Назначение, состав и общая характеристика системы спутниковой навигации ГЛОНАСС

Оглавление

		Введение	2

		Глава 1. Аналитическая часть ВКР	4

1.1 Назначение системы дистанционного зондирования	4

1.2 Технические средства обеспечения управления полетом	15

1.3 Назначение, состав и общая характеристика системы спутниковой навигации ГЛОНАСС	27

1.4 Принципы навигационных определений с использованием космических навигационных систем	36

		Глава 2. Проектное обоснование навигационного комплекса	41

2.1. Состав технических средств навигационной системы наземного комплекса управления	41

2.2 Выбор и обоснование технических параметров системы.	49

2.3.Резервная типовая технология навигационно-баллистического обеспечения	54

2.4 Сравнительная характеристика бортовой навигационной подсистемы управления с аналогами.	58

		Заключение	62

		Список литературы	63

		Приложения	65





					


Введение

	Навигационное обеспечение полёта осуществляется для эффективного решения целевой задачи космическим аппаратом (КА) либо космической системой. Основными показателями качества функционирования системы навигационного обеспечения управления КА дистанционного зондирования Земли являются точность и оперативность, которые задаются с учётом целевого назначения и особенностей работы целевой оптико-электронной аппаратуры.  

	Актуальность темы выпускной работы заключается в необходимости обеспечения эффективности работы систем дистанционного зондирования Земли за счет применения современных технологий оперативного  определения параметров движения центра масс КА .

	Новизна работы заключается в разработке системы навигационного обеспечения полёта космических аппаратов дистанционного зондирования Земли с применением средневысотных космических навигационных систем и однопунктного  наземного комплекса управления КА.

	Практическая значимость работы заключается в возможности использования разработанных материалов при создании перспективных систем навигационного обеспечения космических аппаратов дистанционного зондирования Земли.

	Цель работы – обеспечение требуемых точностных показателей и оперативности решения навигационных задач управления КА дистанционного зондирования Земли. 

	В соответствии с указанной целью в процессе разработки выпускной работы решаются следующие задачи:

провести анализ использования средств космических навигационных систем «Глонасс» и GPS в системе навигационного обеспечения  полета низкоорбитальных КА дистанционного зондирования Земли;

выбрать состав средств навигационной системы в составе наземного комплекса управления КА ДЗЗ;

исследовать технологию навигационного обеспечения полета КА с помощью космических навигационных систем;

обосновать технические параметры бортового и наземного контуров системы.












Глава 1. Анализ систем дистанционного зондирования Земли

1.1 Назначение системы дистанционного зондирования

Первый снимок поверхности Земли был получен в 1945 г. при помощи фотоаппарата, установленного на баллистической ракете – FAU2 американского ракетного полигона White Sands. После достижения ракетой высоты  120 км, фотоаппарат был возвращен на Землю в специальной капсуле. Начиная с 1945 г. и до конца 50-х годов  съемка земной поверхности осуществлялась с помощью баллистических ракет и зондов, достигающих высот до 200 км, с установленной на них фотоаппаратурой. Первое апреля 1960 г., когда состоялся запуск американского метеорологического спутника «Tiros-1», можно считать началом постоянного обзора поверхности Земли из космоса. Двадцать пятого июня 1966 г. на орбиту был выведен первый отечественный космический аппарат аналогичного назначения - «Космос-122».

