Назначение, состав, основные ттд

ВВЕДЕНИЕ

Большое внимание в последние годы уделяется разработке и вводу в эксплуатацию высокоточных систем навигации и посадки, основанных на последних достижениях науки и техники.

К таким радионавигационным системам (РНС) относят спутниковые системы навигации, позволяющие определять местоположение летательного аппарата с точностью до нескольких десятков метров в любое время суток при любых метеоусловиях и практически в любой точке земного шара.

Ведущей тенденцией при создании национальных систем навигации является объединение существующих навигационных полей с полями спутниковых систем навигации, применение многосистемной аппаратуры, что позволит сделать её мобилизационно пригодной (независимость и надёжность радионавигационного поля) в силовых структурах.

Прогресс в области радионавигационных средств обеспечения полётов сопровождается усложнением бортовой аппаратуры, использованием новых методов формирования и обработки сигналов, расширения возможностей бортовых устройств.

В процесс навигационного обеспечения полётов вовлечён широкий круг специалистов из числа технического и лётного состава. Грамотная эксплуатация требует от специалистов знаний в области авиационной радионавигации и технических решений, на которых основана современная радионавигационная аппаратура.

НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ, ОСНОВНЫЕ ТТД

Спутниковая радионавигационная система (СНС)— система определения пространственного места летательного аппарата (ПМЛА) и скорости потребителя, основанная на использовании искусственных спутников Земли в качестве радионавигационных точек (РНТ).

СНС относятся к классу многопозиционных РНС и предназначены для определения пространственного местоположения и вектора скорости потребителей в пределах всей (или большей части) поверхности Земли (глобальные системы). Возможны также региональные СНС, обслуживающие ограниченные территории. Для авиационных целей представляют интерес СНС второго поколения, обеспечивающие непрерывное и практически мгновенное определение ПМЛА. Для СНС второго поколения выделены частоты 960-1215 и 1535-1660 МГц, а также резервные диапазоны 4200-4400, 5000-5250 и 15 400-15 700 МГц.

Основа СНС— сеть («созвездие») навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), выполняющих функцию опорных РНТ, относительно которых измеряются навигационные параметры (НП).

Конфигурация созвездия и число НИСЗ выбираются из условий:

получения требуемой зоны действия СНС,

избыточного числа видимых спутников в точке приема (для выбора подходящего по геометрическому фактору рабочего созвездия),

удобства управления системой,

наименьшего влияния возмущающих движение спутников факторов.

Высоты орбит наиболее известных СНС около 20 000 км (период обращения спутника 12 ч). Для описания созвездий используют запись х В х С, где, А - число орбит, В - количество спутников на каждой орбите, С — период обращения спутника соответственно. Спутники служат источником навигационных сигналов и служебной информации. В некоторых системах НИСЗ используются в качестве ретрансляторов навигационных сигналов. Для снабжения спутников служебной информацией, контроля параметров орбит, состояния аппаратуры НИСЗ и управления системой предусматриваются наземные командно-измерительные комплексы (КИК). Местоположение потребителя определяется, как правило, его собственной аппаратурой, процессор которой позволяет в ряде СНС найти не только ПМЛА, но и скорость потребителя, а также определить точное время.

Навигационные параметры СНС— обычно квазидальность и квазискорость (т.к. результаты их измерения включают неизвестный сдвиг шкалы времени потребителя относительно системного времени). Для определения НП требуется элементарное созвездие из четырех спутников, которое является основным рабочим звеном большинства СНС второго поколения.

Типы СНС(см.табл.1*) отличаются:

* - таблицы и рисунки смотри в приложении к методической разработке по
Теме №10 Занятие№2

конфигурацией созвездий,

местом определения координат спутников,

местом формирования навигационного сигнала,

режимом работы АП (пассивный или активный в зависимости от отсутствия или наличия передатчика),

способом разделения сигналов НИСЗ.

