Состав и структура навигационных сообщений спутников системы gps

Структурное деление навигационной информации спутников системы GPS осуществляется на суперкадры, кадры, подкадры и слова. Суперкадр образуется из 25 кадров и занимает 750 с (12,5 мин). Один кадр переда╦тся в течение 30 с и имеет размер 1500 бит. Кадр раздел╦н на 5 подкадров по 300 бит и переда╦тся в течение интервала 6 с. Начало каждого подкадра обозначает метку времени, соответствующую началу/окончанию очередного 6-с интервала системного времени GPS. Подкадр состоит из 10 30-бит слов. В каждом слове 6 младших разрядов являются проверочными битами.

В 1-, 2- и 3-м подкадрах передаются данные о параметрах коррекции часов и данные эфемерид КА, с которым установлена связь. Содержание и структура этих подкадров остаются неизменными на всех страницах суперкадра. В 4- и 5-м подкадрах содержится информация о конфигурации и состоянии всех КА системы, альманахи КА, специальные сообщения, параметры, описывающие связь времени GPS с UTC, и прочее.

Показатель	ГЛОНАСС	GPS
Число КА в полной орбитальной группировке	24	24
Число орбитальных плоскостей	3	6
Число КА в каждой плоскости	8	4
Наклонение орбиты	64,8º	55º
Высота орбиты, км	19 130	20 180
Период обращения спутника	11 ч. 15 мин. 44 с	11 ч. 58 мин. 00 с
Система координат	ПЗ-90	WGS-84
Масса навигационного КА, кг	1450	1055
Мощность солнечных батарей, Вт	1250	450
Срок активного существования, лет	3	7,5
Средства вывода КА на орбиту	"Протон-К/ДМ"	Delta 2
Число КА, выводимых за один запуск	3	1
Космодром	Байконур (Казахстан)	Мыс Канаверел (Cape Canaveral)
Эталонное время	UTC (SU)	UTC (NO)
Метод доступа	FDMA	CDMA
Несущая частота: L1 L2	1598,0625≈1604,25 7/9 L1	1575,42 60/77 L1
Поляризация	Правосторонняя	Правосторонняя
Тип псевдошумовой последовательности	m-последовательность	код Голда
Число элементов кода: C/A P	511 51 1000	1023 2,35x1014
Скорость кодирования, Мбит/с: C/A P	0,511 5,11	1,023 10,23
Уровень внутрисистемных радиопомех, дБ	-48	-21,6
Структура навигационного сообщения
Скорость передачи, бит/с	50	50
Вид модуляции	BPSK (Манчестер)	BPSK NRZ
Длина суперкадра, мин.	2,5 (5 кадров)	12,5 (25 кадров)
Длина кадра, с	30 (15 строк)	30 (5 строк)
Длина строки, с	2	6

38 ,39

Международная служба вращения Земли и референцных систем выделяет теоретические системы, для которых даются концепция системы, фундаментальная теория и стандарты, и практические реализации этих систем через наборы координат точек (IERS, 1996; IERS, 2000). Для системы первого вида применяется термин Terrestrial Reference System (TRS), то есть земная система отсчета. Системы второго вида обозначают термином Terrestrial Reference Frame (TRF), который рекомендуют (ЦНИИГАиК) переводить на русский язык как земная отсчетная основа.

Земная отсчетная основа TRF - это набор физических точек с точно определенными координатами в некоторой координатной системе (декартовой, эллипсоидальной, картографической). Линии, соединяющие пункты TRF, образуют в теле Земли каркас (слово "frame" может переводиться как "каркас"), жестко связанный с земной корой.

В настоящее время отсчетные основы ITRF являются наиболее точными реализациями общеземных систем. Название ITRFyy расшифровывается как International Terrestrial Reference Frame - Международная земная отсчетная основа (или каркас), уу - две последние цифры года образования системы. Вывод ITRF основан на объединении координат более чем 200 станций МСВЗ и их скоростей движения, полученных по данным наблюдений РСДБ, лазерной локации Луны и искусственных спутников Земли, GPS (с 1991 г.), доплеровской орбитографической радиопозиционной интегрированной спутниковой системы DORIS (с 1994 г.) и микроволновой спутниковой системы PRARE (IERS, 1996).

Системы ITRS удовлетворяют следующим требованиям:

• начало систем находится в центре масс всей Земли, включая океаны и атмосферу;

• единицей длины является метр (SI), определенный в локальной земной системе в смысле релятивистской теории гравитации;

• ориентировка осей задается по данным МБВ на эпоху 1984.0;

• временная эволюция ориентировки осей такова, что она не имеет остаточной вращательной скорости в плоскости горизонта по отношению к земной коре.

ITRS реализуется Международной общеземной отсчетной основой ITRF, которая включает в себя набор трехмерных прямоугольных координат станций IGS вместе со скоростями их изменения и полной ковариационной матрицей. Современная процедура предполагает комбинированное решение с использованием технологий космической геодезии: VLBI, SLR, DORIS и GPS. В настоящее время известно 12 версий ITRF, относящихся к конкретной временной эпохе, последняя реализация - ITRF2008. Внутренняя согласованность ITRS, поддерживаемой IERS, на уровне нескольких сантиметров. На момент выполнения исследований по выбору основной системы отсчета при создании спутниковой опорной геодезической сети последней реализацией ITRS была ITRF2005.

