Основные принципы работы системы ГЛОНАСС - Исследование метода создания опорной геодезической сети с помощью спутниковой технологии
Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приемников ГЛОНАСС возможность определения:
- * горизонтальных координат с точностью 50-70 м (вероятность 99,7%); * вертикальных координат с точностью 70 м (вероятность 99,7%); * составляющих вектора скорости с точностью 15 см/с (вероятность 99,7%) * точного времени с точностью 0,7 мкс (вероятность 99,7 %).
Эти точности можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод навигации или дополнительные специальные методы измерений.
Сигнал ВТ предназначен, в основном, для потребителей МО РФ, и его несанкционированное использование не рекомендуется. Вопрос о предоставлении сигнала ВТ гражданским потребителям находится в стадии рассмотрения.
Для определения пространственных координат и точного времени требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приеме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приемник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения.
Одновременно с проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кепле-ровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения.
Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приемника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Координированного всемирного времени (UTC).
Радионавигационное поле
Навигационные радиосигналы, излучаемые штатными НКА, образуют радионавигационное поле в околоземном пространстве.
В СРНС ГЛОНАСС каждый штатный НКА излучает навигационные радиосигналы 1600 МГц и 1250 МГц в сторону Земли с помощью передающих антенн, рабочая часть диаграммы направленности (ДН) которых имеет ширину 2ф 0 =38° и "освещает" диск Земли с избытком до высоты ho над поверхностью.
Рабочую часть ДН можно представить в виде конусного радиолуча с углом 2ф 0 при вершине. Очевидно, что
БШф o=(ho+r)/(H+r),
Где r = 6400 километров -- радиус Земли; H = 19100 километров -- высота орбиты НКА.
Подставив ф 0=19°, получим h0 = 2000 километров.
При полной ОГ (24 штатных НКА) радионавигационное поле на высотах h < h0 = 2000 километров. непрерывно в пространстве, т. е. потребитель в любой точке этого пространства "освещается" радиолучами не менее чем от четырех НКА, образующих по отношению к нему удовлетворительное по геометрическому фактору созвездие для оперативного автономного определения координат и вектора скорости.
На высотах h > h0 радионавигационное поле становится дискретным в пространстве. Космические объекты на высотах h0 < h < H "освещены" радиолучами от необходимого для оперативной навигации созвездия (не менее четырех НКА, включая НКА ниже местного горизонта) не везде, а только при нахождении в определенных областях пространства.
Космические объекты на высотах h > H (например, на геостационарной орбите) будут "освещены" на некоторых участках своей орбиты радиолучом от одного или двух НКА (при полной ОГ), и НАП может не оперативно определить орбиту космического объекта на основе обработки результатов приема навигационных радиосигналов на "освещенных" участках орбиты.
Ограничимся рассмотрением непрерывного радионавигационного поля (h < h0). Основной характеристикой радионавигационного поля для наземного потребителя являются мощности навигационного радиосигнала от око-лозенитного и пригоризонтного НКА на выходе "стандартной" приемной антенны (без учета отражений от поверхности Земли):
P0 = P" <3(ф ) G0(P ) X 2/(4л: R)2,
Где Pn _ мощность излучения передатчика; G^ ) -- коэффициент направленности передающей антенны (с учетом потерь в АФУ) в направлении ф на приемную антенну; G0(P ) -- коэффициент направленности "стандартной" приемной антенны в направлении Р на передающую антенну; X -- длина волны несущего колебания радиосигнала; R -- дальность от приемной антенны до передающей антенны.
В системе ГЛОНАСС передающие антенны для навигационных радиосигналов на НКА имеют круговую правую поляризацию излучения.
Коэффициент направленности G^ ) передающих антенн в рабочем секторе направлений ф < 19° относительно оси антенны составляет:
Таблица №1
Ф, угл. град. |
0° |
15° |
19° |
Gfa ),дБ (1600 МГц) |
10 |
12 |
8 |
Gfa ),дБ (1250 МГц) |
9 |
11 |
9 |
В качестве "стандартной" приемной антенны удобно рассматривать изотропную приемную антенну с круговой поляризацией, G0(P ) = 1.
Дальность R от приемной антенны, размещенной на поверхности Земли, до околозенитного (Р = 90°) НКА составит
R = H = 19100 километров, до пригоризонтного (Р =5° ) НКА составит R = 24000 километров.
Бюджет мощности Р0 узкополосных навигационных радиосигналов на выходе "стандартной" приемной антенны:
Таблица №2
Длина волны |
1600 МГц |
1250 МГц | ||
1 |
2 |
3 | ||
Р, угл. град. |
О |
5° |
90° |
5° |
Рп, дБ Вт |
+ 1 5 ± 1 |
+ 9 ± 1 | ||
G(9 ), дБ |
+10 |
+12 |
+9 |
+11 |
(X/ 4 п R)2, дБ |
- 182 |
- 184 |
- 180 |
- 182 |
G0(P ), дБ |
0 |
0 | ||
Б Д ,0 Р0 |
- 157± 1 |
- 157± 1 |
- 162± 1 |
- 162± 1 |
Отметим, что мощность навигационного радиосигнала, принимаемого наземным потребителем с помощью изотропной антенны, одинакова для околозенитного и пригоризонтного НКА.
