Распределение частот по радионавигационным службам на первичной основе

Воздушная радионавигационная кГц: 315-405 415-435; МГц: 74,8-75,2 108-117,975 328,6-335,4 960-1215 1300-1350 1559-1626,5 2700-2900 4200-4400 5000-5250 5350-5460 8750-8850 9000-9200 ГГц: 13,25-13,4 15,4-15,7

Морская радионавигационная кГц: 283,5-315; 2625-2650 МГц: 5470-5650; 9200-9300

Морская подвижная (бедствие и вызов) МГц: 156,7625-156,8375

Подвижная (сигналы бедствия и вызова) кГц: 495-505; 2173,5-2190,5

Радионавигационная кГц: 9-14; 70-72; 72-84; 84-86; 86-90; 90-110; 110-112; 112-115; 115-117,6; 117,6-126; 126-129; 129-130; 405-415 МГц: 399,9-400,05; 1215-1260; 1559-1610; 2900-3100; 5460-5470; 8500-8750; 9300-9800; ГГц: 14-14,3; 24,25-25,25; 31,8-33,4; 43,5-47; 66-71; 95-100; 134-142; 190-200; 252-265

Служба стандартных частот и сигналов времени кГц: 2498-2502 4995-5005 9995-10005 14990-15010 19990-20010 24990-25010 МГц: 400,05-400,15

Спутниковая радионавигационная МГц: 149,9-150,05 399,9-400,05

В любом случае для создания радиосистемы в указанных диапазонах обязательно выделение радиочастот (частотное присвоение). В нашей стране разрешение на использование радиочастот выдается Агентством РК по информации и связи.

2. Принципы построения спутниковых навигационных систем

Принцип работы спутниковой системы радионавигации достаточно прост. С помощью ракеты-носителя на орбиту вокруг Земли запускается необходимое количество искусственных спутников, на борту которых размещаются передающие устройства, играющие роль навигационных точек.

Спутниковая радионавигационная система (СРНС) состоит из трех подсистем: космического, наземного и потребительского сегментов.

Космический сегмент состоит из набора спутников, которые образуют космическую группировку. Спутники, как правило, размещаются равномерно на определенных орбитах и излучают радионавигационные сигналы.

Наземный сегмент оснащен приемопередающим оборудованием с опорно-поворотными устройствами для постоянного мониторинга траектории полета навигационных спутников и выдачи команд для её коррекции. Расстояния до спутников определяются радио или оптическими методами.

Потребительский сегмент

Потребительский приемник распознает спутники системы, от которых получены навигационные сигналы, и определяет временную задержку их распространения. Далее рассчитываются расстояние до каждого из них и, наконец, координаты своего местоположения, а именно широта, долгота и высота над уровнем моря.

При разработке СРНС необходимо задать: область обслуживания; параметры орбит; частотный диапазон; способ идентификации навигационных космических аппаратов (НКА); количество спутников на каждой орбите; влияние среды на распространение радиосигналов, вносимую ошибку и способы их коррекции.

2.1 Параметры и характеристики орбит космических аппаратов

Основными геометрическими параметрами орбиты ИСЗ являются: высота, наклонение, направление, период обращения вокруг Земли.

Высота орбит космических аппаратов (КА) выбирается на основании анализа многих факторов, включая энергетические характеристики радиолиний, близость к радиационным поясам Земли, размеры и расположение обслуживаемых зон.

Выбор высоты орбиты определен существованием радиационных поясов в магнитосфере Земли. Радиационные пояса – это кольцеобразные области повышенной концентрации корпускулярной радиации, расположенные симметрично относительно плоскости геомагнитного экватора. В магнитосфере два радиационных пояса: внутренний и внешний. Бомбардировка космических аппаратов высокоэнергичными частицами отрицательно сказывается на работе электроники, поэтому зоны радиационных поясов желательно избегать или находиться в них минимальное время.

Рисунок 2.1 - Основные виды орбит КА. 1 – круговая, 2 – эллиптическая, 3 – гиперболическая, 4- геостационарная, 5 - экваториальная плоскость, i – наклонение орбиты.

Итак, низкоорбитальные ИСЗ желательно располагать под внутренним радиационным поясом с высотой полета ниже 1000 км, среднеорбитальные ИСЗ - между внутренним и внешним поясами с высотой орбиты 5…20 тыс. км, а высокоорбитальные ИСЗ - выше внешнего радиационного пояса, то есть выше 30000 км. В космических навигационных системах применяют спутники, которые могут находиться в любом из трех указанных высотных диапазонах.

По форме различают следующие типы орбит:

• Круговые орбиты. Это трудно реализуемые на практике траектории и требующие частой коррекции с помощью бортовых корректирующих двигателей космических аппаратов (КА);

• Квазикруговые орбиты. Это наиболее распространенный тип орбит в системах спутниковой навигации и связи. На таких орбитах высоты апогея и перигея различаются на несколько десятков километров;

Рисунок 2.2 - Классификация орбит КА

• Эллиптические орбиты. Если считать, что Земля представляет собой однородный шар, находящийся в пустоте, то в соответствии с законами небесной механики движение спутника должно происходить в одной плоскости по стационарной эллиптической орбите, один из фокусов которой совпадает с центром земного шара. Высоты апогея h_а и перигея h_п могут значительно различаться (например, h_а= 38000 - 40000 км, h_п= 400 - 500 км).