С 1945 г. до настоящего времени область применения спутниковых систем дистанционного зондирования Земли  значительно возросла. Задачи оперативного спутникового контроля природных ресурсов, исследования динамики протекания природных процессов и явлений, анализа причин, прогнозирование возможных последствий и выбор способов предупреждения чрезвычайных ситуаций являются на сoвременном этапе неотъемлемым атрибутом методологии сбора информации о сoстоянии интересующей территории, необходимой для принятия правильных и своевременных управленческих решений. Oсобая роль отводится спутниковой информации в геоинформационных системах, где результаты дистанционного зондирования поверхности Земли из космоса являются регулярно обновляемым источником данных, необходимых для формирования природоресурсных  кадастров и других приложений, охватывая весьма широкий спектр масштабов (от 1:10000 до 1:10000000). При этом информация ДЗЗ позволяет оперативно оценивать достоверность и, в случае необходимости, проводить обновление использующихся графических слоев (карт дорожной сети, коммуникаций и т.п.) а также может быть использована в качестве растровой «подложки» в целом ряде ГИС-приложений, без которых немыслима современная хозяйственная деятельность. В Государственной космической программе РФ, первая редакция которой разработана в 1992 г.,  задано развитие национальной комплексной системы мониторинга окружающей среды и природопользования с возможностью ее дальнейшей интеграции с аналогичными зарубежными системами.

Возможности спутниковых систем ДЗЗ растут соответственно предъявляемым им требованиям. Многократно возросло число действующих космических аппаратов, расширились информационные возможности аппаратуры дистанционного зондирования, установленной на них. Так же   увеличилась оперативность доставки информации конечным пользователям. Широкое распространение получили относительно недорогие и компактные «персональные станции приема информации со спутников», коренным образом изменились возможности аппаратных и программных средств обработки поступающих данных, на базе систем спутникового мониторинга создаются распределенные, глобальные, национальные и ведомственные геоинформационные сети.

Эффективное применение спутниковых данных на практике предполагает использование потенциальными потребителями информационных возможностей космических систем ДЗЗ с учётом особенностей их построения и функционирования. 

Система получения и распространения данных ДЗЗ основывается на применении пяти основных аппаратно-программных средств:

съемочная аппаратура;

аппаратура дистанционного зондирования;

аппаратура навигационного обеспечения космического аппарата;

бортовые средства передачи данных на Землю по радиоканалу;

наземные комплексы приема информации, ее обработки и предоставления потребителям.

Для эффективного выполнения целевой задачи в спутниковых системах  дистанционного зондирования Земли должна использоваться высокоточную аппаратура оперативного навигационного обеспечения полета космического аппарата.

Навигация является основой для управления космическим аппаратом. В решении навигационных задач определяющее значение имеет бортовая аппаратура навигационных измерений и бортовой программный комплекс навигационных определений. В первую очередь это связано с тем, что имеются сложности при обеспечении навигации космических аппаратов сетью наземных станций траекторных измерений. Сеть наземных станций траекторных измерений России размещена на большой, но ограниченной территории и не может в полном объеме обеспечить проведение  измерений в любой точке орбиты, в которой  космические аппараты дистанционного зондирования Земли проводит наблюдение. Требуется прогнозировать движение КА на продолжительных интервалах полёта, что сопровождается нарастающими погрешностями пространственной привязки результатов наблюдений. Сократить интервалы прогнозирования движения КА за счёт увеличения числа  наземных станций траекторных измерения на ограниченной территории страны бесперспективно. Кроме того, поддержание, развитие и эксплуатация наземных станций составляет значительную часть стоимости космических проектов. В тоже время применение космических навигационных систем Глонасс и GPS, ориентированных на наземного пользователя, для навигационного обеспечения космических аппаратов, открывает широкие возможности построения эффективных по показателям точности и оперативности бортовых систем навигации. Это определяет актуальность  разработки средств, методов и  технологий построения и применения  бортовых навигационных систем на основе использования навигационно-временных полей КНС для широкого класса космических аппаратов.

Космические аппараты Российской космической системы дистанционного зондирования Земли

Российская космическая система дистанционного зондирования Земли предназначена для информационного обеспечения решения широкого спектра задач в интересах различных сфер хозяйственной деятельности государства.

Орбитальная группировка космических аппаратов  ДЗЗ состоит из КА типов  «Ресурс-ДК1», «Ресурс-П», «Метеор-М», «Электро-Л», «Канопус-В».

