Введение в современные спутниковые радионавигационные системы. Часть 1: общие принципы, современное состояние, перспективы развития. Насыров И.А. - 3 стр.

                                                                                5   6
информации, заложенной в сигнале спутника. Потребитель, измеряя частоту                      На основе этих исследований в середине 60-х годов в США создается
пришедшего к нему сигнала, сравнивает ее с эталонной и таким образом вычисляет      доплеровская спутниковая радионавигационная система первого поколения «Transit».
доплеровский сдвиг частоты, обусловленный движением спутника. Измерения             Так же как и в Советской системе, координаты источника вычисляются по
проводятся непрерывно, что позволяет построить функцию изменения частоты            доплеровскому сдвигу частоты сигнала одного из 7 спутников. ИСЗ имеют круговые
Доплера. В определенный момент времени частота становится равной нулю, а затем      полярные орбиты с высотой над поверхностью Земли ~1100 км, период обращения
меняет знак. В момент равенства нулю частоты Доплера потребитель находится на       спутников «Transit» равен 107 минутам. Основное назначение системы «Transit» –
линии, которая является нормалью к вектору движения спутника, как это показано на   навигационное обеспечение пуска с подводных лодок баллистических ракет «Polaris».
рис.1. Используя зависимость крутизны кривой доплеровской частоты от расстояния     Отцом системы считается директор Лаборатории прикладной физики Р. Кершнер. В
между потребителем и ИСЗ, и измерив момент времени, когда частота Доплера равна     конце 60-х годов система «Transit» становится доступной для коммерческого
нулю, можно вычислить координаты потребителя. Таким образом, искусственный          использования.
спутник Земли становится радионавигационной опорной станцией, координаты                    Оснащение спутниковой навигационной аппаратурой судов торгового флота
которой изменяются во времени вследствие движения спутника по орбите, но заранее    оказалось очень выгодным, поскольку благодаря повышению точности судовождения
могут быть вычислены для любого момента времени благодаря эфемеридной               удавалось настолько сэкономить время плавания и топливо, что бортовая аппаратура
информации, заложенной в навигационном сигнале спутника.                            потребителя окупала себя после первого же года эксплуатации. В целом, за время
                                                                                    коммерческого использования СРНС «Transit» торговым флотом США сэкономлено
                                                                                    морскими перевозчиками порядка нескольких сотен миллионов долларов США.
                                                                                            Однако точность вычисления координат потребителя в системах первого
                                                                                    поколения в большой степени зависит от точности определения его собственной
                                                                                    скорости. Так, если скорость объекта определена с погрешностью 0,5 м/с, то это в
                                                                                    свою очередь приведет к ошибке определения координат ~500 м. Для неподвижного
                                                                                    объекта эта величина уменьшается до 50 м.
                                                                                              Так, в ходе испытаний систем «Циклон-Б», «Цикада» и предшествовавшей
                                                                                    им системы «Циклон» было установлено, что погрешность местоопределния
                                                                                    движущегося судна по навигационным сигналам этих спутников составляет 250... 300
                                                                                    м. Выяснилось также, что основной вклад в погрешность навигационных
                                                                                    определений вносят погрешности передаваемых спутникам собственных эфемерид,
                                                                                    которые рассчитываются и закладываются на борт КА средствами наземного
                                                                                    комплекса управления (НКУ). Комплекс принятых специальных мер позволил
                                                                                    уточнить координаты измерительных средств и вычислить параметры согласующей
                                         Рис. 1                                     модели гравитационного поля Земли, предназначенной специально для определения и
                                                                                    прогнозирования параметров движения навигационных космических аппаратов
       В конце 50-х - начале 60-х годов рядом научно-исследовательских институтов   (НКА). В результате точность передаваемых в составе навигационного сигнала
Советского союза проводились исследования по теме «Спутник», ставшие                собственных эфемерид была повышена практически на порядок, так что их
впоследствии основой для построения отечественной низкоорбитальной спутниковой      погрешность на интервале суточного прогноза не превышала 70...80 м. Как следствие,
системы первого поколения. В 1967 году на орбиту был выведен первый                 погрешность определения морскими судами своего местоположения уменьшилась до
отечественный навигационный спутник «Космос-192». В 1976 г. на вооружение           80...100 м.
Советской Армии была принята навигационно-связная система «Циклон-Б» в составе              К сожалению, выполнить требования всех потенциальных классов новых
шести космических аппаратов (КА) «Парус», обращающихся на околополярных             потребителей низкоорбитальные системы не могли в силу принципов, заложенных в
орбитах высотой 1000 км. Через три года была сдана в эксплуатацию спутниковая       основу их построения. Так, если для неподвижных потребителей, имеющих
радионавигационная система (СРНС) "Цикада" в составе четырех КА на орбитах того     двухканальную приемную аппаратуру, погрешность определения местоположения
же класса, что и у КА "Парус". И если первая система использовалась исключительно   удалось снизить до 32 м (данные для американской СРНС «Transit»), то при
в интересах МО СССР, то вторая предназначалась, главным образом, для навигации      движении погрешности сразу же начинают возрастать из-за неточности счисления
гражданских морских судов.                                                          пути - низкоорбитальные СРНС не позволяли определять скорость движения. Более
       Параллельно с этим, после успешного запуска в СССР первого ИСЗ, в США в      того, по получаемым измерениям можно определить только две пространственные
Лаборатории прикладной физики университета Джона Гопкинса проводятся работы,        координаты. Вторым недостатком низкоорбитальных систем было отсутствие
связанные с возможностью измерения параметров сигнала, излучаемого спутником.       глобальности покрытия, поскольку, например, на экваторе спутники проходили через
По измерениям вычисляются параметры движения спутника относительно наземного        зону видимости потребителя в среднем через 1,5 часа, что допускает проведение
пункта наблюдения. Решение обратной задачи – дело времени.                          только дискретных навигационных сеансов. Наконец, ввиду использования в сеансе
                                                                                    лишь одного НКА продолжительность измерений может доходить до 10...16 мин.