Принципы навигационных определений. Сегмент потребителей

Основные принципы навигационных определений в системе GPS характеризуются рис. 4. Координаты потребителя в системе получаются посредством их расчета по псевдодальностям до НКА. Псевдодальности рассчитываются по временным задержкам прохождения сигналов синхронизированных между собой НКА по трассам "НКА-потребитель". Задержки измеряются в результате сопоставления принятых псевдослучайных кодов и генерируемых в приемнике копий этих кодов с учетом априори известных моментов излучений сигналов НКА. Предварительно производится коррекция ПД за счет компенсации эффекта вращения Земли, тропосферных и ионосферных погрешностей.

Рис. 4. Принципы навигационных определений

Далее после вычислений связанных с поправками на ошибки от тропо- и ионосферы образуется система уравнений, неизвестными которой являются три координаты (X,Y, Z) и ошибка шкалы времени потребителя Т, проявляющаяся при априорном определении момента излучения сигнала НКА. Известными параметрами при этом будут координаты НКА, определенные в системе WSG-84 по эфемеридиым данным. Учитывая, что неизвестных оказывается 4, необходимо иметь не менее 4-х определений ПД относительно 4-х НКА. Обычно в поле видимости потребителя оказывается от 5 до 8 НКА. В первых образцах аппаратуры потребителя решалась задача выбора наилучшего по некоторому критерию созвездия из 4-х НКА.

В современной аппаратуре обычно решается переопределенная система уравнений (больше 4-х) и используется итеративный метод наименьших квадратов, когда ищется решение, наилучшим образом приближающееся ко всем полученным в результате измерений псевдодальностям

Составляющие скорости (X, У,Z) потребителя определяются по измерениям доплеровских сдвигов несущей частоты сигналов НКА, вызываемых движением определяющегося объекта и НКА.

Определенные таким образом геоцентрические (в системе WSG-84) координаты и составляющие скоростей могут преобразовываться в аналогичные параметры в других системах координат.

Сегмент потребителей включает приемники (аппаратуру потребителей) GPS и сообщество самих пользователей. АП принимает сигналы GPS, обрабатывает их, измеряет радионавигационные параметры (псевдодальность и приращение псевдодальности или псевдоскорость) и определяет на их основе координаты и составляющие скорости в ГСК и поправку к местной шкале времени ГОДУ относительно системного времени GPS и ее уход, а затем геодезические координаты и высоту над опорным эллипсоидом в системе координат WSG-84 (B,L, H) и составляющие вектора скорости, для получения которых также используются соотношения с параметрами модели Земли (WSG-84). Возможно также определение координат в какой-либо иной системе (Меркатора, Гаусса-Крюгера и т.д.).

АП производится для навигации подвижных объектов (самолетов, вертолетов, морских и речных судов, автотранспорта), для определения координат при геодезических и землеустроительных работах, для синхронизации систем связи и т.д. Облик АП существенно зависит от назначения. Ее стоимость находится в диапазоне от ста до нескольких десятков тысяч долл. США.

В 1967 году ВМС США была разработана программа, по которой был осуществлён запуск спутника TIMATION-I, а в 1969 году — спутника TIMATION-II. На борту этих спутников использовались кварцевые генераторы. В то же время, ВВС США параллельно вели свою программу по использовании широкополосных сигналов, модулированных псевдошумовым кодом (PRN). Корреляционные свойства такого кода позволяют использовать одну частоту сигнала для всех спутников, с кодовым разделением сигналов от различных спутников. Позднее, в 1973 году две программы были объединены в одну общую под названием “Navstar-GPS”. К 1996 году развёртывание системы было завершено. В данный момент доступно 28 активных спутников.

Сетевая радионавигационная спутниковая система GPS

Американская система GPS по своим функциональным возможностям аналогична отечественной системе Глонасс. Её основное назначение — высокоточное определение координат потребителя, составляющих вектора скорости, и привязка к системной шкале времени. Аналогично отечественной, система GPS разработана для Министерства Обороны США и находится под его управлением. Согласно интерфейсному контрольному документу, основными разработчиками системы являются:

• по космическому сегменту — Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division;

• по сегменту управления — IBM, Federal System Company;

• по сегменту потребителей — Rockwell International, Collins Avio-nics & Com-mu-nication Divi-sion [2].

Как и система Глонасс, GPS состоит из космического сегмента, наземного командно - измерительного комплекса и сегмента потребителей.

Рис.1 Сегменты высокоорбитальной навигационной системы GPS.

Как было сказано выше, орбитальная группировка GPS состоит из 28 навигационных космических аппаратов. Все они находятся на круговых орбитах с периодом обращения вокруг Земли, равным 12 часам. Высота орбиты каждого спутника равна 20000 км. НКА системы GPS проходили ряд усовершенствований, которые сказывались на их характеристиках в целом.

Рис.2 Космический сегмет системы GPS.

Рис.3 Сегмент наземного комплекса управления системы GPS