Состав и принцип действия системы

 

На схеме:

КИС - контрольно-измерительные станции, определяющие фактические значения эфемерид и расхождение шкал времени НС с системным по данным телеметрии;

ССС - станции слежения за спутниками, осуществляющие измерение дальностей и регистрацию метеоусловий для последующего расчета поправок на дополнительные задержки радиосигнала при распространении в ионосфере и тропосфере;

ОЗСИ - станции закладки служебной информации об эфемеридах, системном времени, поправках на условия распространения радиоволн в бортовой компьютер НС. Закладка служебной информации производится не реже одного раза в сутки;

КВЦ - координационно - вычислительный центр, осуществляющий сбор и обработку информации о параметрах фактического движения НС и функционировании системы с целью прогнозирования эфемерид и расчета поправок к передаваемым потребителям данным, чем поддерживается требуемая точность решения навигационных задач пользователями.

В состав орбитальной группировки входит сеть из 21 рабочего и трех резервных НС. НС обращаются по трем почти круговым орбитам (по восемь равномерно рассредоточенных НС на каждой).

Параметры орбит:

       - количество орбит 3 (6)

- радиус орбиты 19100 км (20180 км).

- угол наклонения около 64° (55⁰);

- сдвиг долготы восходящих узлов соседних орбит 120° (60⁰);

- период обращения НС - 11час. 15 мин. (12 час)

- разделение каналов частотное (кодовое)

- диапазон частот L1 ~ 1, 6 ГГц и L2 ~ 1, 2 ГГц

 

Так как НС излучают сигналы в диапазоне УКВ, то бортовой аппаратурой ЛА будут приниматься только сигналы от спутников, находящихся в зоне радиовидимости. С целью обеспечения более надежного и устойчивою приема сигналов от НС, находящихся вблизи радиогоризонта, сектор зоны радиовидимости сужен на 8° с каждой стороны по сравнению с сектором радио горизонта.

Одновременно в зоне радиовидимости могут находиться от 4-х до 10 НС, из которых только 4 включаются в состав рабочего созвездия, т.е. только по выполняемым до них измерениям дальностей и радиальных скоростей определяются навигационные параметры ЛА. При этом в бортовой аппаратуре ЛА решается задача выбора оптимального, с точки зрения обеспечения наилучшей точности определения местоположения, рабочего созвездия.

Так как НС находится в зоне видимости от нескольких секунд до нескольких часов, то задача выбора оптимального рабочего созвездия решается в аппаратуре ЛА постоянно.

Принцип действия системы

Навигационной аппаратурой потребителей системы ГЛОНАСС выполняются бсззапросные измерения псевдодальности и радиальной псевдоскорости до четырех НИСЗ, а также прием и обработка навигационных сообщений, содержащихся в навигационных радиосигналах. В навигационном сообщении описывается положение спутника в пространстве и времени. В результате обработки полученных измерений и принятых навигационных сообщений определяются три координаты потребителя, три составляющие вектора скорости его движения, а также осуществляется " привязка'" шкалы времени потребителя к шкале Госэталона Координированного Всемирного времени UTC(SU).

В составе навигационного сообщения также передаются данные, обеспечивающие планирование сеансов навигационных определений, выбор рабочего созвездия НИСЗ и обнаружение передаваемых ими радиосигналов,

НИСЗ излучают непрерывные фазоманипулированные по псевдослучайному закону навигационные сигналы пониженной точности ПТ и высокой точности ВТ в двух частотных поддиапазонах (L1 ~ 1, 6 ГГц и L2 ~ 1, 2 ГГц). На частотах поддиапазона L1 излучаются сигналы ПТ и ВТ, а на частотах поддиапазоиа L2 – только сигнал ВТ.

Сигнал ПТ с тактовой частотой 0, 511 МГц предназначен для использования отечественными и зарубежными гражданскими потребителями Он доступен всем потребителям, которые оснащены соответствующей АП и в зоне видимости которых находятся спутники ГЛОНАСС

Сигнал ВТ с тактовой частотой 5, 11 МГц модулирован специальным кодом и не доступен для использования без согласования с Министерством обороны Российской Федерации

В системе ГЛОНАСС, в отличие от GPS, не используется режим преднамеренного ухудшения характеристик сигнала ПТ В системе GPS такая возможность предусмотрена, что делает невозможным ее использование всеми потребителями или существенно ухудшает точность определения ими координат в соответствии с задачами военного ведомства США

Прием сигнала ВТ на частотах двух поддиапазонов позволяет устранить неизвестную дополнительную ионосферную задержку сигнала. которая зависит от частоты. Поэтому АП, способная принимать сигналы на двухчастотах, обладает более высокой точностью определения местоположения

В системе ГЛОНАСС используется частотное разделение радиосигналов НИСЗ в обоих поддиапазонах L1 и L2. При этом разнос частот между соседними каналами составляет Df₁=0, 5625 МГц и Df₂ = 0, 4375 МГц и выбран с учетом максимально возможных доплеровских сдвигов частот принимаемых сигналов. Каждый НИСЗ передает навигационные радиосигналы на собственных частотах поддиапазонов L1 и L2. НИСЗ, находящиеся в противоположных точках орбитальной плоскости (антиподные НИСЗ). могут передавать навигационные радиосигналы ив одинаковых частотах.