КА типа «Ресурс-ДК1» (рис 1.1) предназначен для панхроматической (ПХ) и мультиспектральной (МС) съёмки поверхности Земли с разрешением около 1 метра. Он обеспечивает оперативное получение высокоинформативных изображений в интересах рационального природопользования и хозяйственной деятельности; топографического и тематического картографирования, составления кадастров природных ресурсов; контроля чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера; поставки снимков российским и зарубежным пользователям, в том числе на коммерческой основе; для выполнения научных исследований. Производительность КА «Ресурс-ДК1» составляет около 80 тыс. кв. километров ПХ и МС съемки поверхности Земли в сутки.

Наряду с основной целевой задачей КА «Ресурс-ДК1» выполняет функции орбитальной платформы-носителя инструментальных средств для проведения фундаментальных научных исследований.

Космический аппарат «Метеор-М» (рис.1.2) обеспечивает получение мультиспектральных изображений поверхности Земли (включая радиолокационные) и количественное измерение покидающего Землю излучения в различных диапазонах спектра; получение гелиофизической информации о процессах на Солнце и в околоземном пространстве; сбор и передачу данных от автоматических измерительных платформ различных типов (наземных и дрейфующих), размещаемых в любых (включая полярные) районах Земли. 



Рис.1.1. Ресурс-ДК1



Рис. 1.2. Метеор-М

 КА «Электро-Л»(рис.1.3) на геостационарной орбите предназначен для сбора и ретрансляции метеоинформации. 

                               

Рис.1.3. Электро-Л

Космический комплекс на базе КА «Электро» должен обеспечивать потребителей Росгидромета и соответствующие службы Вооружённых Сил Российской Федерации оперативной гидрометеорологической и гелиофизической информацией, а также использоваться для мониторинга изменений климата. 

Космический аппарат «Канопус-В»(рис.1.4)  входит в состав космического комплекса оперативного мониторинга техногенных и природных чрезвычайных ситуаций в целях решения задач мониторинга техногенных и природных чрезвычайных ситуаций, в том числе стихийных гидрометеорологических явлений; картографирования; обнаружения очагов лесных пожаров, крупных выбросов загрязняющих веществ в природную среду; мониторинга сельскохозяйственной деятельности, водных и прибрежных ресурсов; землепользования; высокооперативного наблюдения заданных районов земной поверхности.



Рис.1.4. Канопус-В

Космический аппарат «Канопус-В» обеспечивает съемку поверхности Земли в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения;  хранение и передачу полученных данных по радиоканалам на наземный комплекс планирования приема, регистрации, обработки и распространения информации.

Космическая информация, получаемая при помощи орбитальной группировки отечественных космических аппаратов  дистанционного зондирования Земли, используется для решения задач федеральных органов исполнительной власти и субъектов Российской Федерации. 

Современный и перспективный уровень аппаратных средств ДЗЗ включает:

оптико-электронную аппаратуру высокого пространственного разрешения (менее 0,5 метров) с большой полосой захвата на местности (до 40 км);

аппаратуру, работающую в ИК диапазонах спектра (0,9 - 2,7 мкм; 3 - 5 мкм и 8 - 12 мкм);

гиперспектральную аппаратуру (до 1000 спектральных каналов);

радиолокаторы (длины волн излучения 3 см; 20 см и 70 см);

средства передачи целевой информации (со скоростями до 2 Гбит/с);

бортовые системы хранения информации (ёмкостью более 1 Тбайт), средств бортового сжатия и обработки информации. 

Реализация мероприятий ФКП-2015 в части космических средств ДЗЗ позволит обеспечить потребности социально-экономической сферы и науки в результатах наблюдений Земли из космоса на необходимом уровне. В ФКП предусмотрено на рубеже 2015 года иметь на орбите группировку в составе 12 - 15 КА ДЗЗ.

Одним из наиболее значимых факторов, которые определяют высокую эффективность орбитальной группировки космических аппаратов Российской космической системы дистанционного зондирования Земли, является высокоточное определение текущих параметров движения центра масс КА бортовой системой спутниковой навигации. Допустимые погрешности определения пространственных координат КА ДЗЗ составляют менее 20 м в плане и 10 м по высоте.

