Спутниковые системы местоопределения

Спутниковые системы местоопределения

Министерство Транспорта России

РосМорФлот

Новороссийская Государственная Морская Академия.

Факультет военного обучения.

Реферат

тема: «Спутниковые системы местоопределения»

Выполнили курсанты 131 уч.взвода:

Филатов М.М., Мустафаев Д.Р., Федяшов В.В.

Руководитель: кап.2 р. Осокин М.Ю.

Новороссийск

2001

Оглавление

Оглавление 1

1. Введение 2

2. Спутниковые системы радиоместоопределения. 3

2.1 Исторический экскурс 4

3. Система местоопределения, использующая специализированную спутниковую

радионавигационную систему. 6

4. Система местоопределения, использующая геостационарные спутники связи. 9

5. Глобальная навигационная спутниковая система 11

ГЛОНАСС-М. 11

6. Система Глобального Позиционирования (GPS) 12

5.1 GPS в деталях 13

7. Сравнение GPS и ГЛОНАСС 13

8. Последние новости GPS 15

8.1 Модернизация GPS - новые сигналы для гражданских пользователей 15

8.2 Отмена селективного доступа 16

9. Приёмники GPS 17

9.1 Приёмники GPS индивидуального пользования 17

10. Новости ГЛОНАСС 19

10.1 Китай собирается сотрудничать с Россией в деле эксплуатации и

развития системы ГЛОНАСС 19

11. Перспективы развития ГЛОНАСС 19

12. ГЛОССАРИЙ 24

ЛИТЕРАТУРА 25

1. Введение

В сферу телекоммуникаций в настоящее время инвестировано 450 млрд. $ США.

За фармацевтической и энергетической промышленностью связь занимает третье

место в мировой шкале инвестиций, опережая химию и автомобилестроение. По

оценкам братьев Салимон эти инвестиции возрастут до 2003 г. больше чем на

50%, достигнув 685 млрд. $ США. Возможно, одним из наиболее впечатляющих по

своим масштабам итогов деятельности человечества в 20 столетии стало

создание глобальных космических систем. В частности создание систем

радиоместоопределения и телекоммуникации. Эти системы огромны как по своей

стоимости реализации, так и по своими возможностям и масштабам. На создание

системы связи Iridium уже было затрачено около 7 млрд. $ США, а на создание

системы Globalstar 4 млрд. $. Однако они стали реальностью нашей жизни.

Глобальные навигационные системы GPS и ГЛОНАСС были не только развернуты,

но и опробованы в гражданском и боевом применении, функционирует целый ряд

систем спутниковой связи использующих, как геостационарные, так и

низколетящие спутники. Исторически развитие космических систем связи и

навигации началось параллельно. Хотя в навигационных системах

присутствовали служебные комплексы связи, но они не являлись системами

связи массового обслуживания и играли обеспечивающую жизнедеятельность

системы роль. В то же время на системы космической связи в начале их

развития не возлагались функции измерения координат, хотя они нуждались в

баллистическом обеспечении и следовательно в решении задачи определения

местоположения ретрансляторов. То есть решение задач местоопределения в

системах связи носило характер обеспечения их функционирования. Однако

довольно быстро стало ясно, что для решения задачи управления и связи с

подвижными объектами необходимо знание координат объектов. Возможности

совмещения услуг местоопределения и связи нашло применение в обслуживании

транспортных сухопутных перевозок, породив целое направление – телематику.

Одновременно возможность измерения и передачи координат подвижных объектов

давала возможность создания нового класса систем – систем глобального

аварийного оповещения.

Современное поколение космических систем связи настолько тесно

интегрирует в себя сервис координатометрии, что принципиально использует

его в алгоритмах системы автоматизированного управления связью (АСУС) и

тарификации. Относительно требований к точности определения координат,

существуют требования Международной Морской Организацией (ИМО)

сформулированные в 1983 г. в Резолюции А.529(13), содержащей стандарты

точности судовождения удовлетворяющие нужды общей

навигации. При этом районы плавания для судов, следующих со скоростью до 30

узлов подразделяются на две основные зоны: открытое море и прибрежные

районы и подходы к портам и портовые воды в которых ограничена свобода

маневрирования судов.

