Спутниковые системы глобальной навигации GPS и ГЛОНАСС: состав, размещение, общие принципы функционирования.

CPHC GPS предназначена для определения координат и скорости ВС. Она также обеспечивает точную синхронизацию часов всех потребителей. В системе используется псевдодальномерный метод измерений. Аппаратура пользователя работает в пассивном режиме. CPHC GPS состоит из космической части и аппаратуры множества потребителей. В космическую часть входит сеть спутников и командно- измерительный комплекс (КИК). После полного развертывания система имеет 24 космических аппарата (КА), равномерно расположенных на трех круговых орбитах с углом наклона 63° . Период обращения КА 12 ч, высота полета над поверхностью Земли 20183 км. При такой конфигурации орбит в каждой точке земного шара в среднем видны 9 КА и как минимум 6 КА и, таким образом, всегда можно выбрать четыре наилучшим образом расположенных КА, о чем говорилось в 37 предыдущем разделе. КИК имеет в своем составе четыре контрольные станции (КС), корректирующую и главную станции управления (ГСУ). КС следят за КА, определяют их координаты, регистрируют условия прохождения радиоволн по трассе. Эти данные передаются на ГСУ, где производится статистическая обработка данных, вычисляются и прогнозируются эфемериды КА с учетом влияния Солнца, Луны и аномалий гравитационного поля Земли. Здесь же определяются поправки к бортовым часам системы GPS и привязывается шкала времени GPS к универсальному координированному времени (UТС – Universal Coordinated Time ), поддерживаемому обсерваторией ВМФ США. За нулевой момент времени принята полночь с 5 на 6 января 1980г. Наибольшей единицей является неделя, определяемая как 604800с.

Связь между КА и ВС осуществляется по двум радиолиниям на частотах L1=1575, 42 МГц, L2= 1227,6 МГц.

СРНС ГЛОНАСС является отечественной системой, предназначенной для определения местоположения и скорости ВС. Приемоиндикаторной аппаратурой потребителей ГЛОНАСС производятся измерения радионавигационных параметров ПД и радиальной ПС до четырех спутников системы одновременно или последовательно в зависимости от канальности аппаратуры. Режим работы пользователя пассивный. По результатам измерений с учетом идущей в составе каждого навигационного сигнала цифровой информации производится определение координат ВС и составляющих его вектора скорости, а также привязка временной шкалы ВС к единой шкале времени системы ГЛОНАСС. Цифровая информация характеризует положение спутника в пространстве и во времени относительно единой для системы шкалы времени. Спутники системы ГЛОНАСС расположены на орбитах, близких к круговым, период обращения спутников 11ч 15мин., высота 19100 км, наклонение 64,8°. В полностью развернутой системе 24 спутника (из них три резервных) располагаются в трех плоскостях, по 7-8 спутников в орбитальной плоскости. Плоскости орбит распределены в плоскости экватора через 120°. В системе ГЛОНАСС каждый штатный КА постоянно излучает псевдослучайные непрерывные навигационные радиосигналы в двух диапазонах частот 1600 МГц(L1) и 1250 МГц(L2). Как указывалось выше, навигационные измерения в двух диапазонах частот позволяют исключить ионосферные погрешности измерений. Каждый КА имеет цезиевый атомный стандарт частоты, используемый для формирования бортовой шкалы времени и навигационных радиосигналов 1600 МГц и 1250 МГц.

Основные эксплуатационно-технические показатели GNSS. Функция RAIM, показатель DOP.

Необходимо заострить внимание, что для полетов о ППП используются датчики СНС стационарные и переносные, которые имеют функцию RAIM.

Общее описание

RAIM контролирует расчет GPS координат местоположения объекта, в случае их переопределения. То есть, в том случае когда доступно больше спутников, чем необходимо для определения позиции, полученные дополнительные псевдо измерения должны быть совместимы с рассчитанными координатами позиции. Значения полученные от псевдо измерения, которые существенно отличается от ожидаемого значения могут привести к ложному определению передающего сигнал спутника или иной проблемы нарушающей целостность сигнала (например, ионосферной дисперсии).

RAIM

Автономный контроль целостности (RAIM) обеспечивает целостность системы GPS мониторинга в авиационных приложениях.

Для того чтобы GPS приемник мог осуществить RAIM-контроль или составить функцию ошибок(функция разности предполагаемых и наблюдаемых значений измерений),ему должно быть доступно как минимум пять спутников системы. RAIM имеет несколько способов реализации; один из них заключается в проверке совместимости рассчитанных координат положения объекта, при использовании всех возможных групп видимых спутников. Приемник выдает предупреждение пилоту, в случае если в результате проверки рассчитанные таким образом координаты не совместимы. Необходимым условием реализации метода RAIM в любом случае является наличие не менее 5 спутников видимых антенной GPS приемника; алгоритм RAIM, фактически, является статистическим методом.

В связи с этим каждому проведенному тесту – заключению о согласованности полученных от разных групп спутников координат – отвечает определенная вероятность, которая является мерой надежности этого теста о выявления сбоя, когда тот случится. Эта вероятность характеризует целесообразность и надежность проведения данного теста, она зависит от геометрии видимого созвездия спутников и условий окружающей среды, в районе где находится GPS приемник. Целесообразность в данном случае является фактором прооизводительности того или иного алгоритма и характеризует каждый из существующих алгоритмов и методологий системы RAIM.

Методы RAIM используются в системах GPS мониторинга и навигации. В качестве примера таких систем можно привести систему GPSMobile.

 

Основные задачи функции RAIM:

– оценка качества принимаемых сигналов со спутником и выявление спутника, чья информация не должна быть использована (см. рис. 6.5);

– определение порогов срабатывания по точности определения места ВС в зависимости в зависимости от типа операций, см. табл. 6.4.

Рис. 6.5. Оценка качества принимаемых сигналов

На рис. 6.5 графически представлены линии положения от соответствующих номеров спутников. Место ВС определяется пересечением линий положений. В каждой точке пересечения линий положения определяются геодезические координаты (φ, λ) по умолчанию на эллипсоиде WGS-84, если не выбран соответствующий рефференц-эллипсоид. Из рис. 6.5 видно, что координаты, определяемые с использованием линия положения спутника №6, существенно отличается от остальных. В этой связи алгоритм RAIM не будет обрабатывать информацию этого спутника.

Информация от пяти спутников образует 10 пересечений (рис. 6.6), т.е. 10 мест ВС. В дальнейшем компьютере по 10 местам вычисляется значение места ВС:

,

где n количество i мест.

Рис. 6.6. Определение места ВС

В дальнейшем определяется радиус разброса места ВС (R). Значение этого радиуса используется в качестве порога срабатывания RAIM в зависимости от выполняемой операции согласно табл. 6.4.

Таблица 6.4

Пороги срабатывания RAIM

Этап полета