Инструкции по использованию аппаратуры «БРИЗ» - Страница #2
  • Просмотров: 28543

Содержание

1. Общие характеристики, принципы построения и функционирования CНС
Спутниковые навигационные системы (СНС) – это радионавигационные системы (РНС), в которых используются радионавигационные поля, формируемые радионавигационными точками (РНТ) в виде искусственных спутников земли – космических аппаратов (КА), несущих навигационную аппаратуру. Космические аппараты являются аналогом неподвижных РНТ, представляющих собой опорные пункты наземных РНС.
К СНС, получившим наибольшее распространение относятся Российская система ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) и Американская НАВСТАР (NAVigation System for Timing And Ranging), имеющая также название GPS (Global Positioning System).
Особенности СНС
Быстрое развитие и расширяющееся использование СНС обусловлены достоинствами, вытекающими из особенностей их структуры.
К этим особенностям можно отнести:
1.      Высокая скорость относительного перемещения КА и потребителя. С ней связаны возможности:
-           применения радиально-скоростного метода навигационных определений и высокий уровень быстродействия всех звеньев системы;
-           в течение ограниченных интервалов времени получать значительные объемы измерительной информации;
-           для навигационных определений при числе КА, меньшем числа определяемых координат.
2.      Работа в диапазоне УКВ. С чем связана возможность использования широкополосных сигналов и их пространственной селекции.
3.      Орбитальное движение передатчика сигналов позволяет каждым из них обслуживать обширные территории, примыкающие к следу орбиты, ширина которых возрастает с увеличением высоты орбиты.
СНС ГЛОНАСС и GPS основанные на использовании координированной по движению и излучению сигналов сети КА, выступают как глобальные навигационные спутниковые системы непрерывного действия и практически мгновенных навигационных определений.
Общая характеристика элементов СНС
Несмотря на различия в системах ГЛОНАСС и GPS в их составе могут быть выделены следующие подсистемы:
-          подсистемы космических аппаратов (ПКА);
-          подсистемы контроля и управления (ПКУ);
-          навигационной аппаратуры потребителей (НАП).
Далее дадим краткую характеристику каждой подсистеме.

ПКА выбирается из соображений обеспечения заданной кратности глобального покрытия зонами видимости, заданной точности местоопределения и минимальной взаимной интерференции принимаемых сигналов. Для СНС наиболее выгоднейшей конфигураций признана система из 24 КА, размещенных равномерно на круговых орбитах, высотой около 20000 км.
Каждый КА такой сети дважды в сутки пересекает экватор. Подспутниковая точка перемещается по замкнутой кривой, две волны которой охватывают все долготы. Все КА сети излучают сигналы одинаковой структуры, используемые для измерений дальности и радиальной скорости. Индивидуальным для каждого КА является содержание передаваемой им служебной информации. Наряду с этим применяются различные способы доступа к используемым сигналам.
Одновременно с гражданскими потребителями СНС также обслуживают и военных потребителей (корабли, самолеты, КА, наземные транспортные средства, десантные группы и т. п.). К сигналу, обеспечивающему предельно точную навигацию, имели доступ только военные потребители, а для других потребителей он затруднен.
Содержанием служебной информации являются: частотно-временные поправки для данного КА и его эфемериды, альманах, телеметрическая (ТЛМ) информация, ключевые слова, поправки на распространение радиоволн и иная информация, повышающаяся точность и надежность навигационного сеанса. Вся эта информация компонуется определенным образом в виде кадра, распадающегося на строки, и передается с известной периодичностью.

Служит для управления полетом и работой бортовых систем всех КА как носителей навигационных сигналов и в первую очередь для снабжения их информацией, необходимой для проведения высокоточных и надежных навигационных сеансов. В число задач комплекса входят:
-           проведение траекторных измерений для определения орбит всех КА и временных измерений для определения расхождений бортовых шкал времени всех КА с системным временем;
-           предсказание для каждого КА его будущих эфемерид и ухода бортового времени; формирование массива служебной информации с включением в него спрогнозированных эфемерид, альманаха и поправки бортовой шкалы времени, а также прочих поправок для каждого КА;
-           закладка массива служебной информации в память каждого КА для модуляции навигационных сигналов;
-           контроль по телеметрическим каналам за работой систем сети КА и диагностика их состояния;
-           управление по командному каналу полетом всех КА и работой их бортовых систем.


