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

к усеченному варианту из 18 рабочих и 3 резервных спутников. Такая сеть не гарантирует глобальных трехкоорди-натных высокоточных НО в любой момент времени. Особенностью сети является размещение спутников на шести орбитах, по три-четыре спутника на каждой. Представление о 21-спутниковой сети laquo;Навстар raquo; дает рис. 1.8, из которого можно понять, что шесть круговых орбит высотой около 20 ООО км распределены своими узлами равномерно в экваториальной плоскости. К 1991 г. от усеченного варианта вернулись к 24-спутниковой сети с включением в нее трех резервных НИСЗ. План такой полностью развитой сети НИСЗ показан на рис. 1.9, где видно, что в каждой плоскости всего по четыре спутника, причем в первой, третьей и пятой плоскостях установлено по одному резервному спутнику, подготовленному к переводу при необходимости в рабочий режим [226].

Каждый спутник системы излучает два кода; легко обнаруживаемый С/Л, предназначенный для гражданских потребителей, и защищенный Р, используемый военными потребителями.

Оба кода передаются на общей частоте /i = 1575,42 МГц (длина волны gt;ч = 19 см), но двумя несущими, сдвинутыми на л/2 для удобства их разделения. Коды Ри С/Л когерентны и согласованы по времени, они используются для измерений. Для передачи служебной информации применяется двоичный код О (date- данные), которым модулируются обе несущие. На предэксплуата-ционной фазе развития системы laquo;Навстар raquo; ее разработчики для борьбы с уводящими помехами решили применять также код У, обладающий криптостойкостью [226].

Для исключения ионосферной ошибки применяется 2-частот-ный способ измерений (см. гл. 5). В связи с этим наряду с частотой /i предусмотрена когерентная ей частота /2= 1227,6 МГц (2 = 24,4 см), которая тоже модулируется точным измерительным кодом Р, а также кодом служебной информации D.

Гражданские П, не требующие высокой точности определения параметров движения, ограничиваются приемом одной квадратурной составляющей частоты fi с кодом С/Л, который и использу-

Аргумент широты

Плоскость орбити


200 deg; i-

Спутники: Действующие о Резервнче

17 deg; 77 deg; т deg; т deg; 257 deg; 317 deg; Прямое васхотдение восходящего узла

Рис. 1.9. План распределения спутников laquo;Навстар raquo; по плоскостям

ется для измерений. Для высокоточных определений по ключу, содержащемуся в служебной информации кода С/Л, определяется фаза кода Р, что и позволяет войти в слежение за ним и произвести соответствующие измерения.

Непрерывно илучаемые коды С/Л и Р формируются с использованием фазовой манипуляции несущих частот соответственно на 0...180 deg; и -(-90...- 90 deg;. Сигнал кода С/Л формируется по закону псевдослучайной последовательности (ПСП) с периодом 1 мс и тактовой частотой 1,023 МГц, а сигнал кода Р - по закону ПСП с периодом около 7 суток и тактовой частотой 10,23 МГц. Подробнее структура и характеристики сигнала системы laquo;Навстар raquo; приведены в гл. 4.

Способ разделения сигналов различных спутников системы - кодовый. Коды формируются двумя генераторами ПСП, причем выбор начального состояния регистра сдвига одного из кодов придает образуемой кодовой последовательности данного /-го спутника индивидуальную окраску. Из большого числа возможных состояний выбирают всего 37, которые порождают коды с хорошими взаимокорреляционными свойствами. Таким образом, появляется возможность идентифицировать по коду все спутники системы, одновременно применяемое число которых составляет 24. Имеется различие в формировании кодов С/Л и Р, о чем подробнее излагается в гл. 4. Отметим здесь лишь то, что порождающий полином одной из составляющих кода Р не раскрывается заранее публично, что делает невозможным обнаружение соответствующего сигнала теми потребителями, которые не имеют санкции на высокоточные НО и поэтому не располагают информацией о текущей фазе столь длинного, семидневного кода. Имеется и иной способ засекречивания сигнала кода Р: перед поступлением на модулятор передатчика сформированный код Р проходит через устройство засекречивания с нелинейной логической операцией, что оказывается эквивалентным получению некоторого другого кода ПСП, период которого становится во много раз больше исходного. Все это затрудняет раскрытие структуры сигнала кода Р.

В аппаратуре потребителей измеряются псевдодальность по оценке задержки огибающей ПСП и радиальная псевдоскорость по оценке доплеровского смещения Частоты несущей. В сигналы кодов Р и С/Л закладывается соответствующий массив служебной . информации, содержащий эфемериды, альманах, частотно-временные поправки, метки времени, сведения о работоспособности бортовой аппаратуры. По результатам измерений при использовании служебной информации решается навигацион-но-временная задача.

