Сетевая радионавигационная спутниковая система GPS

Американская система GPS по своим функциональным возможностям аналогична отечественной системе Глонасс. Ее 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 Avionics & Communication Division [2].

 

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 табл. 1 [2] приведены краткие характеристики космических аппаратов, используемых в системе.

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.

 

Физические параметры радиосигналов СНС. Формирование кодовых последовательностей. Структура навигационных сообщений.

Структура навигационных радиосигналов системы Глонасс

 

 

В системе Глонасс используется частотное разделение сигналов (FDMA), излучаемых

каждым спутником — двух фазоманипулированных сигналов. Частота первого сигнала

лежит в диапазоне L1 = 1600 МГц, а частота второго — в диапазоне L2 = 1250 МГц.

Номинальные значения рабочих частот радиосигналов, передаваемых в диапазонах L1 и L2,

определяются выражением:

f_k1 = f₁ + k.Df₁

f_k2 = f₂ + k.Df₂ k = 0,1,...,24, (1)

где k = 0,1,...,24 — номера литеров (каналов) рабочих частот спутников;

f₁ = 1602 МГц; Df₁ = 9/16 = 0,5625 МГц;

f₂ = 1246 МГц; Df₂ = 7/16 = 0,4375 МГц.

Для каждого спутника рабочие частоты сигналов в диапазоне L1 и L2 когерентны

и формируются от одного эталона частоты. Отношение рабочих частот несущей каждого

спутника:

Df_k1/Df_k2= 7/9.

Номинальное значение частоты бортового генератора, с точки зрения наблюдателя,

находящегося на поверхности Земли, равно 5,0 MГц.

В диапазоне L1 каждый спутник системы Глонасс излучает 2 несущие на одной и той

же частоте, сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90° (рис. 5).

 

Рисунок 5. Векторная диаграмма несущих сигналов систем ГЛОНАСС и GPS

 

Одна из несущих подвергается фазовой манипуляции на 180°. Модулирующий сигнал

получают сложением по модулю 2 трех двоичных сигналов (рис. 6):

 

Рисунок 6. Структура сигнала ГЛОНАСС

 

 

 грубого дальномерного кода, передаваемого со скоростью 511 Кбит/с (рис. 6в);

 последовательности навигационных данных, передаваемых со скоростью 50 бит/с

(рис. 6а);

 меандрового колебания, передаваемого со скоростью 100 бит/с (рис. 6б).

Сигнал в диапазоне L1 (аналогичен C/A-коду в GPS) доступен для всех потребителей

в зоне видимости КА. Сигнал в диапазоне L2 предназначен для военных нужд, и его

структура не раскрывается.

 

Состав и структура навигационных сообщений спутников

Системы Глонасс

 

 

Навигационное сообщение формируется в виде непрерывно следующих строк, каждая длительностью 2 с. В первой части строки (интервал 1,7 с) передаются навигационные данные, а во второй (0,3 с) — Метка Времени. Она представляет собой укороченную псевдослучайную последовательность, состоящую из 30 символов с тактовой частотой 100 бит/с.

Навигационные сообщения спутников системы Глонасс необходимы потребителям для навигационных определений и планирования сеансов связи со спутниками. По своему содержанию навигационные сообщения делятся на оперативную и не оперативную информацию.Оперативная информация относится к спутнику, из сигнала которого она была получена. К оперативной информации относят:

 оцифровку меток времени;

 сдвиг шкалы времени спутника относительно шкалы системы;

 относительное отличие несущей частоты спутника от номинального значения;

 эфемеридная информация.

Время привязки эфемеридной информации и частотно-временные поправки,

имеющие получасовую кратность от начала суток, позволяют точно определять

географические координаты и скорость движения спутника.

Не оперативная информация содержит альманах, включающий:

 

 данные о состоянии всех спутников системы;

 сдвиг шкалы времени спутника относительно шкалы системы;

 параметры орбит всех спутников системы;

 поправку к шкале времени системы Глонасс.

Выбор оптимального “созвездия” КА и прогноза доплеровского сдвига несущей

частоты обеспечивается за счет анализа альманаха системы.

Навигационные сообщения спутников системы Глонасс структурированы в виде

суперкадров длительностью 2,5 мин. Суперкадр состоит из пяти кадров длительностью 30 с.

Каждый кадр содержит 15 строк длительностью 2 с. Из 2 с длительности строки последние

0,3 с занимает метка времени. Остальная часть строки содержит 85 символов цифровой

информации, передаваемых с частотой 50 Гц.

В составе каждого кадра передается полный объем оперативной информации и часть

альманаха системы. Полный альманах содержится во всем суперкадре. При этом

информация суперкадра, содержащаяся в строках 1—4, относится к тому спутнику,

с которого она поступает (оперативная часть), и не меняется в пределах суперкадра.