Радиально-скоростной метод определения места

Радиально-скоростной (псевдорадиально-скоростной) или частотный метод основан на эффекте Доплера-Белоцерковского.

Эффект Доплера был открыт и основан австрийским физиком и астрономом в 1842г. применительно к акустическим и световым колебаниям, а в 1900г. выдающимся русским астрономом А. А. Белоцерковским распространен применительно к электромагнитным колебаниям.

В 1958г. академик Котельников В. А. Предложил его использовать для определения орбит (траекторных измерений) ИСЗ. Зная координаты наземных СТИ можно получить координаты ИСЗ. Обратная задача тоже возможна. Зная координаты и скорость НС можно определить неизвестные координаты потребителя на Земле.

Принцип (эффект) Доплера заключается в следующем: При изменении расстояния (сближении, удалении) между источником и приемником электромагнитных колебаний (радиоволн) частота принимаемого колебания отличается от частоты излучаемых колебаний, причем разность этих частот (доплеровский сдвиг частоты) пропорционален скорости изменения расстояния.

Навигационным параметром является радиальная скорость:

. (1.4)

Измерив f_доп, можно получить радиальную скорость или скорость изменения дистанции.

Т.о. – проекция на линию НС - потребитель.

Рисунок 2 Поверхности и линии положения при измерении радиальной скорости

Поверхность, для которой q = const – поверхность положения, в каждой точке которой f_доп. = const. Следовательно, в одной из точек этой поверхности находится потребитель. Фигурой поверхности q = const является конус с вершиной в точке НС и осью конуса (рис.6).

Конус, пересекаясь с поверхностью Земли образует изолинию – изотопу (линию одинакового доплеровского сдвига).

Надежными и качественными обсервации будут при высоте КА от 25⁰ до 60⁰. При h_кульм более 75⁰-80⁰, т.е. при D_тер менее 200 - 250 км (100 миль), обсервация невозможна. Т.о. D_тер должна быть в пределах 100-1000 миль.

В настоящее время существуют СРНС двух поколений: СРНС 1-го поколения (Цикада-м и Цикада), построенные на низкоорбитных спутниках (4 – 6 шт.) с высотой орбит ИСЗ около 1000 км, и СРНС 2-го поколения (ГЛОНАСС и NAVSTAR GPS), построенные на среднеорбитных спутниках (не менее 24 шт.) с высотой орбит ИСЗ около 20 тыс. км.

Эти системы имеют следующие достоинства по сравнению с другими средствами навигации:

· глобальность действия;

· высокая точность и надежность определения навигационных параметров потребителя;

· независимость от гидрометеоусловий, времени суток, времени года.

В СРНС 1-го поколения определение навигационных параметров потребителя производится с использованием только одного навигационного ИСЗ (НИСЗ). Это связано с использованием простых сигналов в СРНС 1-го поколения, причем наличие нескольких НИСЗ в зоне радиовидимости потребителя приводит к затруднению или даже невозможности обработки сигналов НИСЗ. Такая схема построения системы предопределила недостатки, присущие СРНС 1-го поколения:

1. довольно большая дискретность обсерваций — до 1,5 ч на экваторе;

2. неравномерность прохождения НИСЗ через зону видимости потребителя из-за независимости орбит каждого НИСЗ;

3. затруднение или даже невозможность обработки сигналов в АП при наличии в зоне радиовидимости потребителя нескольких НИСЗ;

4. длительность (до 10 и более мин.) сеанса обсервации;

5. необходимость счисления (т.е. знания вектора своей скорости) во время сеанса обсервации;

6. зависимость погрешности определения места от погрешности знания скорости объекта во время обсервации;

7. низкая помехоустойчивость системы;

8. низкая боевая устойчивость системы;

9. невозможность подводного приема сигналов системы.

10. неавтономность системы.

В ГЛОНАСС применяются навигационные космические аппараты (НКА) на практически круговых геоцентрических орбитах с высотой 19100 км над поверхностью Земли.

Полная орбитальная группировка (ОГ) в ГЛОНАСС содержит 24 штатных НКА на круговых орбитах с наклонением i=64,8° в трех орбитальных плоскостях по восемь НКА в каждой. Долготы восходящих узлов трех орбитальных плоскостей различаются номинально на 120°. Номинальный период обращения НКА равен Т=11 ч 15 мин 44 с, и, соответственно, номинальная высота круговой орбиты составляет 19100 км над поверхностью Земли. В каж­дой орбитальной плоскости восемь НКА разнесены по аргументу широты номинально через 45°.

Для сравнения здесь отметим, что полная ОГ в системе GPS содержит 24 штатных НКА на круговых синхронных орбитах с периодом обращения Т=12 ч 00 мин (высота орбиты составляет примерно 20000 км над поверхностью Земли) в шести орбитальных плоскостях (по четыре НКА в каждой) с наклонением i=55°, а долготы восходящих узлов которых смещены с интервалом номинально 60°.

Орбитальная группировка НКА с несинхронными круговыми орбитами (Т=11 ч 16 мин) в системе ГЛОНАСС более стабильна по сравнению с ОГ НКА с синхронными круговыми орбитами (Т=12 ч 00 мин) в системе GPS.

Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС, были начаты в октябре 1982 года запуском спутника "Космос-1413".В 1995 году было завершено развертывание СРНС ГЛОНАСС до ее штатного состава (24 КА).

Основное назначение СНРС второго поколения ГЛОНАСС - глобальная оперативная навигация приземных подвижных объектов: наземных (сухопутных, морских, воздушных) и низкоорбитальных космических. Термин "глобальная оперативная навигация" означает, что подвижной объект, оснащенный навигационной аппаратурой потребителей (НАП), может в любом месте приземного пространства в любой момент времени определить (уточнить) параметры своего движения - три координаты и три составляющие вектора скорости.

В интересах мирового сообщества ГЛОНАСС используется в соответствии с Постановлениями Правительства Российской Федерации №237 от 7.3.1995 г. и №346 от 29.3.1999 г. Россия предоставляет систему в стандартном режиме для гражданского, коммерческого и научного использования без взимания за это специальной платы.

В СРНС 2-го поколения определение навигационных параметров потребителя производится с использованием нескольких НИСЗ, поскольку в зоне радиовидимости их находится не менее 5 для каждой системы. Сигналы, используемые в СРНС 2-го поколения, являются сложными (т.наз. широкополосные, ШПС), и в аппаратуре потребителя (АП) они легко разделяются. Поэтому в СРНС 2-го поколения все вышеперечисленные недостатки, за исключением двух последних (!), устранены.

Дата добавления: 2014-11-16