Системы второго поколения находятся на этапе разработки или ввода в эксплуатацию

Система Nаvstar — разрабатывается в интересах Министерства обороны США. Предусматривается возможность использования системы гражданскими потребителями. Созвездие НИСЗ (см.рис.1*), кроме 18 основных, включает три резервных спутника. Фазы спутников в соседних орбитальных плоскостях отличаются на 40°. Каждый НИСЗ будет проходить над одной и той же точкой земной поверхности один раз в звездные сутки (23 ч 55 мин 56,6 с). Сигналы НИСЗ отличаются видом кодирования с целью опознавания спутников и содержанием служебной информации. Работа всех НИСЗ с высокой точностью синхронизирована с системой единого времени.

Командно-измерительный комплекс (см.рис.2*) предназначен для определения орбит НИСЗ; измерения расхождения шкал времени НИСЗ с системным временем; предсказания эфемерид каждого НИСЗ и ухода бор- тового времени; формирования массива служебной информации и загрузки его в память соответствующего спутника, телеметрического контроля работы систем спутников и диагностики их состояния, а также для управления работой бортовых систем спутников.

В состав КИК входят:

координационно-вычислительный центр КВЦ,

командно-измерительная станция КИС,

несколько станций слежения за спутниками ССС,

станции загрузки служебной информации СЗСИ.

Система ГЛОНАСС(глобальная навигационная спутниковая система) — отечественная СНС, основанная на принципах, близких к используемым в системе Navstar.

Система Navsatразрабатывается Европейским управлением космических исследований для гражданской авиации стран ЕЭС. Главные особенности системы:

специфическая конфигурация созвездия НИСЗ,

использование спутников в качестве ретрансляторов (см.рис.3*) навигационных сигналов, формируемых КИК,

применение разделения сигналов спутников во времени.

Созвездие НИСЗ состоит из 12 спутников на шести эллиптических орбитах (две группы по три орбиты) с апогеем 39 105 км (над рабочей областью) и перигеем 1250 км. Рабочими считаются высоты спутников, превышающие 10635 км. Кроме того, предполагается использовать шесть геостационарных спутников (высота орбиты 39 876 км), выполняющих одновременно функции спутников связи.

Командно-измерительный комплекс будет состоять из шести региональных центров РЦ и центра управления системой ЦУ, объединенного с одним из РЦ. В каждый из РЦ входят станция связи со спутниками ССС и станция сбора информации ССИ. Комплекс предназначается для передачи на НИСЗ навигационного сигнала, (одинакового для всех спутников), синхронизации спутников, вычисления поправок на ионосферную задержку, контроля состояния спутниковых систем и предсказания эфемерид спутников. Связь РЦ с ЦУ предполагается вести через геостационарные спутники системы.

Система Geostar— региональная СНС, предложенная одноименной фирмой для гражданских потребителей США. В системе предполагается использовать дифференциальный режим и принцип «запрос-ответ». Запросные сигналы будут формироваться на КИК, где определяются координаты потребителя, функцию ответчика выполняет АП (см.рис.4*). Для ретрансляции сигналов необходимо не менее двух геостационарных спутников, на которых планируется установка четырехлучевых антенн для одновременного обслуживания одной наземной станцией четырех потребителей. Система многофункциональная и будет обеспечивать решение задач УВД.

Система Granas проектируется фирмой Lorenz (ФРГ) для гражданских целей. Система предусматривает измерение координат НИСЗ на самом спутнике и работает по принципу «запрос-ответ» с временным разделением сигналов. В состав КИК будут входить 15 контрольных станций КС с дистанционным управлением и одна главная станция ГС (см.рис.5*). Наземные станции выполняют функции ретрансляторов сигналов НИСЗ. Для управления системой на КС измеряется время приема сигнала НИСЗ по рубидиевому эталону времени и частоты (ЭВЧ). Результат измерения сравнивается с тем, которое должно быть в данный момент. Двусторонняя линия связи «НИСЗ-КС» облегчает поддержание синхронизации шкал времени спутников

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ

Определение ПМЛА в СНС производится с помощью дальномерного, квазидальномерного и доплеровского методов.

