Спутниковые системы местоопределения
ых средств и
вычислению коэффициентов согласующей модели геопотенциала, предназначенной
специально для определения и прогнозирования параметров навигационных
орбит. В результате точность передаваемых в составе навигационного сигнала
собственных эфемерид была повышена практически на порядок и составляет в
настоящее время на интервале суточного прогноза величину ( 70 ... 80 м, а
среднеквадратическая погрешность определения морскими судами своего
местоположения уменьшилась до 80 ... 100 м.
ЭФЕМЕРИДЫ (в астрономии) - координаты небесных светил, параметры орбит
спутников и другие переменные астрономические величины, вычисленные для
ряда последовательных моментов времени и сведенные в таблицы.
Для оснащения широкого класса морских потребителей разработаны и серийно
изготавливаются комплектации приемоиндикаторной аппаратуры "Шхуна" и
"Челн". В дальнейшем спутники системы "Цикада" были дооборудованы приемной
измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствие объектов, которые
оснащаются специальными радиобуями, излучающими сигналы бедствия на
частотах 121 и 406 Мгц. Эти сигналы принимаются спутниками системы "Цикада"
и ретранслируются на специальные наземные станции, где производится
вычисление точных координат аварийных объектов (судов, самолетов и др.).
Дооснащенные аппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники "Цикада"
образуют системы "Коспас". Совместно с американо-франко-канадской системой
"Сарсат" они образуют единую службу поиска и спасения, на счету которой уже
несколько тысяч спасенных жизней.
Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем
морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации.
Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы,
удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потребителей: авиации,
морского флота, наземных транспортных средств и космических кораблей.
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.
В данном реферате рассматриваются системы радиоместоопределения (в
дальнейшем - местоопределения), задачей которых является контроль за
перемещением подвижных объектов в центре сбора информации о местоположении
и движении объектов или, как иногда это называют, сопровождение подвижных
объектов.
Спутниковые системы местоопределения подвижных объектов базируются на
использовании радиолиний, обеспечивающих передачу сигналов между подвижным
объектом, искусственным спутником Земли (ИСЗ) и наземной станцией, При этом
подвижный объект, ИСЗ и наземная станция оснащаются радиотехническим
оборудованием в зависимости от используемой конфигурации системы и метода
определения координат объекта. Далее будут рассмотрены три наиболее
распространенных типа конфигурации систем местоопределения.
3. Система местоопределения, использующая специализированную спутниковую
радионавигационную систему.
Спутниковой радионавигационной системой принято называть систему, в
которой группировка ИСЗ выполняет роль опорных радионавигационных точек. К
числу таких систем относятся NAVSTAR (США) и "Глонасс" (Россия). NAVSTAR
(NAVigation System using Timing And Ranging) или GPS (Global Positioning
System)
Эти системы относятся к категории пассивных систем с самоопределением. В
них радиопередатчик имеется только на навигационных ИСЗ, а аппаратура,
размещаемая на подвижном объекте, имеет только приемник сигналов ИСЗ,
устройство обработки сигналов и вычисления координат объекта. В данных
навигационных системах результаты вычисления координат объекта имеются
только на самом объекте, т.е. аппаратура объекта сама определяет свои
координаты. Общепринятое название этой аппаратуры -- аппаратура потребителя
спутниковой навигации (АПСН).
Схема построения системы радиоместоопределения и сопровождения подвижных
объектов на основе спутниковой радионавигационной системы представлена на
Рис. 1.
Аппаратура, устанавливаемая на подвижном объекте -- аппаратура
потребителя, осуществляет прием на направленную антенну навигационных
сигналов одновременно от нескольких ИСЗ (не менее 4-х), находящихся в зоне
видимости. По поступающей от ИСЗ кодовой информации о параметрах
излучаемого со спутника сигнала, а также данных об орбитальных параметрах
движения ИСЗ (эфемеридная информация) в ЭВМ аппаратуры потребителя по
заложенным алгоритмам определяются географические координаты подвижного
объекта, скорость и направление движения.
