Глава 6. Радиосигналы и навигационные сообщения

6.1. Требования, предъявляемые к радиосигналу.

Навигационные параметры СНС определяются через соответствующие параметры радиосигнала (радионавигационные парамет­ры). Основными навигационными параметрами являются дальностъ и радиальная скорость, определяемые, соответственно, через задержку сигнала τ и доплеровское смещение частоты Fd. От точности измерения параметров радиосигнала зависит, удовлетворяет ли СНС главному требованию - высокой точности измерения навигационных параметров. Для более точного измерения задержки сигнала τ необходимо расширять спектр сигнала, а это означает сокращение его длительности. В то же время, для повышения точности измерения доплеровского сдвига частоты Fd необходимо увеличивать длительность сигнала. Противоречие разрешимо при условии совместной оценки погрешностей при определении параметров τ и Fd. Минимальное значение общей погрешности, выражаемое через произведение среднеквадратичных ошибок στ и σf, определяется выражением

στ ∙ σf =1/ (q² ∙α∙β), где: (2.7)

q - отношение сигнал/ шум;

α- эффективная длительность сигнала;

β – эффективная ширина спектра сигнала.

Произведение α∙β = В называется базой сигнала. Увеличивая базу сигнала, можно добиться повышения точности совместных оценок задержки сигнала и доплеровского смещения частоты. Следовательно, большая база сигнала является обязательным условием функционирования СНС.

Следующее важное условие - наличие многостанционного дос­тупа. При определении навигационных параметров потребитель, как правило, принимает сигналы от различных НКА, в том числе и одновременно. Поэтому потребитель должен располагать принципиальной возможностью одновременного доступа к сигналам от различных НКА.В разных СНС проблема многостан­ционного доступа решается по-разному: путем временного, частотного или кодового разделения сигналов от различных НКА. Например, в GPS NAVSTAR используется кодовое разделение сигналов, а в ГЛОНАСС – частотное,

При кодовом разделении в системе NAVSTAR в общей сложности излучаются три псевдослучайных дальне-мерных кода:

Р-код, являющийся основным дальномерным кодом. Псевдослучайный дальномерный Р-код, индивидуальный для каждою НКА, далее мы будем обозначать, как Pi(t)), где i- индивидуальный номер НКА. Рi(t) представляет собой последовательность длиной 7 дней, со скоростью передачи 10.23 Мб/с. Эта последовательность фор­мируется сложением по модулю 2 двух подпоследовательностей, обозначаемых, как X1 и Х2i; их длина соответственно 15,345,000 и 15,345,037 элементов. Последовательность Х2i, формируется из последовательности Х2 избирательной задержкой на длительность от 1 до 37 элементов, что позволяет сформировать 37 индивиду­альных последовательностей Р-кода длиной 7 дней. Из них 32 ва­рианта используются НКА, остальные 5 зарезервированы для иных целей? например, для наземных передатчиков.

Y-код, применяемый вместо Р-кода при включении режима пре­дотвращения преднамеренных помех и несанкционированного дос­тупа к информации A/S ( Antispoofing)/ Y-код представляет собой закрытый Р-код, и доступен для расшифровки только лицензиро­ванными пользователями, имеющими соответствующий ключ. По­этому Y-код принято обозначать как Р(Y) код. Использование Y-кода определяется специальными документами ICD-GPS-203, ICD-GPS-224 и ICD-GPS-225.

Открытый код С/А (Coarse/Acquizion, «грубый захват»), который используется для первичного вхождения в режим слежения и последующего захвата точного Р или Р(Y) кода..

Предусмотрена возможность преднамеренного снижения точно­сти определения координат по коду С/А до уровня 100 м. В настоя­щее время преднамеренное снижение точности не используется, но может быть введено по решению правительства США.

НКА способны излучать «не­корректные» версии С/А и Р(Y) кодов для защиты пользователей от приема недостоверных навигационных сигналов, которые могут быть сформированы в результате выхода из строя бортовой систе­мы синтезирования относительных частот. Эти два «некорректных» кода получили название нестандартного С/А (NSC) и нестандартно­го Y (NSY). Коды NSC и NSY не предназначены для использования потребителями GPS NAVSTAR и не входят в стандартный интерфейс. Кодо­вые последовательности образуют однозначные неразделимые пары, состоящие из соответствующих С/А и Р последовательностей.

В системе ГЛОНАСС, использующей частотное разделение каналов, для НКА, находящихся на взаимно антиподных орбитальных позициях, применяются одинаковые рабочие частоты. Поэтому при 24 действующих НКА минимальное число рабочих частот в диапазонах L1 и L2 равно 12, поскольку наземный или околоземный потребитель не может принимать сигналы одновременно от двух антиподных НКА.

Номинальное значение рабочей частоты сигнала каждого канала, передаваемого в диапазонах L1и L2, определяется, соответственно, выражением:

fk1 = f1 + k∙Δf1 (2.8)

fk2 = f2 + k∙Δf2, (2.9)

где: к = номер частотного канала, f1 = 1602 МГц – несущая частота диапазона L1;

Δf1 =562,5 кГц; f2 =1246 МГц – несущая частота диапазона L2; Δf2 = 437,5 кГц.

Таким образом, рабочие частоты соседних каналов диапазона L1 отличаются друг от друга на частоту 525,5 кГц, а диапазона L2 – на частоту 437,5 кГц.

Несущие частоты диапазонов L1 и L2 когерентно формируются из одного источника опорной частоты бортового эталона НКА. Отношение частот L2/L1 = 7/9 и всегда строго постоянно, величина отклонения не превышает _11

2∙10. На частотах диапазона L1 излучаются сигналы стандартной и высокой точности ( соответственно, эквиваленты кодам С/A и Р), а на частотах L2 – только высокой точности.