Системы навигации

Спутниковые навигационные системы (СНС) относятся к классу многопозиционных РНС(радионавигационных систем) и предназначены для определения пространственного место- положения и вектора скорости потребителей в пределах всей (или большей части) поверхности Земли (глобальные системы). Возможны также региональные СНС, обслуживающие ограниченные территории. Для авиационных целей представляют интерес СНС второго поколения, обеспечивающие непрерывное и практически мгновенное определение ПМЛА. Для СНС второго поколения выделены частоты 960 ... 1215 и 1535 ... 1660 МГц, а также резервные диапазоны 4200 ... 4400, 5000 ... 5250 и 15400 … 15700 МГц.

Основа СНС – сеть («созвездие») навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), выполняющих функцию опорных РНТ (радионавигационных точек), относительно которых измеряются НП (навигационные параметры). Конфигурация созвездия и число НИСЗ выбираются из условий получения требуемой зоны действия СНС, избыточного числа видимых спутников в точке приема (для выбора подходящего по геометрическому фактору рабочего созвездия), удобства управления системой и наименьшего влияния возмущающих движение спутников факторов. Высоты орбит наиболее известных СНС около 20000 км (период обращения спутника 12 ч). Для описания созвездий используют запись А × В × С, где А, В и С – число орбит, количество спутников на каждой орбите и период обращения спутника соответственно. Спутники служат источником навигационных сигналов и служебной информации. В некоторых системах НИСЗ используются в качестве ретрансляторов навигационных сигналов. Для снабжения спутников служебной информацией, контроля параметров орбит, состояния аппаратуры НИСЗ и управления системой предусматриваются наземные командно-измерительные комплексы (КИК). Местоположение потребителя определяется, как правило, его собственной аппаратурой, процессор которой позволяет в ряде СНС найти не только его, но и скорость потребителя; а также определить точное время.

Навигационные параметры СНС – обычно квазидальность и квазискорость, так как результаты их измерения включают неизвестный сдвиг ∆T шкалы времени потребителя относительно системного времени. Для определения НП требуется элементарное созвездие из четырех спутников, которое является основным рабочим звеном большинства СНС второго поколения.

Типы СНС (Navstar, Navsat, Geostar, Granas) отличаются конфигурацией созвездий, местом определения координат спутников, местом формирования навигационного сигнала, режимом работы АП (пассивный или активный в зависимости от отсутствия или наличия передатчика) и способом разделения сигналов НИСЗ. Системы второго поколения находятся на этапе разработки или ввода в эксплуатацию.

Система Navstar — разрабатывается в интересах Министерства обороны США. Предусматривается возможность использования системы гражданскими потребителями. Созвездие НИСЗ кроме 18 основных, включает три резервных спутника. Фазы спутников в соседних орбитальных плоскостях отличаются на 40°. Каждый НИСЗ будет проходить над одной и той же точкой земной поверхности один раз в звездные сутки (23 ч 55 мин 56,6 с). Сигналы НИСЗ отличаются видом кодирования с целью опознавания спутников и содержанием служебной информации. Работа всех НИСЗ с высокой точностью синхронизирована с системой единого времени.

Система «Глонасс» (глобальная навигационная спутниковая система) — отечественная СНС, основанная на принципах, близких к используемым в системе Navstar.

Система Navsat разрабатывается Европейским управлением космических исследовании для гражданской авиации стран ЕЭС. Главные особенности системы - специфическая конфигурация созвездия НИСЗ, использование спутников в качестве ретрансляторов навигационных сигналов, формируемых КИК, и применение разделения сигналов спутников во времени. Созвездие НИСЗ состоит из 12 спутников на шести эллиптических орбитах (две группы по три орбиты) с апогеем 39 105 км (над рабочей областью) и перигеем 1250 км. Рабочими считаются высоты спутников, превышающие 10 635 км. Кроме того, предполагается использовать шесть геостационарных спутников (высота орбиты 39 876 км), выполняющих одновременно функции спутников связи.

Система Geostar — peгиональная CHC, предложенная одноименной фирмой для гражданских потребителей США. В системе предполагается ис­пользовать дифференциальный режим и принцип «запрос-ответ».

Система Granas проектируется фирмой Lorenz (ФРГ) для гражданских целей. Система предусматривает измерение координат НИСЗ на самом спутнике и работает по принципу «запрос-ответ» с временным разделе­нием сигналов.