www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Радионавигационные системы, спутниковая радионавигация 

1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67


Рис. 1.5. Сеть спутников системы laquo;Глонасс raquo; на начальном этапе эксплуатации (а) и после полного развертывания (б)

В качестве потребителей показаны транспортные средства - самолеты, суда, автомобили, однако их набор может быть расширен за счет иных воздушных, морских и сухопутных объектов. Из рис. 1.4 видно, что стартовые средства космодрома обеспечивают вывод на орбиты спутников при первоначальном развертывании сети НИСЗ и при ее восполнении.

Орбитальная структура системы laquo;Глонасс raquo; (ее баллистическая структура) характеризуется следующими параметрами: тип орбиты - круговая, высота 19 100 км; период обращения 11 ч 15 мин, наклонение плоскости орбиты 64,8 deg;. На первой фазе эксплуатационного этапа на двух орбитах будут располагаться до 12 спутников, по шесть на каждой (рис. 1.5, а). После полного развертывания системы 24 НИСЗ будут размещаться на трех орбитах, сдвинутых по экватору на 120 deg;, по восемь спутников на каждой из них (рис. 1.5, б).

Навигационный сигнал. Способ разделения сигналов, излучаемых различными спутниками системы laquo;Глонасс raquo;, - частотный. Сигналы спутников идентифицируются по значению номинала их несущей частоты, лежащей в отведенной полосе частот. Предусмотрены две частотные полосы (/=1,2) в диапазонах Li и L2. Номиналы частот формируются по общему правилу

fi, = fi + iAf

(1.1)

где fii - номиналы литерных частот, /,0 - первая литерная частота, Afi - интервал-между литерными частотами, / = 0, 1, 2,..., 24 - номера литеров в каждом из диапазонов.

Для частот вблизи 1600 МГц (диапазон Li)

/10= 1602 МГц, Л/ =0,5625 МГц.

Для частот вблизи 1240 МГц (диапазон L2)

/20= 1246 МГц, Л/2 = 0,4375 МГц.

Литер i = 0 потребителями не используется и предназначен для проверки резервных НИСЗ при восполнении орбитальной группировки. Распределение остальных литерных частот среди

функционирующих НИСЗ задается альманахом, передаваемым в кадре служебной информации. Таким образом, частотная полоса рабочих сигналов системы в диапазоне Li составит 1602,5625... 1615,5000 МГц, а частотная полоса в диапазоне L2- 1246,4375... 1256,9375 МГц.

Каждый НИСЗ системь] laquo;Глонасс raquo; излучает радиосигналы в обоих диапазонах для реализации двухчастотного способа исключения ионосферной погрешности измерений навигационных параметров. Для когерентности этих сигналов они формируются от общего эталонного генератора при соблюдении отношения рабочих частот /2,7/1, = 7/9.

Для массовых потребителей системы laquo;Глонасс raquo; все НИСЗ излучают радиосигналы, модулированные дальномерным кодом и служебной информацией, только в диапазоне Li. Наряду с этим по радиолиниям в диапазонах Li и L2 передаются также радиосигналы, модулированные специальным кодом (аналогичным коду Р системы laquo;Навстар raquo;), не предназначенные для международного использования. При навигационных определениях с использованием этого кода исключаются ионосферные погрешности. Однако и массовые потребители способны бороться с ионосферными погрешностями, хотя их дальномерный код не излучается в диапазоне L2. Для этого следует во втором диапазоне реализовать бескодовый способ приема сигналов.

Энергетика системы характеризуется эффективной мощностью излучаемого сигнала, которая в направлении на центр Земли равна 25 дБВт, а при углах plusmn;15 deg; от направления на центр Земли - 27 дБВт. Учитывая, что угловое положение и удаленность используемых в данном сеансе спутников от потребителя неодинаковы, мощность сигнала в точке приема на изотропную антенну составляет -156... -161 дБВт. Считается, что потери на пути распространения сигналов составляют -184 дБ. И.злучаемые сигналы имеюг Kpyiubyw нравистороннюю поляризацию.

Навигационное сообщение передается в виде потока цифровой информации со скоростью 50 символов в секунду. Применяется фазовая манипуляция несущей дальномерным псевдошумовым кодом, период повторения которого составляет 1 мс при символьной частоте 511 кГц, так что за один период повторения формируется 511 символов. Подробнее структура сигнала системы laquo;Глонасс raquo; анализируется в гл. 4.

