Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС-М

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС-М

Обеспечение навигационной информацией и сигналами точного времени военных и гражданских наземных, морских, воздушных и космических потребителей.

С 1996 года по предложению Правительства Российской Федерации Международная организация гражданской авиации и Международная морская организации используют систему ГЛОНАСС вместе с системой GPS (США) в качестве международных.

Характеристики:

Зона обслуживания Глобально по поверхности Земли в воздушном и околоземном космическом пространстве.

Возможность использования В любой момент, независимо от времени суток, года и метеоусловий.

Точность навигационных определений (вероятность 0,95):

в стандартном режиме:

— по плановым координатам  20 м.

— по высоте  30 м.

— по скорости 5 м/с.

— по времени привязки к Госэталону 0,7 мкс.

в дифференциальном режиме от 0,1 м до 5 м.

Доступность 99,64%.

Количество КА в орбитальной группировке 24 (по 8 КА в трех плоскостях).

Орбита круговая.

— высота 19 140 км.

— наклонение 64,8.

Частотный диапазон  1,6 ГГц.

— частота L1  1,2 ГГц.

Гарантированный срок функционирования КА 7 лет.

Средства выведения:

— одиночный запуск с к. Плесецк РН «Союз-2 «и РБ «Фрегат «.

— групповой запуск (3 КА) с к. Байконур РН «Протон «и РБ «Бриз-М «.

6. Система Глобального Позиционирования (GPS).

Global Positioning System (GPS) — спутниковая система определения местонахождения подвижных объектов.

Система GPS создана министерством обороны США и позволяет с точностью до 20 м определять в любой точке земного шара место нахождения неподвижного либо движущегося объекта на земле, в воздухе и на море в трех измерениях с очень высокой точностью. Более того, GPS сообщает скорость передвижения объекта. Эта система позволяет оснастить речные и морские суда, автомобили, самолеты электронными картами, на которых показывается место нахождения объекта и кратчайший (либо наиболее удобный) путь к пункту назначения. GPS используется также для составления географических карт и в задачах геодезии. Система широко используется и гражданскими абонентами.

Система создана в спутниковой сети, образованной спутниками связи, вращающимися вокруг земли по высоким орбитам. В 1995 г. сеть имела 24 спутника. Для вхождения в GPS каждый абонент должен иметь небольшое устройство. Последнее в бытовом варианте имеет размер, равный портсигару, что позволяет носить его в кармане костюма. Устройство с высокой точностью показывает три координаты объекта, находящегося в любой точке планеты. Одним из важнейших компонентов устройства являются атомные часы, способные измерять время с точностью до наносекунды. Сигналы устройства синхронизируются с приемо-передатчиками спутников связи.

5.1 GPS в деталях.

Кроме высокой точности измерения координат своего местоположения и скорости различных подвижных объектов, а также определения времени, важными ее достоинствами являются непрерывность выдачи информации, всепогодность и скрытность.

Сигналы, несущие навигационную информацию, излучаются на двух частотах: 1575,45 МГц (L1) и 1227,6 Мгц (L2). На второй частоте излучаются только сигналы с военным кодом P (Y), несущим высокоточную информацию (P — Precision, точный) и защищенным криптографическим методом от имитационных помех, о чем свидетельствует индекс Y. На первой частоте передаются сигналы как с кодом P (Y), так и общедоступным кодом C/A. Сигналы обоих кодов представляют собой псевдошумовую последовательность импульсов, с помощью которой осуществляется фазовая манипуляция несущей частоты. Военный код P (Y) имеет продолжительность 267 суток, а код С/А — 1 мс. Прием сигналов с кодом P (Y) дает возможность работы в режиме высокой точности измерений (PPS), а сравнение времени прихода сигналов на частотах L1 и L2 позволяет вычислять дополнительную задержку, возникающую при прохождении сигналов через ионосферу из-за нелинейности (увеличении пути) распространения в ней радиоволн.