Выполняет следующие операции:
-           выбор из всей совокупности видимых КА рабочего созвездия;
-           расчет для выбранной группы КА ожидаемых значений угловых координат, дальности и радиальной скорости; поиск в каждом из каналов сигналов КА по пространству, временной задержке и доплеровскому смещению частоты, а также по кодовому номеру КА;
-           вхождение в слежение за сигналом, выделение и декодирование эфемеридной информации;
-           измерения временной задержки сигнала и его доплеровского смещения;
-           обработку измерительной и эфемеридной информации от всех КА для определения координат и составляющих скорости;
-           набор из последовательных кадров сигнала одного из КА полного сборника альманаха;
-           оценку точности проведенного навигационного решения.
Для полностью развернутой системы из 24 КА над радиогоризонтом потребителя в зависимости от условий (место и высота полета) может располагаться от 5 до 11 КА (одной из СНС). Выбор рабочего созвездия основываться на отыскании четверки, образующей тетраэдр наибольшего объема. По этому критерию наивыгоднейшей будет такая конфигурация, при которой один КА находится в зените потребителя, а три остальных — как можно ближе к горизонту, с максимальными взаимными удалениями.
В процессе обработки информации решается главная функциональная задача — определяются координаты (параметры движения) потребителя. При этом метки времени, переданные каждым из КА, уточняются с помощью временных поправок, учитывающих смещение данной спутниковой шкалы относительно системного времени. Учитываются также релятивистские смещения принимаемой частоты, обусловленные различием гравитационных потенциалов КА и потребителя и сравнимостью их относительной скорости перемещения со скоростью света. В измерения вносятся поправки на влияние тропосферы и ионосферы. Эфемериды, относящиеся к ближайшей временной точке, экстраполируются на уточненные моменты проведения измерений.
Так же в подсистему СНС можно включить и космодром, хотя в повседневном функционировании системы он не принимает активного участия. Космодром обеспечивает вывод КА на требуемые орбиты при первоначальном развертывании системы, а также периодическом восполнении числа КА по мере выработки каждым из них ресурса.
2. Особенности системы ГЛОНАСС
Назначение системы ГЛОНАСС
Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС предназначена для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и других видов потребителей.
Состав системы ГЛОНАСС
Система ГЛОНАСС состоит из трех подсистем:
-          подсистемы космических аппаратов (ПКА);
-          подсистемы контроля и управления (ПКУ);
-          навигационной аппаратуры потребителей (НАП).
ПКА системы ГЛОНАСС должна состоять из 24-х КА, находящихся на круговых орбитах высотой 19100 км, наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120°. В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 спутников с равномерным сдвигом по аргументу широты 45°. Кроме этого, сами плоскости сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15°.
Навигационные определения
Навигационной аппаратурой потребителей системы ГЛОНАСС выполняются беззапросные измерения псевдодальности и радиальной псевдоскорости до трех и более КА ГЛОНАСС, а также прием и обработка навигационных сообщений, содержащихся в составе спутниковых навигационных радиосигналов. В навигационном сообщении описывается положение спутника в пространстве и времени. В результате обработки полученных измерений и принятых навигационных сообщений определяются три (две) координаты потребителя, три (две) составляющие вектора скорости его движения, а также осуществляется «привязка» шкалы времени потребителя к шкале Госэталона Координированного Всемирного времени UTC (SU).
В системе ГЛОНАСС используется частотное разделение навигационных радиосигналов КА в 2-х поддиапазонах L1 и L2 (L1 ~ 1,6 ГГц и L2 ~ 1,2 ГГц). Каждый КА передает навигационные радиосигналы на собственных частотах поддиапазонов L1 и L2. КА, находящиеся в противоположных точках орбитальной плоскости (антиподные КА), могут передавать навигационные радиосигналы на одинаковых частотах.
В радиолиниях частотных поддиапазонов L1 и L2 КА ГЛОНАСС передают навигационные радиосигналы двух типов: стандартной точности и высокой точности.
Сигнал высокой точности модулирован специальным кодом и не рекомендуется к использованию без согласования с Министерством обороны Российской Федерации.
Сигнал стандартной точности является доступным для всех потребителей, которые оснащены соответствующей НАП и в зоне видимости которых находятся КА ГЛОНАСС. В системе ГЛОНАСС не используется режим преднамеренного ухудшения характеристик навигационного сигнала стандартной точности.
Навигационный радиосигнал, передаваемый каждым КА системы ГЛОНАСС на собственной несущей частоте в поддиапазонах L1 и L2, является многокомпонентным фазоманипулированным сигналом.
Частотный план
Распределение номинальных значений несущих частот по номерам литер приведено в таблице 1.
Предусматривается поэтапное изменение частотного диапазона ГЛОНАСС:
1998 — 2005 г.г.
На этом этапе находящиеся в эксплуатации КА ГЛОНАСС будут использовать без ограничений номера частот К = 0…12. Номера частот К = 0,13 будут использоваться как технологические.
С 2005 г.
На этом этапе все, находящиеся в эксплуатации КА ГЛОНАСС, будут использовать номера частот К = (-7…+6), причем номера K = +5 и K = +6 будут использоваться лишь как технологические в ограниченные периоды времени (например, при восполнении орбитальной подсистемы).

