Реферати

Реферат: Супутникова система ГЛОНАСС

Закони Хаммурапи. Загальна характеристика кодексу "Закони Хаммурапи", що закріплює суспільний лад держави, що панує силою, у якій повинні стати дрібні і середні рабовласники. Особливості майнових відносин, карного права і судового процесу.

Міжнародно-правове співробітництво по профілактиці наркоманії і наркопреступности. Злочинність, що усе більше стає міжнародної швидко навчилася грати на різниці законодавств різних країн, на прагненні окремих держав наполягати на пріоритеті своїх законів. Відхід від відповідальності злочинців у різних країнах.

Огляд місця злочину. Трасологическая експертиза. Особливості роботи криміналіста на місці злочину. Вимоги до що орієнтує, вузловим і детальним способами фотозйомки місця події. Складання питань для дозволу трасологической експертизи й описової частини протоколу огляду об'єкта.

Політико-економічні погляди А. Л. Ордина-Нащокина. В другій половині XVII в. у державному будівництві одержали перевага абсолютистські тенденції, розвиток яких стимулювалося задачами, що коштують перед економікою країни.

Правоотношение. Зміст правовідносини: поняття і структура. Його основні види. Поняття об'єктів правовідносин. Юридичні особи, що володіють правосуб'єктністю, необхідної їм для участі в цивільному обороті. Напрямку реалізації системної моделі правовідносини.

Зміст

1. Історичні відомості...3

2. Структура супутникових радионавигационних 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 в процесі визначення

поточних координат супутників...9

3. Основні навігаційні характеристики НС...10

4. Рішення навігаційної задачі...13

5. СРНС ГЛОНАСС...14

5.1. Структура і основні характеристики...14

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

5.2.1. Центр управління системою...16

5.2.2. Контрольні станції...17

5.2.3. Ефемеридное забезпечення...18

5.2.4. Особливості формування ефемеридной

інформації в ГЛОНАСС...18

ЛІТЕРАТУРА...19

1. Історичні відомості

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

Зворотна задача була очевидною: по вимірюваннях того ж доплерівського зсуву при відомих координатах ИСЗ знайти координати пункту спостереження.

Наукові основи низкоорбитальних СРНС були істотно розвинені в процесі виконання досліджень по темі "Супутник" (1958-1959 рр.). Основна увага при цьому приділялася питанням підвищення точності навігаційних визначень, забезпечення глобальности, круглосуточности застосування і незалежності від погодних умов.

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

У 1979 р. була здана в експлуатацію навігаційна система 1-го покоління "Цикада" в складі 4-х навігаційних супутників (НС), виведених на кругові орбіти висотою 1000 км, нахилом 83° і рівномірним розподілом площин орбіт вдовж 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 мін.

У ході випробувань було встановлено, що основний внесок в погрішність навігаційних визначень вносять погрішності що передаються супутниками власних ефемерид, які визначаються і закладаються на супутники коштами наземного комплексу управління. Тому нарівні з вдосконаленням бортових систем супутника і корабельної приемоиндикаторной апаратури, розробниками системи серйозна увага була приділена питанням підвищення точності визначення і прогнозування параметрів орбіт навігаційних супутників.

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

Проведені роботи по уточненню координат вимірювальних коштів і обчисленню коефіцієнтів согласующей моделі геопотенциала, призначеної спеціально для визначення і прогнозування параметрів навігаційних орбіт. У результаті точність що передаються в складі навігаційного сигналу власних ефемерид була підвищена практично на порядок і складає в цей час на інтервалі добового прогнозу величину » 70. .. 80 м, а среднеквадратическая погрішність визначення морськими судами свого місцеположення поменшала 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 приймальною вимірювальною апаратурою виявлення терплячих біду об'єктів, які оснащуються спеціальними радиобуями, випромінюючими сигнали біди 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 (судів, літаків і інш.).

Дооснащенние апаратурою виявлення що терплять біду супутники "Цикада" утворять системи "Коспас". Спільно з американо-франко-канадською системою "Сарсат" вони утворять єдину службу пошуку і порятунку, на рахунку якої вже декілька тисяч врятованих життів.

