Сегмент управления

Сегмент управления состоит из главной станции, совмещенной с вычислительным центром; группы контрольно-измерительных станций (КИС), связанных с главной станцией и между собой кана­лами связи; наземного эталона времени и частоты. Контрольно-измерительные станции стараются размещать как можно равно­мернее по поверхности Земли, сообразуясь с геополитическими факторами и экономической целесообразностью. Координаты КИС (фазового центра антенны) определены в трех измерениях с мак­симально доступной точностью. При пролете НКА в зоне видимости КИС, она осуществляет наблюдение за спутником, принимает нави­гационные сигналы, осуществляет первичную обработку информа­ции и производит обмен данными с главной станцией. На главной станции происходит сбор информации от всех КИС, ее математи­ческая обработка и вычисление различных координатных и коррек­тирующих данных, подлежащих загрузке в бортовую ЭВМ НКА.

Данные, подлежащие загрузке, подразделяются на оператив­ные, обновляемые при каждом сеансе связи, и долговременные. В случае возникновения нештатной ситуации возможно проведение внеплановых сеансов связи и загрузки данных при условии нахож­дения НКА в зоне видимости одной из КИС.

Наземный эталон времени и частоты имеет более высокую точ­ность, чем бортовые эталоны и предназначен для синхронизации всех процессов, происходящих в СНС и коррекции бортовых эталонов.

Сочетание независимости и беззапросности придает СНС неогра­ниченную пропускную способность - произвольное число потребите­лей может использовать сигналы СНС в любой момент времени.

Сегмент потребителей

Сегмент потребителей можно условно разбить на три части: во­енные организации, гражданские организации, частные лица. Неза­висимо от назначения потребительского оборудования, в нем при­сутствуют радиочастотный тракт, в котором происходит прием радиосигналов НКА и их первичная обработка, и вычислитель, предназначенный для вторичной обработки сигнала, выделения навигационной информации, реализации алгоритма выбора опти­мального созвездия и вычисления пространственных координат и вектора скорости потребителя. Обычно сначала определяются те­кущие координаты НКА и дальности до них, затем вычисляются гео­графические координаты потребителя. Вектор скорости потребите­ля вычисляется путем измерения доплеровских сдвигов частоты НКА при известных векторах скорости спутников. Для некритичных транспортных применений вектор скорости может рассчитываться по разности координат в два фиксированных момента времени. Да­лее, в зависимости от назначения приемника, информация может поступать на устройство отображения, в канал передачи, либо на блок управления внешними исполнительными механизмами.

Принцип определения координат потребителей в СНС

x_i, y_i, z_i – координаты i-го НКА

x’, y’, z’- координаты пользователя

следовательно для определения координат потребителя геоцентрической системе( 3 неизвестные) необходимо наличие 3-х независимых измерений- причем сигналов от 3 НКА. Координаты НКА передаются в составе навигационного сообщения НС, Di подлежит измерению, а x’, y’, z’ подлежат расчету.

Принцип функционирования системы

Основана на решение задач:

1. Измерение псевдодальности

2. Измерение псевдоскорости

3. Измерение координат потребителя (геоцентрические координаты)

4. Пересчет координат потребителя в геодезическую систему координат

Измерение псевдодальности

Координат потребителя определяются путем расчета их по измеряемым псевдодальностям. В свою очередь псевдодальность измеряется по задержке сигнала.

-уравнение дальности до НКА

С учетом рассогласования шкал времени уравнение дальности примет вид:

, где - аппаратная погрешность измерения псевдодальности. Значение - является одинаковой для всех НКА.

Таким образом для определения координат потребителя требуется решение 4-х уравнений. В случае большого числа измерений система уравнений является переопределенной и для её решения используют итеративный метод взвешанных квадратов. Влияние 4-го слогаемого сказывается только в начале измерения. После определения координат это значение становится определенным.

Для измерения псевдодальности в системах спутниковой навигации используют дальномерные сигналы. Сигнал приходящий характеризуется весьма малым уровнем мощности Рпр=155 дБВт. Отношение сигнал шум меньше 0. В этих условиях использовать сложные сигналы. В=∆FT>>1 При обработки таких сигналов в приемном устройстве ОСШ м.б. увеличена на раз.

В системах Navstar и Глонасс в качестве дальномерных сигналов используют фазоманипулированные последовательности.

1. Общего применения с/А код GPS N=1023 бит, ∆F=1МГц, R=1Мбит/с, Т=1мс.

с/А код Глонасс N=511 бит, R=0,5 Мбит/с, Т=1мс.

Декларируемая точность координат до 10м.