Для дистанционного зондирования Земли обычно используют два основных типа орбит космических аппаратов:

геостационарные;

околополярные.

Если геостационарные космические аппараты постоянно обеспечивают обзор одной и той же части планеты, сохраняя неизменное положение относительно определенной точки на экваторе, то полярноорбитальные космические аппараты, находясь на орбите, плоскость которой примерно перпендикулярна плоскости земного экватора, через определенный период времени, продолжительность которого зависит от ширины полосы обзора космического аппарата, оказываются над заданным районом наблюдения. Особое значение среди околополярных имеют солнечно-синхронные орбиты. 

Солнечно-синхронная орбита представляет собой геоцентрическую орбиту с такими параметрами, что объект, находящийся на такой орбите, проходит над любой точкой земной поверхности приблизительно в одно и то же местное солнечное время. Таким образом, угол освещения земной поверхности будет приблизительно одинаковым на всех проходах спутника. Такие постоянные условия освещения очень хорошо подходят для спутников, получающих изображения земной поверхности (в том числе спутников дистанционного зондирования земли, метеоспутников). Однако, присутствуют годовые колебания солнечного времени, вызванные эллиптичностью земной орбиты. Солнечно-синхронная орбита представлена на рисунке 1.5.



Рис. 1.5. - Солнечно-синхронная орбита

Параметры орбиты выбираются таким образом, чтобы орбита прецессировала в восточном направлении на 360 градусов в год (приблизительно на 1 градус в день), компенсируя вращение Земли вокруг Солнца. Прецессия происходит за счёт взаимодействия спутника с Землёй, несферичной из-за полярного сжатия. Скорость прецессии зависит от наклонения орбиты (график необходимого наклонения орбиты ИСЗ, чтобы она была солнечно-синхронной представлен на рисунке 1.6). Нужной скорости прецессии можно достичь лишь для определённого диапазона высот орбит (как правило, выбираются значения 600-800 км, с периодами 96-100 мин.), необходимое наклонение для упомянутого диапазона высот около 98°. Для орбит с большими высотами требуются весьма большие значения наклонения, из-за чего в зону посещений спутника перестают попадать полярные области.



Рисунок 1.6. -График необходимого наклонения орбиты ИСЗ, чтобы она была солнечно-синхронной ( h-перигейное расстояние, e-эксцентриситет орбиты КА).



Данный тип орбит может иметь различные вариации. Например, возможны солнечно-синхронные орбиты с большим эксцентриситетом. В этом случае солнечное время прохода будет зафиксировано только для одной точки орбиты (как правило, перигея).

Период обращения выбирается в соответствии с необходимым периодом повторных проходов над одной и той же точкой поверхности. Хотя спутник на круговой солнечно-синхронной орбите пересекает экватор в одно и то же местное время, это происходит в разных точках экватора (на разной долготе) из-за того, что Земля поворачивается на некоторый угол между проходами спутника. Предположим, период обращения составляет 96 мин. Это значение нацело делит солнечные сутки на пятнадцать. Таким образом, за сутки спутник пройдёт над пятнадцатью разными точками экватора, через сутки, вернувшись к первой точке. Подбирая более сложные (нецелые) отношения, можно увеличить число посещаемых точек за счёт увеличения периода посещения одной и той же точки.

Специальным случаем солнечно-синхронной орбиты является орбита, на которой посещение экватора происходит в полдень/полночь, а также орбита, лежащая в плоскости терминатора, то есть в полосе закатов и восходов. Последний вариант не имеет смысла для спутников, осуществляющих оптическую фотосъёмку, но хорош для радарных спутников, так как обеспечивает отсутствие участков орбиты, на которых спутник попадает в тень Земли. Таким образом, на такой орбите солнечные батареи спутника постоянно освещаются Солнцем.

