Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 120103 (стр. 7 )

Спутники системы Галилео будут транслировать на четырех несущих частотах, промодулированных пятью различными сигналами. Планируется более высокая тактовая частота сигналов, чем в системах GPS и ГЛОНАСС. Это обеспечит более высокую потенциальную точность измерения псевдодальностей и скорость передачи навигационной информации.

Галилео будет обеспечивать метровую точность измерения расстояний. Дополнительно прогнозируется высокий уровень целостности положения. В случае аномалии сигнала или неправильного функционирования системы будет выпускаться предупреждение о возможной ошибке позиционирования.

Галилео будет повышать безопасность и эффективность наземного, морского и воздушного транспорта. Применения предусматривают отслеживание парков дорожных средств, посадку самолетов в безопасных условиях и навигация средств по назначенным маршрутам.

Для высокоточных применений, таких как геодезия, должны разрешаться целые неоднозначности несущих волн. Взаимодействия GPS-Galileo-ГЛОНАСС будут взаимно уменьшать вероятность неудачи этого процесса.

Совместно с системами GPS и ГЛОНАСС Галилео должна образовать Глобальную навигационную спутниковую систему (ГНСС). Ее компоненты будут независимыми, но совместимыми и взаимодействующими системами, обеспечивающими для многих применений наилучшие характеристики обслуживания.

5.5 Система Бэйдоу

Были опубликованы сообщения о двух событиях в области высокоточного спутникового позиционирования. Во-первых, китайская национальная система позиционирования на базе геостационарных спутников «Бэйдоу» с успешным запуском третьего из них стала способна обеспечивать пользователей данными об их положении в трех измерениях (широта, долгота, высота).

Система Бэйдоу (Beidou, английский эквивалент – «Big Dipper» - Большой ковш) является спутниковым компонентом независимой китайской спутниковой системой навишации и позиционирования. Запуск спутников планируется в течение , одновременно ведется разработка соответствующих систем для применения системы. Конечный результат – своя индустрия для спутниковой навигации и позиционирования. Система начала разрабатываться с 1983 г., когда было предложено разработать свою систему из двух спутников на геостационарных орбитах. В 2000 г. был произведен запуск двух экспериментальных спутников. Окончательное созвездие Бэйдоу должно состоять из четырех спутников на геосинхронных орбитах, двух действующих и двух запасных.

Масса спутников 2200 кг, в том числе топлива 1100 кг. Орбита близка к круговой с радиусом 35800 км (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Информация о спутниках навигационной системе Бэйдоу.

Название	Дата запуска	Долгота подспутниковой точки	Наклонение (градусы)
Beidou 1A	30 октября 2000 г.	140.05° E	0.1
Beidou 1B	20 декабря 2000 г.	80.39° E	0.0
Beidou 2A	24 мая 2003 г.		0.3

5.6 Системы GPS, ГЛОНАСС, ГНСС

Американская система GPS и российская ГЛОНАСС являются навигационными системами второго поколения. Они пришли на смену системам Transit и Цикада. Эти системы изначально были предназначены преимущественно для военных целей. Для гражданского использования предназначался один сигнал стандартной точности. Краткая информация о системах дается в таблице 2.3, подробное описание систем дается в главе 5.

Таблица 2.3. Сравнение параметров систем GPS и ГЛОНАСС

Характеристики систем	ГЛОНАСС	GPS
Номинальное число спутников	24	24
Ракета носитель	Протон K/ДМ-2	Delta 2-7925
Число спутников в запуске	3 (иногда 2)	1
Космодром	Байконур, Казахстан	Мыс Канаверал, США
Число орбитальных плоскостей	3	6
Наклонение орбиты	64.8°	55°
Высота над поверхностью Земли	19,130 км	20,180 км
Период обращения	11:15:40	11:58:00
Система координат	ПЗ-90	WGS-84
Система времени	UTC (Russia)	UTC(USNO)
Разделение сигналов	FDMA	CDMA
Несущие частоты	L1	160MГц (1598МГц с 2005 г.)	1575.42 МГц
L2	7/9 L1	60/77 L1

ГНСС – глобальная навигационная спутниковая система для определения координат, скорости и времени, разрабатываемая на международной основе для гражданских целей с целью замены GPS и ГЛОНАСС. Ожидается, что она будет совместима с системами GPS и ГЛОНАСС, и, по крайней мере, на начальном этапе будет использовать их сигналы.

Международная организация гражданской авиации и Международная организация по морскому судоходству приняли GPS и ГЛОНАСС как ядро международной гражданской возможности в спутниковой навигации, известной как Глобальная навигационная спутниковая система или ГНСС (GNSS). Объединенная система GPS-Галилео иногда в литературе называется как GNSS-2.

Польза от спутниковой навигации огромна. Например, авиационное сообщество предвидит, что это будет также значительно, как появление реактивного двигателя.

5.7. Краткие сведения о Спутниковых радионавигационных системах (СРНС).

Американская СРНС имеет два равноценных названия: Navigation Satellite Providing Time and Range, сокращенно NAVSTAR (навигационное спутниковое обеспечение времени и дальности), и Global Positioning System, сокращенно GPS (Глобальная система определения местоположения). Российская СРНС называется ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система).