Дальномерный методтребует:

ретрансляции сигнала (принцип «запрос-ответ») и работы аппаратуры потребителя (АП) в активном режиме;

или применения в АП высокостабильного ЭВЧ.

для определения ПМЛА достаточно трех НИСЗ.

Квазидальномерный методтребует решения системы из четырех уравнений и четырех измерений D_Ki по четырем НИСЗ.

Доплеровский методпредусматривает интегрирование доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала на некотором интервале времени. т. Интегрирование дает число длин волн, на которое изменилось расстояние до спутника за время. Метод эквивалентен разностно-дальномерному и требует для нахождения ПМЛА четырех НИСЗ.

Определение вектора скоростипотребителя основано на измерении доплеровских сдвигов частоты принимаемых от НИСЗ сигналов и вычислении радиальных скоростей V_Di. Для определения скорости используют доплеров-ский, квазидоплеровский и разностно-доплеровский методы.

Доплеровский методтребует решения системы уравнений и для нахождения трех составляющих вектора скорости необходимы измерения по трем НИСЗ.

Квазидоплеровский методдает оценку радиальной скорости и для вычисления вектора скорости необходимы четыре измерения по четырем НИСЗ.

Разностно-доплеровский методпозволяет избавиться от неизвестной величины при формировании уравнений и требует четырех спутников для определения V.

Особенности определения ПМЛА и скоростиобусловлены спецификой измерения НП и процесса решения навигационной задачи в СНС.

Специфика измерения НП— следствие трех факторов: движения НИСЗ, большой высоты орбит спутников и пассивного метода определения НП. Первый фактор требует знания координат НИСЗ (Xi, Yi, Zi) и их производных (Xi, У/, Zi) в момент измерения. В большинстве СНС эти параметры спутника определяются процессором АП по эфемеридным данным, включенным в служебную информацию, которая передается с НИСЗ вместе с навигационным сигналом. Второй фактор требует учета дополнительной задержки сигнала в атмосфере, что достигается либо по данным служебной информации с использованием моделей атмосферы в процессоре АП, либо с помощью двухчастотного метода, предусматривающего исключение Д/_а при измерениях НП на двух частотах. Пассивный метод определения НП, принятый в большинстве СНС, приводит к необходимости синхронизации шкал времени всех НИСЗ (единое системное время). Синхронизация обеспечивается применением эталонов времени на НИСЗ с долговременной стабильностью 10...10 (см.табл.2*) и передачей поправок времени бортовых эталонов в служебном сообщении. При пассивном методе определения НП предпочтение отдается квазидальномерным и квази-доплеровским системам.

Специфика решения навигационной задачисвязана с перемещением НИСЗ относительно потребителя, при котором непрерывно изменяется взаимное положение потребителя и спутников, что приводит к изменению геометрического фактора и необходимости перехода на другую группу НИСЗ с лучшим геометрическим расположением.

Навигационная информацияпередается на АП обычно в виде навигационного сигнала и служебной информации (навигационное сообщение) на общей несущей частоте. Сигналы пассивных СНС должны при минимальных аппаратурных затратах потребителя обеспечивать заданные точность измерения НП и вероятность декодирования служебной информации, минимальную мощность передатчика НИСЗ, возможность разделения сигналов различных спутников и устойчивость по отношению к помехам.

Навигационный сигналвыбирается из соображений получения высокой точности при измерении как дальности, так и скорости, что достигается увеличением базы сигнала В = Тэ∆F_э, где Т_э ∆F_э и — эффективные длительность и ширина спектра сигнала. Наиболее часто применяют псевдошумовые сигналы (ПШС). Минимальная аппаратурная сложность при требуемой точности измерений достигается модуляцией сигнала по фазе специальным дальномерным кодом. Точность измерения дальности (задержки) тем выше, чем меньше длительность τ_к элемента кода (см.рис.6а,б*). Период повторения кода Т_пк определяет интервал однозначного определения дальности Dодн= сТ_п.к. С увеличением числа элементов кода п_к= Т_п._к/τ_к снижается уровень боковых «лепестков» корреляционной функции (см.рис.6в*) и облегчается обнаружение сигнала.