Синхронно-солнечные орбиты,  в частности, исключительно удобны для ведения метеорологических наблюдений. Метеорологические системы с космическими аппаратами на низких солнечно-синхронных орбитах обеспечивают решение задач мониторинга облачного покрова Земли и других погодных явлений в видимом и инфракрасном диапазонах спектра; измерения вертикального профиля температуры поверхности моря; получения информации о состоянии околоземного космического пространства; регулярного сбора информации с платформ геофизического мониторинга окружающей среды.



1.2 Технические средства обеспечения управления полетом

Типовой состав навигационных задач представлен на рис 1.7.

Полет космического аппарата с позиций решения им целевых задач будет успешным, если будут известны параметры его движения на всех участках орбиты. От того, какой является траектория полета и какая точность необходима, зависит выбор метода навигации и состава аппаратуры.





Навигация КА 

Расчёт навигационных данных для служб управления и целевых систем

Прогноз параметров движения КА



Измерение навигационных параметров КА

Определение параметров фактической орбиты по измерениям

















      

Рис.1.7. Типовые задачи навигации космического аппарата



Навигационные системы разделяются на автономные, неавтономные и  комплексные. 

Автономные бортовые навигационные системы могут применяться в любом месте околосолнечного пространства и в космосе. Они являются основными и практически единственными при дальних межпланетных и космических полетах. К ним относятся:

инерциальные системы, основанные на измерении ускорений и их интегрировании во времени с целью получения скорости и координат;

астрономические системы, позволяющие получать координаты местонахождения, скорость и время полета путем измерения угловых размеров небесных тел и направлений на них, а также величину доплеровских смещений в спектрах излучения звезд и планет;

астро-инерциальные системы, сочетающие функции инерциальных и астрономических систем;

системы, основанные на использовании энергии электромагнитного излучения Солнца и других планет. 

К автономным могут относиться и бортовые навигационные  системы, основанные на  использовании навигационно-временного поля космических навигационных систем типа Глонасс/GPS. КА, разрабатываемые в России, Китае, Индии, США, Франции, Германии и Европейском космическом агентстве, оснащаются системами автономной навигации, основанными на использовании космических навигационных систем.

Неавтономные навигационные системы используют внешнюю навигационную информацию, получаемую от наземных радиотехнических, оптических и других систем. Они в основном применяются для управления и контроля параметров движения КА на активном участке взлета и при орбитальном полете в пределах солнечного пространства. С помощью этих систем измеряются угловые положения и расстояния от КА до радиотехнических и оптических станций, а также скорости движения летательных аппаратов.

К неавтономным системам навигации относятся радиотехнические и оптические (лазерные)  угломерно-дальномерные системы. 

В состав комплексных систем входят как автономные, так и неавтономные средства навигации.

Автономная навигационная система позволяет повысить точность и оперативность по сравнению с навигационной системой наземного комплекса управления и сократить затраты на навигационное обеспечение полета космического аппаратах. В настоящее время актуальной является  задача применения технологии систем спутниковой навигации в бортовых автономных навигационных системах околоземных космических аппаратах различного назначения. КА, разрабатываемые в США, Франции, Германии и Европейском космическом агентстве, оснащаются системами автономной навигации, основанными на использовании спутниковых навигационных систем.

Автономная навигационная система КА ДЗЗ должна решать следующие функциональные задачи:

проведение навигационных измерений по радионавигационным сигналам космических навигационных систем и получение текущих навигационных определений параметров движения центра масс космического аппарата;

уточнение параметров движения центра масс космического аппарата по результатам статистической обработки выборки текущих навигационных определений параметров движении  центра масс космического аппарата;

обновление параметров движения центра масс космического аппарата для потребителей в бортовом комплексе управления;

формирование и накопление навигационной и контрольной информации для передачи в наземный комплекс управления.