В одном кадре навигационного сигнала (рис. 1.10) передается всего 1/25 альманаха. Поэтому для сбора полного альманаха требуется прием 25 кадров, совокупность которых по



10 слад по JO дв.ед. 6 с

ТЛМ, Ключ, временная поправка , тип ИСЗ, состояние СИ, коды на L, , точность РНП, /V- deg; недели

ТЛИ, Ключ, Эфемериды

ТЛМ, Ключ,

Эфемериды (продолжение)

ТЛМ, Ключ, ионосферные параметры, альманах а состояние ИСЗ 25-31, признака кода У, Резерв

Строка (,србкадр)1

Строка 2

Строка J

Строка 4 \(6 вариантов формата )

ТЛМ, Ключ , альманах и состояние ИСЗ f-2U , временная информация

Строка S ( 2 варианта формата)

Рис. 1.10. Структура кадра навигационного сигнала системы laquo;Навстар raquo;

существу образует суперкадр длительностью 12,5 мин. В пяти блоках кадра заключен объем 1500 дв. ед., распределенный по 50 словам длиной по 30 дв. ед. каждое. Если считать, что полный объем неоперативной информации распределен по 25 кадрам, то объем образующегося суперкадра составит 37500 дв. ед. Объем передаваемой в кадре информации может меняться, так как предусмотрен резерв. Подробнее о структуре и содержании кадра навигационного сигнала системы laquo;Навстар raquo; см. в гл. 10.

Работу наземного КИК системы laquo;Навстар raquo; можно проследить по рис. 1.7, где показаны четыре НИСЗ, используемые в навигацион-

пользуемые в навигационном сеансе, и средства КИК. Наземный КИК содержит в своем составе координационно-вычислительный центр (КВЦ), командно-измерительную станцию (КИС), несколько станций слежения (СС) и станцию закладки служебной информации (СЗСИ).

Станции слежения предназначены для пассивных траекторных измерений орбитальных параметров всех НИСЗ. Такие станции стараются разнести по широте и долготе. Например, в рассматриваемом комплексе используются четыре СС, размещенные на Аляске, в Калифорнии, на Гавайских островах и на острове Гуам. Эти станции представляют собой автоматизированные измерительные пункты, данные от которых транслируются в КВЦ. Каждая СС состоит из 4-канального приемоизмерителя (подобного аппаратуре П), атомного стандарта частоты, датчиков атмосферных параметров и микропроцессорной ЭВМ. Приемоиз-меритель фиксирует псевдодальность и приращение псевдодальности (интеграл от доплеровской частоты) относительно фазы и частоты колебаний местного атомного стандарта для каждого из НИСЗ, используя их широкополосные сигналы, а также выделяет соответствующую служебную информацию. Датчики собирают местную метеоинформацию, необходимую для после-36

дующего расчета поправок на тропосферную задержку сигнала. ЭВМ контролирует собираемую информацию и обеспечивает обмен с КВЦ. Все полученные на станции слежения данные оперативно запоминаются и по запросу КВЦ ретранслируются в КВЦ для пocлvдyющeй обработки.

Станция закладки служебной информации (СЗСИ) осуществляет передачу на борт каждого НИСЗ массива служебной информации, подготовленного в КВЦ. Достоверность закладки контролируется по каналу обратной связи, для чего используются телеметрические слова из кадра сигнала НИСЗ.

Командно-измерительная станция реализует телеметрический контроль за работой бортовых систем НИСЗ, проводит запросные траекторные измерения, в том числе с использованием высокоточных лазерных средств, и обеспечивает командное управление. Станция ведет обмен информацией с КВЦ. Поскольку необходима высокая надежность процесса закладки, служебной информации, на случай выхода из строя СЗСИ предусмотрена возможность использования КИС для передачи на борт каждого НИСЗ подготовленного в КВЦ для него массива служебной информации.

КВЦ организует работу всех средств КИК и управляет ими. На центре проводятся расчеты, необходимые для определения орбит всех НИСЗ и их краткосрочного и долгосрочного прогноза, для определения смещений спутниковых временных шкал относительно системного времени и прогноза их дальнейших уходов, для формирования массивов служебной информации. Здесь же компонуется содержание массива служебной информации для каждого из НИСЗ, а также ведется запись информации, содержащейся в бортовых навигационных процессорах каждого из НИСЗ, и фиксация состояния его аппаратуры.

