Спутниковая система ГЛОНАСС
й создания высокоорбитальной навигационной систем
является высокоточное определение и прогнозирование параметров орбит
навигационных спутников.
Достижение необходимой точности эфемерид навигационных спутнике
потребовало проведения большого объема работ по учету факторов второго
порядка малости, таких как световое давление, неравномерность вращения
Земли и движение ее полюсов, а также исключение действия на спутник в
полете реактивных сил, вызванных негерметичностью двигательных установок
газоотделением материалов покрытий.
Для экспериментального определения параметров геопотенциала на орбиты
навигационных спутников были запущены два пассивных ИЗС "Эталон ("Космос-
1989" и "Космос-2024"), предназначенных для измерения параметров их
движения высокоточными квантово-оптическими измерительным средствами.
Благодаря этим работам достигнутая в настоящее время точность эфемерид
навигационных спутников при прогнозе на 30 ч составляет: вдоль орбиты — 20
м; по бинормали к орбите — 10 м; по высоте 5 м (СКО).
Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной
системы, получившей название ГЛОНАСС, были начаты в октябре 1982 г.
запуском спутника "Космос-1413"..."
В 1995 г. было завершено развертывание СРНС ГЛОНАСС до ее штатного
состава (24 НС). В настоящее время предпринимаются большие усилия по
поддержанию группировки.
Разработаны самолетная аппаратура АСН-16, СНС-85, АСН-21, наземная
аппаратура АСН-15 (РИРВ), морская аппаратура "Шкипер" и "Репер" (РНИИ КП) и
др.
Основным заказчиком и ответственным за испытания и управление
системами являются Военно-космические силы РФ.
В рассматриваемый период времени в США также проведены интенсивные
разработки СРНС. В 1958 г. в рамках создания первого поколения атомных
ракетных подводных лодок "Полярис" была создана система "Транзит" (аналог
СРНС "Цикада"), введенная в строй в 1964 г.
В начале 70-х годов начаты работы по созданию СРНС второго поколения —
ОР5/"Навстар" (аналога отечественной системы ГЛОНАСС). Спутниковая
радионавигационная система GPS полностью развернута в 1993 г.
В соответствии с Постановлением Правительства РФ № 237 от 7 марта 1995
г. основными направлениями дальнейших работ являются:
. модернизация СРНС ГЛОНАСС на основе модернизированного спутника ГЛОНАСС-М
с повышенным гарантийным сроком службы (пять лет«и более вместо трех в
настоящее время) и более высокими техническими характеристиками, что
позволит повысить надежность и точность системы в целом;
. внедрение технологии спутниковой навигации в отечественную экономику,
науку и технику, а также создание нового поколения навигационной аппаратуры
потребителей, станций дифференциальных поправок и контроля целостности;
. разработка и реализация концепции российской широкозонной
дифференциальной подсистемы на базе инфраструктуры Военно-космических сил
ее взаимодействия с ведомственными региональными и локальными
дифференциальными подсистемами, находящимися как на территории России,
так и за рубежом;
. развитие сотрудничества с различными международными и зарубежными
организациями и фирмами в области расширения использования возможностей
навигационной системы ГЛОНАСС для широкого круга потребителей;
. решение вопросов, связанных с использованием совместных навигационных
полей систем ГЛОНАСС и GPS в интересах широкого круга потребителей мирового
сообщества: поиск единых подходов к предоставлен услуг мировому сообществу
со стороны космических навигационных систем, согласование опорных систем
координат и системных шкал времени; выработка мер по недопущению
использования возможностей космических навигационных систем в интересах
террористических режимов и группировок.
Работы в указанных направлениях ведутся в соответствии с требованиями,
выдвигаемыми различными потребителями (воздушными, морскими речными судами,
наземными и космическими средствами, топогеодезическими,
землеустроительными и другими службами).
Структура спутниковых радионавигационных систем
Структура, способы функционирования и требуемые характеристики
подсистем СРНС во многом зависят от заданного качества навигационного
обеспечения и выбранной концепции навигационных измерений. Для достижения
таких важнейших качеств, как непрерывность и высокая точность навигационных
определений, в глобальной рабочей зоне в составе современной СРНС типа
ГЛОНАСС и GPS функционируют три основные подсистемы (рис. 1):
[pic]
> космических аппаратов (ПКА), состоящая из навигационных ИСЗ (в дальнейшем
ее называем сетью навигационных спутников (НС) или космическим
сегментом);
> контроля и управления (ПКУ) (наземный командно-измерительный
комплекс (КИК) или сегмент управления);
> аппаратура потребителей (АП) СРНС (приемоиндикаторы (ПИ) или сегмент
потребителей). Разнообразие видов приемоиндикаторов СРНС обеспечивает
потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах
ближнего космоса) потребителей.