Служебная информация, содержащаяся в навигационном сигнале, включает оперативную и неоперативную части. Оперативная информация относится к характеристикам того спутника, в сигнал которого она заложена; неоперативная - к характеристикам системы в целом. Важно, что несущая частота, дальномерный код и элементы служебной информации формируются от общего бортового эталона частоты.



Оперативная информация содержит:

эфемериды спутника - три координаты, три составляющие скорости и три составляющие ускорения, обусловленные притяжением Солнца и Луны, на определенный момент времени;

оцифровку меток времени спутника;

сдвиг шкалы времени спутника относительно шкалы времени системы;

относительное отличие несущей частоты излучаемого радиосигнала от опорной частоты центрального хранителя времени.

Неоперативную информацию образует альманах системы, содержащий:

параметры орбит всех спутников системы; округленные значения сдвигов шкалы времени каждого спутника относительно шкалы времени системы;

поправки к шкале времени системы относительно шкалы иТС (SL);

признак работоспособности всех 24 спутников системы.

Полный объем оперативной и неоперативной информации скомпонован в виде суперкадра длительностью 2,5 мин (рис. 1.6). Суперкадр состоит из 5 кадров по 30 с каждый, причем кадр содержит 15 строк. Длительность каждой строки 2 с, из них первые 85 дв. ед., занимающие 1,7 с, отведены для цифровой информации, передаваемой кодом Хэмминга, а последние 0,3 с предоставлены для передачи метки времени (МВ).

0.3с

85 дв. ев

Оперативная информация для данного НИСЗ

Одщесистемные данные

Неоперативная информация для первых 5 НИСЗ сети

Оперативная информация для данного НИСЗ

ОВщесис темные данные

Неоперативная информация для последних laquo; нисз сета

Резерд

Рис. 1.6. Структура суперкадра навигационного сигнала системы laquo;Глонасс raquo; 30

В каждом кадре оперативная информация, относящаяся к данному спутнику, занимает первые четыре строки, остальные строки с 5-й по 15-ю отведены для неоперативной информации, касающейся системы в целом и очередной группы из пяти НИСЗ (в последнем кадре - из четырех НИСЗ).

Таким образом, полный объем альманаха можно набрать, приняв один суперкадр по сигналу какого-либо спутника, т. е. за 2,5 мин.

Более подробно структура кадров с разъяснением смыслового содержания передаваемой информации будет дана в гл. 10.

Аппаратура потребителей. В качестве навигационной аппаратуры потребителей в системе laquo;Глонасс raquo; в настоящее время используется авиационная аппаратура АСН-16 и морская аппаратура laquo;Шкипер raquo;, а также готовятся к применению новые модификации АП. В связи с предложением правительственных органов о передаче СРНС laquo;Глонасс raquo; в международное пользование должны появиться модификации АП, предназначенные для работы одновременно и по системе laquo;Глонасс raquo;, и по системе laquo;Навстар raquo;. Такая АП будет создаваться в нашей и в других странах как на национальной основе, так и на основе международного сотрудничества различных фирм. Первая советская модификация такой объединенной АП - авиационное устройство laquo;АСН-21 raquo; [210].

Аппаратурой потребителей системы laquo;Глонасс raquo; в навигационном сеансе проводятся беззапросные измерения псевдодальности и радиальной псевдоскорости минимум до четырех НИСЗ (при решении плоскостной задачи - до трех), причем в зависимости от числа каналов прием сигналов от различных НИСЗ проводится либо одновременно, либо последовательно во времени. По результатам измерения радионавигационных параметров и по извлеченной из кадра служебной информации определяются пространственные (плоскостные) координаты П, составляющие его скорости движения и поправка местной шкалы времени (ШВ) к системной ШВ laquo;Глонасс raquo;. На этой основе рассчитываются различные навигационные величины, необходимые для воздушной и морской навигации (пройденное расстояние, оставшееся расстояние до поворотного пункта маршрута (ППМ), оставшееся время до прибытия в ППМ, рекомендуемый курс следования, коммерческие задачи и т. п.). Подробнее об АП laquo;Глонасс raquo; можно прочитать в гл. 9.