 При создании бортовой навигационной системы КА ДЗЗ на основе КНС Глонасс/GPS, включённой в бортовой комплекс управления , навигационная система наземного комплекса управления становится вспомогательной, предназначенной для  периодического контроля решения задач навигационной системой бортового комплекса и обеспечению навигационными данными наземных служб с использованием параметров орбиты, получаемой с борта КА. Промежуточным этапом может служить расчёт в НКУ параметров коррекций поддержания заданных параметров орбиты ДЗЗ КА, выполняемым с использованием параметров орбиты, получаемой с борта КА. Хотя использование бортовой навигационной системы КА ДЗЗ на основе КНС Глонасс/GPS коренным образом снижает нагрузку навигационной системы НКУ, она должна иметь возможность дублирования всех задач навигационного обеспечения полёта КА, решаемых на борту в штатном режиме навигационного обеспечения. Кроме того, навигационная система НКУ  дополнительно должна обеспечивать  решение следующих навигационных задач:

- установки начальных значений периода, эксцентриситета, наклонения орбиты КА ДЗЗ;

- обеспечения навигационными данными расчёта коррекций поддержания орбиты;

-калибровки бортовой двигательной установки по данным о результатах проведенных коррекций орбиты;

- обеспечение управления уводом КА с рабочей  орбиты;

- расчета целеуказаний для наведения наземных и бортовых антенн;

- моделирования результатов ИТНП; 

- отображения приема ИТНП и оперативной оценки их качества;

-задачи априорной и апостериорной оценки точности навигации;

-задачи отображения результатов расчетов на средствах индивидуального и коллективного пользования и пр.

Основным источником навигационных измерений в бортовой навигационной системе служит навигационная аппаратура потребителя КНС.

         Структура и функции бортовой навигационной системы

Структура и состав бортовой навигационной аппаратуры представлены на рисунке 1.8.















Антенное устройство

Устройство усилительное

Блок навигационных модулей

интерфейсный модуль

модуль процессорный

модуль приемно-вычислительный













Рис. 1.8 –Структура бортовой НАП

Аппаратура потребителя КНС состоит из антенного устройства, усилительного устройства и блока навигационных модулей. Антенное устройство устанавливается на специальном кронштейне на верхней поверхности гермоотсека космического аппарата, блок усилительного устройства устанавливается снаружи гермоотсека ниже антенного устройства, блок навигационных модулей устанавливается на приборной платформе. Пример расположения аппаратуры спутниковой навигации на борту КА представлен на рисунке 1.9, где:

УА – устройство антенное;

УУ – усилительное устройство;

БНМ – блок навигационных модулей





Рисунок 1.9- Расположения аппаратуры спутниковой навигации на борту КА



Антенное устройство имеет конусную конструкцию и обеспечивает прием радиосигналов спутниковых навигационных систем «Глонасс» и GPS из верхней полусферы относительного направления на центр Земли. Пример антенного устройства представлен на рисунке 1.10. Усилительное устройство представляет собой малошумящий усилитель, обеспечивающий предварительное усиление и частотную селекцию принятых антенным устройством радиосигналов спутниковых навигационных систем и передачу их в блок навигационных модулей. Пример усилительного устройства представлен на рисунке 1.11. Блок навигационных модулей включает в себя: модуль приемно-вычислительный, модуль процессорный и интерфейсный модуль. Пример  блока навигационных модулей представлен  на рисунках 1.12.





Рисунок 1.10 – Устройство антенное





Рисунок 1.11– Устройство усилительное







Рисунок 1.12 – Блок навигационных модулей



Приемно-вычислительный модуль обеспечивает в реальном времени поиск сигналов радиовидимых навигационных спутников, прием и обработку этих сигналов, определение навигационных параметров и формирование импульсного сигнала секундной метки. Для уменьшения величины ошибок навигационных определений в системе реализованы измерения радионавигационных параметров по дальномерному коду и по фазу несущей частоты. Данные сформированных навигационных измерений передаются из приемно-вычислительного модуля в процессорный модуль по внутреннему последовательному интерфейсу. Процессорный модуль в реальном времени производит обработку данных измерений, направленную на их фильтрацию, осуществляет прогнозирование орбиты на заданные моменты времени, расчет параметров движения центра масс и передачу этой информации в бортовой комплекс управления космическим аппаратом.