1.8. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ЦЕНТРЫ СПУТНИКОВЫХ РНС

Системы laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; становятся основным средством навигационно-временных определений, от результатов которых зависит не только успех какой-то операции, но и безопасность людей - участников воздушного перелета или морского плавания. Поэтому все пользующиеся системами должны доверять сигналам, принимаемым от спутников, и быть уверенными в полной достоверности информации, содержащейся в них. Хотя в состав альманаха, передаваемого в кадре каждого спутника, закладываются признаки работоспособности НИСЗ, эта информация может обновтяться не чаще чем через 12 ч (периодичность сеансов закладки). Возникает настоятельная необходимость повышения оперативности снабжения П сведениями о качестве работы радиоканала и достоверности служебной информации.



в процессе расширения областей применения систем laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; перед обеими сторонами встала общая задача - изыскать за пределами структуры собственно ССРНС дополнительные каналы оперативного снабжения потенциальных потребителей информацией о работоспособности навигационных спутников. Так возникли информационные центры: советский НИЦГ (научно-информационный центр laquo;Глонасс raquo;) и американский GPS1C (GPS Information Center).

Американский центр учрежден правительством США, находится в ведении министерства транспорта и подчинен ведомству береговой охраны [216]. Основной его задачей является снабжение гражданских пользователей системы laquo;Навстар raquo; следующей информацией: текущее состояние спутников системы (данные о laquo;здоровье raquo; спутников), будущее состояние спутников системы (планируемые сроки службы), данные альманаха (для предсказания навигационных сеансов). Для передачи этой оперативной информации используются все возможные средства связи, включая широковещательные радиостанции.

Следует ожидать, что в интересах совместного использования систем laquo;Глонасс raquo; и laquo;Навстар raquo; будет организовано взаимодействие советского и американского информационных центров.

ГЛАВА 2

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ССРНС

2.1. НАВИГАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ

В процессе решения навигационных задач определяются по существу точки некоторого мерного пространства: трехмерного (при определении только координат), четырехмерного (при определении пространственно-временного положения объекта), шестимерного (при нахождении полного вектора состояния объекта или параметров движения самих НИСЗ), восьмимерного (при оценке дополнительных параметров). Искомая точка находится, если число измерений п не меньше мерности пространства т. Группа измерений при гкСт дает информацию лишь о каких-то подпространствах возможного расположения искомой точки. Применяемые радиотехнические средства способны измерять физические величины различной размерности: фазы безразмерная величина - радиан, градус, цикл), частоты F (с~ ), времени (с), амплитуды А (В, В/м). С ними сопоставляются определенные геометрические величины: дальность г, радиальная скорость г, разность дальностей Аг, угол в, угловая скорость в и т. п. Все эти величины определяют совокупность возможных положений объекта в рассматриваемом мерном пространстве. Таким образом, 38

любая из этих величин выступает в качестве параметра, характеризующего данную совокупность точек.

Измеряемую величину называют радионавигационным параметром (РНП), а отвечающую ей геометрическую величину - навигационным параметром (НП). Символом Р, будем обозначать НП, относящийся к г-му измерению.

Задание какого-либо НП позволяет из всех точек т-мерного пространства выделить подпространство (т-1)-го измерения, локализовав в его пределах определяющийся объект. Поэтому совокупность точек мерного подпространства, соответствующих некоторому значению НП, называют пространством положения.

Для трехмерного пространства (т = 3) возможна наглядно-геометрическая интерпретация: пространство положения будет иметь вид двухмерной поверхности, вследствие чего его можно называть поверхностью положения. Для т = 2 (поверхностная навигация) это пространство превращается в одномерное, именуемое линией положения.

Для ССРНС, использующих дальномерный и радиально-скоростной методы измерений, основны.ми РНП являются время распространения радиоволн / и доплеровское смещение частоты fд, а основными НП - дальность г и радиальная скорость /.

Дальности соответствует поверхность положения в виде сферы как геометрического места точек (ГМТ), равноудаленных от данной точки. При построении такой поверхности положения центр сферы совмещается с точкой, от которой измерялось расстояние. Относительно каждого НИСЗ можно построить семейство поверхностей положения в виде совокупности концентрических сфер, соответствующих различным возможным расстояниям до П.

Радиальной скорости в пространстве скоростей соответствовала бы сферическая поверхность положения. В таком пространстве свойства радиально-скоростного метода были бы подобны свойствам дальномерного метода, рассматриваемого в линейном трехмерном пространстве. Однако навигационные решения реализуются в обычном координатном пространстве, поэтому необходимо скоростные поверхности положения фиксировать именно в данном пространстве. Для этого значение параметра г, м-с, следует привести либо к длине, либо к относительной угловой мере. Удобнее выражать его безразмерной величиной, в долях модуля относительной скорости r*==r/v, где V-вектор скорости НИСЗ. Учитывая, что радиальная скорость выражается через скорость НИСЗ v и угол а, составленный вектором v и направлением от НИСЗ в точку наблюдения: r = ucosa, получаем значение приведенного НП в виде

r*, = cosa,.

(2.1)



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