Спутниковые системы навигации

Спутниковая система навигации – комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов [5].

К основным элементам спутниковой системы навигации относятся:

1. орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) космических аппаратов, состоящая из навигационных спутников, излучающих специально подготовленные радиосигналы, называемая космическим сегментом;

2. наземная система управления и контроля, служащая для определения текущего положения спутников и передачи на них навигационной информации и текущего точного времени для корректировки информации об орбитах. Альтернативное название наземной системы управления - контрольный сегмент;

3. приёмное клиентское оборудование, используемое для определения координат (потребительский сегмент);

4. информационная радиосистема (не во всех случаях) для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

Основные элементы глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) изображены на рисунке 1

Рисунок 1 – Основные элементы ГНСС

Принцип работы спутниковых систем навигации

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Измерение расстояния происходит при помощи сравнения времени отправки сигнала (хранящегося в передаваемом пакете с временем приема пакета).

Таблица положений всех спутников называется альманахом. Для выполнения измерений, спутниковый приемник должен содержать в своей памяти эту таблицу. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел (прошло не более 2-х дней) – мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных математических вычислений и геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить текущее положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, в составе своего сигнала используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. Д [5].

Рисунок 2 – Принцип работы спутниковых систем навигации