СРНС предназначены для надежного, высокоточного, независимого от времени суток, помех, погоды и расположения на земном шаре определения координат и времени. Принцип работы СНС состоит в том, что каждый спутник непрерывно передает сигналы строго определенного вида, несущие информацию о времени и положении спутника в пространстве. Специальный приемник этих сигналов принимает и декодирует информацию от спутника, измеряет расстояние до него, находит из обработки свое положение и точное время.

Каждая из СНС состоит из трех подсистем:

Подсистема космических аппаратов (ПКА): состоит из самих спутников с передатчиками сигналов, необходимых для работы системы. Подсистема Контроля и Управления (ПКУ): наземные средства, выполняющие задачу наблюдения за спутниками, вычисление орбит, телеметрии и ежедневный контроль необходимый для управления Подсистемой космических аппаратов. Подсистема Аппаратуры Пользователей (ПАП): целый спектр оборудования и вычислительной техники, которая обеспечивает пользователей результатами позиционирования.

Спутниковые радио навигационные системы разрабатывались для координатно-временного обеспечения военных действий. Эти системы управляются министерствами обороны и полный набор возможностей систем доступен только военным (авторизованным) пользователям.

Каждая микроволновая спутниковая система:

· Передает сигналы, которые в отличие от наземных систем могут быть «услышаны» на очень большой площади, в любом месте земного шара, на земле, в воздухе, или на море.

· Эти сигналы проходят сквозь облака, дождь и стекло, но не слышны в помещении (если только спутник не виден в окне).

· Системы можно использовать днем и ночью, в течение того времени, пока передающий спутник находится над горизонтом пользователя.

· СРНС не признают национальных границ и выдают положение в единой глобальной системе координат, определенной для данной навигационной системы.

· СРНС представляют данные 3-х мерного позиционирования, обеспечивая точность от нескольких метров до нескольких миллиметров (в зависимости от метода работы).

· Системы работают 24 часа в сутки, но достигаемая в разное время точность зависит от количества доступных спутников и их расположения относительно наблюдателя.

· Пользователь не платит за пользование системой.

Подсистема космических аппаратов выполняет следующие функции:

· Прием и хранение данных, передаваемых ПКУ.

· Поддержание точного времени посредством нескольких бортовых атомных стандартов частоты.

· Передача информации и сигналов пользователю на одном или на обоих L- диапазонах частоты.

Подсистема космических аппаратов СРНС состоит из созвездия спутников на высоких круговых орбитах и космодромов, с которого они запускаются. Созвездие спутников GPS при полном развертывании системы состоит из 24 спутников, обеспечивающих непрерывное присутствие от 4 до 8 спутников выше 15  над горизонтом в любой точке земного шара. Спутники располагаются в 6 орбитальных плоскостях с наклонением 55 . Высота полета спутников 20000 км, период обращения 11h58m. Большая высота полета обеспечивает возможность наблюдения спутников с большой территории и исключает трудно прогнозируемое влияние атмосферы. На спутнике располагаются приемо-передатчики, атомные часы (четверо), управляющий процессор и разнообразное вспомогательное оборудование. Эти спутники окончательно сформировали систему в современном виде: 21 основной спутник + 3 вспомогательных + 4 резервных. На спутниках реализованы режимы SA и AS (загрубления и шифрования данных) для несанкционированных пользователей.

В ПКА ГЛОНАСС также входит созвездие из 24 спутников, расположенных в трех орбитальных плоскостях. Плоскости орбит разнесены по долготе на 120 . В каждой плоскости находится по 8 спутников. Наклон орбиты к экватору равен 64.8 , период обращения Р=11h 15m. Это обеспечивает повторение трассы на земной поверхности через неделю, точнее, через 7 суток 23 часа 27 минут и 28 секунд спутник проходит по небу точно на том же самом месте.

Таблица 1. Сравнительные характеристики систем ГЛОНАСС и GPS

№№ п. п.	Параметры	GPS	ГЛОНАСС
1	Количество спутников при полном развертывании системы	21+3	24+3
2	Число орбитальных плоскостей	6	3
3	Наклонение орбиты	55°	64.8°
4	Высота полета над Землей	20183 км	19100 км
5	Период обращения	11h57m58s	11h15m
6	Представление орбиты	a, e,i,W,w,tp
7	Система отсчета	WGS-84	ПЗ-90
8	Опорная шкала времени	UTC(US)	UTC(SU)
9	Размер альманаха (бит)	150	120
10	Время передачи полного альманаха (минут)	12.5	2.5
11	Метод разделения сигналов	кодовый	частотный
12	Полоса первых частот L1 (МГц)	1575.42
13	Полоса вторых частот L2 (МГц)	1227.60
14	Число элементов в дальномерном коде	511	1023
15	Тактовая частота (МГц)	0.511	1.023
16	Отношение полезного сигнала к шуму (ДБ)	-21.6	-48
17	Тип используемого кода	Код Голда	Последователь-ность максималь-ной длины

Каждый спутник GPS передает уникальный навигационный сигнал на двух частотах L диапазона электромагнитного спектра: L1 на частоте 1575.42 МГц и L2 на частоте 1227.60 МГц. На этих микроволновых частотах сигналы являются высоко направленными и, следовательно, они легко блокируются, а также отражаются твердыми телами и водной поверхностью. Сигналы легко проходят через облака, но могут блокироваться плотной или влажной листвой. Сигналы спутников состоят из (см. рис. 1):