Определение координат спутников и дальности до них

Высокоточное определение места ВС возможно только при условии точного определения координат спутников на момент измерения дальностей до них. Рабочие орбиты спутников выбираются так, чтобы обеспечивалась высокая точность сохранения их параметров и периода обращения относительно центра Земли. Параметры, определяющие положение спутников на орбитах (эфемериды) определяются и уточняются с помощью наземного командно-измерительного комплекса (КИК). Информация об эфемеридах всех спутников в виде так называемого “альманаха” вводится в память компьютера потребителя. Таким образом, потребители обеспечиваются данными для вычисления координат спутников на любой момент времени. Возникающие изменения в параметрах движения спутников фиксируются на КИК и в виде эфемеридных поправок передаются на спутник. В сигналах, передаваемых спутником, содержится информация об эфемеридных поправках данного спутника. Данные об эфемеридах, содержащиеся в альманахе, и информация об эфемеридных поправках обеспечивают высокоточное определение координат спутников на борту потребителя (ВС). В основу определения дальности от спутника до потребителя положен метод высокоточного измерения времени прохождения радиосигналов от спутника до потребителя (ВС). Если в аппаратуре на борту известен момент излучения радиосигнала, то дальность D до спутника может быть определена по формуле:

D = c · t,

где c - скорость распространения радиоволн;

t - время прохождения радиосигнала от спутника до ВС

Для дальностей порядка D=20000 км и скорости с = 300000 км/сек, время прохождения сигнала t = 0,06 сек. Поэтому возникает необходимость измерения весьма малых промежутков времени с очень высокой точностью.

Аппаратура спутников и бортовых приемников синхронизирована с очень высокой точностью. И на спутниках, и на борту ВС генерируются одинаковые последовательности сложных цифровых кодов. Эти коды генерируются в одни и те же моменты времени, поэтому время прохождения сигнала от спутника до ВС определяется по задержке принятого кода Δ t (рис.54).

 

Рис. 54. Псевдослучайные коды, генерируемые в СНС

 

Генерируемые коды повторяются каждую микросекунду, т. е. через каждые 10^-6 сек.

Для высокоточного определения места ВС необходимо чтобы точность синхронизации эталонов времени на спутниках и в бортовой аппаратуре соответствовала точности измерения времени прохождения радиосигнала от спутника до ВС.

На спутниках устанавливаются атомные эталоны (их четыре) и, кроме того, они корректируются наземными станциями управления. На борту установлены сравнительно неточные кварцевые часы. Погрешность определения момента времени Δt в бортовом приемнике определяется по специальному алгоритму в процессе вычисления. Если предположить, что время прохождения радиосигнала измеряется точно (погрешность δt = 0), то погрешностей в измерения дальностей до пеленгуемых спутников не будет и линии положения будут пересекаться в одной токе (рис.55).

 

Рис. 55. Погрешность определения места ВС

 

В тех случаях, когда погрешность δt ≠ 0, то вычисленные линии положения будут отстоять от истинных на величину c·δt и образуют некоторую область возможного места ВС. Размеры этой области определяются величиной c·δt и углами пересечения линий положения.

Для определения положения ВС в пространстве необходимо одновременное пеленгование четырех спутников. Область возможного положения ВС будет иметь вид тетраэдра (четырехгранник, у которого все грани треугольники).

Таким образом, для высокоточного определения места ВС в реальном масштабе времени необходимо сочетание приемника (минимум четырехканального) и быстродействующего компьютера, вычисляющего погрешности бортового эталона времени δt и положение ВС в выбранной системе координат.