Распределение несущих частот поддиапазонов L1 и L2.

частоты

Номинал частоты

в поддиапазоне L1,

МГц

13

1609,3125

13

1251,6875

12

1608,75

12

1251,25

11

1608,1875

11

1250,8125

10

1607,625

10

1250,375

09

1607,0625

09

1249,9375

08

1606,5

08

1249,5

07

1605,9375

07

1249,0625

06

1605,375

06

1248,625

05

1604,8125

05

1248,1875

04

1604,25

04

1247,75

03

1603,6875

03

1247,3125

02

1603,125

02

1246,875

01

1602,5625

01

1246,4375

00

1602,0

00

1246,0

-01

1601,4375

-01

1245,5625

-02

1600,8750

-02

1245,1250

-03

1600,3125

-03

1244,6875

-04

1599,7500

-04

1244,2500

-05

1599,1875

-05

1243,8125

-06

1598,6250

-06

1243,3750

-07

1598,0625

-07

1242,9375

Навигационное сообщение
Передаваемое КА ГЛОНАСС в навигационных радиосигналах навигационное сообщение предназначено для проведения потребителями навигационных определений, привязки к точному времени и для планирования сеансов навигации.
По своему содержанию навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию. Оперативная информация относится к тому КА, с борта которого передается данный навигационный радиосигнал. Неоперативная информация (альманах системы) относится ко всем КА, входящим в состав ПКА.
Навигационное сообщение передается в виде потока цифровой информации (ЦИ) со скоростью 50 бит/с. Структурно поток ЦИ формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров. Суперкадр состоит из нескольких кадров, кадр состоит из нескольких строк ЦИ. Суперкадр имеет длительность 2,5 мин и состоит из 5 кадров длительностью 30 с. Каждый кадр состоит из 15 строк длительностью 2 с.
В пределах каждого суперкадра передается полный объем неоперативной информации (альманах) для всех 24 КА системы ГЛОНАСС.
В пределах каждого кадра передается полный объем оперативной ЦИ для данного КА и часть неоперативной ЦИ.
Время системы ГЛОНАСС
Основой для формирования шкалы системного времени ГЛОНАСС является водородный стандарт частоты Центрального синхронизатора системы (ЦС). Расхождение между шкалой системного времени ГЛОНАСС и шкалой Госэталона Координированного Всемирного Времени UTC (SU) не должна превышать 1 мс. Погрешность привязки шкалы системного времени ГЛОНАСС к шкале UTC (SU) не должна превышать 1 мкс.
Шкалы времени каждого КА ГЛОНАСС периодически сверяются со шкалой времени ЦС. Поправки к шкале времени каждого НКА относительно шкалы времени ЦС вычисляются в ПКУ ГЛОНАСС и дважды в сутки закладываются на борт каждого НКА.
Система координат
Передаваемые каждым КА системы ГЛОНАСС в составе оперативной информации эфемериды описывают положение фазового центра передающей антенны данного НКА в связанной с Землей геоцентрической системе координат ПЗ-90.
Эта система координат относится к декартовым системам типа ECEF (Earth-centered Earth-fixed, т. е. начало координат расположено в центре масс Земли и направления осей связаны с Землей).
Основные характеристики ГЛОНАСС
Основные характеристики ГЛОНАСС представлены в таблицах 2.
Таблица 2.

