2. Основные компоненты снс

Основными компонентами любой спутниковой навигационной системы являются:

• орбитальная группировка (космический сегмент);

• наземный сегмент управления;

• аппаратура пользователя;

• дифференциальная подсистема, осуществляющая определение и передачу по радиоканалам поправок к дальностям или координатам определяемых точек.

Ниже рассмотрены перечисленные компоненты систем ГЛОНАСС, GPS и Galileo, эксплуатация которой начнется уже в ближайшие годы.

Орбитальная группировка

Орбитальная группировка состоит из симметрично распределенных по орбитам основных и резервных спутников и характеризуется числом спутников, плоскостей орбит, их высотами и наклонением к экваториальной плоскости.

Модель группировки определяет важнейшие эксплуатационные параметры системы и разрабатывается на начальном этапе создания системы. Обычно она обозначается в виде T/P/F, где T – общее число спутников; P – число плоскостей орбит; F – период обращения спутника. Отношение T/P определяет число спутников в каждой плоскости [7]; в некоторых работах параметр F характеризует специфическую геометрию группировки в части межплоскостной фазировки орбит через 360° по возвышениям узлов (ascending node).

Модель группировки определяет видимое в каждый момент времени созвездие спутников в той или иной точке планеты, и, как показывают расчеты, она оптимальна в системах ГЛОНАСС и Galileo. Поэтому не случайно, что группировка GPS сегодня насчитывает 31 спутник и рассматривается возможность ее увеличения до 32-х спутников.

Рабочая зона системы включает поверхность планеты и околоземное пространство до высоты, зависящей от модели группировки и высоты орбиты. Для системы GPS эта высота составляет 3000 км (высота орбиты 20180 км), а для ГЛОНАСС – 2000 км (высота 19130 км).

Наклонение орбиты определяет максимальную широту подспутниковых точек, и, следовательно, обеспечение оптимальных выходных характеристик СНС для стран, расположенных в южных, средних, северных или близких к ним широтах (например, спутники индийской системы IRNSS с наклонением орбиты 29 ориентированы на использование в странах, прилегающих к экватору; американской и европейской систем с наклонениями орбит 55-56 – в южных странах, а ГЛОНАСС с наклонением 65 – в северных странах).

Параметры действующих орбитальных группировок, в том числе основные характеристики спутников, рассмотрены ранее (3.1).

На спутниках имеется несколько эталонов частоты и времени, аппаратура для приема и передачи радиосигналов, бортовой компьютер, солнечные батареи и другое оборудование.

Наземный сегмент

Наземный сегмент системы включает главную станцию управления и несколько станций слежения, на которые выполняются траекторные измерения, расчет элементов орбиты, прогноз положения спутников на сутки вперед и пр. Эти данные, называемые эфемеридами, через главную станцию управления транслируются на спутники, чтобы через них дойти до пользователя в навигационных сообщениях.

В 1994 г. к траекторным измерениям и расчету эфемерид спутников GPS и ГЛОНАСС подключилась Международная Служба Глобальных Навигационных Спутниковых Систем (The International GNSS Service, IGS), объединяющая на добровольной основе более 200 организаций 80-ти стран мира и около 380 станций, которые регистрируют и сохраняют "сырые" данные. Кроме выполнения измерений IGS занимается определением и уточнением параметров Международной Земной Отсчетной Основы (ITRF), ее реализацией, определением точных эфемерид спутников GPS/ГЛОНАСС, поправок в часы приемников и спутников, исследованием вращения Земли и состояния различных слоёв атмосферы и др.

Представленные в IGS «сырые» результаты измерений обрабатываются, а вычисленные эфемериды всех спутников в виде их геоцентрических координат в системе ITRF с интервалом через 15 минут в виде текстовых файлов через сеть Интернет бесплатно представляются заинтересованным предприятиям и организациям.

Эфемериды спутников GPS готовятся в файлах трех типов:

• Final – «суточные» файлы, доступные через 12 дней и содержащие окончательные значения эфемерид и поправок часов;

• Rapid – те же файлы, но с задержкой примерно на 17 часов;

• Ultra-rapid – файлы, подготавливаемые и обновляемые четыре раза в сутки сериями данных за 48 часов, в т.ч. числе измерения за прошедшие сутки с задержкой на 3 часа, и прогноз положения спутников на следующие сутки.

Во всех файлах эфемериды имеют погрешности менее 5 см, а поправки к часам каждого спутника – порядка 0,1 – 0,2 нс.

Аналогичные данные для спутников ГЛОНАСС менее востребованы, а точность их эфемерид составляет порядка 30 см.