Служебная информациясодержит обычно данные о поправке шкалы времени данного НИСЗ и его эфемеридах, альманах, телеметрическую информацию, поправки на распространение радиоволн и другие данные, необходимые для точного и надежного определения НП, и передается одновременно с навигационным сигналом с помощью дополнительной низкочастотной модуляции. Содержание служебной информации зависит от конкретного типа СНС.

Разделение ПШСспутников основано на временной и кодовой селекции. Возможно также применение обычной частотной селекции. Выбор вида селекции определяется типом СНС.

Временная селекциятребует поочередного излучения сигнала каждым из спутников. Для предупреждения наложения сигналов каждый из НИСЗ начинает излучение сигнала через определенный защитный интервал после прекращения излучения предыдущим спутником. Значение этого интервала зависит от допустимой погрешности синхронизации НИСЗ, диапазона дальностей до спутников и других факторов. Навигационные сигналы одинаковы для всех спутников системы. Разделение сигналов производится с помощью коммутатора, работа которого синхронизирована с принятой в системе временной последовательностью излучения сигналов спутниками.

Кодовая селекцияпредусматривает применение на каждом НИСЗ индивидуального обладающего адресным признаком навигационного сигнала (дальномерного кода XG_t{t))_t некоррелированного с кодами других НИСЗ данной системы (ортогональные сигналы с взаимно-кореляционной функцией ВКФ≈О). Требуемый НИСЗ выбирается путем формирования в АП присвоенного данному спутнику кода и вычисления ВКФ этого опорного кода с принимаемыми сигналами. Максимум ВКФ свидетельствует о приеме сигнала выбранного спутника.

Поиск ПШСпроизводится по доплеровскому сдвигу частоты, задержке кода и требует просмотра зоны, соответствующей периоду повторения кода Тп.к по задержке и диапазону возможных доплеровских частот по частоте. Задержка и частота опорного сигнала при поиске меняются с дискретами 0,5 τ_к и ∆F. Число анализируемых ячеек зоны поиска составляет десятки тысяч. Устройство поискапоследовательно просматривает все ячейки зоны поиска.

Время поисказависит от заданных вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги, отношения сигнал/шум и числа исследуемых ячеек зоны поиска и может составлять несколько минут. Сокращения времени поиска достигают с помощью априорной информации (АИ) об ожидаемом диапазоне доплеровских частот. Применяют и параллельно-последовательный поиск, когда несколько каналов АП производят поиск одного сигнала, но в разных областях зоны поиска. Канал, в котором обнаружен сигнал, переключается на измерения, а остальные — на поиск следующего спутника.

Процессы измерения и выделения служебной информацииявляются основными в АП. Соответствующие операции выполняются обычно с помощью тех же устройств, которые участвуют в поиске сигнала.

Определение дальностипроизводится по измерению задержки принимаемого кода относительно аналогичного кода, формируемого в АП.

Определение скоростиосуществляется по измерению доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала относительно частоты опорного генератора ОГ.

Выделение служебной информациипроизводится после установления слежения за кодом и несущей частотой.

Принцип действия систем типа Navstar определяется пассивным характером СНС и квазидальномерным (квазидоплеровским) методом нахождения НП. Измерение дальности (скорости) производится по излучаемому НИСЗ дальномерному коду с использованием эфемердной информации, содержащейся в массиве служебной информации СИ, источником которой служит КИК (см.рис. 7а*). Имеются грубый С/А и точный Р дальномерные коды. Первый из них передается на частоте f1, aвторой — на частотах f1 и f2. Код Р доступен только санкционированным потребителям, поэтому использовать сигнал на частоте f2 гражданские потребители не могут, а следовательно, не могут воспользоваться частотой f2 для коррекции ионосферных погрешностей. Для грубого учета этих погрешностей служат данные СИ.

Процедура определения НПсущественно усложняется из-за принятого в системе Navstar кодового разделения сигналов НИСЗ, определения координат НИСЗ в процессоре АП и необходимости синхронизации шкал времени системы и потребителя. Первая причина специфична для системы Navstar, две остальные в той или иной мере свойственны всем СНС.

