Российская спутниковая навигационная система глонасс.

ГЛОНАСС – глобальная спутниковая навигационная система. В ее состав входит орбитальная группировка из 24 спутников, находящихся на круговых орбитах на высоте 19100км. Спутники расположены в трех орбитальных плоскостях, разнесенных на 120⁰, в каждой плоскости находиться по 8 НИСЗ, которые удалены друг от друга на 45⁰по широте. Период спутников 11ч45мин. Такое построение орбитальной группировки позволяет создать оптимальные условия для непрерывного и глобального обеспечения Земли радионавигационными сигналами. Это позволяет пользователю установить свои координаты с ошибкой в 20 метров и скорость с погрешностью 15 см/с.

Эта система прежде всего обеспечивает навигационной информацией различные транспортные средства: эта информация позволяет не только повысить безопасность полета и мореплавания, но и помогает управлять наземным транспортом, повышает оперативность грузоперевозок. Навигационная информация необходима при геодезических работах, составлении земельных кадастров, прокладки коммуникаций. Она необходима геологам при разработке нефтяных и газовых месторождений, в том числе и на прибрежных шельфах, с ее помощью удобно организовывать поисково-спасательные работы.

Система разработана по заказу и находится под управлением Министерства Обороны РФ (Космические войска) и имеет статус системы двойного (военного и гражданского) назначения. Определено также, что федеральными органами исполнительной власти, ответственными за ее использование, поддержание и развитие, являются Министерство обороны РФ и Федеральное космическое агентство.

Высокая устойчивость к помехам делает систему ГЛОНАСС самой надежной системой в мире, заглушить сигналы которой значительно труднее, нежели, например, сигналы GPS. Дело здесь в способе передачи и разделения сигналов. В отличии от американской системы навигации GPS, в которой разделение сигналов происходит по специальным кодам со спутников, но при этом все сигналы передаются на одной частоте. В ГЛОНАСС разделение происходит за счет передачи сигналов на разных частотах.

Основным разработчиком и создателем по системе в целом и по космическому сегменту являются НПО прикладной механики (г. Красноярск), а по НКА - ПО «Полет» (г. Омск).

Головным разработчиком радиотехнических комплексов (подсистем) является РНИИ КП; ответственным за создание временного комплекса, системы синхронизации и навигационной аппаратуры потребителей определен Российский институт радионавигации и времени (РИРВ). К созданию ГЛОНАСС в последующем были подключены и самостоятельно подключились также другие организации.

В ГЛОНАСС применяются навигационные космические аппараты на круговых геоцентрических орбитах с высотой ~19100 км над поверхностью Земли. В настоящий момент эксплуатируются космические аппараты ГЛОНАСС двух модификаций – собственно ГЛОНАСС и спутники модифицированной серии ГЛОНАСС-М.  Первый из них был запущен в декабре 2003 года. Обе эти модификации основаны на сходных проектно-конструкторских решениях и на общей космической платформе герметичного исполнения. Использование в бортовых эталонах времени и частоты навигационных космических аппаратов атомных стандартов частоты позволяет обеспечить в системе взаимную синхронизацию навигационных радиосигналов, излучаемых орбитальной группировкой.

Новое поколение спутников GLONASS-K также разрабатывается в НПО ПМ. Масса спутника GLONASS-K в 2 раза меньше, чем спутника GLONASS-M, а срок активного существования составит 10 лет.

Спутники GLONASS-К будут передавать 3 сигнала в интересах гражданских потребителей и будут передавать объединенный информационный пакет, который предоставить возможность оказания дополнительных услуг по спасению, поиску и связи в чрезвычайных ситуациях. Всего планируется заказать 27 спутников GLONASS-K. Некоторые сравнительные характеристики спутников ГЛОНАСС представлены в Таблице 2

Таблица 2.

Основные изменения свелись, прежде всего, к модификации антенно-фидерного устройства, увеличению проектного срока активного существования до 7 лет и введению второй навигационной частоты для гражданских пользователей. Для запуска этих аппаратов используется ракета-носитель «Протон - К».

Основные принципы работы системы ГЛОНАСС

 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 и/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 кеплеровских 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).