Успішна експлуатація низкоорбитальних супутникових навігаційних систем морськими споживачами привернула широку увагу до супутникової навігації. Виникла необхідність створення універсальної навігаційної системи, що задовольняє вимогам всіх потенційних споживачів: авіації, морського флоту, наземних транспортних засобів і космічних кораблів.

Виконати вимоги всіх вказаних класів споживачів низкоорбитальние системи внаслідок принципів, закладених в основу їх побудови, не могли. Перспективна супутникова навігаційна система повинна забезпечувати споживачу в будь-який момент часу можливість визначати три просторові координати, вектор швидкості і точний час. Для отримання споживачів трьох просторових координат беззапросним методом потрібно проведення вимірювань навігаційного параметра не менш ніж до чотирьох супутників, при цьому одночасно з трьома координатами місцеположення споживач визначає і розходження власних годин відносно шкали часу супутникової системи.

Виходячи з принципу навігаційних визначень, вибрана структура супутникової системи, яка забезпечує одночасну в будь-який момент часу радиовидимость споживачів, що знаходиться в будь-якій точці Землі, не менш чотирьох супутників, при мінімальній загальній їх кількості в системі. Ця обставина обмежила висоту орбіти навігаційних супутників 20 тис. км, (подальше збільшення висоти не веде до розширення зони радиообзора, а, отже, і до зменшення необхідної кількості супутників в системі). Для гарантованої видимості споживачем не менш чотирьох супутників, їх кількість в системі повинно становити 18, однак воно було збільшене 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.

Однієї з центральних проблем створення супутникової системи, що забезпечує беззапросние навігаційні визначення одночасно по декількох супутниках, є проблема взаємної синхронізації супутникових шкал часу з точністю до мільярдних часткою секунди (наносекуд), оскільки рассинхронизация навігаційних сигналів, що випромінюються супутниками в 10 нс викликає додаткову погрішність у визначенні місцеположення споживача до 10. .. 15 м.

Рішення задачі високоточної синхронізації бортових шкал часів зажадало установки на супутниках високостабильних бортових цезієвих стандартів частоти з відносною нестабільністю 1-1013и наземного водневого стандарту з відносною нестабільністю 1×1014, а також створення наземних коштів звірення шкал з погрішністю 3. .. 5 нс.

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

Другою проблемою створення високоорбитальной навігаційною систем є високоточне визначення і прогнозування параметрів орбіт навігаційних супутників.

Досягнення необхідної точності ефемерид навігаційних супутникові зажадало проведення великого об'єму робіт по 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 газоотделением матеріалів покриттів.

Для експериментального визначення параметрів геопотенциала на орбіти навігаційних супутників були запущені два пасивних ИЗС "Еталон ( "Космос-1989" і "Космос-2024"), призначених для вимірювання параметрів їх руху високоточними квантово-оптичними вимірювальним коштами. Завдяки цим роботам досягнута в цей час точність ефемерид навігаційних супутників при прогнозі на 30 ч складає: вдовж орбіти - 20 м; по бинормаликорбите - 10 м; по висоті 5 м (СКО).

Льотні випробування високоорбитальной вітчизняної навігаційної

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

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

Розроблені самолетная апаратура АСН-16, СНС-85, АСН-21, наземна апаратура АСН-15 (РИРВ), морська апаратура "Шкіпер" і "Репер" (РНІЇ КП) і інш.

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

У період часу, що розглядається 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 початі роботи по створенню СРНС другого покоління - ОР5/"Навстар" (аналога вітчизняної системи ГЛОНАСС). Супутникова радионавигационная система GPS повністю розгорнена в 1993 р.

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

- модернізація СРНС ГЛОНАСС на основі модернизированного супутника ГЛОНАСС-М з підвищеним гарантійним терміном служби (п'ять років«і більш замість трьох в цей час) і більш високими технічними характеристиками, що дозволить підвищити надійність і точність системи загалом;

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

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

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

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

Роботи у вказаних напрямах ведуться відповідно до вимог, що висуваються різними споживачами (повітряними, морськими річковими судами, наземними і космічними засобами, топогеодезическими, землевпоряджувальними і іншими службами).