Кодовое разделение сигналов НИСЗ требует установки в АП кода, соответствующего выбранному НИСЗ, что возможно при наличии грубой информации о МЛА и о эфемеридах всех НИСЗ системы. Последняя включается в альманах, передаваемый в массиве СИ. От процессора АП требуется высокое быстродействие, так как время расчета координат спутников определяет задержку момента первого местоопределения относительно момента включения АП. Усложняется также процедура поиска сигнала, требующая либо перебора возможных задержек кодов всех видимых с ЛА спутников, либо применения параллельного поиска в многоканальной АП. Время до первого местоопределения составляет 2...8 мин в зависимости от типа АП.

Точностные характеристики системы Navstar:

Погрешность определения дальности - 5,6 м, скорости - 0,2 м/с, времени – 48 нс.

Принцип действия системы Navsat (см.рис.7б*) во многом подобен принципу работы системы Navstar. Основное отличие — применение временного разделения сигналов НИСЗ. Такое построение системы позволило использовать общий для всех НИСЗ дальномерный код (ДК) и исключить альманах из массива служебной информации СИ. Один и тот же временной интервал выделяется для двух НИСЗ, находящихся в разных полушариях Земли.

Процедура определения НПболее простая, чем в системе Navstar, упрощается также АП. Специфическое требование к АП — синхронизация переключений выхода одноканального ПУТ на измерительные цепи, соответствующие разным НИСЗ. При поиске сигнала отпадает необходимость формирования разных кодов и поиска выбранного НИСЗ. Координаты спутников рассчитываются процессором АП по данным массива СИ. Время до первого местоопределения 0,76 мин.

Точность определения НП(расчетная) около 5м, что позволяет определять МЛА над океаническими трассами (для которых в основном предназначена система) с точностью до 30 м.

Принцип действия системы Geostar основан на определении дальности по запросному сигналу (см. рис.8*). Функцию запрос-чика выполняет одна из наземных станций (НС). Сигнал запроса 1 ретранслируется НИСЗ-1 на ЛА. Ответчик ЛА формирует сигнал ответа 2, в который включается информация о высоте потребителя 3. Сигнал ответа должен ретранслироваться на НС через два или более НИСЗ.

Рассчитанное на НС местоположение потребителя 3 вместе с кодом опознавания НС через один из спутников передается на ЛА. Особенностью системы является ее региональный характер, что позволяет использовать систему, как правило, в дифференциальном режиме. При этом известное местоположение контрольной станции КС сравнивается с рассчитанным по данным системы, а полученные поправки 4 передаются потребителю.

Процедура определения НПвыполняется на НС, где рассчитываются координаты НИСЗ.

Принцип «запрос-ответ» позволяет существенно упростить АП и НИСЗ за счет передачи всех вычислительных функций наземной аппаратуре. Наличие на НС данных о координатах ЛА дает возможность использовать систему в целях УВД, не прибегая к другим средствам определения ПМЛА. Время до первого местоопределения 0,6 с.

Точность системыопределяется выбранным дальномерным кодом и геометрией системы, а также использованием дифференциального режима. Расчетная точность составляет около 3,3 м при определении НП и 5...7 м при определении МЛА на территории США. Такие значения погрешностей достигаются только при точном знании высоты потребителя, погрешность ПМЛА будет лежать в пределах от 30 до 60 м в зависимости от геометрии системы и точности высотомера ЛА.

Принцип действия системы Granasаналогичен принципу работы системы Navstar. Однако использование временного разделения сигналов позволяет применить общий для всех НИСЗ дальномерный код и упростить АП.