Данные о координатах и скорости подвижного объекта могут представляться
потребителю в визуальной форме на табло и запоминаются с регистрацией
времени измерения.
Для передачи навигационных параметров подвижного объекта в центр сбора
данных на подвижном объекте используется отдельный канал связи подвижной
спутниковой службы (ПСС). В данной схеме указан канал спутниковой связи
подвижного объекта с наземной станцией центра сбора через геостационарный
спутник связи (ГСС). Сеанс измерения навигационных параметров и их передача
от подвижного объекта включается по запросу из центра сбора При этом не
требуется вмешательства оператора на подвижном объекте.
Глобальная спутниковая радионавигационная система NAVSTAR (NAV igation
System using Timing And Ranging) или GPS (Global Positioning System)
создана для высокоточного навигационно-временного обеспечения объектов,
движущихся в космосе, воздухе, на земле и в воде.
В ее состав входят навигационные спутники, наземный комплекс управления и
аппаратура потребителей (пользователей). Применяемый в системе принцип
состоит в том, что специальные приемники, установленные у потребителей,
измеряют дальности до нескольких спутников и определяют свои координаты по
точкам пересечения поверхностей равного удаления. Величина временной
задержки определяется сопоставлением кодов сигналов, излучаемых спутником и
генерируемых приемным устройством, методом временного сдвига до их
совпадения Временной сдвиг определяется по часам приемника. Для нахождения
широты, долготы, высоты и исключения ошибок в определении временного
сдвига, приемник пользователя должен “видеть” и принимать навигационные
сигналы от четырех спутников.
Скорость определяется по доплеровскому сдвигу несущей частоты сигнала
спутника, вызываемому движением пользователя. Доплеровский сдвиг замеряется
при сопоставлении частот сигналов, принимаемых от спутника и генерируемых
приемником.
Навигационные сигналы излучаются на двух частотах L-диапазона (L-band,
полосы радиочастот от 390 до 1550 МГц); 1575,42 МГц (L1) и 1227,6 МГц (L2).
На L2 излучаются сигналы с военным кодом P(Y) с высокоточной информацией и
защищенным от имитационных помех.
P-код представляет из себя последовательность псевдослучайных
бистабильных манипуляций фазы несущей частоты с частотой следования ,равной
10,23 МГц и периодом повторения в 267 суток. Каждый недельный сегмент этого
кода является уникальным для одного из спутников GPS и непрерывно
генерируется им в течение каждой недели, начиная с ночи с субботы на
воскресенье. На L1 излучаются сигналы и с военным кодом P(Y) и с
общедоступным гражданским кодом, который часто называют C/A. Прием сигналов
по коду P(Y) обеспечивает работу с высокой точностью измерений. Сравнение
времени прихода сигналов на частотах L1 и L2 позволяет вычислить
дополнительную задержку, возникающую при прохождении радиоволн через
ионосферу, что значительно повышает точность измерений навигационных
данных.
Прием сигналов на частоте L1 с кодом C/A не позволяет определить ошибки,
вносимые ионосферой. Структура кода C/A обеспечивает худшие характеристики
в режиме SPS (стандартная точность измерений). Так, если в режиме PPS с
вероятностью 0,95 ошибки измерения долготы и широты не превышают 22-23
метра, высоты - 27-28 метров и времени - 0,09 мкс, то в SPS они
увеличиваются соответственно до 100 метров, 140 метров и 0,34 мкс.
Первоначально режим SPS был необходим для грубого определения
пользователями своих координат для вхождения в код P(Y). В настоящее время
уровень электроники программного обеспечения и методов обработки
навигационной информации позволяет осуществлять достаточно быстрый захват
P(Y) без кода С/А, а также проводить высокоточные определения по фазе
несущей сигнала. Кроме того, полностью отработанный наземный автоматический
режим дифференциальной коррекции позволяет в ограниченном регионе получать
точное определение относительных координат взаимного р
| |  скачать работу |
Спутниковые системы местоопределения |