Структура супутникових радионавигационних систем

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

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

- контролю і управління (ПКУ) (наземний командно-вимірювальний комплекс (КИК) або сегмент управління);

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

Основною операцією, що виконується в СРНС за допомогою цих сегментів, є визначення просторових координат місцеположення споживачів і часу, т. е. просторово-часових координат (ПВК). Цю операцію здійснюють відповідно до концепції незалежної навігації, що передбачає обчислення шуканих навігаційних параметрів безпосереднє в апаратурі споживача. У рамках цієї концепції в СРНС вибраний позиційний спосіб визначення місцеположення споживачів на основі беззапросних (пасивних) далекомірних вимірювань по сигналах трохи навігаційних штучних супутників Землі з відомими координатами.

Вибір концепції незалежної навігації і використання беззапросних вимірювань забезпечили можливість досягнення необмеженої пропускної спроможності СРНС. У порівнянні із залежною навігацією, що не передбачає процедури обчислень ПВК в ПІ СРНС, сталося ускладнення апаратури споживачів. Однак сучасні досягнення в області технологій зробили можливими реалізацію таких підходів при розв'язанні проблеми навігаційних визначень в СРНС.

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

У цей час вважається доцільним введення в склад 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, недопустиме погіршення якості її функціонування і своєчасно попереджати про це споживачів, т. е. вони можуть здійснювати контроль цілісності системи і підтримувати режим диференціальних 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 і управління СРНС. З цією метою до складу апаратури НС звичайно включають:

радиотехническое обладнання (передавачі навігаційних сигналів і телеметричної інформації, приймачі даних і команд від КИК, 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 всіма супутниками, що необхідно для реалізації режиму пасивних далекомірних вимірювань в апаратурі споживачів.

Навігаційні сигнали супутників містять далекомірні 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 і інш. Основна частина службових повідомлень супутника підготовлена в наземному командно-вимірювальному комплексі і передана по радиолинії на борт супутника. І тільки невелика їх частина формується безпосередньо бортовою апаратурою.

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

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

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

У сучасних СРНС типу ГЛОНАСС і GPS велика увага приділяється взаємній синхронізації НС по орбітальних координатах і сигналах, що випромінюються, що обумовило застосування до них терміну "мережеві СРНС".

2.2. Наземний командно-вимірювальний комплекс

Підсистема контролю і управління являє собою комплекс наземних коштів (командно-вимірювальний комплекс - КИК), які забезпечують спостереження і контроль за траєкторіями руху НС, якістю функціонування їх апаратури; управління режимами її роботи і параметрами супутникових радіосигналів, складом, об'ємом і дискретностью навігаційної інформації, що передається зі супутників, стабільністю бортової шкали часу і інш.

Звичайно КИК складається з координаційно-обчислювального центра, (КВЦ), станцій траєкторних вимірювань і управління (СТИ), системної (наземного) еталона часу і частоти (СЕВЧ).

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

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

2.3. Навігаційна апаратура споживачів СРНС

Пріємоїндікатори СРНС, що складаються з радіоприймача і обчислювача, призначені для прийому і обробки навігаційних сигналів супутників з метою визначення необхідною споживачам інформації (просторово-часових координат, напряму і швидкості, просторової орієнтації і т. п.).

Просторове положення споживача звичайно визначається в приемоиндикаторе в два етапи: спочатку визначаються поточні координати супутників і первинні навігаційні параметри (дальність, її похідні і інш.) відносно відповідних НС, а потім розраховуються повторні - географічна широта, довгота, висота споживача і т. д.

Порівняння поточних координат споживачів з координатами вибраних навігаційних точок (точок маршруту, реперов і т. п.) дозволяє сформувати в ПІ сигнали для управління різними транспортними засобами. Вектор швидкості споживача обчислюють шляхом обробки результатів вимірювань доплерівських зсувів частоти сигналів НС з урахуванням відомого вектора швидкості супутника. Для знаходження просторової орієнтації споживача в приемоиндикаторе СРНС здійснюються різницеві вимірювання з використанням спеціальних антенних граток.

