Рт система регистрации ионосферных радиосигналов искусственых спутников земли среднеорбитных навигационных систем gps и глонасс. Аппаратура и измерения основные сведения о спутниковых навигационных системах
Рис. 2. Иллюстрация принципов определения координат при наличии
жүктеу/скачать 1,08 Mb.
|
РТ система супутникових вимірювань
Рис. 2. Иллюстрация принципов определения координат при наличиирассинхронизации часов на ИСЗ и в приемникеВ аппаратуре потребителя выделяется интервал времени между моментом времени, на который нужно определить положение спутника, и узловым моментом. Затем с помощью аппроксимирующих функций и их параметров, выделенных из навигационного сообщения, вычисляются значения параметров модели оскулирующих элементов на нужный момент времени. На последнем этапе с помощью обычных формул кеплеровской модели определяют координаты и составляющие вектора скорости спутника. В системе Глонасс для определения точного положения спутника используются дифференциальные модели движения. В этих моделях координаты и составляющие вектора скорости спутника определяются численным интегрированием дифференциальных уравнений движения КА, учитывающих конечное число сил, действующих на КА. Начальные условия интегрирования задаются на узловой момент времени, располагающийся посередине интервала аппроксимации. В целом схема работы систем спутниковой навигации представлена на рис. 3. Рис. 3. Схема работы систем спутниковой навигации Следует отметить, что данные по псевдодальностям можно получить как по измерениям временных задержек, так и (более точно) из фазовых измерений. Однако, в последнем случае приходится решать задачу неопределенности фазы . 1.2. Среднеорбитная радионавигационная спутниковая система (СРНСС) Глонасс Российская система Глонасс предназначена для глобальной оперативной навигации приземных подвижных объектов. По своей структуре Глонасс так же, как и американская система GPS, считается системой двойного действия, то есть может использоваться как в военных, так и в гражданских целях. Система в целом включает в себя три функциональные части (рис. 4), которые в профессиональной литературе называются сегментами: – космический сегмент, в который входит орбитальная группировка искусственных спутников Земли (иными словами, навигационных космических аппаратов); – сегмент управления, наземный комплекс управления (НКУ) орбитальной группировкой космических аппаратов; – аппаратура пользователей системы. Из этих трёх частей последняя, аппаратура пользователей, самая многочисленная. Система Глонасс является беззапросной, поэтому количество потребителей системы не имеет значения. Помимо основной функции - навигационных определений, система позволяет производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов частоты и времени на удалённых наземных объектах и взаимную геодезическую привязку. Кроме того, с её помощью можно производить определение ориентации объекта на основе измерений, производимых от четырёх приёмников сигналов навигационных спутников. В последнее время сигналы этой системы (как и системы GPS) используются и для мониторинга состояния околоземного пространства. В системе Глонасс в качестве радионавигационной опорной станции должны использоваться 24 навигационные космические аппараты (НКА), вращающиеся по круговой геостационарной орбите на высоте ~ 19100 км (рис. 5). Период обращения спутника вокруг Земли равен, в среднем, 11 часов 45 минут. Время эксплуатации спутника — 5 лет, за это время параметры его орбиты не должны отличаться от номинальных значений больше чем на 5%. Рисунок 4. Сегменты высокоорбитальных навигационных систем Глонасс и GPS Космический сегмент системы «ГЛОНАСС» построен на базе КА 11Ф654 «Ураган». Масса аппарата — около 1450 кг (масса конструкции — 237 кг). Длина КА с раскрытой штангой магнитометра — 7,84 м. Срок активного существования — 3—5 лет. В состав спутника входят цилиндрический гермоконтейнер (диаметр 2,35 м), антенно-фидерная платформа, панели солнечных батарей, корректирующая двигательная установка, системы ориентации и терморегулирования. Антенно-фидерная система выполнена в виде решетки из двух групп спиральных излучателей: центральной (четыре излучателя) и периферийной кольцевой (восемь излучателей на кольце диаметром 85 см). Система электроснабжения включает в себя солнечные и аккумуляторные батареи. Две панели солнечных батарей (размах — 7,23 м, площадь — 17,5 м2) обеспечивают рабочую мощность 1250 Вт. При прохождении спутником теневых участков Земли и Луны питание бортовых систем осуществляется за счет аккумуляторных батарей емкостью 70 А•ч. В состав бортовой аппаратуры входят: бортовой навигационный передатчик, хронизатор (часы), бортовой управляющий комплекс, система ориентации и стабилизации и другие необходимые системы. Рисунок 5. Космический сегмент систем ГЛОНАСС и GPS Сегменты наземного комплекса управления систем ГЛОНАСС (рис. 6) и GPS (рис. 7) выполняют следующие функции: - эфемеридное и частотно-временное обеспечение; - мониторинг радионавигационного поля; - радиотелеметрический мониторинг НКА; - командное и программное радиоуправление НКА. Для синхронизации шкал времени различных спутников с необходимой точностью на борту НКА ГЛОНАСС используются цезиевые стандарты частоты с относительной нестабильностью порядка 10-13. На наземном комплексе управления используется водородный стандарт с относительной нестабильностью 10-14. Кроме того, в состав НКУ входят средства коррекции шкал времени спутников относительно эталонной шкалы с погрешностью 3–5 нс. Наземный сегмент обеспечивает эфемеридное обеспечение спутников. Это означает, что на земле определяются параметры движения спутников и прогнозируются значения этих параметров на заранее определённый промежуток времени. Параметры и их прогноз закладываются в навигационное сообщение, передаваемое спутником наряду с передачей навигационного сигнала. Сюда же входят частотно-временные поправки бортовой шкалы времени спутника относительно системного времени. Измерение и прогноз параметров движения НКА производятся в Баллистическом центре системы по результатам траекторных измерений дальности до спутника и его радиальной скорости. Отметим, что для обеспечения навигационной информацией пользователей на всей территории России необходимо 18 действующих КА , а 24 – в глобальном масштабе. В 2007 году намечен запуск шести спутников. Рисунок 6. Сегмент наземного комплекса управления системы Глонасс Рисунок 7. Сегмент наземного комплекса управления системы GPS 1.3. Среднеорбитная радионавигационная спутниковая система GPS Американская система GPS по своим функциональным возможностям аналогична российской системе Глонасс. Её основное назначение - высокоточное определение координат потребителя, составляющих вектора скорости и привязка к системной шкале времени. Как и система Глонасс, GPS состоит из космического сегмента, наземного командно-измерительного комплекса и сегмента потребителей. Орбитальная группировка GPS состоит из 24 навигационных космических аппаратов. Все они находятся на круговых орбитах с периодом обращения вокруг Земли Т~12 часам. Высота орбиты каждого спутника равна ~ 20000 км. НКА системы GPS проходили ряд усовершенствований, которые сказывались на их характеристиках в целом. В табл. 1 приведены краткие характеристики космических аппаратов, используемых в системе. Таблица 1. Характеристики космических аппаратов, используемых в системе GPS
Сравнительные характеристики систем ГЛОНАСС и GPS приведены ниже в табл. 2. Таблица 2. Сравнительные характеристики систем ГЛОНАСС и GPS
2. Структура навигационных радиосигналов системы Глонасс В системе Глонасс используется частотное разделение сигналов (FDMA), излучаемых каждым спутником - двух фазоманипулированных сигналов. Частота первого сигнала лежит в диапазоне L1 ~ 1600 МГц, а частота второго - в диапазоне L2 ~ 1250 МГц. Номинальные значения рабочих частот радиосигналов, передаваемых в диапазонах L1 и L2, определяются выражением: жүктеу/скачать 1,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|