2. Последовательность специальные Р(y)

GPS N=10⁷ бит, R=10Мбит/с, Т=1с

Глонасс N=510⁶ бит, R=5 Мбит/с, Т=1с

При использование с/А кода возникает неопределенность в определение дальности (300 км), в случае использования специального кода диапазон однозначного измерений 300000 км.

Обновление временных меток 6с(GPS )

2с (Глонасс)

Таким образом для измерения псевдодальности до j НКА требуется решение 4-х задая:

1. Принять дальномерные последовательности

2. Принять цифровую метку времени бортовой шкалы

3. Принять координаты НКА заданные в геоцентрической системе

4. Обеспечить расчет тропосферных и ионосферных поправок на основе поступивших с НКА данных.

Информация 2-4 передаются по медленному каналу передачи со скоростью 50 бит/с.

Информация со спутника периодически повторяется через определенный интервал времени. Полный объем информации по КНД называется альманах. Оперативная информация содержащаяся в альманахе и актуального для каждого НКА называется эфемерисом длина 1500 бит.

Передача данных в стандарте GPS осуществляется с помощью 3-х уровнего интерфейса.

В пределах альманаха передается информация о всех спутниках системы.

Срок актуальности альманаха несколько месяцев.

Эфемерис содержит информацию:

1. Признак достоверности цифровой информации

2. Время начала кадра

3. Параметры ионосферы

4. Частотно-временные поправки

5. Собственно значения to – время, на какое актуальна эта информация

6. Эффемеридную информацию – координаты и их производные в геоцентрических координатах.

В альманахе содержится:

1. Время, к которому относится альманах

2. Параметры орбит всех спутников системы

3. поправки к шкале времени системы относительно шкалы UTS.

Структура навигационного сообщения

Г ЛОНАСС

NAVSTAR

Основные характеристики СНС NASTAR и ГЛОНАСС

Показатель	ГЛОНАСС	GPS NAVSTAR
Число НКА в полной системе	24	24
Число орбитальных плоскостей	3	6
Число НКА в каждой плоскости	8	4
Наклонение орбиты,0	64,8	55
Высота орбиты, км	19 130	20 180
Период обращения НКА	11 ч 15 мин 44 с	11 ч 58 мин 00 с
Система координат	ПЗ-90	WGS-84
Масса НКА, кг j 1450		1055

Показатель	ГЛОНАСС	GPS NAVSTAR
Мощность солнечных батарей, Вт	1250	450
Срок активного существования, лет	3	7,5
Средства вывода на орбиту	Протон-К/ДМ	Delta 2
Число НКА, выводимых за один запуск	3	1
Космодром	Байконур	Мыс Канаверал
Эталонное время	UTC (SU)	UTC (NO)
Метод доступа	FDMA	CDMA
Несущая частота:
/.1	1598,0625—1604,25	1575,42
L2	7/9 L1	60/77 L1
Поляризация излучения	Правосторонняя	Правосторонняя
Тип ПСП	М-последователь-ность	Код Голда
Число элементов кода
С/А	511	1023
Р	51 1000	2,35x1014
Скорость кодирования, Мбит/с
С/А	0,511	1,023
Р	5,11	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

Дифференциальные подсистемы навигации

• широкозонные системы

- американская система WAAS: 8ГКА, 70 кс

- европейская система EGNOS: 3-4 ГКА, 18-33 кс

- японская MSAS/

Обеспечение точности 2..3 м в горизонтальной плоскости 1.5…2 м в вертикальной пл-ти до 5000м

• региональные системы

(SkyFix, EuroFix,GBAS)

Вместо ГКА могут быть использованы наземные УКВ радиостанции (GBAS)

Зона действия 500-3000 км

локальные системы

наибольшее распространение

вместо КА используют УКВ радиостанции

зона действия 50…200 км

Контрольно корректируемые системы измеряют свои координаты с помощью СНС и сравнивают их с эталонными. Вычисление отличия в виде поправок передаются по дополнительным каналам связи, либо с помощью УКВ радиостанций (локальные системы), либо с помощью ГКА( геостационарных КА). Приемник GPS принимает поправки и корректирует свои измерения.

Система сотовой связи стандарта NMT-450 (NMT-900). Услуги, предоставляемые системой, частотные планы стандарта. Структурные схемы базовой станции и центра коммутации

Система сотовой связи стандарта NMT была разработана совместно институтами связи Дании, Финляндии, Норвегии и Швеции. В 1981г. была запущена в коммерческое использование система NMT-450. Она предназначалась для обеспечения автоматической радиотелефонной связи в диапазоне 450 МГц. Система обеспечивает:

1. Вхождение в связь и регистрацию стоимости разговоров.

2. Возможность организации связи между мобильными абонентами сети и абонентами ТФОП.

3. Возможность автоматического поиска абонентов.

4. Передача данных со скоростью 4800 бит/с.