Процедура определения НП,выполняемая АП, упрощается за счет передачи каждым НИСЗ своих координат. Эти координаты вычисляются бортовым оборудованием НИСЗ по дальностям Д, измеренным до наземных станций НС системы. Для определения Д применяется принцип «запрос-ответ» (см.рис.9*). Спутник в момент t запрашивает НС (эпюра 1). На НС фиксируется момент приема t _пр запросного сигнала (эпюра 3), который включается в сигнал ответа (эпюра 4), излучаемый НС с известной задержкой t ₃. Дальность Д определяется по интервалу времени t _и. Включение t _пр в сигнал ответа дает возможность синхронизировать шкалы времени спутника и системы (наземных станций), т. е. определить ∆Т. Обязательным условием является знание координат НС на спутниках и индентификация НС по специальному коду опознавания.

Точностные характеристики системы Granasбудут близки к характеристикам системы Navstar при использовании точного кода Р.

Факторы, влияющие на точность СНС:

геометрический фактор (метод измерения НП, конфигурация созвездия НИСЗ);

качество навигационного сигнала (точность информации об эфемеридах);

влияние условий распространения радиоволн (тропосферные и ионосферные погрешности);

несовершенство АП (шумы приёмника, дискретизация сигнала, точность вычислительных средств).

Для коррекции систематических погрешностей в зоне их пространственно временной корреляции и увеличения точности определения ПМЛА – дифференциальный режим СНС, элементом которой является контрольная станция (КС) и линия связи КС с ЛА.

Аппаратура потребителей состоит в общем случае для всех СНС из антенного блока, приёмника-процессора, блока индикации и управления.

Сигнал системы Navstar — типичный для пассивных СНС. Содержит два дальномерных кода, выбранных с учетом кодового разделения сигналов НИСЗ, и код служебной информации. Ширина спектра сигнала 10,23 МГц.

Форма сигнала, излучаемого спутниками системы Navstar (в упрощенном виде см.рис.6а*). Для определения НП служат два дальномерных кода: стандартного и точного местоопределения. Оба кода могут передаваться одновременно. Для их разделения при приеме используют ортогональную фазовую модуляцию: при одном из кодов фаза несущей в зависимости от символа кода принимает значения ±90°, а при другом — 0 или 180°. Несущая частота, кроме этих кодов, модулируется потоком служебной информации, которая также передается в виде кода. Возможность выделения фазовой информации достигается применением на спутниках сверхстабильных генераторов.

Несущие частоты сигналов всех спутников одинаковые. Используются основная частота 1575,42 МГц и дополнительная1227,6 МГц, сформированные из сигналов атомного эталона частоты 10,23 МГц, находящегося на борту спутника. Основное назначение сигнала с частотой 1227,6 МГц — коррекция погрешностей, вызываемых ионосферной рефракцией.

Временные параметры сигнала задаются атомным эталоном частоты 10,23 МГц и выдерживаются так, что разница системного времени и всемирного времени (UTC) не превышает 10 не. Кодирование сигнала точного местоопределения осуществляется таким образом, что по этому сигналу можно определить текущее время, начиная с начала недели. Дальномерные коды привязаны к одному и тому же моменту с точностью 5 нс.

Сигнал стандартного местоопределения SPS или легкообнаруживаемый код С/А — открытый для несанкционированного использования кода Голда, предназначенный для грубого измерения местоположения и облегчения синхронизации АП, необходимой для приема сигнала точного местоопределения. Длительность элемента кода _к1 = 1 мкс, а период повторения кода Т_п.к1 = 1 мс. Тактовая частота кода составляет 1,023 МГц. Сигнал формируется из двух М-последовательностей. Обе М-последовательности имеют одинаковые тактовую частоту и период. Код Голда получается в результате сложения этих последовательностей по модулю два (Ф). Из возможных 1025 различных сдвигов выбираются 37, дающих практически некоррелированные сигналы, которые и присваиваются в целях опознавания соответствующим спутникам.

Сигнал точного местоопределения PPS или точный код Р — недоступный для несанкционированного использования сигнал, предназначенный для точного измерения местоположения. Сигнал формируется из псевдослучай­ных последовательностей X\(t) и Xi(t), составленных из импульсов с длительностью т_К2 = 0,1 мкс. Тактовая частота кода равна 10,23 МГц, а период — около 267 сут. Сигнал каждого спутника представляет собой результат сложения по модулю двух последовательностей X1(t) и X2(t\ привязанных к одному и тому же моменту времени и отличающихся друг от друга на 37 элементов кода. Каждый отдельный спутник формирует свой отрезок полного периода кода длительностью 7 сут.