2.4. Взаємодія підсистем СРНС в процесі визначення поточних координат супутників

Спосіб функціонування сучасних СРНС дозволяє віднести їх до радиомаячним навігаційних коштів. Однак необхідність постійного визначення поточних координат НС і вибору з них видимих споживачу НС і робочого сузір'я справних НС істотно відрізняє СРНС від традиційних радиомаячних РНС (РСБН, РСДН), в яких координати радіомаяків відомі і постійні. Безперервне знаходження поточних координат НС, рухомих з тими, що великими змінюються але часу швидкостями, являє собою складну задачу.

Координати НС можуть бути визначені в загальному випадку на КИК або безпосередньо на супутникові (самоопределяющиеся НС). У цей час віддається перевага першому підходу. Це пов'язано з тим, що існують добре випробувані на практикові методи і кошти розв'язання цієї проблеми в наземних умовах. У сучасних СРНС управління НС здійснюється з обмежених територій і, отже, не забезпечується постійна взаємодія КИК і мережі НС. У зв'язку з цим виділяють два етапи рішення цієї задачі. На першому етапі в апаратурі КИК вимірюють координати супутників в процесі їх прольоту в зоні видимості і обчислюють параметри їх орбіт. Ці дані прогнозуються на фіксовані (опорні) моменти часу, наприклад на середину кожного получасового інтервалу майбутніх діб, до виробітку наступного прогнозу. Спрогнозовані координати НС і їх похідні (ефемериди) передаються на НС, а потім у вигляді навігаційного (службового) повідомлення, відповідного вказаним моментам 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 повторного прогнозування координат проводять при відомих закономірностях рухи НС.

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

Помітимо, що в навігаційне повідомлення НС КИК, крім того, закладиваетальманах- набір довідкових відомостей про всю мережу НС, в тому числезагрубленние ефемеридиНС, які звичайно використовуються для визначення видимих споживачу НС і вибору робочого сузір'я, що забезпечує високу якість НВО. Темп оновлення точної ефемеридной інформації (ЕИ) значно вище, тому її часто називаютоперативной ЕИв відмінність отдолговременной ЕИ вальманахе.

3. Основні навігаційні характеристики НС

До основних навігаційних характеристик НС відносять зону огляду, зону видимості, тривалість спостереження, орбітальну конфігурацію мережі НС і інш. На кресленні (мал. 2) пояснюються основні визначення.

Зона обзораНС являє собою дільницю земної поверхні, на якій можна здійснювати спостереження за НС, прийом його сигналів. Центром зони огляду є подспутниковая точка О3, називаемаягеографическим місцем супутника (ГМС).

Координати ГМС (географічні широта і довгота) можуть бути розраховані по формулах:

де-орбітальні елементи НС; - гринвичское зірковий час;

- кутова швидкість прецессії вузла орбіти. Зона огляду обмежена лінією істинного горизонту в точці НС, тому її розмір залежить від висоти НС (). Розмір зони огляду характеризується кутом або відповідної йому дугойАО3, яка називається радіусом зони огляду [км]. З мал. 2 видно, що

(1)

Бортові приемоиндикатори СРНС забезпечують задану точність вимірювань в зоні огляду, обмеженій радиогоризонтом, 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 до 40 000 км радіус зони огляду змінюється трохи (9 400 км), а витрати на формування такої орбіти зростають істотно.

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

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

Встановимо умови видимості НС для спостерігача, розташованого в точці, лежачій на трасі НС (мал. 3). Область небосводаСС', в якої

НС спостерігається з точки; від моменту сходу над горизонтом до моменту заходу називаютзоной видимості (геометричною зоною видимості), для якої справедливі співвідношення (1), (2). З мал. 3 видно, що максимальний кутовий радіус зони видимості (дугаА'С')

З обліком радиогоризонта кутовий радіус зони огляду меншає. Тут кут а називаютминимально допустимою висотою.

Тривалість сеансу зв'язку з НС (в межах видимості НС) визначається різницею () і залежить від кута b (т. е. від висоти польоту НС або періоду його обращенияТ).

Для кругової орбіти, де - кутова швидкість звертання супутника.

Для СРНС ГЛОНАСС км, % при км,; » 300 мін.

Очевидно, що якщо споживач знаходиться збоку від траси НС, то тривалість спостереження супутника меншає.

