ГЛОНАСС

Навигационные системы использующие искусственные спутники земли становятся основным средством наземной воздушной и морской навигаций. Первым шагом в этом направлении было создание низкоорбитальных спутниковых систем отечественной «цикады» и американской «транзит». Следующим этапом явилась реализация программ по созданию глобальных навигационных спутниковых систем российской ГЛОНАСС и американской HABCTAR(GPS). Обе они сейчас находятся в эксплуатации. Основными требованиями к навигационным системам являются высокая точность местоопределения , глобальность действия а также получение навигационного радиосигнала в любое время суток. К важнейшим качествам современных навигационных средств относятся их независимость от погодных условий, надёжность работы и возможность свободного доступа неограниченному числу пользователей. Всем этим требованием соответствует система ГЛОНАСС, обладающая более высокой точностью и оперативностью , чем ранее развернутые низкоорбитальные системы. Установка на борту навигационных спутников атомных стандартов частоты позволяет использовать эту систему и для измерений в интересах службы времени. ГЛОНАСС дает возможность пользователю определять координаты местоположения скорость движения и точное время. Каждый спутник (всего в орбитальной группе 24) непрерывно излучает навигационный радиосигнал. Аппаратура пользователя одновременно принимает сигналы от четырёх ИСЗ ГЛОНАСС и автоматически определяет дальность до этих спутников и скорость их движения. При необходимости определить только две координаты объекта навигационной аппаратуре пользователя достаточно сигналов от трех спутников. По результатам этих измерений и с помощью цифровой информации передаваемой со спутников после ее обработки автоматически решается навигационная задача: определяется местоположение пользователя и другие параметры. При этом навигационная задача может быть решена с момента первого включения аппаратуры в течение нескольких минут, с последующим определением через каждую секунду. В состав системы ГЛОНАСС входит, как уже отмечалось, орбитальная группировка из 24 спутников, находящихся на круговых орбитах на высоте 19100 км. Они были запущены и будут запускаться для восполнения группировки с космодрома "Байконур" ракетой-носителем тяжелого класса "Протон" со специальным разгонным блоком по три спутника сразу. Причем масса каждого из них составляет более 13000 кг. Спутники расположены в трех орбитальных плоскостях, разнесенных на 1200. В каждой плоскости находится восемь ИСЗ, которые удалены друг от друга на 450 по широте. Период обращения каждого спутника вокруг Земли 11 ч 15 мин. Такое построение орбитальной группировки позволяет создать оптимальные условия для непрерывного и глобального обеспечения всей поверхности Земли радионавигационными сигналами. Это дает возможность пользователю со среднеквадратической ошибкой около 20 м устанавливать свои координаты и с погрешностью не хуже чем 15 см/ определять скорость. Для этого на каждом спутнике имеется навигационный комплекс, который формирует навигационное сообщение и излучает его на Землю со скоростью 50 бит/с. Излучаемый радионавигационный сигнал содержит эфемериды спутника (данные о его местоположении на орбите на каждый момент времени), служебные данные, информацию об исправности бортового комплекса. "Сердцем" бортового комплекса является высокостабильный генератор с относительным уходом частоты за сутки 5•10•13. Он служит основным источником для создания бортовой шкалы времени и обеспечивает синхронизацию всех процессов, проходящих в системе ГЛОНАСС. Важнейшую роль играет также бортовая ЭВМ, которая "запоминает" и обрабатывает принимаемую с наземных пунктов управления информацию и обеспечивает выполнение программы работы специальных бортовых систем. В передаваемом с борта сигнале содержится информация о положении всех других спутников на орбите. Эта информация включает в себя начальные условия движения ИСЗ, что позволяет пользователю с помощью навигационной аппаратуры выбирать оптимальные созвездия спутников для точного определения своего местоположения. Передача информации на наземный комплекс управления и передача навигационной информации пользователям производится по разным радио каналам. Для того, чтобы все процессы в такой сложной системе происходили в одной шкале времени, в состав аппаратуры Центра управления включен центральный синхронизатор. Его основа - высокостабильный водородный генератор частоты, обеспечивающий на порядок более высокую суточную относительную нестабильность, чем генератор, который установлен на спутнике. Таким образом, бортовые шкалы времени системы ГЛОНАСС синхронизируются с центральным синхронизатором, а через него- и с государственным эталоном частоты и времени. Такое построение системы позволяет пользователю получать широкий набор сервисных услуг, помимо определения своих координат и поправки времени. При этом режим работы пользователя беззапросный, что делает возможным одновременное применение неограниченного числа приемников сигналов системы ГЛОНАСС. Для пользователей системы ГЛОНАСС российскими предприятиями разработана и выпускается навигационная аппаратура в нескольких модификациях, рассчитанная на массовое производство и применение в различных условиях. В комплект аппаратуры пользователя входят приемник, антенна, процессор и устройство индикации общим весом 1,5--2,5 кг. Приемники аппаратуры - многоканальные, могут принимать одновременно сигналы от 6-12 спутников, находящихся в зоне видимости пользователя. Кроме того, они могут настраиваться на передатчики системы НАВСТАР. Все это позволяет выбрать оптимальное созвездие спутников для повышения точности измерений. Массогабаритные характеристики отечественной аппаратуры близки к зарубежным аналогам и позволяют использовать ее на личных автомобилях, на яхтах, а также в геологических партиях. Несмотря на высокую точность определения местонахождения объектов, получаемую в настоящее время с помощью системы ГЛОНАСС, широко развернуты работы, направленные на дальнейшее повышение ее технических характеристик и устойчивости функционирования в различных условиях. Одно из таких направлений связано с использованием режима дифференциальных навигационных определений. Внимание к дифференциальному режиму вызвано необходимостью обеспечивать решение некоторых задач, например, определения координат с точностью до нескольких сантиметров. В основе дифференциального метода лежит формирование разности отсчетов, что и определило его название - дифференциальный. Сущность метода заключается в том, что наземные опорные станции, координаты которых известны, с высокой точностью осуществляют непрерывные измерения параметров спутников ГЛОНАСС, находящихся в зоне видимости. В результате обработки полученных данных эти станции вырабатывают дифференциальные поправки и передают их в навигационную аппаратуру пользователя, которая использует их для компенсаций систематических погрешностей в своих измерениях. Практическим стимулом применения этого режима была необходимость использования спутниковых навигационных систем для посадки самолетов. Поэтому современная аппаратура пользователя может работать в дифференциальном режиме. В настоящее время в дифференциальном режиме в сочетании со специальными.техническими измерениями и программно-математическими методами удается достигать точностей до нескольких сантиметров. По оперативности и точности аппаратура системы ГЛОНАСС находится на уровне лучших мировых аналогов. Это стало возможным благодаря использованию последних достижений в развитии элементной базы с высокой степенью быстродействия и интеграции.