Служебная информация передается со скоростью 50 бит/с. Длительность элемента кода служебной информации равна 20 элементам кода стандартного местоопределения. Кадр служебной информации передается в течение 30 с и содержит 1500 бит данных, сгруппированных в пять строк, каждая из которых состоит из 10 слов. В начале строки передаются телеметрическая информация и ключевое слово, формируемое на борту спутника. Остальные восемь слов каждой строки считываются из блока памяти спутника, куда заносится информация, получаемая от наземных станций.

Код служебной информации D(t] накладывается на дальномерные коды путем сложения по модулю два.

Служебная информация, передаваемая каждым спутником, содержит: параметры для введения поправок на ионосферную рефракцию, используемые при приеме сигнала на одной частоте,информацию о «возрасте» данных, т. е. о времени, прошедшем с момента последней их коррекции; поправки к ЭВЧ спутника, необходимые для повышения точности местоопределения; сведения о эфемеридах данного спутника и состоянии работоспособности его аппаратуры. Этих данных достаточно для решения навигационной задачи после приема одного кадра служебной информации. Для ускорения вхождения в синхронизм по сигналу точного местоопределения требуется декодирование ключевого слова. В состав служебной информации включен также альманах, полное время передачи которого составляет 750 с, т. е. 25 кадров (в каждом из кадров передается только одна строка альманаха).

Сигнал системы «Глонасс»— ПШС с шириной спектра (по первым от несущей частоты минимумам спектраль­ной плотности) около ±5 МГц. Спут­ники работают на частотах 1597...1617 и 1240...1260 МГц. Несущие частоты НИСЗ разнесены примерно на 0,56 и 0,44 МГц (соответственно на первом и втором диапазонах).

Сигнал системы Navsatсодержит два дальномерных кода и служебную информацию. Ширина спектра ПШС около ±5 МГц.

Формат сигнала (см.рис. 10*) предусматривает выделение для передачи каждым НИСЗ интервала времени в 230,6 мс. Защитный интервал составляет 120 мс. Всего предполагается использовать девять спутников в каждом из полушарий Земли (шесть на эллиптических и три на геостационарных орбитах). Период повторения сигнала каждого из спутников 3,15 с. Каждый НИСЗ излучает сигнал, состоящий из трех составляющих: дальномерного кода (217,6 мс), несущей частоты (230,6 мс) и потока служебной информации (217,6 мс).

Несущая частота сигналов всех НИСЗ 1557 МГц. Эта составляющая специально вводится в спектр сигнала (при противофазной модуляции составляющая несущей частоты отсутствует) для обнаружения и захвата сигнала спутника по доплеровской частоте определения скорости потребителя и определения местоположения в упрощенной АП.

Дальномерные сигналы одинаковые для всех НИСЗ — код Манчестера с тактовой частотой 5 МГц. Число элементов кода 2¹⁹ —1. Код передается с помощью фазовой модуляции со значениями фазы, отличающимися от фазы сигнала несущей частоты на ±90°.

Служебная информация включает: код опознавания регионального центра, сигнал которого ретранслируется данным НИСЗ; орбитальные параметры; данные о которых действительны в течение нескольких суток; краткосрочный (на несколько часов) прогноз эфемерид спутника; модель ионосферной рефракции; поправку эталона времени НИСЗ и другие данные. Эта информация передается с помощью ортогональной относительно дальномерного сигнала фазокодовой модуляции. Передаваемое сообщение содержит около 700 бит информации, а для его передачи выделяется 70 бит в каждом интервале связи с данным спутником. Все сообщение может быть передано за 31,5 с (10 кадров).