По периодичности прохождения КА над точками земной поверхности различают следующие типы орбит:

- Синхронные орбиты, которые, в свою очередь, подразделяются на изомаршрутные и квазиизомаршрутные. Изомаршрутные орбиты характеризуются тем, что проекции орбиты КА на земную поверхность совпадают ежесуточно. Квазиизомаршрутные орбиты характеризуются тем, что проекции орбиты КА на земную поверхность совпадают один раз в течение нескольких суток.

- Несинхронные орбиты характеризуются тем, что трассы, соответствующие любым двум оборотам КА вокруг Земли, не совпадают.

По наклонению орбиты, то есть по углу i между плоскостями экватора Земли и орбиты КА (см. рис. 2.1). Наклонение отсчитывается от плоскости экватора до плоскости орбиты против часовой стрелки. Оно может изменяться от 0 до 180°.

По наклонению различают следующие типы орбит:

• прямые (наклонение орбиты i  90° в направлении вращения Земли);

• обратные (наклонение орбиты i > 90° в направлении с востока на запад);

• полярные (наклонение орбиты i = 90°);

• экваториальные (наклонение орбиты равно i= 0 или i= 180°). При i=0 КА движется по направлению вращения Земли с запада на восток, при i = 180° КА движется против направления вращения Земли с востока на запад. Углу наклонения i = 0 соответствуют геостационарные (круговые экваториальные) орбиты (рис. 2.2).

Если высокоорбитальный ИСЗ движется по круговой орбите в направлении вращения Земли при h_S = 35810 км и имеет период обращения вокруг Земли, равный периоду обращения планеты вокруг своей оси, и угол наклонения i, неравный нулю, такой спутник называется геосинхронным. В отличие от геостационарного геосинхронный спутник всегда расположен на одной и той же долготе, курсирует из одного полушария в другое за 24 часа. Широтный диапазон такого курсирования равен углу наклона орбиты  i.

По высоте орбиты. СРНС используют три высотных диапазона орбит. Низкие орбиты НКА имеют высоту h_S = 600  1000 км и период обращения Т= 1,52,5 ч. Для средних орбит НКА h = 13 00020 000 км и Т=812 ч. Наиболее высокие орбиты, h_S =36000 км, у геосинхронных и геостационарных спутников, движущихся с периодом Т 24 ч. Каждый высотный диапазон имеет свою специфику.

Так, низкоорбитальные системы (LEO) испытывают существенное противодействие земной атмосферы. Торможение приводит к потере скорости и снижению спутника. Поэтому низкоорбитальным спутникам требуется более частая коррекция. Зато мощность излучения навигационных сигналов может быть ниже, чем на других типах орбит. Поскольку площадь полезной зоны определяется диаграммой направленности  ⁰ антенн, то для обслуживания одной и той же зоны необходимо большее число спутников. Низколетящие спутники испытывают гравитационные воздействия, вызванные крупными неоднородностями земной поверхности (горы, впадины), а также глубинными залежами руд, нефти и пустот.

Высокие орбиты (HEO) практически не испытывают влияние атмосферы и неоднородностей земной поверхности. Удаление от планеты увеличивает влияние на траекторию полета гравитационных сил Солнца, Луны и планет-гигантов: Юпитера, Сатурна и Урана. Для передачи навигационных сигналов с этих орбит требуются более высокие мощности, чем у систем, располагающихся ниже.

Средневысотные орбиты (MEO) можно назвать «золотой» серединой.

Поскольку для радионавигационных систем используются круговые орбиты, рассмотрим для них основные формулы. Расчет скорости кругового движения спутника вокруг Земли производится из уравнения Всемирного тяготения Ньютона и уравнения для центробежной силы. Сила притяжения спутника к Земле F определяется гравитационным притяжением или весом, которая уравновешивается центробежной силой, создаваемой тангенциальным движением спутника по касательной к земной поверхности со скоростью V. Тогда на высотах много менее радиуса Земли имеем

= gm = , (2.1)

где m – масса спутника,

V – тангенциальная скорость спутника, м/с,

g – ускорение свободного падения (ускорение силы тяжести), м/с² .

Из уравнений (2.1) не трудно убедиться, что вблизи земной поверхности тангенциальная скорость V примерно равна 8 км/с. С увеличением высоты уменьшаются сила гравитационного притяжения F_h и величина ускорения свободного падения g_h . Уменьшается и значение скорости, необходимое для удержания ИСЗ на круговой орбите.

, .

Изменения ускорения силы тяжести, скорости и периода обращения спутника с высотой приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1