Системные характеристики ГЛОНАСС

Параметр, способ

Значение

24 (3)

Число орбитальных плоскостей

3

Число КА в орбитальной плоскости

8

Тип орбит

Круговая (е =0±0,01)

Высота орбит, км

19100

Наклонение орбит, град

64,8±0,3

Драконический период обращения КА

11ч 15 мин 44 с ±5 с

Способ разделения сигналов КА

Частотный

Несущие частоты навигационных Радиосигналов, МГц:

L1

1602,5625…1615,5

L2

1246,4375…1256,5

Период повторения ПСП (дальномерного кода)

1 мс

Тактовая частота ПСП, МГц

0,511

Скорость передачи цифровой информации, бит/с

50

Длительность суперкадра, мин

2,5

Число кадров в суперкадре

5

Число строк в кадре

15

Система отсчетов времени

UTC (SU)

Система отсчета пространственных координат

ПЗ-90

Тип эфемерид

Геоцентрические координаты и их производные


Назначение системы GPS

Глобальная спутниковая радионавигационная система GPS предназначена для всепогодного, пассивного, непрерывного в реальном масштабе времени, глобального и устойчивого к различным помехам, высокоточного навигационно-временного обеспечения всех потребителей на поверхности Земли, в приземном и ближнем космическом пространствах.
Состав системы GPS
Система GPS состоит из трех подсистем:
-          подсистемы космических аппаратов (ПКА);
-          подсистемы контроля и управления (ПКУ);
-          навигационной аппаратуры потребителей (НАП).
ПКА системы GPS состоит из 24-х КА с включением в нее 3-х резервных КА, находящихся на круговых орбитах высотой 20145 км, наклонением 55° и периодом обращения 11 часов 56 минут 54 секунды в шести орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости распределены своими узлами равномерно в экваториальной плоскости.
Навигационные определения
Навигационной аппаратурой потребителей системы GPS измеряются псевдодальности и радиальная псевдоскорости до трех и более КА GPS, а также прием и обработка навигационных сообщений, содержащихся в составе спутниковых навигационных радиосигналов. В навигационном сообщении закладывается соответствующая служебная информация, содержащая эфемериды, альманах, частотно-временные поправки (обеспечивающие привязку шкалы времени потребителя к шкале Координированного Всемирного времени UTC), метки времени, сведения о работоспособности бортовой аппаратуры.
p/2 для удобства их разделения. Для исключения ионосферной ошибки применяется 2-частотный способ измерений. В связи с этим наряду с частотой L1 предусмотрена когерентная ей частота L2 = 1227.6 МГц, которая тоже модулируется точным измерительным кодом P.
В системе GPS используется кодовое разделение навигационных радиосигналов КА. Коды формируются двумя генераторами на борту КА и имеют индивидуальную окраску. Из большого числа возможных состояний выбирают всего 37, которые порождают коды с хорошими взаимокорреляционными свойствами. Таким образом, появляется возможность идентифицировать по коду все спутники системы, одновременно применяемое число, которых составляет 24.
Навигационный радиосигнал, передаваемый каждым КА системы GPS в поддиапазонах L1 и L2, является многокомпонентным фазоманипулированным сигналом.
Навигационное сообщение
Передаваемое КА GPS в навигационных радиосигналах навигационное сообщение предназначено для проведения потребителями навигационных определений, привязки к точному времени и для планирования сеансов навигации.
По своему содержанию навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию. Оперативная информация относится к тому КА, с борта которого передается данный навигационный радиосигнал. Неоперативная информация (альманах системы) относится ко всем КА, входящим в состав системы GPS.
Навигационное сообщение передается в виде потока цифровой информации со скоростью 50 бит/с. Структурно поток ЦИ формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров. Суперкадр имеет длительность 12,5 мин и состоит из 25 кадров длительностью 30 с. Каждый кадр состоит из 5 подкадров длительностью 6 с. В пределах каждого кадра передается 1/25 альманаха GPS. Поэтому для сбора полного альманаха требуется прием 25 кадров. В пределах каждого кадра передается полный объем оперативной ЦИ для данного НКА и часть неоперативной ЦИ.
Время системы GPS
В системе GPS используется так называемое системное время, которое отличается от универсального координированного времени UTC. Это связано с тем, что системное время GPS – непрерывная шкала времени, в то время как UTC исправляется периодически целым числом секунд, скачком. Навигационные данные содержат необходимые данные для связи времени GPS с UTC.
Система координат
Передаваемые каждым КА системы GPS в составе оперативной информации эфемериды описывают положение фазового центра передающей антенны данного КА в связанной с Землей геоцентрической системе координат WGS-84. Эта система координат относится к декартовым системам типа ECEF (Earth-centered Earth-fixed, т. е. начало координат расположено в центре масс Земли и направления осей связаны с Землей).
Основные характеристики GPS
Основные характеристики GPS представлены в таблицах 3.

