Основные принципы построения спутниковых навигационных систем связи.

Спутниковой радионавигационной системой (СРНС) принято называть такую РНС, в которой роль опорных радионавигационных точек (РНТ) выполняют ИСЗ, несущие навигационную аппаратуру. Навигационные ИСЗ (НИСЗ) или навигационные спутники (НС) являются аналогом неподвижных РНТ, представляющих собой опорные пункты наземных РНС. Перенос РНТ из наземных точек с фиксированными географическими координатами в точки, совершающие орбитальное движение, привело к существенным изменениям в построении этих РНС. Если наземные РНС содержат в качестве основных своих звеньев только аппаратуру РНТ и потребителей (П), то СРНС включают в себя ряд дополнительных звеньев.

Подсистема контроля и управления формируется из станций траекторных измерений (СТИ) и станций управления (СУ) (рис). Эта станции расположены по всему миру.

Спутниковая радионавигационная система

На всех станциях измерения приемники GPS используются для пассивного слежения за навигационными сигналами всех спутников. Полученная информация обрабатывается на главной управляющей станции и используется для обновления эфемерид спутников. Загрузка навигационных данных, состоящих из прогнозированных орбит и поправок часов, производится для каждого спутника каждые 24 часа. Мониторинг состояния спутников осуществляется практически непрерывно. За сутки выполняется 70–80 контактов с созвездием спутников. Возможно взаимодействие с дополнительными функциональными системами, которые обмениваются сигналами с НС и другими объектами, расположенными на поверхности Земли, в воздушном или космическом пространстве.

Космодром обеспечивает вывод НИСЗ на требуемые орбиты при первоначальном развертывании СРНС, а также периодическое восполнение числа НИСЗ по мере выработки каждым из них ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракетоносителей и НИСЗ, их испытания, заправку НИСЗ и их состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с НИСЗ на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск. Командно-измерительные средства космодрома по телеметрическому и траекторному каналам контролируют работу бортовых систем и траекторию полета на участке вывода на орбиту.

Система НИСЗ представляет собой совокупность источников навигационных сигналов, передающих одновременно значительный объём служебной информации. На НИСЗ, как на КА размещается разнообразная аппаратура: средства пространственной стабилизации, аппаратура траекторных измерений, телеметрическая система, аппаратура командного и программного управления, системы энергопитания и терморегулирования. С навигационными блоками взаимодействуют бортовой эталон времени и бортовая ЭВМ.

Аппаратура потребителей предназначается для приема сигналов от НИСЗ, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре П предусматривается специализированная ЭВМ.

Командно-измерительный комплекс (именуемый также подсистемой контроля и управления) служит для снабжения НИСЗ служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля за НИСЗ и для управления ими как космическими аппаратами. Для этого с помощью наземных средств КИК выполняется телеметрический контроль за состоянием спутниковых систем и управление их работой, осуществляется определение параметров движения НИСЗ и управление их движением, проводится сверка и согласование бортовой и наземной шкал времени, а также ведётся снабжение П так называемой эфемеридной информацией т. е. сведениями о текущих координатах сети НИСЗ, информацией о состоянии их бортовых шкал времени, а также рядом поправок.

Координирует функционирование всех элементов СРНС центр управления, который связан информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и КИК.

Основной особенностью функционирования СРНС является высокая скорость относительного перемещения НИСЗ и П. С ней связаны возможность применения радиально-скоростного метода навигационных определений и высокий уровень быстродействия всех звеньев системы. Эта же особенность позволяет в течение ограниченных интервалов времени получать значительные объемы измерительной информации, а стало быть, пользоваться статистическими методами обработки измерений. Быстрое изменение навигационных параметров (HП) открывает возможность для навигационных определений при числе НИСЗ, меньшем числа определяемых координат. Все это предопределяет введение в состав аппаратуры П цифровых ЭВМ.

Важной особенностью является допустимость работы в диапазоне УКВ, с чем связаны возможности использования широкополосных сигналов и их пространственной селекции. Орбитальное движение передатчиков сигналов позволяет каждым из них обслуживать обширные территории, примыкающие к следу орбиты, ширина которых возрастает с увеличением высоты орбиты. Ввиду суточного вращения Земли эти зоны от витка к витку смещаются по земной поверхности, увеличивая тем самым рабочую область радионавигационной системы.

Несомненными достоинствами СРНС являются: неограниченная дальность действия в приземном слое пространства; высокая точность определения координат и составляющих скорости во всей пространственной рабочей области; однозначность навигационных определений, выдаваемых в единой для всех П системе координат; независимость точности от времени суток, сезонов года и гидрометеоусловий; высокая помехоустойчивость; неограниченность числа обслуживаемых подвижных объектов; возможность при одном и том же радионавигационном поле применять приёмоизмерительную аппаратуру разных классов точности и оперативности с различным составом определяемых параметров.

ССРНС функционирует в собственном системном времени. Все процессы в её звеньях развертываются и фиксируются в этой временной шкале. Периодически начала отсчета местных временных шкал принудительно согласовываются с системной шкалой, синхронизируются с ней