14.2. Структура и состав глобальной навигационной спутниковой системы

Для достижения таких важных качеств ГНСС, как непрерывность и высокая точность измерений, в их составе функционируют три основных сегмента: контроля и управления, космический и потребителя (пользователя).

Сегмент контроля и управления. Это комплекс наземных средств, обеспечивающих непрерывные наблюдения и контроль работы всей системы. Одна из составляющих этого сегмента — равномерно расположенная на поверхности Земли, в том числе и на территории России, космическая геодезическая сеть.

Космический сегмент. В глобальной навигационной спутнико­вой системе (ГНСС) он включает в себя созвездие навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), вращающихся вокруг Земли на строго определенных орбитах.

Размеры и форма эллиптической орбиты характеризуются разме­ром ее большой полуоси а и эксцентриситета е. В системе GPS большая полуось и эксцентриситет примерно равны 26560 км и 0,001 соответственно.

Положение плоскости орбиты относительно экваториальной плоскости Земли характеризуют (рис. 5.1): долгота восходящего узла , аргумент перигея  и угол i наклона плоскости орбиты к плоско­сти экватора. Например, для системы GPS:  = 80°, i = 55°.

Положение навигационного искусственного спутника земли на орбите описывает радиус-вектор  (рис. 1), который опре­деляют по формуле

,

где: P=a(1 – e²); e – эксцентриситет орбиты; - истинная аномалия (выражается в градусной мере).

Составляющие радиуса-вектора (его пространственные инерциальные геоцентрические пря­моугольные координаты X_C, Y_C, Z_C) имеют следующий вид:

X_C = (coscosU - sinsinUcosi);

Y_C = (sincosU + cossinUcosi);

Z_C = sinUsini,

Где U – аргумент широты, U =  +u.

Рисунок 1. Основные элементы орбиты НИСЗ

При невозмущенном движении НИСЗ параметры , i, , , e постоянны и не меняются при движении спутника по орбите. При этом истинная аномалия  характеризует положение спутника на орбите в опре­деленный момент времени, называемый «эпохой».

В ГНСС GPS навигационные искусственные спутники Земли размещены на шести орбитальных плоскостях по четыре НИСЗ в каждой. Высота орбит 20145 км (рис. 2). Восходящие узлы орбит в ГНСС GPS расположены равномерно по экватору и отстоят друг от друга по долготе на 60° на восток.

В глобальной навигационной спутниковой системе ГЛОНАСС на трех орбитальных плоскостях должны вращаться равномерно расположенные на каждой орбите 24 искусственных спутника Земли (рис. 2). Тип орбиты — круговой. Высота орбиты 19100 км, наклонение орбиты 64,8°. Период обращения — примерно 12 ч.

При невозмущенном движении НИСЗ параметры орбиты в каждый фиксированный момент времени постоянны и не меня­ются при движении спутника по орбите. Пространственное поло­жение НИСЗ характеризуют его «бортовые эфемериды», включа­ющие в себя пространственные прямоугольные координаты НИСЗ (в системе координат WGS-84 для GPS и в системе ПЗ-90 для ГЛОНАСС) на определенный момент времени t_k (на опреде­ленную эпоху).

Бортовые эфемериды вычисляются в результате обработки измерений, выполняемых сегментом контроля и управления. По результатам соответствующих измерений бортовые эфемериды загружаются на НИСЗ несколько раз в сутки. При этом влияние погрешностей эфемерид (неточность определения параметров ор­бит, непрогнозируемые смещения НИСЗ и др.) на точность абсо­лютного положения определяемых пунктов не превышает для сис­темы ГЛОНАСС — 9,2 м, системы GPS — 1 м.

Рисунок 2. Созвездия НИСЗ систем GPS и ГЛОНАСС