Навігаційні алгоритми, реалізовані в бортових приемоиндикаторах сучасних СРНС, звичайно 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 форм орбіт; числа НС на кожній з них; взаємного розташування орбіт і супутників на них. Звичайно число НС в мережі перевищує мінімально необхідне за рахунок резервних НС.

4. Рішення навігаційної задачі

Основним змістом навігаційної задачі (НЗ) в СРНС є визначення просторово-часових координат споживача, а також складових його швидкості, тому внаслідок рішення навігаційної задачі повинен бути визначений розширений вектор стану споживача П, який в инерциальной системі координат можна представити у вигляді. Елементами даного вектора служать просторові координати (х, у, z) споживача, тимчасова поправкаt'шкали часу споживача відносно системної ШВ, а також складові вектора швидкості.

Елементи вектора споживача недоступні безпосередньому вимірюванню з допомогою радиосредств. У прийнятого радіосигналу можуть вимірюватися ті або інші його параметри, наприклад затримка або доплерівське зміщення частоти. Що Вимірюється в інтересах навігації параметр радіосигналу називаютрадионавигационним (РНП), а відповідний йому геометричний параметр - навігаційним (НП), тому затримка сигналу t і його доплерівське зміщення частоти є радионавигационними параметрами, а відповідні ним дальність до объектаДи радіальна швидкість зближення об'єктів служать навігаційними параметрами. Зв'язок між цими параметрами дається співвідношеннями:

дес- швидкість світла; l - довжина хвилі НС сигналу, що випромінюється.

Геометричне місце точок простору з однаковим значенням навігаційного параметра називаютповерхностью положення. Перетин двох поверхонь положення определяетлинию положення - геометричне місце точок простору, що мають два певних значення двох навігаційних параметрів. Местоположениеопределяется координатами точки перетину трьох поверхонь положення або двох ліній положення. У ряді випадків (через нелинейности) дві лінії положення можуть перетинатися в двох точках. При цьому однозначно знайти місцеположення можна, тільки використовуючи додаткову поверхню положення або інакшу інформацію про місцеположення об'єкта.

Для рішення навігаційної задачі, т. з. для знаходження вектора споживача П, використовують функціональний зв'язок між навігаційними параметрами і компонентами вектора споживача. Відповідна функціональна залежність прийнято називатьнавигационними функціями. Конкретний вигляд навігаційних функцій зумовлений багатьма чинниками: виглядом НП, характером руху НС і споживача, вибраною системою координат і т. д.

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

5. СРНС ГЛОНАСС

5.1. Структура і основні характеристики

Вітчизняна мережева среднеорбитальная СРНС ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Супутникова Система) призначена для безперервного і високоточного визначення просторового (трьохмірного) місцеположення вектора швидкості руху, а також часу космічних, авіаційних, морських і наземних споживачів в будь-якій точці Землі або навколоземного простору. У цей час вона складається з трьох підсистем:

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

- підсистема контролю і управління (ПКУ), що складається з наземних пунктів контролю і управління;

- апаратура споживачів (АП).

Навігаційні визначення в ГЛОНАСС здійснюються на основі опитних вимірювань в апаратурі споживачів псевдодальности і радіальній псевдоскорости до чотирьох супутників (або трьох супутників при використанні додаткової інформації) ГЛОНАСС, а також з урахуванням прийнятих навігаційних повідомлень цих супутників. У навігаційних повідомленнях, що передаються за допомогою супутникових радіосигналів, міститься інформація про різні параметри, в тому числі і необхідні відомості про положення і рух супутників у відповідні моменти часу. Внаслідок обробки цих даних в АП ГЛОНАСС звичайно визначаються три (дві) координати споживача, величина і напрям вектора його земної (шляхової) швидкості, поточний час (місцевий або в шкалі Госеталона Координованого Всесвітнього Часу UTC(SU) або, по іншому, UТC(ГЕВЧ) (ГЕВЧ - Державний еталон часу і частоти). Основні характеристики СРНС ГЛОНАСС приведені в табл. 1 - 2, де для порівняння приведені відомості об американську срсдневисотной СРНС GPS. У табл. 1 приведені общесистемние характеристики СРНС ГЛОНАСС. У табл. 2 приведені як стандартні значення характеристик СРНС, так і їх оцінки на основі даних, отриманих в 1993-1995 рр. Останні показані в дужках, причому для З/А-кода, коду стандартної точності) значення приводяться 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