Таблица 3.

Системные характеристики GPS

Параметр, способ

Значение

24 (3)

Число орбитальных плоскостей

6

Число КА в орбитальной плоскости

4

Тип орбит

Круговая

Высота орбит, км

20145

Наклонение орбит, град

55

Драконический период обращения КА

11ч 56,9 мин

Способ разделения сигналов КА

Кодовый

Несущие частоты навигационных

Радиосигналов, МГц:

L1

1575.42

L2

1227.6

Период повторения ПСП (дальномерного кода)

1 мс (С\А код)

7 дней (Р код)

Тактовая частота ПСП, МГц

1.023 (С/А код)

10.23 (Р код)

Скорость передачи цифровой информации, бит/с

50

Длительность суперкадра, мин

12,5

Число кадров в суперкадре

25

Число подкадров в кадре

5

Система отсчетов времени

UTC (USNO)

Система отсчета пространственных координат

WGS-84

Тип эфемерид

Модифицированные кеплеровы элементы

Поделиться

Добавить комментарий

Ваши комментарии не должны содержать призывов к насилию, разжиганию межнациональной розни и экстремизму, оскорблений, нецензурной лексики, а также сообщений рекламного характера. Все комментарии, не отвечающие этим требованиям, будут модернизироваться или удаляться.
Войдите через социальные сети:
             
или заполните:
Обновить
Защитный код

Самое читаемое

  • Состав изолирующего дыхательного аппарата ИДА-59М

    Изолирующий дыхательный аппарат ИДА-59М

    Устройство ИДА-59М Изолирующий дыхательный аппарат ИДА-59М (рис. 9) предс­тавляет собой автономный дыхательный аппарат регенеративного типа с замкнутым циклом дыхания. Аппарат изолирует органы…

  • Изображение по умолчанию

    Управление подводной лодкой при вывеске

    Для сохранения основного условия равновесия подводной лодки Р = γV при ее погружении необходимо, чтобы объем цистерн главного балласта был равен объему запаса плавучести, то есть VЦГБ = W, где Р-…

Новости

RSS поток Podlodka.info

В этот день

Сегодня нет мероприятий!
Rambler's Top100