Реферат: Глонасс

.


Спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС

Октябрь 1982 г. - запущен первый навигационный спутник «Космос-1413»

1995 г - завершено развертывание системы запуском 24-го спутника – навигационного космического аппарата (НКА).
Параметры орбит
Три орбитальные плоскости, разнесенные на 120º. Высота круговых орбит -19100 км. Наклонение орбит – 64.8º. Узлы положения НКА в каждой плоскости разнесены на 45º.

Номинальный период обращения НКА – 11 ч. 15 мин. 44 с.
СОСТОЯНИЕ орбитальной группировки ГЛОНАСС на 22 марта 2011 г.
№ пл.

№ точки

№ лит.

НКУ

Дата запуска

Дата ввода
в систему

Дата вывода
из системы

Факт. сущ
(мес.)

I

1

01

730

14.12.09

30.01.10

 

15.2

2

-4

728

25.12.08

20.01.09

 

26.9

3

 

727

25.12.08

17.01.09

08.09.10

26.9

 

 

 

 

 

 

 

5

01

734

14.12.09

10.01.10

 

15.2

6

-4

733

14.12.09

24.01.10

 

15.2

7

05

712

26.12.04

07.10.05

 

74.9

8

06

729

25.12.08

12.02.09

 

26.9

II

9

-2

736

02.09.10

04.10.10

 

6.6

10

-7

717

25.12.06

03.04.07

 

50.9

11

00

723

25.12.07

22.01.08

 

38.9

12

-1

737

02.09.10

12.10.10

 

6.6

13

-2

721

25.12.07

08.02.08

 

38.9

14

-7

722

25.12.07

25.01.08

 

38.9

-6

715

25.12.06

03.04.07

24.10.10

50.9

15

00

716

25.12.06

12.10.07

 

50.9

16

-1

738

02.09.10

11.10.10

 

6.6

III

17

04

714

25.12.05

31.08.06

 

62.9

 

718

26.10.07

04.12.07

29.11.10

40.9

18

-3

724

25.09.08

26.10.08

 

29.9

19

03

720

26.10.07

25.11.07

 

40.9

20

02

719

26.10.07

27.11.07

 

40.9

21

04

725

25.09.08

05.11.08

 

29.9

22

-3

731

02.03.10

28.03.10

 

12.7

 

726

25.09.08

13.11.08

31.08.09

29.9

23

03

732

02.03.10

28.03.10

 

12.7

24

02

735

02.03.10

28.03.10

 

12.7






Навигационные сигналы


Диапазон L1. f1,k = f1,0 + kf1 ; f1,0 = 1602 МГц, f1 = 0.5625 МГц, k = 1,2,…12

Диапазон L2. f2,k = f2,0 + kf1 ; f2,0 = 1246 МГц, f1 = 0.4375 МГц, f1,k/f2,k = 9/7.


Сигнал L1 – двухкомпонентный: синфазная компонента – узкополосный (F =1.022 МГц), квадратурная компонента – широкополосный (F =10.22 МГц).

Сигнал L2 – однокомпонентный: только широкополосная компонента (в НКА второй модификации будет добавлена узкополосная компонента).




^ Узкополосный радиосигнал L1 есть сумма по модулю 2 трех сигналов:

1) псевдослучайная М-последовательность дальномерного кода длиной 511 дискрет, соответствующая характеристическому полиному Gд(x)=1+x5+x9, передаваемая со скоростью 511 кбит/с (период дискретизации – 1 мс) - код низкой точности

2) цифровая информация (ЦИ) – навигационное сообщение, передаваемая со скоростью 50 бит/с, состоящее из 85 двоичных символов общей продолжительностью 1.7 с

3) меандр, используемый для символьной синхронизации, с частотой 100 бит/с.

^ Метки времени (МВ) – М-последовательности длиной 30 дискрет длительностью 10 мс с характеристическим полиномом Gд(x)=1+x3+x5. Длительность МВ – 10 мс ×30 = 0.3 с. С помощью МВ осуществляется строчная и символьная синхронизация ЦИ.

^ Широкополосный радиосигнал L1 – сумма по модуля 2 М-последовательности с очень большим периодом и частотой следования дискрет 5.11 МГц – дальномерный код высокой точности – и цифровой навигационной информации.

^ Широкополосный радиосигнал L2 – сигнал, промодулированный такой же М-последо­ва­тельностью без добавления ЦИ.