6

Число НС в орбітальній площині

8

4

Тип орбіт

Кругова

(е =0±0,01)

Кругова

Висота орбіт, км

19100

20145

Нахил орбіт, 1рад

64,8±0,3

55 (63)

Драконічеський період звертання НС

11ч 15 мін 44 з ±5 з

11 ч 56,9 мін

Спосіб розділення 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 (З/А-код)

(далекомірного коду або його сегмента)

7 дн (Р-код)

Тактова частота ПСП, МГц

0,511

1,023 (З/А-код)

10,23 (Р, Y-КОД)

Швидкість передачі цифрової інформації

(відповідно СІ- і D- код), біт/з

50

50

Тривалість суперкадра, мін

2,5

12,5

Число кадрів в суперкадре

5

25;

Число рядків в кадрі

15

5

Система відліків часу

UTC(SU)

UTC(USNO).

Система відліку просторових

координат

ПЗ-90

WGC-84

Тип ефемерид

Геоцентричні

Модіфіциро-координати

і їх

ванні кепле-похідні

рови елементи

Таблиця 2. Точностние характеристики СРНС

Параметр

Точність вимірювань

GPS

(Р=0,95)

ГЛОНАСС

(Р=0,997)

Горизонтальна площина, м

100 (72/18)

300 (Р=0.9999)

18

(З/А-код) (З/А-код) (Р-, Y-КОД!

60 (СТ-код) (39)

Вертикальна площина, м

156

28

(135/34)

(З/А-кол) (Р-, Y-КОД)

75 (СТ-код) (67,5)

Швидкість, см/з

<00

20

(З/А-код) (Р-. Y-код)

15 (С'1-код)

Прискорення, мм/з 2

8

<-код) (З/А-код)

-

Час, мкс

0,34

0,18

код)

(З/А-код) (Р-, Y1

(CI-код)

5.2. Призначення і склад підсистеми контролю і управління

Наземний сегмент системи ГЛОНАСС - підсистема контролю і спрощення (ПКУ), призначена для контролю правильності функціонування правління і 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 (КІС); апаратура контролю поля (АКП).

Наземний сегмент виконує наступні функції:

- проведення траєкторних вимірювань для визначення і прогнозуванні безперервного уточнення параметрів орбіт всіх супутників;

- тимчасові вимірювання для визначення розходження бортових шкал часу всіх супутників з системною шкалою часу ГЛОНАСС, синхронізації супутникової шкали часу з тимчасовою шкалою центрального синхронізатора і служби єдиного часу шляхом фазування і корекції бортових шкал часу супутників;

- формування масиву службової інформації (навігаційних повідомлень), вмісний спрогнозовані ефемериди, альманах і поправки до бортової шкали часу кожного супутника і інші дані, необхідний для формування навігаційних кадрів;

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

- контроль по телеметричних 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.

У автоматизованому режимі вирішуються практично всі основні задачі управління НС і контролю навігаційного поля.

5.2.1 Центр управління системою

Центр управління системою сполучений каналами автоматизованого і неавтоматизованого зв'язку, а також лініями передачі даних з всіма елементами ПКУ, планує і координує роботу всіх коштів ПКУ на основі прийнятого для ГЛОНАСС щодобовою режиму управління супутниками в рамках технологічного циклу управління. При цьому ЦУС збирає і обробляє дані для прогнозу ефемерид і частотно-тимчасових оправок, здійснює з допомогою, так званого, балістичного центра розрахунок і аналіз просторових характеристик системи, аналіз балістичної і структури і розрахунок початкових даних для планування роботи елементів ПКУ.

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

Центральний синхронізатор, взаємодіючи з ЦУС, формує шкалу часу ГЛОНАСС, яка використовується для синхронізації процесів і темі, наприклад, в системі контролю фаз. Він включає в свій склад групу однорідних стандартів.

