Особенности организации спутниковой радионавигационной

службы

Спутниковой называют радионавигационную систему, в кото­рой роль опорных радионавигационных станций (маяков) выполняют ИСЗ, оборудованные специальной передающей навигационной аппара­турой.

Спутниковая радио навигационная система (СРНС) включает:

- систему наземного обеспечения, в составе: космодром, команд­но-измерительный комплекс и центр управления;

- орбитальную группировку навигационных искусственных спут­ников Земли (НИСЗ), выполняющих функции опорных станций;

- навигационную аппаратуру потребителя (НАП), включаю­щую судовые, самолетные, автомобильные или персональные приемо-индикаторы.

Система наземного обеспечения управляет икоординирует работу всех сегментов. Космодром обеспечивает выполнение операцийпо подготовке навигационных спутников к эксплуатации, запуску и вывода их на заданную орбиту. Наземный командно-измерительный комплекс (НКИК) включает в себя сеть наземных станций, с помощью которых контролирует состояние спутников, управляет их работой, определяет их координаты и параметры движения. Центруправления (ЦУ) коорди­нирует работу всей системы в целом.

Для того чтобы потребитель (П) мог определить свое местополо­жение по НИСЗ, он должен с высокой точностью знать координаты спутника в момент измерения. Вычисление координат НИСЗ самим по­требителем является сложной задачей, для решения которой необходи­мы мощные средства вычислительной техники и учет целого ряда раз­нообразных факторов, влияющих на движение спутника.

Поэтому в настоящее время в большинстве СРНС вычисление ко­ординат и параметров движения НИСЗ производится НКИК с некото­рой дискретностью. При этом НКИК определяет не только текущие ко­ординаты НИСЗ, но и эфемериды - координаты, вычисленные для предстоящих фиксированных моментов времени на основании прогно­зирования движения спутника. Полученные результаты измерений и расчетов, а так же необходимая телеметрическая информация, переда­ются на НИСЗ и запоминаются его устройством памяти. Затем, через определенные промежутки времени, эта информация частями передает­ся спутником для использования П. Информация, содержащаяся в памя­ти спутника, периодически, по команде НКИК, обновляется. Таким об­разом, спутник сам передает потребителю информацию о своих коор­динатах. Эту информацию принято называть служебной.

Кроме сигналов, несущих служебную информацию, ИСЗ излучает радиосигнал, позволяющий получателю определить навигационные па­раметры. Навигационным параметром (НП) называют геометрическую величину, позволяющую определить координаты и параметры движе­ния получателя (дальность до маяка, направление на маяк, скорость сближения и т.п.). Соответствующий параметр радиосигнала (время, частоту, фазу, амплитуду), по которому оценивают НП, называют ра­дионавигационным параметром (РНП).

Знание координат спутника и результат измерения РНП позволяют потребителю оценить НП и рассчитать поверхность положения, на ко­торой он находится.

Несколько таких измерений по сигналам одного спутника (в раз­ные моменты времени) или по сигналам разных НИСЗ позволяют определить несколько поверхностей положения. Место пересечения всех поверхностей положения и есть точка местонахождения П. Упрощенно структура СРНС изображена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3. - Структура СРНС

Наземный командно-измерительный комплекс (НКИК) включа­ет в свой состав станции слежения, координационно-вычислительный центр и станции закладки служебной информации.

Станции слежения (СС) проводят траекторные измерения орби­тальных параметров всех НИСЗ системы. Такие станции стараются раз­нести по широте и долготе. Кроме того СС собирают метеорологиче­скую информацию, необходимую для последующего расчета поправок на тропосферную задержку радиосигналов. Все данные, полученные СС, запоминаются и передаются в координационно-вычислительный центр для последующей обработки.

Координационно-вычислительный центр (КВЦ) организует работу всего НКИК. КВЦ производит расчеты параметров орбит всех НИСЗ и их долгосрочного и краткосрочного прогноза, определяет смещение спутниковых временных шкал, контролирует и обобщает телеметриче­скую информацию, поступающую от каждого спутника. На основании проведенных вычислений КВЦ формирует массив служебной информа­ции для каждого НИСЗ системы.

Станции закладки служебной информации (СЗСИ) осуществляют передачу на борт каждого НИСЗ массивов служебной информации, подготовленных в КВЦ. Достоверность закладки контролируется по каналамобратной связи на основании анализа структуры сигналов, пе­редаваемых НИСЗ.

Сеть НИСЗ строится из соображений заданной кратности покры­тия поверхности Земли зонами радиовидимости, точности определения местоположенияпотребителя и минимальной взаимной интерференции принимаемых сигналов. НИСЗ излучают два вида сигналов:

- первый вид сигналов содержит служебную информацию (эфеме­риды, поправки, телеметрия и т. п.), которая была заложена на борт спутника НКИК;

- второй вид сигналов предназначен для измерения РНП (времени запаздывания, доплеровской частоты и т. п.).

Для раздельного приема потребителем этих двух видов сигналов используется частотное, временное или кодовое разнесение служебных и навигационных сигналов НИСЗ. В современных СРНС широко при­меняется кодовое разделение.

Навигационная аппаратура потребителя (НАП) осуществляет прием навигационных и служебных радиосигналов от спутников и при этом решает следующие задачи:

- выбор из всей совокупности видимых спутников одного или не­скольких НИСЗ, по которым будут производиться радионавигационные измерения;

- предварительный расчет угловых координат, дальности и ради­альной скорости выбранных спутников, поиск и обнаружение радиосиг­налов этих НИСЗ;

- выделение навигационных сигналов НИСЗ и измерение по этим сигналам РНП (временной задержки и доплеровской частоты);

- выделение и декодирование служебной (эфемеридной) информа­ции;

- совместную обработку навигационной и служебной информации, принятой от выбранных спутников, для определения координат и со­ставляющих скорости П;

- вывод на индикатор вычисленных значений координат и скоро­сти, оценка точности навигационного решения.

Излучение радиосигналов спутниками может производиться по за­просу НАП. При таком активном методе потребителем может измерять­ся фактическая дальность до маяка (НИСЗ) по временному запаздыва­нию сигнала и достаточно просто обеспечиваться высокая точность оп­ределения местоположения объекта. Однако запросные системы обла­дают низкой пропускной способностью, так как одновременно спутник может обслуживать ограниченное число П. Кроме того, в состав аппа­ратуры П должен быть включен передатчик запроса, что демаскирует потребителя, усложняет его аппаратуру и требует мощных источников электропитании.

При беззапросном (пассивном) методе НАП осуществляет только прием и расшифровку радиосигналов НИСЗ. Спутники работают в еди­ной системе времени и периодически излучают сигналы, которые при­нимаются НАП. При таком методе затруднено согласование временных шкал дальности сети НИСЗ и аппаратуры П. Поэтому в такой системе измеряются квазидальности до НИСЗ (или квазискорости приближения П к НИСЗ), значения которых имеют некоторую постоянную прибавку, обусловленную смещением временных шкал системы НИСЗ и аппара­туры П. Однако такие системы могут обслуживать неограниченное чис­ло потребителей. Однозначное определение местоположения объектов при таком беззапросном методе возможно по результатам многократ­ных измерений по сигналам нескольких НИСЗ.

Лекция заканчивается формулировкой кратких выводов по рассматриваемому материалу, изложением рекомендаций для самостоятельной работы и ответами преподавателя на вопросы студентов.

Разработал профессор кафедры СБС

д.т.н _________________ Д. Кучер

Лекция одобрена и утверждена на заседании кафедры СБС протокол №_____ от ___ ___________ 20 г.

Дата добавления: 2014-01-05