В первой зоне точность судовождения должна быть не хуже 4% от расстояния

до ближайшей навигационной опасности, с максимумом в 4 мили при наибольшем

допустимом интервале времени от момента последнего местоопределения.

Во второй зоне точность регламентируется принятой в 1995г. Резолюцией ИМО

А.815(19) по Всемирной Радионавигационной Системе (ВРНС) и эта точность не

должна быть хуже 10 м с вероятностью 95%.

Информация о местоположении судна должна обновляться с интервалом не

более 10 с. Однако, если информация о местоположении судна используется для

непосредственного управления судном, или в электронных картах судовых

электронных картографических систем, то в этих случаях обновление

информации должно осуществляться с интервалом не более 2 с. Поэтому стали

развиваться системы сочетающие возможность определения координат подвижных

объектов и организации связи между ними. Первыми такими системами стали

система OmniTracs и система Коспас-Сарсат действующие и в настоящее время.

Первая предназначена для связи с подвижными объектами и определения их

координат, вторая для аварийного оповещения. Поскольку в системах

аварийного оповещения связная часть играет подчиненную роль, призванную

обеспечить доставку сигнала и координат места бедствия далее будем

рассматривать системы связи предоставляющие возможности местоопределения.

С технической точки зрения созданные системы радиоместоопределения

Глонасс и GPS являются уникальными научно-техническими комплексами,

обеспечивающими в настоящее время наибольшую точность глобальной временной

и координатной привязки абонентов. Однако это стало возможным благодаря

применению в бортовых радиотехнических комплексах ИСЗ наиболее передовых

достижений в области квантовых стандартов частоты и созданию

соответствующих систем баллистического обеспечения. Применяемые в настоящее

время в этих системах радиосигналы обеспечивают необходимый уровень

предельной точности проведения измерений координат.

2. Спутниковые системы радиоместоопределения.

Спутниковые системы радиоместоопределения - сравнительно новая, быстро

развивающаяся ветвь навигации или отслеживания перемещения подвижных

объектов.

2.1 Исторический экскурс

Развитие отечественной спутниковой радионавигационной системы (СРНС)

ГЛОНАСС имеет уже практически сорокалетнюю историю, начало которой

положено, как чаще всего считают, запуском 4 октября 1957 г. в Советском

Союзе первого в истории человечества искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Измерения доплеровского сдвига частоты передатчика этого ИСЗ на пункте

наблюдения с известными координатами позволили определить параметры

движения этого спутника.

Эффект Допплера (по имени австрийского физика К. Допплера) состоит в

изменении регистрируемой приемником частоты колебаний или длины волны при

относительном движении приемника и источника этих колебаний.

Обратная задача была очевидной: по измерениям того же доплеровского

сдвига при известных координатах ИСЗ найти координаты пункта наблюдения.

Научные основы низкоорбитальных СРНС были существенно развиты в процессе

выполнения исследований по теме "Спутник" (1958—1959 гг.). Основное

внимание при этом уделялось вопросам повышения точности навигационных

определений, обеспечения глобальности, круглосуточности применения и

независимости от погодных условий.

Проведенные работы позволили перейти в 1963 г. к опытно-конструкторским

работам над первой отечественной низкоорбитальной системой, получившей в

дальнейшем название "Цикада".

В 1979 г. была сдана в эксплуатацию навигационная система 1-го поколения

"Цикада" в составе 4-х навигационных спутников (НС), выведенных на круговые

орбиты высотой 1000 км, наклонением 83° и равномерным распределением

плоскостей орбит вдоль экватора. Она позволяет потребителю в среднем через

каждые полтора-два часа входить в радиоконтакт с одним из НС и определять

плановые координаты своего места при продолжительности навигационного

сеанса до 5 ... 6 мин.