Сигнал системы Geostarформируется на наземной станции и передается потребителю через НИСЗ. В системе предусмотрены две линии связи: запросная, по которой посылается сигнал на ЛА, и ответная, по которой ЛА посылает сигнал, содержащий необходимую информацию. Ширина спектра сигнала около ±8,25 МГц. Специальные коды обнаружения и коррекции ошибок обеспечивают погрешность не более 1 бита на 10⁸ битов.

Сигнал запроса представляет собой код Голда с тактовой частотой 8 МГц и несущей 2492 МГц (в канале «НИСЗ-АП»). Передаче дальномерного кода предшествует адресная посылка. Время для приема сигнала от 12 до 48 мс. Скорость передачи 64 кбит/с.

Сигнал ответа передается АП на несущей частоте 1618,25 МГц со ско­ростью 8...16 кбит/с и имеет длитель­ность 12...24 мс. Сигнал содержит ад­ресную посылку, соответствующую дан­ному ЛА, и кодированное значение барометрической высоты ЛА.

Дальномерный код Голда состоит из 64...512 элементов и известен потребителю. Логическая единица и логический нуль передаются с помощью фазовой манипуляции (см.рис.11*)

Сигнал системы Granas обладает специфическими свойствами, так как координаты спутника определяются на НИСЗ. Коды одинаковы для всех НИСЗ системы. Ширина спектра сигнала около ±4 МГц.

Формат сигнала (см.рис. 12*) предусматривает выделение каждому НИСЗ для передачи интервала в 120 мс. Защитный интервал 20 мс. При 10 спутниках в каждом полушарии Земли период повторения сигнала составляет 1,4 с. Каждый спутник излучает сигнал (см.рис.13*), состоящий из преамбулы и четырех слов данных, содержащих информацию о времени спутника и его координатах.

Несущие частоты всех спутников одинаковы. На основной частоте 1575 МГц передается полный навигационный сигнал. Вторая частота 1227 МГц модулируется только сигналом преамбулы и служит для коррекции ионосферных погрешностей.

Дальномерный код состоит из 127 элементов. Тактовая частота кода 4 Мбит/с. Код используется для бифазной модуляции обеих несущих частот.

Термины и определения

Альманах — совокупность данных, характеризующих эфемериды всех спутников системы.

Восходящий узел орбиты — точка, в которой спутник переходит из южного полушария в северное.

Конфигурация созвездия спутников — расположение спутников системы в пространстве, описываемое параметрами орбит и смещением спутников на орбитах.

Наклонение орбиты — двугранный угол между плоскостью орбиты и плоскостью экватора, отсчитываемый от плоскости экватора против хода часо­вой стрелки для наблюдателя, находящегося в точке восходящего узла.

Система радионавигационная спутниковая — система определения ПМЛА и скорости потребителя, основанная на использовании искусственных спутников Земли в качестве РНТ.

Угол зенитный — угол между вертикалью в месте наблюдения и направ­лением на спутник.

Эфемериды — значения координат искусственного спутника Земли в геоцентрической системе координат, рассчитанные для фиксированных моментов времени по результатам прогнозирования движения этого спутника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема внедрения спутниковых навигационных технологий в настоящее время весьма актуальна. При этом преследуется цель повышения экономического эффекта, повышения безопасности и обороноспособности государства, адаптации существующего оборудования под единое информационное обеспечение и разработка единых стандартов.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.А. Сосновский. Авиационная радионавигация. М., «Транспорт», 1990г

2. В.С.Шебшаевич. Сетевые спутниковыке радионавигационные системы. М., «Радио и связь», 1982.

3. А.В.Демьяненко. Проблемы и преспективы развития систем радионавигаци в государствах СНГ. Журнал «Мир авионики», №1, 2003.

СОДЕРЖАНИЕ

стр

ВВЕДЕНИЕ 3

1. НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ, ОСНОВНЫЕ ТТД 4

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ 6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16

ЛИТЕРАТУРА 17

Учебное пособие предназначено для студентов 3-го курса, обучающихся по ВУС-461300.

В настоящем учебном пособии рассмотрены общие сведения о спутниковых навигационных системах, состав, назначение, основные тактико-технические данные и принцип работы СНС.