Рис. 4 Структура сигнала ГЛОНАСС
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.
Для навигационных радиосигналов ЦИ формируется на борту НКА на основе данных, передаваемых от НКУ системы на борт НКА с помощью радиотехнических средств. Передаваемая в навигационных радиосигналах ЦИ структурирована в виде строк, кадров и суперкадров.
В узкополосном навигационном радиосигнале 1600 МГц строка ЦИ имеет длительность 2 с. (вместе с МВ) и содержит 85 двоичных символов длительностью по 20 мс., передаваемых в относительном коде. Первый символ каждой строки является начальным ("холостым") для относительного кода. Последние восемь символов в каждой строке являются проверочными символами кода Хемминга, позволяющие исправлять одиночный ошибочный символ и обнаруживать два ошибочных символа в строке. Кадр содержит 15 строк (30 с.), суперкадр 5 кадров (2,5 мин.).
В составе каждого кадра передается полный объем оперативной ЦИ и часть альманаха системы. Полный альманах передается в пределах суперкадра.
Оперативная ЦИ в кадре относится к НКА, излучающему навигационный радиосигнал, и содержит:
- * признаки достоверности ЦИ в кадре; * время начала кадра tK; * эфемеридную информацию -- координаты и производные координат НКА в прямоугольной геоцентрической системе координат на момент времени t0; * частотно-временные поправки (ЧВП) на момент времени t0 в виде относительной поправки к несущей частоте навигационного радиосигнала и поправки к БШВ НКА; * время to.
Время t0, к которому "привязаны" ЭИ и ЧВП, кратны 30 мин от начала суток. Альманах системы содержит:
- * время, к которому относится альманах; * параметры орбиты, номер пары несущих частот и поправку к БШВ для каждого штатного НКА в ОГ (24 НКА); * поправку к ШВ системы относительно ШВ страны, погрешность поправки не более 1 мкс.
Альманах системы необходим в НАП для планирования сеанса навигации (выбор оптимального созвездия НКА) и для приема навигационных радиосигналов в системе (прогноз доплеровского сдвига несущей частоты). Оперативная ЦИ необходима в НАП в сеансе навигации, так как ЧВП вносятся в результаты измерений, а ЭИ используется при определении координат и вектора скорости потребителя.
В системе НАВСТАР ЦИ в узкополосных навигационных радиосигналах структурирована следующим образом: строка имеет длительность 6 с, кадр содержит 5 строк (30 с), суперкадр -- 25 кадров (12,5 мин).
Узкополосные навигационные радиосигналы в системе ГЛОНАСС обеспечивают более оперативный прием (обновление) альманаха за счет более короткой длительности суперкадров (2,5 мин) по сравнению с системой НАВСТАР (12,5 мин)
Похожие статьи
-
В состав системы входят: * созвездие ИСЗ (космический сегмент); * сеть наземных станций слежения и управления (сегмент управления); * собственно GPS -...
-
Основу системы составляет сеть ИСЗ (искусственные спутники земли) развернутых в около земной орбите и равномерно "покрывающих" всю земную поверхность....
-
Сложная структура сигнала, передаваемого от ИСЗ к приемнику, обусловила многообразие способов его обработки и наблюдений. Кодовые наблюдения реализуются...
-
Global Positioning System (GPS) Разработка системы глобального позиционирования GPS началась в декабре 1973 года Военно-Воздушными Силами США....
-
Введение - Исследование метода создания опорной геодезической сети с помощью спутниковой технологии
В геодезии и в земельном законодательстве Российской Федерации произошли большие и коренные изменения. Пришло время говорить в геодезии о новой...
-
МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ПЛАНОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ - Геодезическая сеть
Плановое положение пунктов геодезических сетей создают методами триангуляции, трилатерации, полигонометрии, а также другими методами, в частности, в...
-
Развитие государственных геодезических сетей
Развитие государственных геодезических сетей Н. А. Калачева, А. В. Ульянов В современном мире безопасность страны играет ключевую роль в сохранении ее...
-
Географічно-інформаційні системи
Географічно-інформаційні системи Євстаф'єв В. О. Географічно-інформаційні системи (ГІС) - це програмно-технічний комплекс, що забезпечує автоматизований...
-
Постановка задачи - Анализ системы уравнений Сен-Венана аналитическими и численными методами
Важной задачей гидравлики открытых потоков является построение и изучение математической модели движения жидкости, которая позволяет осуществить расчет и...
-
Длина запроектированного теодолитного хода ([s]) составляет 595,624 м. Число сторон в ходе 6. Длины сторон хода: Sp1 - T1 = 62,367 м; Т1 - Т2 = 102,663...
