Современные ГНСС

  • Орбитальные группировки основных систем навигации
    • ГЛОНАСС
             Орбитальная группировка ГЛОНАСС состоит из 24 спутников, расположенных в трех плоскостях по 8 спутников в каждой и в каждой плоскости по одному резервному спутнику, параметров орбит (Н = 19100 км, i = 64,8°, е = 0). Система ГЛОНАСС позволяет обеспечить непрерывную глобальную навигацию всех типов потребителей с различным уровнем требований к качеству навигационного обеспечения путем использования сигналов стандартной и высокой точности с вероятностью 0,95 при 18 спутниках и 0,997 при 24 спутниках в группировке. Система ГЛОНАСС отнесена к космической технике двойного назначения.
    • GPS
             Система GPS – глобальная навигационная спутниковая система двойного применения. Орбитальная группировка системы включает 24 навигационных спутников, расположенных в шести орбитальных плоскостях по 4 спутника в плоскости, высота орбиты 20180 км, наклонение 550. Возможно увеличение количества спутников в каждой плоскости до 6.
        В настоящее время в составе орбитальной группировки GPS находится 30 навигационных спутников в штатном использовании.
    • Galileo
             Система Galileo – это европейская глобальная навигационная спутниковая система под гражданским управлением. Орбитальная группировка системы Galileo будет состоять из 27 навигационных спутников, расположенных в трех плоскостях на высоте около 24 тыс. км с наклонением орбит 550. Система Galileo будет совместима с системами GPS и ГЛОНАСС.
  • Космические аппараты
    • ГЛОНАСС
             Основу спутника "Глонасс-М" составляет цилиндрический гермоконтейнер диаметром 1,350 м, в котором размещаются служебные системы и специальная аппаратура. С выдвинутой (раскрытой) штангой магнитометра его длина составляет 7,840 м. На "нижнем" (в положении штатной ориентации) днище спутника смонтирована платформа с антенно-фидерным устройствами и панелью уголковых отражателей; на "верхнем"- топливные баки и штанга магнитометра. На боковой поверхности гермоконтейнера закреплены два привода системы одноосной ориентации солнечных батарей, два раскрывающихся на орбите радиатора системы терморегулирования, два блока двигателей и датчики ориентации. Питание всех подсистем производится от солнечных батарей, ширина которых в раскрытом виде составляет 7,230 м. Общая масса составляет 1415 (1487) кг. При этом масса конструкции равна всего 237 кг.
             В число систем спутника входят: бортовые навигационный передатчик (БНП), хронизатор (БХ) ("часы"), управляющий комплекс (БУК), средства заправки и обеспечения параметров среды в гермоконтейнере; системы ориентации и стабилизации (СО), коррекции, электропитания (СЭП), терморегулирования (СТР); элементы конструкции и кабельная сеть. Время активного существования на орбите составляет 3-5 лет.
    • GPS
           Система GPS последовательно базировалась и базируется на постоянно совершенствуемых навигационных космических аппаратах (НКА) Блок-I, Блок-II, Блок-IIА.
        В состав бортового оборудования спутника входят следующие подсистемы: синтезатор частот, блоки формирования и передатчики навигационных сигналов, средства синхронизации и временного обеспечения или бортовые "часы", бортовое вычислительное устройство в составе основной и двух резервных ЭВМ, подсистемы ориентации в процессе наведения и на орбите, телеметрии, приема команд и ретрансляции сигналов наземного комплекса управления, терморегулирования и электропитания. Антенная система в линии передачи данных использует конические и спирально-конические антенны. Для передачи навигационных сигналов используются фазированные антенные решетки из спиральных излучающих элементов.
             Опытный Блок-I был сконструирован так, чтобы обеспечивать нормальную работу по определению места в течение 3-4 дней без контакта с землей. Оперативные спутники получили наименование Блок-II, Блок-IIА, Блок-IIR.
             Блок-II должен был обеспечивать местоопределение без контакта с землей в течение 14 дней. Блок-IIА должен обеспечивать функционирование системы в течение 180 дней без контакта с землей. Повышение автономности работы достигается за счет прогнозирования и компенсации погрешностей координатно-временного обеспечения НКА на коротком и длительном интервалах работы, обеспечиваемых за счет записи большого количества данных в памяти бортового компьютера НКА. В первом случае, через 14 дней погрешности местоопределения могут достигать 425 м, во втором случае, через 180 дней СВО может достичь величины 10 км.
             Блок-IIR должен обеспечивать местоопределеиие без контакта с землей по крайней мере в течение 14 дней при работе совместно с НКА Блок-IIA и в течение минимум 180 дней с работающей системой автономной навигации при работе только спутников Блок-IIR.