Функциональная схема бортовой навигационной системы показана на рисунке 1.13

 

Рисунок 1.13- Функциональная схема бортовой навигационной системы



	Система состоит из следующих блоков:

управляющего;

взаимодействия с приемником;

расчета целеуказаний;

управления поиском сигнала;

управления базой эфемерид;

управления базой измерений;

расчета вектора состояния НКА;

расчета вектора состояния КА;

определения по короткой дуге (одномоментно);

построения нормальных мест;

управления базой нормальных мест;

определения по большой дуге (на мерном интервале).

	В системе циркулирует следующая информация:

начальные условия;

эфемериды НКА;

измерения;

нормальные места.

Эфемериды НКА, измерения и нормальные места используются на протяженном интервале времени. Поэтому для их хранения предусмотрены соответствующие базы данных.

Управляющая часть выполняет следующие функции:

управление коррекцией шкалы времени приемника;

управление сменой НУ для расчета целеуказаний;

включение при необходимости блока поиска сигнала;

установка режима работы блока определения по короткой дуге;

включение блока определения по большой дуге.

Блок взаимодействия с приемником обеспечивает прием поступающих из приемника эфемеридных сообщений, альманахов, измерений псевдоскорости и псевдодальности спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, а также передачу приемнику целеуказаний, обеспечивающих прием сигналов от навигационных спутников.

Блок расчета целеуказаний планирует работу приемника, назначая навигационным спутникам каналы приемника для приема сигналов от них. При этом он определяет видимые на текущий момент навигационные спутники. Если в зоне видимости появился новый навигационный спутник, то ему назначается новый канал приемника. Для каналов приемника, которым поставлены в соответствие навигационные спутники, выполняется расчет прогнозируемого значения псевдоскорости, скорости изменения псевдоскорости (ускорения) и диапазона разбросов ошибок прогноза.

Блок управления поиском сигнала включается в работу по команде управляющего блока в том случае, если целеуказания не позволяют принимать сигналы навигационных спутников. Этот блок обеспечивает сканирование диапазона частот сигналов навигационных спутников с учетом априорных знаний об орбите КА.

Блок управления базой эфемерид сохраняет эфемеридные данные навигационных спутников на интервале времени, в течение которого они могут потребоваться в задаче определения параметров движения.

Блок управления базой измерений сохраняет измерения на интервале времени, который необходим для определения параметров движения блоку определения по короткой дуге. Величина этого интервала зависит от типа орбиты и должна быть достаточной для определения параметров движения только по измерениям псевдоскорости с точностью, необходимой для раскрытия неоднозначности измерений псевдодальности.

Блок расчета вектора состояния НКА обеспечивает расчет векторов состояния навигационных спутников по алгоритмам интерфейсных документов навигационных систем с использованием эфемеридных данных.

Блок расчета вектора состояния КА использует начальные условия, содержащие момент времени и вектор состояния. Блок обеспечивает расчет вектора состояния и матрицы частных производных этого вектора по начальному вектору на заданное время.

Блок определения по короткой дуге, обрабатывая измерения псевдоскорости и псевдодальности, получает оценку вектора состояния на момент последнего измерения, оценку сдвига временной шкалы приемника относительно шкалы времени навигационной системы, а также нормальные места измерений скорости и дальности, которые используются в дальнейшем блоком определения по большой дуге.

Блок определения по короткой дуге может работать на любой комбинации исходных и разностных измерений.

Режим работы блока определяет управляющий блок. Дополнительной управляющей информацией является:

количество итераций при определении;

использование или не использование вектора состояния, полученного на предыдущем интервале обработки, в качестве априорной информации.