В ходе испытаний было установлено, что основной вклад в погрешность

навигационных определений вносят погрешности передаваемых спутниками

собственных эфемерид, которые определяются и закладываются на спутники

средствами наземного комплекса управления. Поэтому наряду с

совершенствованием бортовых систем спутника и корабельной

приемоиндикаторной аппаратуры, разработчиками системы серьезное внимание

было уделено вопросам повышения точности определения и прогнозирования

параметров орбит навигационных спутников.

Была отработана специальная схема проведения измерений параметров орбит

средствами наземно-комплексного управления, разработаны методики

прогнозирования, учитывающие все гармоники в разложении геопотенциала.

Проведены работы по уточнению координат измерительных средств и

вычислению коэффициентов согласующей модели геопотенциала, предназначенной

специально для определения и прогнозирования параметров навигационных

орбит. В результате точность передаваемых в составе навигационного сигнала

собственных эфемерид была повышена практически на порядок и составляет в

настоящее время на интервале суточного прогноза величину ( 70 ... 80 м, а

среднеквадратическая погрешность определения морскими судами своего

местоположения уменьшилась до 80 ... 100 м.

ЭФЕМЕРИДЫ (в астрономии) - координаты небесных светил, параметры орбит

спутников и другие переменные астрономические величины, вычисленные для

ряда последовательных моментов времени и сведенные в таблицы.

Для оснащения широкого класса морских потребителей разработаны и серийно

изготавливаются комплектации приемоиндикаторной аппаратуры "Шхуна" и

"Челн". В дальнейшем спутники системы "Цикада" были дооборудованы приемной

измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствие объектов, которые

оснащаются специальными радиобуями, излучающими сигналы бедствия на

частотах 121 и 406 Мгц. Эти сигналы принимаются спутниками системы "Цикада"

и ретранслируются на специальные наземные станции, где производится

вычисление точных координат аварийных объектов (судов, самолетов и др.).

Дооснащенные аппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники "Цикада"

образуют системы "Коспас". Совместно с американо-франко-канадской системой

"Сарсат" они образуют единую службу поиска и спасения, на счету которой уже

несколько тысяч спасенных жизней.

Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем

морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации.

Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы,

удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потребителей: авиации,

морского флота, наземных транспортных средств и космических кораблей.

В 1995 г. было завершено развертывание СРНС ГЛОНАСС до ее штатного

состава (24 НС). В настоящее время предпринимаются большие усилия по

поддержанию группировки. Разработаны самолетная аппаратура АСН-16, СНС-85,

АСН-21, наземная аппаратура АСН-15 (РИРВ), морская аппаратура "Шкипер" и

"Репер" (РНИИ КП) и др.

Основным заказчиком и ответственным за испытания и управление системами

являются Военно-космические силы РФ.

В рассматриваемый период времени в США также проведены интенсивные

разработки СРНС. В 1958 г. в рамках создания первого поколения атомных

ракетных подводных лодок "Полярис" была создана система "Транзит" (аналог

СРНС "Цикада"), введенная в строй в 1964 г.

В начале 70-х годов начаты работы по созданию СРНС второго поколения —

ОР5/"Навстар" (аналога отечественной системы ГЛОНАСС). Спутниковая

радионавигационная система GPS полностью развернута в 1993.

В данном реферате рассматриваются системы радиоместоопределения (в

дальнейшем - местоопределения), задачей которых является контроль за

перемещением подвижных объектов в центре сбора информации о местоположении

и движении объектов или, как иногда это называют, сопровождение подвижных

объектов.

Спутниковые системы местоопределения подвижных объектов базируются на

использовании радиолиний, обеспечивающих передачу сигналов между подвижным

объектом, искусственным спутником Земли (ИСЗ) и наземной станцией, При этом

подвижный объект, ИСЗ и наземная станция оснащаются радиотехническим

оборудованием в зависимости от используемой конфигурации системы и метода

определения координат объекта. Далее будут рассмотрены три наиболее

распространенных типа конфигурации систем местоопределения.

3. Система местоопределения, использующая специализированную спутниковую

радионавигационную систему.