        НКА Блок-IIF предназначены для замены НКА Блок-IIR, предполагают увеличение срока службы до 14 и более лет, а также совершенствование cтpуктуры сигнала и координатно-временного обеспечения НКА.
  • Наземные сегменты систем
           В состав наземного сегмента как GPS так и ГЛОНАСС системы входят космодром, командно-измерительный комплекс (КИК) и центр управления. Отличие заключается в том, что в ГЛОНАСС эфемеридная и частотно-временная информация поставляется на КА разными подсистемами наземного комплекса управления — в отличие от GPS, где все эти данные формируются в центре управления. Для вычисления частотно-временных поправок в системе ГЛОНАСС создана специальная подсистема частотно-временного обеспечения, включающая в себя центральный синхронизатор (на основе водородного атомного стандарта частоты) и две измерительные станции.
  • Различие сигналов
           В системе GPS предусмотрено применение двух различающихся кодированных сигналов: кода Р (precision – точный) и С/A (coarse acquisition – легко обнаруживаемый).
           Оба кода передаются на общей частоте f1 = 1575.42 МГц (длина волны λ1=19 см), но двумя несущими, сдвинутыми на λ/2 для удобства их разделения. Сигналы на частоте f1 обычно называют сигналами L1. Для передачи служебной информации применяется двоичный код D (Date – данные), которым модулируются обе несущие.
           Для повышения точности измерений применяется двухчастотный способ измерений. В связи с этим наряду с частотой f1 предусмотрена частота f2=1227.6 МГц (λ2=24.4 см), которая так же модулируется точным измерительным кодом Р, а также кодом служебной информации D. Сигналы на частоте f2 называют сигналами L2. В системе ГЛОНАСС также предусмотрено применение двух типов сигналов: сигнал высокой точности и сигнал стандартной точности, передаваемых на различных частотах. В отличие от системы GPS, реализующей кодовое разделение сигналов в системе ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов. Если в системе GPS используются две частоты передачи сигналов, то в системе ГЛОНАСС используются два диапазона частот. По аналогии с системой GPS диапазон частот сигнала стандартной точности называют диапазоном L1, а диапазон частот высокой точности – L2.
  • Навигационная аппаратура потребителя
    • ГЛОНАСС
             Сегмент потребителей включает приемники ГЛОНАСС и сообщество самих пользователей. Навигационная аппаратура потребителя (НАП) принимает сигналы ГЛОНАСС (практически все современные образцы НАП принимают также и сигналы системы GPS), обрабатывает их, измеряет и определяет радионавигационные параметры, вычисляет геоцентрические координаты Х, У, Z и на их основе - геодезические координаты и высоту над опорным эллипсоидом в системе координат ПЗ-90 (возможна также работа в системах WGS-84, СК-42, Гаусса-Крюгера и др.), поправку к местной шкале времени Т относительно системного времени ГЛОНАСС (GPS) и составляющие вектора скорости.
    • GPS
             Сегмент потpебителей включает приемники GPS и сообщество самих пользователей. Аппаратура потребителя принимает сигналы GPS, обрабатывает их, измеряет радионавигационные параметры и определяет на их основе координаты и составляющие скорости в ГСК и поправку к местной шкале времени ТGPS) относительно системного времени GPS и ее уход, а затем геодезические координаты и высоту над опорным эллипсоидом в системе координат WGS-84 и составляющие вектора скорости. Возможно также определение координат в какой-либо иной системе (Меркатора, Гаусса-Крюгера н т.д.).
  • Состояние систем в настоящий момент
  • Перспективы систем
    • ГЛОНАСС
             В целях развития системы ГЛОНАСС утверждена федеральная целевая программа "Глобальная навигационная система". Она предусматривает создание глобального навигационного поля для определения координат объектов с высокой степенью точности и достоверности, внедрение спутниковых навигационных технологий в информационные контуры управления движением, повышение уровня безопасности в дорожно-транспортном комплексе страны, значительное снижение эксплуатационных расходов, отказ в перспективе от использования традиционных наземных навигационных радиотехнических средств.
    • GPS
      •      Для развития системы GPS предусмотрена следующая программа:
        Повышается точность гражданского навигационного сигнала (снимается сигнальный селективный доступ;
        Планируется создание новых навигационных спутников с повышенными тактико-техническими характеристиками;
        Прорабатываются технические возможности реализации пространственного селективного доступа, которой позволит реализовать, по желанию США, навигационное обеспечение с пониженной точностью в любом районе Земного шара, либо совсем исключить этот район из зоны обслуживания системы GPS;
        Проводится активная работа по разработке стандартов на систему GPS и принятия их в качестве международных;
    • GALILEO
             Введение системы Galileo в эксплуатацию планируется в 2012 году. Основными направлениями работ данного проекта являются разработка орбитальной группировки, её развёртывание и построение наземного сегмента.
  • Система BEIDOU