После получения оценки вектора состояния и определения временного сдвига между шкалами производится коррекция временной шкалы приемника. Коррекция временной шкалы происходит по специальной команде, передаваемой из системы определения параметров движения в приемник. Т.к. для получения оценки используются измерения, сделанные в разные моменты времени, необходимо обеспечить учет всех сдвигов шкалы времени приемника. Это можно обеспечить, если учитывать все коррекции шкалы времени приемника. Приемник не корректирует свою шкалу времени без команды.

В качестве априорной информации для временного сдвига шкалы можно использовать временную метку, полученную от одного из навигационных спутников. Это возможно, т.к. время регистрации измерения по шкале времени навигационной системы должно отличаться от момента, соответствующего секундной метке плюс время распространения сигнала, на небольшую величину, определяемую необходимостью одновременной регистрации сигналов, поступающих от разных навигационных спутников. Так как время распространения сигнала от навигационного КА до КА потребителя заведомо меньше одной секунды, то можно считать, что априорное знание сдвига временной шкалы приемника не хуже одной секунды.

Блок построения нормальных мест формирует нормальные места измерений взаимной дальности и скорости между КА и навигационными спутниками, используя оценки значений служебных параметров. Среднеквадратические отклонения нормальных мест вычисляются с учетом точности определения служебных параметров. Типы нормальных мест соответствуют типам измерений.

Блок управления базой нормальных мест обеспечивает сохранение нормальных мест на интервале длительность, которая необходима задаче определения параметров движения по большой дуге.

Блок определения по «большой дуге» обеспечивает определение параметров движения по нормальным местам на протяженной мерной базе. Наряду с кинематическими параметрами движения этот блок может уточнять баллистический коэффициент и коэффициент давления солнечной радиации.



 1.3 Назначение, состав и общая характеристика системы спутниковой навигации ГЛОНАСС

Бортовая навигационная система КА дистанционного зондирования  Земли используют навигационно - временное поле средневысотных  космических навигационных систем типа Глонасс,GPS,Галилео. В перспективе при принятие соответствующих международных соглашений  возможно совместное использование и других национальных КНС.

Система Глонасс предназначена для глобальной оперативной навигации приземных подвижных объектов: наземных (сухопутных, морских, воздушных) и низкоорбитальных космических. Термин «глобальная оперативная навигация» означает, что подвижной объект оснащены навигационной аппаратурой потребителя, может в любом месте приземного пространства в любой момент времени определить или уточнить параметры своего движения.(рис.1.14).

Система разработана по заказу Министерства Обороны. По своей структуре Глонасс считается системой двойного действия и может использоваться как в военных, так и в гражданских целях. 

Система в целом включает в себя три функциональных сегмента:

космический сегмент, в который входит орбитальная группировка навигационных космических аппаратов;

сегмент управления - наземный комплекс управления (НКУ) орбитальной группировкой космических аппаратов;

аппаратура пользователей системы.



1.14. Схема системы ГЛОНАСС

Система Глонасс является беззапросной, поэтому количество потребителей системы не имеет значения. Помимо основной функции — навигационных определений, — система позволяет производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов частоты и времени на удаленных наземных объектах и взаимную геодезическую привязку. Кроме того, с ее помощью можно производить определение ориентации объекта на основе измерений, производимых от четырех приемников сигналов навигационных спутников.







Таблица 1.1

Характеристика системы 

Тип спутника

GLONASS

GLONASS-M

GLONASS-K

Первый запуск

1982

2003

2007

Дата вывода из эксплуатации

2006

2013

2022

Число сигналов для гражданского использования

1

2

3

Масса, кг

1415

1415

750

Мощность батарей, Вт

1000

1600

1270

Срок активного существования, лет

3-4.5

7.5

10-12

Точность местоопределения с вероятностью 95%

60 м

30 м

5-8 м



В системе Глонасс в качестве радионавигационной опорной станции используются навигационные космические аппараты (НКА), вращающиеся по круговой геостационарной орбите на высоте 19100 км. Космический сегмент системы Глонасс представлен на рисунке 1.15. Период обращения НКА .......................