахуванням існуючої інфраструктури управління НС та з умов надійного вирішення завдань траєкторних вимірювань для всієї орбітального угрупування.

Така мережа КС забезпечує закладку на супутники системи 1 раз / сут високоточних ефемерід і тимчасових поправок (можлива закладка 2 разів / добу).

У разі виходу з ладу однієї зі станцій можлива її рівноцінна заміна іншою, тому що мережа КС володіє достатньою надмірністю і в найгіршій ситуації роботу системи може забезпечувати ЦУС і одна станція, однак інтенсивність її роботи буде дуже високою.

При плануванні роботи КС на добу визначаються основні та резервні станції для проведення сеансів вимірювань з необхідною надмірністю. Контрольні станції мають потрійне резервування по апаратурі (один комплект робочий, другий - в резерві, третій - профілактичні роботи). Коефіцієнт готовності засобів ПКУ в сеансі вимірювань і закладки інформації на борт супутника близький до одиниці.

Описана мережу КС відрізняється від аналогічної структури СРНС GPS тим, що забезпечує високу якість управління орбітальної угрупованням тільки з національною території. КС ГЛОНАСС можуть використовуватися для забезпечення функціонування інших космічних засобів.

5.2.3. Ефемеридні забезпечення

Ефемеридні забезпечення підтримується комплексом технічних і програмних засобів, що виконують радиоконтроль орбіт супутників з декількох наземних КС, обробку результатів траєкторних вимірювань і рас ефемеридної інформації (ЕІ), переданої далі за допомогою завантажувальних станцій на супутник.

Висока точність розрахунку ефемерид забезпечується відповідною точністю вимірювальних засобів, внесенням поправок на виявлення методичних траєкторних вимірювань, але і накопичуваних за тижневий термін. При цьому дальномірні дані, одержувані від станцій спостереження за супутниками, періодично калібруються, що забезпечує високу якість траєкторних вимірювань в системі ГЛОНАСС.

Передбачається, що такі традиційні методи управління будуть використовуватися до 2000 В подальшому буде здійснюватися перехід на нові технології, що включають межспутнікових кутомірно-дальномірні вимірювання, що забезпечить якісний стрибок у координатно-часовому забезпеченні споживачів.

5.2.4. Особливості формування ефемеридної інформації в ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС створювалася в умовах, коли рівень фундаментальних досліджень у галузі геодезії, геодинаміки та геофізики не забезпечував необхідну точність ефемеридного забезпечення системи. У цих умовах було проведено комплекс робіт з обгрунтування шляхів вирішення цієї проблеми через побудову узгоджувальних моделей руху супутників, параметри яких визначають у процесі вирішення самої задачі балістико-навігаційного забезпечення системи.

Дослідження показали, що необхідно відмовитися від типових гостро-резонансних (наприклад, з періодом обертання супутника рівним 12 ч, як в СРНС GPS, коли період обертання Землі навколо своєї осі дорівнює двом періодам обертання супутника) орбіт супутників, так як в процесі моделювання рівнянь траєкторного руху супутників це підвищує стійкість їх рішень і послаблює кореляції між параметрами окремих рівнянь (моделюють, наприклад, зміна геопотенциала, координат вимірювальних засобів, радіаційного тиску). Крім того, виявилося, що найвища точність балістико-ефемеридного забезпечення системи при вирішенні багатовимірної навігаційної задачі з розширеним вектором стану забезпечується при обробці виміряних поточних навігаційних параметрів на інтервалі 8 діб. Перехід від острорезонансних орбіт був здійснений шляхом "збільшення числа витків супутника (порівняно з GPS) на інтервалі 8 діб до 16 ... 17. Число супутників в системі вибрано рівним 24 з рівномірним розподілом за трьома орбітальним площинах. Всі супутники системи фазує таким чином, що на великих часових інтервалах вони мають один слід на поверхні Землі. Це забезпечує високу балістичну стійкість системи і відносно високу точність і простоту розрахунків траєкторій. Досвід експлуатації системи показав, що при забезпеченні початкового періоду обертання супутника з точністю не гірше 0,1 с протягом заданого терміну активного існування супутника його положення в системі коригувати не потрібно.

В даний час в системі ГЛОНАСС використовується запитна технологія ефемеридного забезпечення, коли вихідною інформацією для розрахунку ефемерид служать дані виміряних поточних параметрів (ІТП) супутників, що надходять в ЦУС від контрольних станцій за програмами межмашинного обміну через обчислювальну мережу. Щодоби здійснюється 10 ... 12 сеансів передачі інформації по кожному супутнику.
Зовнішня політика Німеччини
I. Актуальность теми. 1. Про небезпеку фашизму. 2. Інформація до 60-тилетию перемоги. II. Зовнішня політика Німеччини на переддні Другої Світової Війни. 1.Характеристика Німеччини в 30-е роки XX віку. 2.Роль Німеччини в розв'язанні локальних воєн. 3.Аншлюс Австрії. 4.Судетская область

Російські формування, що билися в рядах німецько-фашистської армії
Зміст 1. Коротка хронологія. 2. Освіта Російської Визвольної Армії 3. Російська визвольна народна армія (РОНА) 4. Козаки у Вермахті 5. Збройні сили Комітету Визволення Народів Росії (ВС-КОНР) 6. Добровольці хіві 7. Допоміжна поліція 8. Каральні антипартизанські загони 9. Добровольці У Люфтваффе

Німецький натиск на Польщу після Мюнхена
Польща займала одне з центральних місць в агреснсивных планах немецко-фашистського імперіалізму. Німецькі реваншисти після Версаля ніколи не снинмали з порядку денного вимоги про ревізію германо-польської межі, про захват споконвічно польських земель: Познанского воєводства, Силезії, Примор'я,

Друнина Ю.В.
Друнина Юлія Володимирівна (1925 - 1991), поетеса. Народилася 10 травня в Москві в сім'ї вчителя. Дитинство пройшло в центрі Москви, вчилася в школі, де працював батько. Любила читати і не сумнівалася, що буде літератором. У 11 років почала писати вірші. Коли почалася Вітчизняна війна, в шістнадцятирічному

Аналіз банківської системи Татарстана
Введення. Банки - одні з центральних ланок системи ринкових структур. Розвиток їх діяльності - необхідна умова реального створення ринкового механізму. Існуюча сучасна дворівнева банківська система грає найважливішу роль в забезпеченні функціонування народного господарства. Здійснюючи розрахункові,

Богуславський Микола Андрійович
(геолог і грунтознавець, професор Харківського університету.) Народився в 1862 р Освіту здобув в Казанському університеті за фізико-математичному факультету (закінчив курс в 1887 г.). В 1889 - 1894 роках на запрошення нижегородського губернського земства виробляв детальні грунтово-геологічні

Бразилія
ІСТОРІЯ До відкриття європейцями земель сучасної Бразилії в 1500 р тут проживало близько 2 млн. Індіанців. Хоча іспанці побували на цих землях раніше, Португалія поспішила колонізувати узбережжі, тим більше що згідно Тордесільяський договір 1494 мала повне право на їх заселення. Нова колонія

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати