3. Основные характеристики гссн.

Параметр	ГЛОНАСС	GPS	GALILEO
Число ИСЗ в системе	24 (3 в запасе) Всего 31 КА, используется по целевому назначению 24, временно выведены из строя 2, орбитальный резерв 4, на этапе летных испытаний 1	24 (3 в запасе) Всего 31 КА, используется по целевому назначению 31, временно выведены из строя 0, орбитальный резерв 0, на этапе летных испытаний 0	30 (3 в запасе)
Число орбитальных плоскостей	3	6	3
Количество спутников на орбите	8	4	10
Тип орбиты	круговая	круговая	круговая
Наклон орбиты	64,8°	55°	56°
Период обращения ИСЗ	11ч 15мин 44с	11ч 58мин 00с	14ч 4мин 42с
Высота ИСЗ над поверхностью Земли	19100 км	20180 км	23222 км
Система координат	ПЗ-90	WGS-84	GTRS
Несущие частоты навигационных сигналов, МГц	L1 1,6 ГГц стандартная точность L2 1,2 ГГц высокая точность	L1 1575,42 L2 1227,6 (для военных) L5 1176,4 МГц (последние модели спутников)	1,2-1,6 ГГц
Скорость передачи цифровой информации, бит/с	50	50	500
Срок активного существования	3-5 лет	7-8 лет	Более 12 лет
Размер спутника	8 м	5 м	1,2 м
Вес спутника	1,5 т	1 т	700 кг

4. Подсистемы спутниковых систем.

Выделяют следующие главные подсистемы (сегменты, секторы): наземного контроля и управления (НКУ), созвездия спутников (космических аппаратов - КА), аппаратуры пользователей (АП).

космический сегмент

сегмент контроля и управления

сегмент пользователя

наземный сегмент

- Наземный сегмент

В состав наземного сегмента входят космодром, командно-измерительный комплекс (КИК) и центр управления.

Космодром обеспечивает вывод спутников на требуемые орбиты при первоначальном развертывании навигационной системы, а также периодическое восполнение спутников по мере их выхода из строя или выработки ресурса.

Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракет-носителей и спутников, их испытания, заправку и состыковку.

В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с навигационным спутником на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск.

Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как космическими аппаратами.

Центр управления, связанный информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует функционирование всех элементов спутниковой навигационной системы.

Подсистема НКУ состоит из:

- станций слежения за КА,

- службы точного времени,

- главной станции с вычислительным центром,

- станций загрузки данных на борт КА.

Спутники GPS проходят над контрольными пунктами дважды в сутки. Собранная информация об орбитах обрабатывается и прогнозируются координаты спутников (эфемериды).

Эфемериды - это точки небесных координат астрономических объектов, вычисленных через равные промежутки времени.

Эти и другие данные с наземных станций загружаются на борт каждого КА.

GPS управляют главная станция на базе ВВС Колорадо-Спрингс и наземные станции в Колорадо-Спрингс, на острове Вознесения, острове Диего-Гарсия, атолле Кваджалейн, Гавайских островах и др. (Shank, Lavrakas, 1994). Для уточнения эфемерид используются результаты измерений на пунктах международных глобальных сетей, например, таких, как CIGNET и IGS.

Системой ГЛОНАСС управляют станции в Москве, Санткт-Петербурге, Воркуте, Енисейске, Якутске, Улан-Уде, Кятаб, Усурийске, Петропавловск-Камчатск.

- Космический сегмент

Состоит из навигационных спутников и представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника - формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника.

Подсистема КА состоит из 24 основных и 3 резервных спутников (планируется эту группировку увеличить еще на 18 спутников). Каждый спутник имеет по несколько атомных эталонов частоты и времени, аппаратуру для приема и передачи радиосигналов, бортовую компьютерную аппаратуру. Размеры спутников с учетом панелей солнечных батарей более 5м. Вес спутника - 1т. Расчетное время существования на орбите 7-8 лет.

КА сохраняет стабильным заданное положение на орбите, принимает и хранит информацию с наземных станций, а также непрерывно передает в аппаратуру пользователей измерительные радиосигналы, данные о точном времени, свои координаты и другие сведения.

В ГЛОНАСС также 24 основных и 3 резервных спутника. Масса аппарата -1,5 т, его длина около 8 м, срок активного существования КА 3-5 лет. Запуск спутников идет с космодрома Байконур. НКУ включает Центр управления системой под Москвой (ЦУС), центральный синхронизатор (ЦС) с высокоточным водородным стандартом частоты и времени для синхронизации системы, сеть на территории РФ контрольных станций (КС) - осуществляют сеансы траекторных и временных измерений, собирают телеметрическую информацию о состоянии бортовых систем, обеспечивают закладку на спутники 1 или 2 раза в сутки высокоточных эфемерид и временных поправок; система контроля фаз (СКФ) для синхронизации фаз сигналов, излучаемых всеми спутниками, и определения сдвигов бортовых шкал времени; кванто-оптические станции (КОС) для периодической юстировки радиотехнических каналов измерения дальностей; аппаратура контроля поля (АКП) - представляет собой аппаратуру пользователей, установленную на контрольных станциях, обеспечивает контроль точности измерений. НКУ осуществляет сбор, накопление и обработку траекторной и телеметрической информации обо всех спутниках системы, формирование и выдачу на каждый спутник команд управления и навигационной информации, а также контроль за функционированием системы в целом.

- Пользовательский сегмент

В пользовательский сегмент входит аппаратура потребителей. Она предназначается для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей.

Различие используемых спутников

• ГЛОНАСС

Основу спутника «Глонасс-М» составляет цилиндрический гермоконтейнер диаметром 1,350 м, в котором размещаются служебные системы и специальная аппаратура. С выдвинутой (раскрытой) штангой магнитометра его длина составляет 7,840 м. На «нижнем» (в положении штатной ориентации) днище спутника смонтирована платформа с антенно-фидерным устройствами и панелью уголковых отражателей; на «верхнем»- топливные баки и штанга магнитометра. На боковой поверхности гермоконтейнера закреплены два привода системы одноосной ориентации солнечных батарей, два раскрывающихся на орбите радиатора системы терморегулирования, два блока двигателей и датчики ориентации. Питание всех подсистем производится от солнечных батарей, ширина которых в раскрытом виде составляет 7,230 м. Общая масса составляет 1415 (1487) кг. При этом масса конструкции равна всего 237 кг.

В число систем спутника входят: бортовые навигационный передатчик (БНП), хронизатор (БХ) («часы»), управляющий комплекс (БУК), средства заправки и обеспечения параметров среды в гермоконтейнере; системы ориентации и стабилизации (СО), коррекции, электропитания (СЭП), терморегулирования (СТР); элементы конструкции и кабельная сеть. Время активного существования на орбите составляет 3-5 лет.

• GPS

Система GPS последовательно базировалась и базируется на постоянно совершенствуемых навигационных космических аппаратах (НКА) Блок-I, Блок-II, Блок-IIА. В состав бортового оборудования спутника входят следующие подсистемы: синтезатор частот, блоки формирования и передатчики навигационных сигналов, средства синхронизации и временного обеспечения или бортовые «часы», бортовое вычислительное устройство в составе основной и двух резервных ЭВМ, подсистемы ориентации в процессе наведения и на орбите, телеметрии, приема команд и ретрансляции сигналов наземного комплекса управления, терморегулирования и электропитания. Антенная система в линии передачи данных использует конические и спирально-конические антенны. Для передачи навигационных сигналов используются фазированные антенные решетки из спиральных излучающих элементов.

Опытный Блок-I был сконструирован так, чтобы обеспечивать нормальную работу по определению места в течение 3-4 дней без контакта с землей. Оперативные спутники получили наименование Блок-II, Блок-IIА, Блок-IIR.

Блок-II должен был обеспечивать местоопределение без контакта с землей в течение 14 дней. Блок-IIА должен обеспечивать функционирование системы в течение 180 дней без контакта с землей. Повышение автономности работы достигается за счет прогнозирования и компенсации погрешностей координатно-временного обеспечения НКА на коротком и длительном интервалах работы, обеспечиваемых за счет записи большого количества данных в памяти бортового компьютера НКА. В первом случае, через 14 дней погрешности местоопределения могут достигать 425 м, во втором случае, через 180 дней СВО может достичь величины 10 км.

Блок-IIR должен обеспечивать местоопределеиие без контакта с землей по крайней мере в течение 14 дней при работе совместно с НКА Блок-IIA и в течение минимум 180 дней с работающей системой автономной навигации при работе только спутников Блок-IIR.

НКА Блок-IIF предназначены для замены НКА Блок-IIR, предполагают увеличение срока службы до 14 и более лет, а также совершенствование cтpуктуры сигнала и координатно-временного обеспечения НКА.

Различие сигналов

В системе GPS предусмотрено применение двух различающихся кодированных сигналов: кода Р (precision – точный) и С/A (clear acquisition – легко обнаруживаемый).

Оба кода передаются на общей частоте f₁ = 1575.42 МГц (длина волны λ₁=19 см), но двумя несущими, сдвинутыми на λ/2 для удобства их разделения. Сигналы на частоте f₁ обычно называют сигналами L1. Для передачи служебной информации применяется двоичный код D (Date – данные), которым модулируются обе несущие.

Для повышения точности измерений применяется двухчастотный способ измерений. В связи с этим наряду с частотой f1 предусмотрена частота f2=1227.6 МГц (λ₂=24.4 см), которая так же модулируется точным измерительным кодом Р, а также кодом служебной информации D. Сигналы на частоте f2 называют сигналами L₂. В системе ГЛОНАСС также предусмотрено применение двух типов сигналов: сигнал высокой точности и сигнал стандартной точности, передаваемых на различных частотах. В отличие от системы GPS, реализующей кодовое разделение сигналов в системе ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов. Если в системе GPS используются две частоты передачи сигналов, то в системе ГЛОНАСС используются два диапазона частот. По аналогии с системой GPS диапазон частот сигнала стандартной точности называют диапазоном L₁, а диапазон частот высокой точности – L₂.

Различие аппаратуры потребителя

• ГЛОНАСС

Сегмент потребителей включает приемники ГЛОНАСС и сообщество самих пользователей. Навигационная аппаратура потребителя (НАП) принимает сигналы ГЛОНАСС (практически все современные образцы НАП принимают также и сигналы системы GPS), обрабатывает их, измеряет и определяет радионавигационные параметры, вычисляет геоцентрические координаты Х, У, Z и на их основе - геодезические координаты и высоту над опорным эллипсоидом в системе координат ПЗ-90 (возможна также работа в системах WGS-84, СК-42, Гаусса-Крюгера и др.), поправку к местной шкале времени Т относительно системного времени ГЛОНАСС (GPS) и составляющие вектора скорости.

• GPS

Сегмент потpебителей включает приемники GPS и сообщество самих пользователей. Аппаратура потребителя принимает сигналы GPS, обрабатывает их, измеряет радионавигационные параметры и определяет на их основе координаты и составляющие скорости в ГСК и поправку к местной шкале времени ТGPS) относительно системного времени GPS и ее уход, а затем геодезические координаты и высоту над опорным эллипсоидом в системе координат WGS-84 и составляющие вектора скорости. Возможно также определение координат в какой-либо иной системе (Меркатора, Гаусса-Крюгера н т.д.).

Перспективы систем

• ГЛОНАСС

В целях развития системы ГЛОНАСС утверждена федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система». Она предусматривает создание глобального навигационного поля для определения координат объектов с высокой степенью точности и достоверности, внедрение спутниковых навигационных технологий в информационные контуры управления движением, повышение уровня безопасности в дорожно-транспортном комплексе страны, значительное снижение эксплуатационных расходов, отказ в перспективе от использования традиционных наземных навигационных радиотехнических средств.

• GPS

Для развития системы GPS предусмотрена программа повышения точности гражданского навигационного сигнала (снимается сигнальный селективный доступ; создания новых навигационных спутников с повышенными тактико-техническими характеристиками; возможности реализации пространственного селективного доступа, которой позволит реализовать, по желанию США, навигационное обеспечение с пониженной точностью в любом районе Земного шара, либо совсем исключить этот район из зоны обслуживания системы GPS; разработки стандартов на систему GPS и принятия их в качестве международных;

• GALILEO

Введение системы Galileo в эксплуатацию планируется в 2012 году. Основными направлениями работ данного проекта являются разработка орбитальной группировки, её развёртывание и построение наземного сегмента.