Курсовая работа: Спутниковые системы навигации
Система в целом включает в себя три функциональные части (в профессиональной литературе эти части называются сегментами).
Рисунок 8
· космический сегмент, в который входит орбитальная группировка искусственных спутников Земли (иными словами, навигационных космических аппаратов);
· сегмент управления, наземный комплекс управления (НКУ) орбитальной группировкой космических аппаратов;
· аппаратура пользователей системы.
Из этих трёх частей последняя, аппаратура пользователей, самая многочисленная. Система Глонасс является беззапросной, поэтому количество потребителей системы не имеет значения. Помимо основной функции – навигационных определений, – система позволяет производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов частоты и времени на удалённых наземных объектах и взаимную геодезическую привязку. Кроме того, с её помощью можно производить определение ориентации объекта на основе измерений, производимых от четырёх приёмников сигналов навигационных спутников.
В системе Глонасс в качестве радионавигационной опорной станции используются навигационные космические аппараты (НКА), вращающиеся по круговой геостационарной орбите на высоте ~ 19100 км. Период обращения спутника вокруг Земли равен, в среднем, 11 часов 45 минут. Время эксплуатации спутника – 5 лет, за это время параметры его орбиты не должны отличаться от номинальных значений больше чем на 5%. Сам спутник представляет собой герметический контейнер диаметром 1,35 м и длиной 7,84 м, внутри которого размещается различного рода аппаратура. Питание всех систем производится от солнечных батарей. Общая масса спутника – 1415 кг. В состав бортовой аппаратуры входят: бортовой навигационный передатчик, хронизатор (часы), бортовой управляющий комплекс, система ориентации и стабилизации и так далее.
Рисунок 9
Рисунок 10а
Рисунок 10Б
Сегмент наземного комплекса управления системы ГЛОНАСС выполняет следующие функции:
· эфемеридное и частотно-временное обеспечение;
· мониторинг радионавигационного поля;
· радиотелеметрический мониторинг НКА;
· командное и программное радиоуправление НКА.
Для синхронизации шкал времени различных спутников с необходимой точностью на борту НКА используются цезиевые стандарты частоты с относительной нестабильностью порядка 10–13. На наземном комплексе управления используется водородный стандарт с относительной нестабильностью 10–14. Кроме того, в состав НКУ входят средства коррекции шкал времени спутников относительно эталонной шкалы с погрешность 3–5 нс.
Наземный сегмент обеспечивает эфемеридное обеспечение спутников. Это означает, что на земле определяются параметры движения спутников и прогнозируются значения этих параметров на заранее определённый промежуток времени. Параметры и их прогноз закладываются в навигационное сообщение, передаваемое спутником наряду с передачей навигационного сигнала. Сюда же входят частотно-временные поправки бортовой шкалы времени спутника относительно системного времени. Измерение и прогноз параметров движения НКА производятся в Баллистическом центре системы по результатам траекторных измерений дальности до спутника и его радиальной скорости.
Американская система GPS по своим функциональным возможностям аналогична отечественной системе Глонасс. Её основное назначение – высокоточное определение координат потребителя, составляющих вектора скорости, и привязка к системной шкале времени. Аналогично отечественной, система GPS разработана для Министерства Обороны США и находится под его управлением. Согласно интерфейсному контрольному документу, основными разработчиками системы являются:
· по космическому сегменту – Rockwell International Space Division, Martin Marietta Astro Space Division;
· по сегменту управления – IBM, Federal System Company;
· по сегменту потребителей – Rockwell International, Collins Avio-nics & Communication Division.
Как и система Глонасс, GPS состоит из космического сегмента, наземного командно-измерительного комплекса и сегмента потребителей.
Как было сказано выше, орбитальная группировка GPS состоит из 28 навигационных космических аппаратов. Все они находятся на круговых орбитах с периодом обращения вокруг Земли, равным 12 часам. Высота орбиты каждого спутника равна ~ 20000 км. НКА системы GPS проходили ряд усовершенствований, которые сказывались на их характеристиках в целом. В таблице 1,2 приведены краткие характеристики космических аппаратов, используемых в системе.
Таблица 1 – характеристики космических аппаратов, используемых в системе GPS
| Тип НКА | Масса на орбите | Мощность энергоисточников, Вт | Расчётный срок активного существования | Год запуска первого НКА |
| Блок-I | 525 | 440 | - | 1978 |
| Блок-II | 844 | 710 | 5 | 1989 |
| Блок-IIR | 1094 | 1250 | 7,5 | 1997 |
| Блок-IIF | - | - | 14–15 | 2001–2002 |
Таблица 2 – сравнительные характеристики систем ГЛОНАСС и GPS
| Показатель | ГЛОНАСС | GPS |
| Число КА в полной орбитальной группировке | 24 | 24 |
| Число орбитальных плоскостей | 3 | 6 |
| Число КА в каждой плоскости | 8 | 4 |
| Наклонение орбиты | 64,8º | 55º |
| Высота орбиты, км | 19 130 | 20 180 |
| Период обращения спутника | 11 ч. 15 мин. 44 с | 11 ч. 58 мин. 00 с |
| Система координат | ПЗ-90 | WGS-84 |
| Масса навигационного КА, кг | 1450 | 1055 |
| Мощность солнечных батарей, Вт | 1250 | 450 |
| Срок активного существования, лет | 3 | 7,5 |
| Средства вывода КА на орбиту | «Протон-К/ДМ» | Delta 2 |
| Число КА, выводимых за один запуск | 3 | 1 |
| Космодром | Байконур (Казахстан) | Мыс Канаверел (Cape Canaveral) |
| Эталонное время | UTC (SU) | UTC (NO) |
| Метод доступа | FDMA | CDMA |
|
К-во Просмотров: 457
Бесплатно скачать Курсовая работа: Спутниковые системы навигации
|