Спутниковой радионавигационной системой принято называть систему, в

которой группировка ИСЗ выполняет роль опорных радионавигационных точек. К

числу таких систем относятся NAVSTAR (США) и "Глонасс" (Россия). NAVSTAR

(NAVigation System using Timing And Ranging) или GPS (Global Positioning

System)

Эти системы относятся к категории пассивных систем с самоопределением. В

них радиопередатчик имеется только на навигационных ИСЗ, а аппаратура,

размещаемая на подвижном объекте, имеет только приемник сигналов ИСЗ,

устройство обработки сигналов и вычисления координат объекта. В данных

навигационных системах результаты вычисления координат объекта имеются

только на самом объекте, т.е. аппаратура объекта сама определяет свои

координаты. Общепринятое название этой аппаратуры -- аппаратура потребителя

спутниковой навигации (АПСН).

Схема построения системы радиоместоопределения и сопровождения подвижных

объектов на основе спутниковой радионавигационной системы представлена на

Рис. 1.

Аппаратура, устанавливаемая на подвижном объекте -- аппаратура

потребителя, осуществляет прием на направленную антенну навигационных

сигналов одновременно от нескольких ИСЗ (не менее 4-х), находящихся в зоне

видимости. По поступающей от ИСЗ кодовой информации о параметрах

излучаемого со спутника сигнала, а также данных об орбитальных параметрах

движения ИСЗ (эфемеридная информация) в ЭВМ аппаратуры потребителя по

заложенным алгоритмам определяются географические координаты подвижного

объекта, скорость и направление движения.

Данные о координатах и скорости подвижного объекта могут представляться

потребителю в визуальной форме на табло и запоминаются с регистрацией

времени измерения.

Для передачи навигационных параметров подвижного объекта в центр сбора

данных на подвижном объекте используется отдельный канал связи подвижной

спутниковой службы (ПСС). В данной схеме указан канал спутниковой связи

подвижного объекта с наземной станцией центра сбора через геостационарный

спутник связи (ГСС). Сеанс измерения навигационных параметров и их передача

от подвижного объекта включается по запросу из центра сбора При этом не

требуется вмешательства оператора на подвижном объекте.

Глобальная спутниковая радионавигационная система NAVSTAR (NAV igation

System using Timing And Ranging) или GPS (Global Positioning System)

создана для высокоточного навигационно-временного обеспечения объектов,

движущихся в космосе, воздухе, на земле и в воде.

В ее состав входят навигационные спутники, наземный комплекс управления и

аппаратура потребителей (пользователей). Применяемый в системе принцип

состоит в том, что специальные приемники, установленные у потребителей,

измеряют дальности до нескольких спутников и определяют свои координаты по

точкам пересечения поверхностей равного удаления. Величина временной

задержки определяется сопоставлением кодов сигналов, излучаемых спутником и

генерируемых приемным устройством, методом временного сдвига до их

совпадения Временной сдвиг определяется по часам приемника. Для нахождения

широты, долготы, высоты и исключения ошибок в определении временного

сдвига, приемник пользователя должен “видеть” и принимать навигационные

сигналы от четырех спутников.

Скорость определяется по доплеровскому сдвигу несущей частоты сигнала

спутника, вызываемому движением пользователя. Доплеровский сдвиг замеряется

при сопоставлении частот сигналов, принимаемых от спутника и генерируемых

приемником.

Навигационные сигналы излучаются на двух частотах L-диапазона (L-band,

полосы радиочастот от 390 до 1550 МГц); 1575,42 МГц (L1) и 1227,6 МГц (L2).

На L2 излучаются сигналы с военным кодом P(Y) с высокоточной информацией и

защищенным от имитационных помех.

P-код представляет из себя последовательность псевдослучайных

бистабильных манипуляций фазы несущей частоты с частотой следования ,равной

10,23 МГц и периодом повторения в 267 суток. Каждый недельный сегмент этого

кода является уникальным для одного из спутников GPS и непрерывно

генерируется им в течение каждой недели, начиная с ночи с субботы на

Страницы: 1, 2