Сегмент пользователей

Сегмент управления

Сегмент управления GPS состоит из пяти контрольных станций (КС) и трех наземных антенн, обслуживающих линию связи "вверх". Для слежения за всеми видимыми спутниками и накопления данных о расстоянии, получаемых по сигналам спутников, на КС используются приемники GPS. Информация от КС обрабатывается на главной станции управления (ГСУ), где определяется состояние эталонов времени (часов) спутников, состояние и характеристики орбит, а также обновляется навигационная информация каждого спутника. Эта информация от ГСУ через наземные антенны передается на спутники.

Сегмент управления GLONASS состоит из ГСУ, а также контролирующих и загрузочных станций и осуществляет контроль за спутниками, выполняет управляющие функции и определяет навигационные данные, которыми модулируются закодированные спутниковые навигационные сигналы. Данные о результатах измерений, выполненные на контролирующих станциях, обрабатываются на ГСУ и используются для вычисления навигационных данных, которые передаются на спутники через загрузочные станции.

Синхронизация эталонов времени на спутниках обеспечивается ГСУ путем передачи параметров коррекции часов.

Сегмент пользователей состоит из антенн и приемников-процессоров, которые осуществляют прием сигналов и навигационные расчеты для получения информации о местоположении и точном времени.

В июне 1999года Европейским сообществом принято решение о создании глобальнойнавигационной спутниковой системы “ Galileo”.Космический сегмент системы будет состоять из 32 спутников, три из которых являются резервными. Спутники будут располагаться на трех орбитах высотой порядка 23600 км, с наклоном к экватору около 55⁰. Кроме среднеорбитальных спутников предполагается запустить девять геостационарных спутников. Система разрабатывается в интересах гражданских пользователей, она дополнит GNSS, и будет иметь ряд отличий и преимуществ по сравнению с GPS.

Проектируемая точность определения МС в горизонтальной плоскости не более 10 м, в вертикальной плоскости не более 4 м (при гарантированной вероятности 95%). С учетом локальных дополнений точность определения местоположения планируется не хуже 0,5 м.

Аналогичные разработки ведутся в Китае (система Компас) и в Индии (система)

3. Принципы функционирования СНС. [4,5,6]

В основу определения позиции ВС (любого потребителя GPS) положен принцип измерения дальностей до навигационных спутников. Высокоточное определение места ВС возможно только при условии точного определения координат спутников на момент измерения дальностей до них.

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.

Определение дальности от спутника до потребителя осуществляется путем 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.59).

Рис. 59. 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.60).

Рис. 60. 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.