Курсовая работа: Спутниковые системы навигации GPS и ГЛОНАСС
Одновременно с проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приемника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Координированного всемирного времени (UTC).
Радионавигационное поле
Навигационные радиосигналы, излучаемые штатными НКА, образуют радионавигационное поле в околоземном пространстве.
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. Очевидно, 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
| , угл.град. | 0 | 15 | 19 |
| G( ),дБ (1600 МГц) | 10 | 12 | 8 |
| G( ),дБ (1250 МГц) | 9 | 11 | 9 |
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:
| 1600 МГц | 1250 МГц | |||
| , угл. град. | 90 | 5 | 90 | 5 |
| Pп , дБ Вт | | | ||
| G( ), дБ | +10 | +12 | +9 | +11 |
| ( R)2 , дБ | 182 | 184 | 180 | 182 |
| G0 ( ), дБ | 0 | 0 | ||
| P0 , дБ | 157 1 | 157 1 | 162 1 | 162 1 |
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).
В составе каждого кадра передается полный объем оперативной ЦИ и часть альманаха системы. Полный альманах передается в пределах суперкадра.