Изучение мирового опыта по установлению современных национальных систем координат показывает, что именно ITRS принимается в качестве исходной, а национальные референцные системы координат являются ее реализацией на определенную эпоху, как например, ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989), которая принята в качестве единой системы отсчета в пределах географических границ Европы, - реализация ITRS на эпоху 1989 года. Опорные сети, созданные с использованием GNSS в соответствии с международными стандартами, рассматриваются как сгущение ITRF, и являются частью единой мировой геодезической сети, что создает предпосылки к качественно новому уровню решения фундаментальных задач геодезии и создания согласованной геопространственной информации в глобальном масштабе.

Глобальная Геодезическая Система Наблюдений (GGOS) развертывается под эгидой

Международной Геодезической Ассоциации. Основное назначение этой интегрированной системы –обеспечение стабильности и мониторинга трех фундаментальных компонент современной геодезии, аименно: геометрической формы и деформаций Земли, параметров ее ориентации и вращения,гравитационного поля Земли и его временных изменений. По мере своего полного развертывания(вплоть до 2020 г.) GGOS будет использоваться для контроля общеземной геоцентрической системыкоординат, стабильности положения центра масс планеты и масштаба сети, что необходимо для

изучения различного рода деформаций земной коры и глобальных изменений, включая сейсмическуюи вулканическую активность, тектонику плит, изменений объема внутренних вод. Высокоточныесистемы координат необходимы также для прогнозирования орбит низкоорбитальных исследовательских спутников. Распределение земных масс и их перемещения в теле твердой Землипроявляются в изменяемых параметрах ориентации и вращения Земли. На изменения этих параметров существенно влияют также любые движения, происходящие в атмосферных и океанических массах, изучение которых чрезвычайно важно для понимания глобальных изменений климата и уровня

Мирового океана. Определение и мониторинг этих изменений с суб-сантиметровой точностью и практически в реальном времени стали возможным только с использованием современных методов космической геодезии. Основными техническими средствами, составляющими систему GGOS, являются спутниковые навигационные системы, лазерная локация ИСЗ, радио-интерферометрия со сверх длинной базой, орбитографическая спутниковая система ДОРИС, а также специальные космические аппараты для измерения гравитационного поля Земли и исследований атмосферы. В настоящее время средствами космической геодезии уже получены уникальные данные, необходимые для построения усовершенствованных геофизических и динамических моделей в системе планеты Земля.

43

Изучение СРНС приводит к выводу, что ее использование в целях навигации особенно эффективно. Основной причиной этого является применение в этой системе концепций, которые находятся на переднем крае развития науки и техники. Вопросам разработки приемоиндикаторов для СРНС в последнее десятилетие было уделено большое внимание, как в практическом, так и в теоретическом плане. Среди основных проблем, стоящих перед разработчиками приемоиндикаторов СРНС, в настоящее время выделяются следующие:

• Широкое использование в приемоиндикаторах GPS алгоритмов оптимальной фильтрации, а также новых технологий, что позволит существенно повысить их эффективность и улучшить тактико-технические характеристики, а также позволит решать принципиально новые задачи (например, такие, как определение пространственной ориентации летательного аппарата, автоматический заход на посадку до касания, автоматизированную дозаправку топливом в полете, полеты в плотных боевых порядках и др.).

• Повышение достоверности навигационных определений по СРНС. Эта проблема решается двумя главными путями:

• обеспечение целостности СРНС, т.е. исключение использования неисправных НИСЗ. Для решения данной задачи предполагается запуск 3 4 геостационарных спутников, расположенных в плоскости экватора (это обеспечивает охват большей части Земли), с одновременной организацией специального канала для передачи информации о целостности (так называемый GIC Greatest Integrated Channel). В приемоиндикаторе она может решаться автономно (технология RAIM - Receiver Autonomic Integrated Monitoring) и с использованием дифференциальных методов;

• повышение помехоустойчивости приемоиндикаторов, в том числе в условиях воздействия преднамеренных помех. Этот путь включает: улучшение алгоритмов обработки сигналов, обеспечивающих снижение порогового отношения сигнал/шум, пространственно-временную обработку сигналов и комплексирование СРНС с другими системами (объединение ИНС и приемоиндикаторов СРНС NAVSTAR в единые бортовые системы для обеспечения максимальной точности, надежности и непрерывности выдачи пилотажно-навигационных параметров, а также для высокочастотного (100 – 600 Гц) ввода данных в автопилоты при относительно низких частотах выходов GPS (1 – 10 Гц)).

• Повышение точности навигационных определений до предельно малых значений. Эта проблема решается прежде всего использованием дифференциальных и относительных методов навигации (технология DGPS - Differential GPS), в значительной степени обеспечивающих компенсацию общих для всех потребителей систематических ошибок. Основное направление повышения точности связано с использованием, наряду с информацией, заключенной в огибающей принимаемого сигнала, фазовой информации, содержащейся в его высокочастотном (ВЧ) заполнении. При этом главная возникающая трудность состоит в разрешении неоднозначности измерений.

• Обеспечение таких потребительских свойств приемоиндикаторов, как компактность, дешевизна аппаратуры и т.д. Среди множества путей решения этих важных проблем одноэтапный алгоритм, использование группирования отсчетов, позволяющие сократить требования к процессору и др.

45 Уровенный эллипсоид, принимаемый за физическую модель Земли при определении ее фигуры и гравитационного поля, принято называть Нормальной Землей

Термин нормальная Земля -- традиционный среди специалистов-геодезистов. Слово нормальная применительно к силе тяжести, высоте и т.п. означает, что данный параметр является предсказуемым. Его можно вычислить по известным формулам. Нормальная Земля -- это тело отсчета для построения карт высот, глубин морей и т.д. Причем, это тело должно описываться достаточно простыми математическими формулами и, кроме того, достаточно хорошо аппроксимировать физическую поверхность планеты