Спутниковые навигационные системы

После того, как в 2000 г. основной провайдер услуг GPS (Министерство обороны США) отказался от режима селективного доступа, точность определения координат возросла почти на порядок.

Для перечисленных систем характерно решение задачи определения координат по величине доплеровского сдвига частоты сигнала, излучаемого ИСЗ.

Измерять расстояния можно было бы одновременно до двух ИСЗ или последовательно во времени до одного и того же спутника.

На практике измерялась разность расстояний до одного и того же ИСЗ через 20-секундные интервалы времени.

В 1959 году на орбиту выведен первый навигационный искусственный спутник Земли

В состав спутниковой навигационной системы входил наземный комплекс управления (со средствами измерения и передачи на КА данных о его положении на орбите - «эфемеридной информации»).

К концу 1975 года на круговых околоземных орбитах (около 1000 км) находилось шесть навигационных космических аппаратов (КА),

Масса ИСЗ составляла 56 кг

Спутник излучал сигнал на двух частотах - 150 и 400 МГц

Полностью система введена в эксплуатацию в 1979 году.

Состоит из четырех космических аппаратов, выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км

С течением времени в результате модернизации системы СКП определения места объекта достигла 80-100 м.

Позже космические аппараты этой системы были дооснащены аппаратурой для обнаружения терпящих бедствие объектов, оборудованных радиобуями, излучающими специальные сигналы.

С разработкой в 1960 году атомных часов стало возможным использовать для целей навигации сеть точно синхронизированных передатчиков кодированных сигналов.

Но полностью система оказалась развернутой только в 1995 году.

Летные испытания среднеорбитальной отечественной навигационной системы начались в октябре 1982 года запуском спутника «Космос 1413».

Российские КА обладали меньшим временем функционирования на орбите, чем американские, поэтому в условиях слабого финансирования парк спутников системы ГЛОНАСС сократился до 10-12 единиц, притом, что минимально необходимое количество КА на орбите для надежного определения места объектов составляет 18 КА.

WAAS (Wide Area Augmentation System)

резервный диапазон λ = 20 - 31см

Основу СНС составляет сеть (созвездие) навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), выполняющих функцию опорных радионавигационных точек (РНТ), отношение которых измеряет навигационные параметры.

приёмное клиентское оборудование («спутниковых навигаторов»), используемое для определения координат.

На сегодняшний день самыми значительными являются следующие спутниковые навигационные системы:

Более известна под названием GPS.

Единственная полностью работающая спутниковая навигационная система.

ГЛОНАСС - находится на этапе развёртывания спутниковой группировки.

Принадлежит министерству обороны России.

Особенность - небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите.

 Изначально рассчитывали, что уже в 2010 году в рамках этой системы на средней околоземной орбите будут работать 30 спутников.

Ожидается, что полнофункциональное использование системы начнется не ранее 2020 года.

Сейчас она обеспечивает покрытие в границах Азии и Тихоокеанского региона, но, как ожидается, к 2020 году система станет глобальной.

Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приемник до начала измерений.

Каждый спутник передает в своем сигнале весь альманах.

Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем и, при дальнейшем приёме сигналов, вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала.

отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников;

Работа всех НИСЗ с высокой точностью синхронизирована с системой единого времени.

С тех пор, как первый GPS спутник был запущен в феврале 1978 г., было запущено более, чем 50 спутников.

Два крупнейших мировых производителей спутников LocheedMartin и Boeing должны предложить свои варианты построения GPS-III.

Первый спутник GPS-III запущен в 2012/2013, а новая спутниковая группировка заработает в новом составе в 2017/2018.

стоимость каждого спутника - 100-120 миллион долларов;

запуск двух спутников будет организован одной ракетой;

точность местоопределения составит 1 м без организации дополнительных мер

недостаток GPS системы, как уязвимость от внешнего воздействия будет устранен.

6 плоскостей по 4 спутника на каждой

3 орбитальные плоскости по 7 спутников

Ожидается, что GPS-III прослужит до 2030 г.

Спутники расположены в трех орбитальных плоскостях, разнесенных на 120°, в каждой плоскости находиться по 8 НИСЗ, которые удалены друг от друга на 45° по широте.

Период спутников 11 ч 45 мин.

Это позволяет пользователю установить свои координаты с ошибкой в 20 метров и скорость с погрешностью 15 см/с.

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.

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).

В ГЛОНАСС применяются навигационные космические аппараты на круговых геоцентрических орбитах с высотой ~19100 км над поверхностью Земли.

Масса спутника GLONASS-K в 2 раза меньше, чем спутника GLONASS-M, а срок активного существования составит 10 лет.