В системе GPS используется кодовое разделение сигналов. При этом все НИСЗ излучают радиосигналы на одной и той же частоте поддиапазонов L1 и L2, но применяются различные коды ПТ и ВТ, получившие названия соответственно С/А-код и Р-код.

Для измерения на борту ЛА временной задержки и доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала от НИСЗ необходимо знать момент времени и частоту его излучения. Для определения координат и составляющих скорости ЛА по измеренным задержкам и доплеровским сдвигам частоты принимаемых сигналов необходимо знать эфемериды НИСЗ на момент решения навигационной задачи.

Таким образом, два этих условия требуют, чтобы навигационный сигнал, излучаемый каждым НИСЗ, содержал как навигационную, так и служебную информацию.

Структура сигналов СРНС

Каждый НС системы излучает непрерывные фазоманипулированные по псевдослучайному закону навигационные сигналы:

- сигнал ПТ (пониженной точности), достаточно легко обнаруживаемый и доступный любым пользователям;

- сигнал ВТ (высокой точности), трудно обнаруживаемый и доступный ограниченному кругу пользователей, прежде всего военным.

Каждый НС излучает навигационные сигналы на двух частотах f₁ и f₂ лежащих в диапазонах частот вблизи 1600 МГц и 1240 МГц соответственно. При этом на частоте f₁ излучаются сигналы ПТ и ВТ, а на частоте f₂ - только сигнал ВТ.

Прием сигнала ВТ на двух частотах позволяет устранить неизвестную дополнительную ионосферную задержку сигнала, которая зависит от частоты. Поэтому аппаратура, способная принимать сигналы на двух частотам, обладает более высокой точностью определения местоположения.

В системе ГЛОНАСС используется частотное разделение каналов, выделенных каждому НС для излучения навигационных сигналов. При этом разнос частот между соседними каналами (Δ f₁⁼=0, 5625 МГц и Δ f₂=0, 4375 МГц) выбран с учетом доплеровских сдвигов частот принимаемых сигналов.

Для измерения на борту ЛА временной задержки и доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала от НС необходимо знать момент времени и частоту его излучения. Для определения координат и составляющих скорости ЛА по измеренным задержкам и доплеровским сдвигам частоты принимаемых сигналов необходимо знать эфемериды НС на момент решения навигационной задачи.

По этой причине излучаемый каждым НС навигационный сигнал содержит как навигационную, так и служебную информацию.

Вид используемого навигационного сигнала выбирается исходя из требований получения высокой точности измерения временной задержки и доплеровского сдвига частоты. Это достигается применением широкополосных, так называемых псевдошумовых сигналов, обеспечивающих увеличение базы сигнала В=Т_ЭФΔ F _ЭФ, где Т_ЭФ – эффективная длительность, Δ F _ЭФ – эффективная ширина спектра сигнала.

Получение псевдошумового сигнала обеспечивается манипуляцией по фазе специальным дальномерным кодом гармонического сигнала (несущей), вырабатываемого БЭВЧ.

Точность измерения дальности будет тем выше, чем меньше длительность τ _к элемента кода. Период повторения кода Т_пк определяет интервал однонозначного измерения дальности, который в этом случае равен D_одн=c Т_пк.

Сигнал ПТ формируется девятиразрядным регистром сдвига. Образующий полином имеет вид G(x)= 1 + х⁵ + х⁹. Период повторения Т_пк = 1мс, длительность элемента кода τ _к = 2 мкс.

Сигнал ВТ имеет существенно больший период повторения кода при длительности элемента кода τ _к = 0, 2 мкс. Для системы «Навстар» например, период кода сигнала высокой точности составляет около 267 суток.

Момент времени, соответствующий формированию и излучению каждым спутником i-гo элемента кода сигнала ПТ и ВТ, жестко связан с системным временем и априорно известен в точке приема, как и частота излучаемого сигнала. Если шкала времени, создаваемая БЭВЧ ЛА, синхронизирована с системным временем СРНС, то измеренная бортовой аппаратурой ЛА задержка между априорно известным моментом излучения и моментом приема i-гo элемента, кода сигнала пропорциональна дальности до НС.

Служебная информация, т.е. эфемериды, поправки к шкале времени НС, поправки на распространение радиоволн и другая информация необходимая для точного и надежного определения местоположения и скорости ЛА, передается одновременно с навигационным сигналом путем его дополнительной низкочастотной фазовой манипуляции.

Разделение излучаемых на одной частоте f₁ сигналов ПТ и ВТ производится тем, что сигнал ПТ образуется фазовой манипуляцией на 0, p, а сигнал ВТ - манипуляций на ±p/2.

В системе ГЛОНАСС служебная информация передается 5-ю кадрами в виде потока цифровой информации со скоростью 50 бит в секунду Кадр служебной информации содержит 1500й бит информации и занимает 30 с.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: