История развития спутниковых радионавигационных систем

Развитие спутниковых радионавигационных систем началось с запуска первого искусственного спутника Земли 4 октября 1957 года в Советском Союзе. Измерения доплеровского сдвига частоты (эффект Доплера состоит в изменении регистрируемой приемником частоты колебаний при относительном движении приемника и источника этих колебаний) передатчика этого ИСЗ на пункте наблюдения с известными координатами позволили определить параметры движения этого спутника.

Обратная задача заключалась в нахождении координат пункта наблюдения по измерениям доплеровского сдвига при известных координатах ИСЗ.

При движении по орбите спутник излучает сигнал определённой частоты, номинал которой известен на приёмной стороне (потребитель). Положение ИСЗ в каждый момент времени можно вычислить на основании информации, заложенной в сигнале спутника. Пользователь, измеряя частоту пришедшего к нему сигнала, сравнивает её с эталонной и таким образом вычисляет доплеровский сдвиг частоты, обусловленный движением спутника. Измерения производятся непрерывно, что позволяет составить своего рода функцию изменения частоты Доплера. В определённый момент времени частота становится равной нулю, а затем меняет знак. В момент равенства нулю частоты Доплера потребитель находится на линии, которая является нормалью к вектору движения спутника. Используя зависимость крутизны кривой доплеровской частоты от расстояния между потребителем и ИСЗ, и, измеряя момент времени, когда частота Доплера равна нулю, можно вычислить координаты потребителя.

В 1963 г. были начаты опытно-конструкторские работы над первой отечественной низкоорбитальной системой, предназначенной для морских потребителей. В 1979 г. была сдана в эксплуатацию навигационная система 1-го поколения "Цикада" в составе 4-х навигационных спутников (НС), выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км, наклонением 83° и равномерным распределением плоскостей орбит вдоль экватора. Она позволяет потребителю в среднем через каждые полтора-два часа входить в радиоконтакт с одним из НС и определять плановые координаты своего места при продолжительности навигационного сеанса до 5... 6 мин.

В рассматриваемый период времени в США также проведены интенсивные разработки СРНС. В 1958 г. в рамках создания первого поколения атомных ракетных подводных лодок была создана система "Транзит" (аналог СРНС "Цикада"), введенная в строй в 1964 г.

В ходе испытаний было установлено, что основной вклад в погрешность навигационных определений вносят погрешности передаваемых спутниками собственных эфемерид (координат спутников вычисленных для ряда последовательных моментов времени и сведенных в таблицы), которые определяются и закладываются на спутники средствами наземного комплекса управления. Поэтому наряду с совершенствованием бортовых систем спутника и корабельной приемоиндикаторной аппаратуры, разработчиками системы серьезное внимание было уделено вопросам повышения точности определения и прогнозирования параметров орбит навигационных спутников.

Характерной чертой радионавигационных спутниковых систем первого поколения является применение низкоорбитальных ИСЗ и использование для измерения навигационных параметров объекта сигнала одного, видимого в данный момент спутника. Точность вычисления координат источника в большой степени зависит от погрешности определения скорости источника. Так, если скорость объекта определена с погрешностью 0,5 м, то это в свою очередь приведёт к ошибке определения координат ~ 500 м. Для неподвижного объекта эта величина уменьшается до 50 м.

Кроме того, в этих системах невозможен непрерывный режим работы. Ввиду того, что системы низкоорбитны, время, в течение которого спутник находится в поле видимости потребителя, не превышает одного часа. Время между прохождением различных спутников зоны видимости потребителя зависит от географической широты, на которой он находится, и может составить величину от 35 до 90 минут. Уменьшение этого интервала путём наращивания числа спутников невозможно, потому что все спутники излучают сигналы на одной и той же частоте.

В начале 70-х годов с целью преодоления этих недостатков и создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям всех потенциальных военных и гражданских потребителей: авиации, морского флота, наземных транспортных средств и космических кораблей, началось создание навигационных систем нового поколения. Система NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Time and Ranging, Global Positioning System — Измерение дальности и времени по навигационному спутнику, Глобальная система позиционирования), разработанная Министерством обороны США, была полностью развернута в 1993 году и является на данный момент единственной полностью работающей спутниковой навигационной системой. Система ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система), принадлежащая Министерству обороны России, находится на этапе развертывания спутниковой группировки. Глобальных масштабов система достигнет к 2010 году.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что из ниже перечисленного не является характерной чертой спутниковых навигационных систем первого поколения:

· получение навигационной информации от одного, видимого в данный момент, спутника;

· использование высокоорбитальных ИСЗ;

· серьезное ухудшение точности при появлении погрешности определения скорости объекта;

· использование эффекта Доплера для вычисления координат объекта;

· непрерывный режим работы.

Дата добавления: 2014-01-07