Прием сигналов с кодом С/А только на одной частоте не дает возможности вычислять ошибки, вносимые при прохождении радиоволн через ионосферу. Кроме того, сама структура кода обеспечивает значительно худшие характеристики в режиме стандартной точности измерений (SPS). За счет преднамеренного ухудшения точности путем ввода ошибок при формировании навигационных параметров (режим избирательного доступа — SA) погрешность измерений в режиме SPS может быть доведена до 300 м и более.

Кроме кодов С/А и Р навигационные спутники регулярно передают специальные сообщения, которые содержат дополнительные сведения: о состоянии спутников и их параметрах — системном времени, эфемеридах (наборах параметров, точно описывающих орбиты спутников), прогнозе ионосферной задержки, показателях работоспособности. Передача навигационного сообщения длиной 1500 бит осуществляется со скоростью 50 бит/с на частотах L1 и L2. Для передачи полного сообщения обо всех спутниках требуется 12,5 минуты.

7. Сравнение GPS и ГЛОНАСС.

Системы GPS и ГЛОНАСС во многом подобны, но имеют и различия (что хорошо видно из таблицы А). Они разрабатывались с учетом наиболее вероятных областей применения. Поэтому ГЛОНАСС имеет преимущества на высоких широтах, а GPS — на средних.

Таблица A. Основные характеристики навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.

Характеристки ГЛОНАСС GPS.

Количество спутников (проектное) 24 24.

Количество орбитальных плоскостей 3 6.

Количество спутников в каждой плоскости 8 4.

Тип орбиты Круговая (S=0±0,01) Круговая.

Высота орбиты 19 100 км 20 200 км.

Наклонение орбиты, град 64,8±0,3 55 (63).

Период обращения 11 ч 15,7 мин. 11 ч 56,9 мин.

Способ разделения сигналов Частотный Кодовый.

Навигационные частоты, МГц:

L1.

L2 1602,56 — 1615,5.

1246,44 — 1256,5 1575,42.

1227,6.

Период повторения ПСП 1 мс 1 мс (С/А-код).

7 дней (Р-код).

Тактовая частота ПСП, МГц 0,511 1,023 (С/А-код).

10,23 (Р, Y-код).

Скорость передачи цифровой информации, бит/с 50 50.

Длительность суперкадра, мин 2,5 12,5.

Число кадров в суперкадре 5 25.

Число строк в кадре 15 5.

Погрешность* определения координат в режиме ограниченного доступа:

горизонтальных, м.

вертикальных, м не указана 18 (P, Y-код).

28 (P, Y-код).

Погрешности* определения проекций линейной скорости, см/с 15 (СТ-код) <200 (С/А-код).

20 (P, Y-код).

Погрешность* определения времени.

в режиме свободного доступа, нс.

в режиме ограниченного доступа, нс 1000 (СТ-код).

— 340 (С/А-код).

180 (P, Y-код).

Система отсчета пространственных координат ПЗ-90 WGS-84.

* Погрешности в определении координат, скорости и времени для системы ГЛОНАСС — 0,997, для GPS — 0,95.

Недостатками ГЛОНАСС являются:

необходимость сдвига диапазона частот вправо, так как в настоящее время ГЛОНАСС мешает работе как подвижной спутниковой связи, так и радиоастрономии;

при смене эфемерид спутников, погрешности координат в обычном режиме увеличиваются на 25—30м, а в дифференциальном режиме — превышают 10 м;

при коррекции набежавшей секунды нарушается непрерывность сигнала ГЛОНАСС. Это приводит к большим погрешностям определения координат места потребителя, что недопустимо для гражданской авиации;

сложность пересчета данных систем ГЛОНАСС и GPS из-за отсутствия официально опубликованной матрицы перехода между используемыми системами координат.

Приемники, одновременно работающие с сигналами ИСЗ GPS и ГЛОНАСС, в Украине изготавливаются на ГП «Оризон» (г. Смела).