Узкополосный сигнал – открытый и предназначен для гражданских потребителей. Широкополосный сигнал предназначен для санкционированных потребителей. Параметры его кодирования являются закрытой информацией

Диаграмма направленности передатчика НКА направлена вертикально вниз, имеет ширину 38º и захватывает всю поверхность полушария Земли и приземное пространство высотой до 2000 км. Номинальная мощность навигационного радиосигнала, принимаемого наземным потребителем на всенаправленную антенну составляет от - 57 до - 161 дБВт .


^ Навигационное сообщение


ЦИ формируется на основе данных, передаваемых на борт НКА наземным комплексом управления (НКУ), и состоит из строк, кадров и суперкадров.

Строка ЦИ состоит из 85 символов общей длительностью 2 с, передаваемых в относитель­ном двоичном коде. Последние 8 символов – проверочные, позволяющие испра­вить одиночный ошибочный символ и обнаружить две ошибки в строке. Кадр состоит из 15 строк (30 с), суперкадр – 5 кадров (2.5 мин).

В составе каждого кадра передается полный объем оперативной информации и часть альманаха. Полный альманах передается в пределах суперкадра.

Оперативная информация содержит: 1) признаки достоверности ЦИ в кадре, 2) время начала кадра tk, 3) эфемеридную информацию (ЭИ) – координаты и производные координат НКА в прямоугольной геоцентрической системе координат на момент времени t0, 4) частотно-временные поправки на момент времени t0 (поправки к несущей частоте радиосигнала и бортовой шкале времени – БШВ). Время t0 привязки ЭИ и БШВ кратно 30 мин с начала суток.

Альманах системы содержит информацию о всех штатных НКА орбитальной группи­ровки­: 1) время последнего обновления альманаха, 2) параметры орбит каждого НКА, 3) номер пары несущих частот и поправки к несущей частоте, 4) поправки к БШВ каждого НКА. Альманах необходим для планирования сеанса навигации (выбора наиболее подходящего созвездия НКА и определения доплеровских поправок к несущей частоте для ускорения поиска и захвата сигнала).


Наземный комплекс управления




НКУ обеспечивает: 1) эфемеридное и частотно-временное обеспечение НКА, 2) мониторинг радионавигационного поля, 3) радиотелеметрический мониторинг НКА, 4) командное и программное управление функционированием НКА.


Принципы определения координат потребителя


По временным задержкам дальномерных псевдошумовых сигналов Ti определяется время распространения радиосигнала от i-го НКА до потребителя и рассчитываются псевдодальности (ПД) Di = cTi. Предварительно проводится компенсация тропосферных и ионосферных ошибок. Тропосферная поправка находится по формуле:

DTi = 8.8 cosec(i), где I – угол возвышения (угол места) i-го НКА.

Компенсация ионосферной ошибки в двухчастотной (L1 и L2) дальномерной аппаратуре осуществляется на основе зависимости этой ошибки от квадрата несущей частоты:

DИi = k/f2, где k – коэффициент пропорциональности.

Тогда уточненное значение псевдодальности

,

где  = (f2 / f1)2 = (7/9)2, f1, f2 – частоты диапазонов L1 и L2, D1 и D2 – ПД, измеренные на этих частотах.

Определенные таким образом псевдодальности могут быть записаны в виде

,

где (X, Y, Z) – прямоугольные координаты определяющегося объекта в геоцентриче­ской системе координат, (Xi, Yi, Zi) – такие же координаты i-го НКА (определяются из навигационного сообщения);

T’ – расхождение шкал времени НКА и потребителя (одинаковое для всех НКА),

Di – погрешности определения псевдодальностей.


Для определения X, Y, Z и T’ решается система как минимум из 4-х уравнений

, i = 1,2,..N

N – количество НКА, участвующих в измерениях.

Обычно в поле видимости потребителя находится от 5 до 8 НКА. При решении системы из N>4 уравнений c 4-я неизвестными используется итеративный метод взвешенных наименьших квадратов

,

где k = (X, Y, Z, T), Dизм = (D1,… DN) – вектор измеренных псевдодальностей,

H – матрица составленная из частных производных , R – ковариационная матрица ошибок измерения, учитывающая неравноточность некоторых измерений.

Для перехода от прямоугольных геоцентрических координат X, Y, Z к геодезическим координатам В- широта, L – долгота, h – высота над поверхностью эллипсоида Земли необходимо решить нелинейную систему уравнений




X = (N + h) cosB cos L,

Y = (N + h) cosB sinL,

Z = [(1 - 2) N + n] sinB,


где N = a (1 - 2 sin2B)-1/2, 2 = 2 - a,

a = 6378245 м - большая ось эллипсоида,

 = 1/298.3 – относительное сжатие Земли.