-
Сканеры: оптико-механические (сканирующее устройство - быстрокачающееся зеркало, которое, просматривая местность поперек движения носителя, посылает...
-
Назначение, виды и особенности построения опорных геодезических сетей Геодезический кадастр город населенный Согласно федеральному закону "О...
-
Исследование точности спутниковых определений по мере удаления от базовой станции
Исследование точности спутниковых определений по мере удаления от базовой станции Бурное развитие науки и техники в последние десятилетия позволили...
-
Измерение горизонтальных углов - Анализ геодезических работ при создании геодезического обоснования
В теодолитных ходах измеряют левые и правые по ходу горизонтальные углы. В разомкнутом ходе (см. рисунок) 30, 31, 55, 56 - исходные пункты, 1 - 6 -...
-
Введение - Анализ геодезических работ при создании геодезического обоснования
P Место прохождения инженерно - геодезической практики: остановка "платформа 383 км" P Цель работы : закрепление полученных знаний, приобретение...
-
Результатом любой топографической съемки является топографический план снимаемого участка местности, способ создания которого зависит от метода съемки....
-
Тахеометрические ходы прокладывают при создании планового и высотного съемочного обоснования для производства тахеометрической съемки. Они могут также...
-
Цель работы: Получение навыков работы с теодолитами. Освоить измерение горизонтальных углов теодолитом методом приемов. Приборы и оборудование на одну...
-
При нивелировании поверхности определяют высотное положение точек земной поверхности, то есть нивелирование поверхности является высотной съемкой....
-
Вначале проверяют все вычисления в полевом журнале. Затем строят схему теодолитного хода, на которую выписывают номера точек теодолитного хода, средние...
-
Понятие о прямой и обратной геодезической задаче Прямая задача: По координатам "Х" у одной точки по дирекционному углу и длине стороны вычисляют...
-
Выбор системы разработки Системой разработки называется определенный порядок ведения подготовительных, нарезных и очистных работ в их взаимоувязке во...
-
1. Построение на местности угла заданной величины С технической точностью, порядка 1 |: Для этого устанавливают теодолит в рабочее положение в вершине...
-
ГИС -- система технических и программных средств, технологического, организацион - но-методического и информационного обеспечения, предназначенная для...
-
Автоматизированные системы в кадастровых работах В настоящее время возникает необходимость создания автоматизированной системы для городского кадастра на...
-
Недалеко от проектируемого квартала 11-12-13-14 имеются исходные пункты полигонометрии - 111 -112 и 113 -114. Вынос в натуру поворотных точек квартала...
-
Городская полигонометрия является опорной геодезической сетью. В больших городах ее прокладывают между пунктами триангуляции, а в малых городах, где...
-
В процессе бурения скважин гидрогеологические наблюдения включают определение статических уровней, пластовых давлений, дебитов, отбор проб воды на...
-
Анализ точности создания геодезической основы при высотном строительстве
Введение Конструкции высотных зданий непрерывно совершенствуются и становятся все более разнообразными. Не менее специфичны и отдельные конструкции и...
-
Проектирование и оценка проекта теодолитного хода Для определения планового положения опознаков можно применять теодолитные хода. Теодолитные хода при...
-
Важнейшим способом сбора и обрабатывания информации о месторасположении объектов и рельефе территории, является методика в базе лазерной локации и...
-
Для сгущения государственной геодезической сети необходимо запроектировать плановую геодезическую сеть сгущения в виде двух отдельных полигонометрических...
-
Определение географических координат углов рамки трапеции листа топографической карты масштаба 1:25000 номенклатуры М-39-69-Б-б. 39-номер колонны М-13...
-
Поиск подземных коммуникаций включает фиксации минимума (максимума) напряженности магнитного поля. Поиск подземных коммуникаций рекомендуется выполнять в...
-
Геодезическая сеть - система закрепленных на земной поверхности точек - геодезических пунктов, положение которых определено в общей системе координат....
-
Аэроснимок рельеф аэроландшафт Аэрофотоаппарат (АФА) служит для получения аэрофотоснимков земной поверхности и представляет собой сложную фотографическую...
-
Подавляющее большинство веществ относятся либо к классу диамагнетиков (), либо к классу парамагнетиков (). Но ряд веществ (ферромагнетики), например...
-
Вибрационный измеритель плотности ВИП-328 - Геолого-технологические исследования в процессе бурения
Назначение ВИП предназначен для измерения плотности жидкости (в том числе, бурового раствора) и передачи результатов измерений в системы сбора ГТИ,...
-
Назначение и точность плановой геодезической основы Построение геодезической разбивочной основы для строительства следует производить методами...
-
Датчики ГТИ - Геолого-технологические исследования в процессе бурения
Для увеличения запасов и добычи нефти и газа необходим существенный рост темпов разведки новых нефтяных и газовых месторождений, повышение эффективности...
Основные принципы работы системы ГЛОНАСС - Исследование метода создания опорной геодезической сети с помощью спутниковой технологии