Основной операцией, выполняемой в СРНС с помощью этих сегментов,
является определение пространственных координат местоположения потребителей
и времени, т. е. пространственно-временных координат (ПВК). Эту операцию
осуществляют в соответствии с концепцией независимой навигации,
предусматривающей вычисление искомых навигационных параметров
непосредственно в аппаратуре потребителя. В рамках этой концепции в СРНС
выбран позиционный способ определения местоположения потребителей на основе
беззапросных (пассивных) дальномерных измерений по сигналам нескольких
навигационных искусственных спутников Земли с известными координатами.
Выбор концепции независимой навигации и использование беззапросных
измерений обеспечили возможность достижения неограниченной пропускной
способности СРНС. По сравнению с зависимой навигацией, не предусматривающей
процедуры вычислений ПВК в ПИ СРНС, произошло усложнение аппаратуры
потребителей. Однако современные достижения в области технологий сделали
возможной реализацию таких подходов при решении проблемы навигационных
определений в СРНС.
Высокая точность определения местоположения потребителей обусловлена
многими факторами, включая взаимное расположение спутников и параметры их
навигационных сигналов. Структура космического сегмента обеспечивает для
потребителя постоянную видимость требуемого числа спутников.
В настоящее время считается целесообразным введение в состав СРНС
региональных дополнительных систем, обеспечивающих реализацию наиболее
строгих требований потребителей. Эти структуры позволяют существенно
повысить точность обсерваций, обнаруживать и идентифицировать нарушения в
режимах работы СРНС, недопустимое ухудшение качества ее функционирования и
своевременно предупреждать об этом потребителей, т. е. они могут
осуществлять контроль целостности системы и поддерживать режим
дифференциальных измерений.
2.1. Подсистема космических аппаратов
Подсистема космических аппаратов СРНС состоит из определенного числа
навигационных спутников. Основные функции НС — формирование и излучение
радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей СРНС,
контроля бортовых систем спутника подсистемой контроля и управления СРНС. С
этой целью в состав аппаратуры НС обычно включают:
радиотехническое оборудование (передатчики навигационных сигналов и
телеметрической информации, приемники данных и команд от КИК, антенны,
блоки ориентации), ЭВМ, бортовой эталон времени и частоты (БЭВЧ), солнечные
батареи и т. д. Бортовые эталоны времени и частоты обеспечивают практически
синхронное излучение навигационных сигналов всеми спутниками, что
необходимо для реализации режима пассивных дальномерных измерений в
аппаратуре потребителей.
Навигационные сигналы спутников содержат дальномерные компоненты и
компоненты служебных сообщений. Первые используют для определения в
аппаратуре потребителей СРНС навигационных параметров (дальности, ее
производных, ПВК и т. д.), вторые — для передачи потребителям координат
спутников, векторов их скоростей, времени и др. Основная часть служебных
сообщений спутника подготовлена в наземном командно-измерительном комплексе
и передана по радиолинии на борт спутника. И только небольшая их часть
формируется непосредственно бортовой аппаратурой.
Дальномерные компоненты навигационных сигналов содержат две
составляющие, отличающиеся обеспечиваемой ими точностью навигационных
определений (стандартной и более высокой). В аппаратуре гражданских
потребителей обрабатывается сигнал стандартной точности. Для использования
сигнала высокой точности требуется санкция военных органов.
Выбор состава и конфигурации орбитальной группировки НС может
обеспечить заданную рабочую зону, возможность реализации различных методов
навигационно-временных определений (НВО), непрерывность и точность НВО,
диапазон изменения параметров радиосигналов НС и т. д. Например, увеличение
высоты полета НС современных средневысотных СРНС до примерно 20 000 км
позволяет принимать сигналы каждого НС на значительных территориях
(приблизительно на половине поверхности Земли). И тогда несколько НС,
расположенных на определенных орбитах, могут формировать сплошное, с т
| |  скачать работу |
Спутниковая система ГЛОНАСС |