Радионавигационное поле. Полностью развернутая система laquo;Глонасс raquo;, хеть которой содержит 24 НИСЗ (включая три резервных), образует географически непрерывное радионавигационное поле с возможностью навигационных определений (НО) в любой момент времени. Точность определения координат оценивается погрешностью (предельной) порядка 100 м, точность определения составляющих скорости 15 см/с. Аналогичная по-



грешность временной привязки 1 мкс. Точностные характеристики системы laquo;Глонасс raquo; могут быть значительно улучшены при использовании дифференциального режима навигационных определений (см. об этом гл. 20).

На первой фазе развития системы, когда сеть ее ограничена наличием всего 12 спутников, зона действия не будет географически глобальной, а составит лишь определенную долю от полной поверхности Земли. При этом возможности двух-координатного МО будут предпочтительнее, нежели трехкоординатного (для которого требуется привлекать на один спутник больше). В то же время для самолетов по сравнению с морскими судами рабочее созвездие НИСЗ можно будет выбирать из большего числа спутников, так как с подъемом на высоту горизонт П расширяется, и это создает для них более благоприятные условия.

Поэтому на первой фазе развития системы при 12 спутника.х относительная площадь обслуживания системой laquo;Глонасс raquo; (в % к полной поверхности Земли) может характеризоваться в обоих полушариях;

для широт выше 50 deg; при определении плоскостных координат: 93... 100 % для самолетов; 88...100% для морских судов; при определении про-страиственных координат; 60...92 % для самолетов; 55...90 % для морских судов;

для широт ниже 50 deg; при определении плоскостных координат; 88...98 % для самолетов; 75...87 % для морских судов; при определении пространственных координат: 38...60 % для самолетов; 23...50 % для морских судов.

Естественно, что неглобальность рабочей области системы приводит в каких-то районах к перерывам в навигационных сеансах - различным по географическим широтам и по высоте П. Если сеть имеет 12 НИСЗ, то при нахождении н судов, и самолетов в широтах выше 50 deg; перерывов в навигационных сеансах вообще не будет. В более низких широтах при такой сети максимальные перерывы не превысят для судов 3 ч, а для самолетов - 2 ч.

По мере дальнейшего наращивания сети НИСЗ перерывы в навигационных сеансах в каждом из районов будут сокращаться, и прн полном развертывании сети система laquo;Глонасс raquo; явится для любых потребителей глобальным по пространству и непрерывным по времени средством высокоточных иавигационно-временных определений.

1.7. АМЕРИКАНСКАЯ СЕТЕВАЯ СПУТНИКОВАЯ РНС laquo;НАВСТАР raquo;

Сетевая спутниковая РНС laquo;Навстар raquo; (в настоящее время чаще именуемая GPS) разрабатывалась так же, как и система laquo;Глонасс raquo;, в 70-е годы на основе предшествующего опыта эксплуатации низкоорбитной СРНС laquo;Транзит raquo;. Запуск первого экспериментального спутника серии laquo;Навстар raquo; состоялся в 1978 г., и к концу 1988 г. эта спутниковая система практически одновременно с системой laquo;Глонасс raquo; вступила в предэксплуатационную фазу своего развития, располагая сетью из семи НИСЗ. В 1991 г. сеть увеличилась до 16 НИСЗ. Предполагается развить ее до полного состава к 1995 г., после чего перейти к нормальному штатному использованию.

Использиемое созвездие НИСЗ

Навигационные сигнали, слитеШя информация

нпвпгаиионные сигналы, ZVmlaH анформацих. 1 Телеметрия, сигналы

обратной свази


Рис. 1.7. Структура спутниковой РНС laquo;Навстар raquo;

Структура системы laquo;Навстар raquo; иллюстрируется рис. 1.7. В его верхней части показано используемое созвездие НИСЗ, внизу справа изображены средства наземного командно-измерительного комплекса, а слева представлены возможные потребители навигационно-временной информации.

Сеть НИСЗ первоначально предполагалось построить из 24 спутников, однако затем из экономических соображений перешли

Рнс. 1.8. Полностью развернутая сеть спутников системы laquo;Нав стар raquo;

2 Зак. 1929




1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67