5.2.2. Контрольні станції

Контрольні станції (станції управління, вимірювання і кон ля або наземні вимірювальні пункти) по прийнятій схемі радиоконтроля орбіт здійснюють сеанси траєкторних і тимчасових вимірювань, необхідних для визначення і прогнозування просторового положення супутників і розходження їх шкал часу з тимчасовою шкалою ГЛОНАСС, а також збирають телеметричну інформацію про стан бортових систем супутників. З їх допомогою відбувається закладка в бортову ЕОМ супутників масивів службової інформації (альманах, ефемериди, частотно-тимчасові поправки і інш.), тимчасових програм і оперативних команд для управління новими системами.

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

Для ефемеридного забезпечення з КС в ЦУС щодобово видається по кожному супутнику по 10. .. 12 наборів (сеансів) виміряних поточних навігаційних параметрів об'ємом приблизно 1 Кбайт кожний.

У цей час для забезпечення робіт ГЛОНАСС можуть використовуватися КС, що розосередилися по всій території Росії. Частина КС інших елементів наземного сегмента ГЛОНАСС залишилася поза територією Росії (в країнах СНД) і може бути використана лише при наявності відповідних домовленостей. Розміщення мережі КС вибране з урахуванням існуючої інфраструктури управління НС і з умов надійного рішення задач траєкторних вимірювань для всього орбітального угруповання.

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

У разі виходу з ладу однієї з станцій можлива її рівноцінна заміна іншої, оскільки 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 доби визначаються основні і 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 коштів ПКУ в сеансі вимірювань і закладки інформації на борт супутника близький до одиниці.

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

5.2.3. Ефемеридное забезпечення

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

Висока точність розрахунку ефемерид забезпечується відповідною точністю вимірювальних коштів, внесенням поправок на виявлені методичних траєкторних вимірювань, але і що накопичуються за тижневий термін. При цьому далекомірні дані, що отримуються від станцій стеження за супутниками, періодично калібруються, що забезпечує високу якість траєкторних вимірювань в системі ГЛОНАСС.

Передбачається, що такі традиційні методи управління будуть використовуватися до 2000 р. Надалі буде здійснюватися перехід на нові технології, що включають межспутниковие угломерно-далекомірні вимірювання, що забезпечить якісний стрибок в координатно-тимчасовому забезпеченні споживачів.

5.2.4. Особливості формування ефемеридной інформації в ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС створювалася в умовах, коли рівень фундаментальних досліджень в області геодезії, геодинамики і геофизики не забезпечував необхідну точність ефемеридного забезпечення системи. У цих умовах був проведений комплекс робіт по обгрунтуванню шляхів вирішення цієї проблеми через побудову согласующих моделей руху супутників, параметри яких визначають в процесі рішення самої задачі баллистико-навігаційного забезпечення системи.

Дослідження показали, що необхідно відмовитися від типових гостро-резонансних (наприклад, з періодом звертання супутника рівним 12 ч, як в СРНС GPS, коли період обертання Землі навколо своєї осі рівний двом періодам звертання супутника) орбіт супутників, оскільки в процесі моделювання рівнянь траєкторного руху супутників це підвищує стійкість їх рішень і ослабляє кореляції між параметрами окремих рівнянь (що моделюють, наприклад, зміну геопотенциала, координат вимірювальних коштів, радіаційного тиску). Крім того, виявилося, що найвища точність баллистико-ефемеридного забезпечення системи при рішенні багатомірної навігаційної задачі з розширеним вектором стану забезпечується при обробці виміряних поточних навігаційних параметрів на інтервалі 8 сут. Перехід від острорезонансних орбіт був здійснений шляхом "збільшення числа витків супутника (в порівнянні з GPS) на інтервалі 8 сут до 16. .. 17. Число супутників в системі вибране рівним 24 з рівномірним розподілом по трьох орбітальних площинах. Всі супутники системи фазуються таким чином, що на великих тимчасових 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 звертання супутника з точністю не гірше 0,1 з протягом заданого терміну активного існування супутника його положення в системі коректувати не треба.

У цей час в системі ГЛОНАСС використовується запросная технологія ефемеридного забезпечення, коли початковою інформацією для розрахунку ефемерид служать дані виміряних поточних параметрів (ИТП) супутників, що поступають в ЦУС від контрольних станцій по програмах межмашинного обміну через обчислювальну мережу. Щодобово здійснюється 10. .. 12 сеансів передачі інформації по кожному супутнику.