 |
Системы спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS
|
|
|
|
Система Глонасс предназначена для глобальной оперативной навигации приземных подвижных объектов. СРНСС разработана по заказу Министерства Обороны. По своей структуре Глонасс так же, как и 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 (в профессиональной литературе эти части называются сегментами).
Рисунок 8
· 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 системе Глонасс в качестве радионавигационной опорной станции используются навигационные космические аппараты (НКА), вращающиеся по круговой геостационарной орбите на высоте ~ 19100 км. 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%. Сам спутник представляет собой герметический контейнер диаметром 1,35 м и длиной 7,84 м, внутри которого размещается различного рода аппаратура. Питание всех систем производится от солнечных батарей. Общая масса спутника – 1415 кг. В состав бортовой аппаратуры входят: бортовой навигационный передатчик, хронизатор (часы), бортовой управляющий комплекс, система ориентации и стабилизации и так далее.
|
|
|
Рисунок 9
Рисунок 10а
Рисунок 10Б
Сегмент наземного комплекса управления системы ГЛОНАСС выполняет 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 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 погрешность 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.
|
|
|
Американская система GPS по своим функциональным возможностям аналогична отечественной системе Глонасс. Её основное назначение – высокоточное определение координат потребителя, составляющих вектора скорости, и привязка к системной шкале времени. Аналогично отечественной, система GPS разработана для Министерства Обороны США и находится под его управлением. Согласно интерфейсному контрольному документу, основными разработчиками системы являются:
· по космическому сегменту – Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division;
· по сегменту управления – IBM, Federal System Company;
· по сегменту потребителей – Rockwell International, Collins Avio-nics & Communication Division.
Как и система Глонасс, GPS состоит из космического сегмента, наземного командно-измерительного комплекса и сегмента потребителей.
Как было сказано выше, орбитальная группировка GPS состоит из 28 навигационных космических аппаратов. Все они находятся на круговых орбитах с периодом обращения вокруг Земли, равным 12 часам. Высота орбиты каждого спутника равна ~ 20000 км. НКА системы GPS проходили ряд усовершенствований, которые сказывались на их характеристиках в целом. В таблице 1,2 приведены краткие характеристики космических аппаратов, используемых в системе.
Таблица 1 – характеристики космических аппаратов, используемых в системе GPS
| Тип НКА | Масса на орбите | Мощность энергоисточников, Вт | Расчётный срок активного существования | Год запуска первого НКА |
| Блок-I | 525 | 440 | - | 1978 |
| Блок-II | 844 | 710 | 5 | 1989 |
| Блок-IIR | 1094 | 1250 | 7,5 | 1997 |
| Блок-IIF | - | - | 14–15 | 2001–2002 |
Таблица 2 – сравнительные характеристики систем ГЛОНАСС и GPS
| Показатель | ГЛОНАСС | GPS | ||
| Число КА в полной орбитальной группировке | 24 | 24 | ||
| Число орбитальных плоскостей | 3 | 6 | ||
| Число КА в каждой плоскости | 8 | 4 | ||
| Наклонение орбиты | 64,8º | 55º | ||
| Высота орбиты, км | 19 130 | 20 180 | ||
| Период обращения спутника | 11 ч. 15 мин. 44 с | 11 ч. 58 мин. 00 с | ||
| Система координат | ПЗ-90 | WGS-84 | ||
| Масса навигационного КА, кг | 1450 | 1055 | ||
| Мощность солнечных батарей, Вт | 1250 | 450 | ||
| Срок активного существования, лет | 3 | 7,5 | ||
| Средства вывода КА на орбиту | «Протон-К/ДМ» | Delta 2 | ||
| Число КА, выводимых за один запуск | 3 | 1 | ||
| Космодром | Байконур (Казахстан) | Мыс Канаверел (Cape Canaveral) | ||
| Эталонное время | UTC (SU) | UTC (NO) | ||
| Метод доступа | FDMA | CDMA | ||
| Несущая частота: L1 L2 | 1598,0625–1604,25 7/9 L1 | 1575,42 60/77 L1 | ||
| Поляризация | Правосторонняя | Правосторонняя | ||
| Тип псевдошумовой последовательности | m-последовательность | код Голда | ||
| Число элементов кода: C/A P | 511 51 1000 | 1023 2,35x1014 | ||
| Скорость кодирования, Мбит/с: C/A P | 0,511 5,11 | 1,023 10,23 | ||
| Уровень внутрисистемных радиопомех, дБ | -48 | -21,6 | ||
| Структура навигационного сообщения
| ||||
| Скорость передачи, бит/с | 50 | 50 | ||
| Вид модуляции | BPSK (Манчестер) | BPSK NRZ | ||
| Длина суперкадра, мин. | 2,5 (5 кадров) | 12,5 (25 кадров) | ||
| Длина кадра, с | 30 (15 строк) | 30 (5 строк) | ||
| Длина строки, с | 2 | 6 | ||
При проектировании системы в целом и НКА в частности, большое внимание уделяется вопросам автономного функционирования. Так, космические аппараты первого поколения (Блок-I) обеспечивали нормальную работу системы (имеется в виду, без существенных ошибок определения координат) без вмешательства сегмента управления в течение 3–4 дней. В аппаратах Блок-II этот срок был увеличен до 14 дней. В новой модификации НКА Блок-IIR позволяет автономно работать в течение 180 дней без корректировки параметров орбиты с земли, пользуясь лишь автономным комплексом взаимной синхронизации спутников. Аппараты Блок-IIF предполагается использовать взамен отработавших Блок-IIR.
|
|
|