Точностные характеристики ГЛОНАСС








^ Спутниковая радионавигационная система GPS


Первые 4 НКА Блок-I запущены в 1978 г. К 1995 г. система полностью развернута. В настоящее время в системе 29-30 НКА Блок II-A, Блок II-R и Блок II-M
^ Параметры орбит
Шесть орбитальных плоскостей A, B,… F, разнесенных на 60º. Высота круговых орбит -20180 км. Наклонение орбит – 55º. Номинальный период обращения НКА – 12 ч.


№ пл.

№ точки

ПСП

Номер NORAD

Тип НКА

Дата запуска

Дата ввода в систему

Дата вывода из системы

A

1

9

22700

II-A

26.06.93

20.07.93

 

2

25

21890

II-A

23.02.92

24.03.92

 

3

8

25030

II-A

06.11.97

18.12.97

 

4

27

22108

II-A

09.09.92

30.09.92

 






















 

 

 

 

 

 

 

7

31

29486

IIR-M

25.09.06

13.10.06

 

B

1

16

27663

II-R

29.01.03

18.02.03

 

2

30

24320

II-A

12.09.96

01.10.96

 

3

28

26407

II-R

16.07.00

17.08.00

 

4

5

22779

II-A

30.08.93

28.09.93

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

1

6

23027

II-A

10.03.94

28.03.94

 

2

3

23833

II-A

28.03.96

09.04.96

 

3

19

28190

II-R

20.03.04

05.04.04

 

4

17

28874

IIR-M

26.09.05

13.11.05

 

5

7

22657

II-A

13.05.93

12.06.93

 

 

 

 

 

 

 

 

D

1

24

21552

II-A

04.07.91

30.08.91

 

2

11

25933

II-R

07.10.99

03.01.00

 

3

21

27704

II-R

31.03.03

12.04.03

 

4

4

22877

II-A

26.10.93

22.11.93

 

5

15

20830

II

01.10.90

15.10.90

21.08.06

 

 

 

 

 

 

 

7

2

28474

II-R

06.11.04

22.11.04

 

E

1

20

26360

II-R

11.05.00

01.06.00

 

2

22

28129

II-R

21.12.03

12.01.04

 

3

10

23953

II-A

16.07.96

15.08.96

 

4

18

26690

II-R

30.01.01

15.02.01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

1

14

26605

II-R

10.11.00

10.12.00

 

2

26

22014

II-A

07.07.92

23.07.92

 

3

13

24876

II-R

23.07.97

31.01.98

 

4

23

28362

II-R

23.06.04

09.07.04

 

5

29

22275

II-A

18.12.92

05.01.93

 

6

1

22231

II-A

22.11.92

11.12.92

 



Навигационные сигналы


Сигнал L1 - двухкомпонентный (две квадратурных фазоманипулированных состав­ляющих) на несущей 1575.42 МГц. Первая компонента – дальномерный P-код, сложенный по модулю 2 с информационным сигналом. Вторая – сумма по модулю 2 дальномерного C/A-кода и информационного сигнала.

^ Сигнал L2 - однокомпонентный на несущей 1227.6 МГц, промодулирован суммой P кода или C/A-кода с информационной последовательностью

C/A-код (Clear или Coarse/Acquisition) – легкий (грубый) захват – ПСП длиной 1023 дискрета, частота передачи – 1.023 МГц, период 1 мс.

P–код - Precise code – дальномерный код высокой точности, куски длиной 7 суток из ПСП с периодом 267 суток, частота передачи 10.23 МГц.

P(Y) – закрытый код для военного применения, будет использоваться вместо P-кода в особых ситуациях.

Для сигнала C/A предусмотрен режим селективного доступа Selective Availability (S/A), в котором для гражданских потребителей вводятся случайные ошибки, снижающие точность местоопределения до 100 м.

Все НКА излучают сигналы на одной и той же паре несущих частот, но используют свой собственный код модуляции, обеспечивающий надежное разделение сигналов разных НКА.







*) и **) – представляют данные из разных источников








GDOP - Geometric Dilution Of Precision - геометрический фактор снижения точности
HDOP - Horizontal Dilution Of Precision – горизонтальный (геометрический) фактор снижения точности