Спутниковые системы навигации GPS и ГЛОНАСС

В СРНС ГЛОНАСС каждый штатный НКА излучает навигационные радиосигналы 1600 МГц и 1250 МГц в сторону Земли с помощью передающих антенн, рабочая часть диаграммы направленности (ДН) которых имеет ширину 2  =38 и “освещает” диск Земли с избытком до высоты h0 над поверхностью.

Рабочую часть ДН можно представить в виде конусного радиолуча с углом 2 0 при вершине. О

чевидно, что

sin 0=(h0+r)/(H+r),

где r = 6400 км  радиус Земли; H = 19100 км  высота орбиты НКА.

Подставив  0=19 , получим h0 = 2000 км.

При полной ОГ (24 штатных НКА) радионавигационное поле на высотах h  h0 = 2000 км непрерывно в пространстве, т.е. потребитель в любой точке этого пространства “освещается” радиолучами не менее чем от четырех НКА, образующих по отношению к нему удовлетворительное по геометрическому фактору созвездие для оперативного автономного определения координат и вектора скорости.

На высотах h  h0 радионавигационное поле становится дискретным в пространстве. Космические объекты на высотах h0  h  H “освещены” радиолучами от необходимого для оперативной навигации созвездия (не менее четырех НКА, включая НКА ниже местного горизонта) не везде, а только при нахождении в определенных областях пространства.

Космические объекты на высотах h  H (например, на геостационарной орбите) будут “освещены” на некоторых участках своей орбиты радиолучом от одного или двух НКА (при полной ОГ), и НАП может не оперативно определить орбиту космического объекта на основе обработки результатов приема навигационных радиосигналов на “освещенных” участках орбиты.

Ограничимся рассмотрением непрерывного радионавигационного поля (h  h0). Основной характеристикой радионавигационного поля для наземного потребителя являются мощности навигационного радиосигнала от околозенитного и пригоризонтного НКА на выходе “стандартной” приемной антенны (без учета отражений от поверхности Земли):

P0 = Pп G( ) G0( )  2/(4 R)2,

где Pп  мощность излучения передатчика; G( )  коэффициент направленности передающей антенны (с учетом потерь в АФУ) в направлении  на приемную антенну; G0( )  коэффициент направленности “стандартной” приемной антенны в направлении  на передающую антенну;   длина волны несущего колебания радиосигнала; R  дальность от приемной антенны до передающей антенны.

В системе ГЛОНАСС передающие антенны для навигационных радиосигналов на НКА имеют круговую правую поляризацию излучения.

Коэффициент направленности G( ) передающих антенн в рабочем секторе направлений   19 относительно оси антенны составляет

В качестве “стандартной” приемной антенны удобно рассматривать изотропную приемную антенну с круговой поляризацией, G0( ) = 1.

Дальность R от приемной антенны, размещенной на поверхности Земли, до околозенитного ( = 90 ) НКА составит R = H = 19100 км, до пригоризонтного ( =5 ) НКА составит R = 24000 км.

Бюджет мощности P0 узкополосных навигационных радиосигналов на выходе “стандартной” приемной антенны:

Отметим, что мощность навигационного радиосигнала, принимаемого наземным потребителем с помощью изотропной антенны, одинакова для околозенитного и пригоризонтного НКА.

Структура сигнала ГЛОНАСС

грубого дальномерного кода, передаваемого со скоростью 511 Кбит/с (рис. 6в);

последовательности навигационных данных, передаваемых со скоростью 50 бит/с (рис. 6а);

меандрового колебания, передаваемого со скоростью 100 бит/с (рис. 6б).

Сигнал в диапазоне L1 (аналогичен C/A-коду в GPS) доступен для всех потребителей в зоне видимости КА. Сигнал в диапазоне L2 предназначен для военных нужд, и его структура не раскрывается.

Для навигационных радиосигналов ЦИ формируется на борту НКА на основе данных, передаваемых от НКУ системы на борт НКА с помощью радиотехнических средств. Передаваемая в навигационных радиосигналах ЦИ структурирована в виде строк, кадров и суперкадров.

В узкополосном навигационном радиосигнале 1600 МГц строка ЦИ имеет длительность 2 с (вместе с МВ) и содержит 85 двоичных символов длительностью по 20 мс, передаваемых в относительном коде. Первый символ каждой строки является начальным (“холостым”) для относительного кода. Последние восемь символов в каждой строке являются проверочными символами кода Хемминга, позволяющие исправлять одиночный ошибочный символ и обнаруживать два ошибочных символа в строке. Кадр содержит 15 строк (30 с), суперкадр 5 кадров (2,5 мин).

 Скачать реферат