Материал: 2430

Рис. 10.11. Принцип работы системы OmniSTAR [48]

Точность позиционирования с коррекциейДOmniSTAR для коммерческих приемников высокого качества с вероятностью 95% со-

Результаты измерений на референцных станциях 2 через выделенные каналы передаются в центры сбора и управления 1. Эти центры принимают данные, контролируют их и передают на геостационарный спутник GEOS для трансляции в L-диапазоне на приемники потребителей 3 с целью получения оптимального решения путем взвешенной обработки данных референцных станций, причем веса являются функциями расстояний между потребителем и станциями. В результате множество коррекций по каждому спутнику заменяется

единственной оптимальной.

ставляет менее 1 м по плановым координатам и 2–2,5 м по высоте.

В настоящее время ра отает несколько ДПС аналогичного класса:

ц только нач нают разв ваться, и главной преградой на их пути являются законодательные ограничения точности.

10.3.3. Навигационные сигналы GPS, ГЛОНАСС и Galileo

Высокоточное решение навигационных задач предполагает синхронизацию хода часов в приемной аппаратуре и на спутниках, точное определение их положения в планетарной системе координат и

86

наличие измерительных спутниковых сигналов с точными радиотехническими параметрами.

Счет времени. Определение расстояния между движущимися со скоростью около 3,9 км/с спутниками и наземными пунктами вы-

полняется путем измерения времени прохождения радиосигнала между этими точками. Громадная скорость распространенияИсигнала

(около 300 000 км/с), требует точной синхронизации времени в спутниковых системах.

В связи с этим на главных станциях управления любой СНС устанавливает системное время, принимаемое за эталон и поддерживаемое высокоточным генератором шкалы времени на основе водородного

ется полиномами первой или второй степениД, коэффициенты которых передаются на спутники и в последующем включаются в навигационную информацию, поступающую в спутниковые приемники.

стандарта, нестабильность которого оценивается на уровне (1–5) 10-14.

На спутниках установлены генераторы частоты на основе цезиевого и рубидиевого стандарта с погрешностью хода порядка 1 10-13;

уход шкал времени спутниковАотносительно эталона аппроксимиру-

Время в системе GPS имеет собственную шкалу и обозначается в виде «N:S», гдебS – номер секунды в неделе, а N – номер недели в диапазоне от 0 до 1023, начиная с 0 часов 06.01.1980 г., увеличивающийся на единицу, когда S = 604 800; после N = 1023 счет недель

начинается с нуля.

волами UTC (USNO) ли UTC (GPST), передается в навигационном

Различиямежду шкалой координированного времени UTC (Universal Time Coordinated) временем GPS, которое обозначается сим-

сообщен .

СВремя в с стеме ГЛОНАСС устанавливается в соответствии с Государственным эталоном частоты и времени Российской Федера- ц . Оно сдв нуто относ тельно времени UTC на 3 ч, корректируется одновременно с н м обозначается UTC (SU); величина поправки указывается в навигационном сообщении. Счет времени выполняется с 00h00m00s 1 января последнего високосного года.

Координатное обеспечение. Для построения математической модели движения спутника используется общеземная (планетарная) система координат, в качестве которой могут использоваться геоцентрические системы ITRS (Terrestrial Reference System), ITRF (ITRS Terrestrial Reference Frame), WGS-84 (World Geodetic System, 1984), ПЗ-90.02.

87

Передаваемые со спутников навигационные сообщения содержат не координаты спутника и изменения вектора его скорости, а относительно медленно меняющиеся параметры некоторой модели, которая аппроксимирует траекторию полета космического аппарата на

В системе GPS используется общеземная система координат WGS-84 и Кеплеровская модель движения с оскулирующими элемен-

Потребителю навигационной информации передается положение центральной точки участка, параметры движения на соответствующий момент времени, а также параметры модели оскулирующих элементов и функций, аппроксимирующих изменения параметров модели во времени, как предшествующем узловомуАэлементу, так и следующем за ним.

В системе Глонасс для определения точного положения спутника используются общеземная система координат ПЗ-90.02 и дифференциальная модель движения, в которой координаты и составляющие вектора скорости спутникабопределяются численным интегрированием дифференциальных уравнений его движения, учитывающих конечное число действующих сил. Начальные условия интегрирования задаются на середину интервала аппроксимации.

моделиВ системе Galileo в качестве наземной опорной системы координат план руется спользовать систему GTRF, независимую от WGS-84 согласованную с ITRF. Описание этой системы, модели движения спутн ков на участке траектории и перечень параметров ее аппрокси-

мац в техн ческой л тературе не приводятся.

СигналыНав гац онные с гналы. Каждый спутник на строго опреде-

ленных частотах генер рует сигналы, в которые путем модуляции встра ваются дополн тельные данные, включающие измерительные коды и навигационные сообщения (свои эфемериды, данные о точности

часов, параметры ионосферной задержки, временные метки и

альманах). оответствующая обработка принятых спутниковым приемником сигналов позволяет вычислить положение фазового центра его антенны в нужной координатной системе.

передаются на близких и частично перекрывающихся участках частотного спектра и обозначаемых символами L, G и E, обозначающими принадлежность системе (рис. 10.12).

88

тельных кодов, навигационных сообщений и пр.) выполняется путем их м о д у л я ц и и, путем «переброски»Дфазы (метод ФМ) несущего

сигнала на 180 в моменты, когда бинарный код 0 встраиваемого сигнала изменяется на 1, на 0 или с 0 на 1. В приемной аппаратуре эта дополнительная информация выделяется из сигнала путем его д е м о -

89

Разделение сигналов выполняется одним из двух методов:

• частотный (метод FDMA, Frequency Division Multiple Access)

используется в системе ГЛОНАСС и предполагает установление для каждого спутника своей частоты;

• кодовый (метод CDMA, Code Division Multiple Access) ис-

пользуется в системах GPS и Galileo и позволяет выполнить разделение сигналов по встраиваемым в них псевдослучайным кодам.

В системе GPS все спутники передают навигационные сигналы на несущих частотах L1 – L5, сформированных путем умножения ос-

новной частоты эталонного генератора f0 = 10,23 МГц на константы:

дослучайными последовательностямиА(ДПСП, Pseudo Random Noice –

PRN), называемыми кодами C/A и P [42].

туется как грубый (Coarse Acquisition code) или гражданский (Civil Application), легко о наруживается спутниковым приемником и используется как для идентификации спутника, так и для измерения дальностейи. Он передается на частоте L1 циклами по 1023 бита (f = 1,023 МГц) с длиной тактовой волны

Код C/A, представляющийбсобой 10-разрядный код Голда, трак-

Т = c / f = 299 742 458 / (1,023 1 000 000) = 293,0 м,

Сгде c – скорость распространения радиоволн в вакууме.

Код P, представляющ й собой бинарную псевдослучайную последовательность, трактуется как «точный» (Precision) или «защищенный» (Protected), предназначен для военных приложений и передается на частотах L1 L2 с частотой 10,23 МГц, что соответствует длине тактовой волны 29,3 м. С помощью нелинейной функции W(t) он преобразуется в Y-код (режим A/S – AntiSpoofing). Каждому спутнику соответствует свой код P, сменяемый каждую неделю, который доступен только военным пользователям, хотя некоторые спутниковые приемники могут его принимать.

90