Навигационная система Глонасс

Система ГЛОНАСС предназначена для глобальной оперативной навигации приземных подвижных объектов. СРНСС разработана по заказу Министерства Обороны. По своей структуре ГЛОНАСС так же, как и GPS, считается системой двойного действия, то есть может использоваться как в военных, так и в гражданских целях. Разработкой аппаратов занимается ОАО " Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва". Система также включает в себя три сегмента:

· космический сегмент, в который входит орбитальная группировка искусственных спутников Земли;

· сегмент управления, наземный комплекс управления (НКУ) орбитальной группировкой космических аппаратов;

· аппаратура пользователей системы.

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.

В таблице Приложения Б [*] приведены сведения о космических аппаратах, используемых в системе. В Приложении В [*] приведены сведения о космических аппаратах, используемых в системе. В состав бортовой аппаратуры входят: бортовой навигационный передатчик, хронизатор (часы), бортовой управляющий комплекс, система ориентации и стабилизации и так далее.

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 10¹⁴. 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.

В системе Глонасс используется частотное разделение сигналов (FDMA), излучаемых каждым спутником - двух фазоманипулированных сигналов. Частота первого сигнала лежит в диапазоне L1 ~ 1600 МГц, а частота второго - в диапазоне L2 ~ 1250 МГц. Для каждого спутника рабочие частоты сигналов в диапазоне L1 и L2 когерентны и формируются от одного эталона частоты. Одна из несущих подвергается фазовой манипуляции на 180º. Модулирующий сигнал получают сложением по модулю 2 трёх двоичных сигналов (рис. *):

· грубого дальномерного кода, передаваемого со скоростью 511 Кбит/с;

· последовательности навигационных данных, передаваемых со скоростью 50 бит/с;

· меандрового колебания, передаваемого со скоростью 100 бит/с.

Рисунок 2 – Структура сигнала ГЛОНАСС

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.

Навигационное сообщение формируется в виде непрерывно следующих строк, каждая длительностью 2 с. В первой части строки (интервал 1, 7 с) передаются навигационные данные, а во второй (0, 3 с) - Метка Времени. Она представляет собой укороченную псевдослучайную последовательность, состоящую из 30 символов с тактовой частотой 100 бит/с.

Навигационные сообщения спутников системы Глонасс необходимы потребителям для навигационных определений и планирования сеансов связи со спутниками. По своему содержанию навигационные сообщения делятся на оперативную и неоперативную информацию. Оперативная информация относится к спутнику, из сигнала которого она была получена. К оперативной информации относят оцифровку меток времени, сдвиг шкалы времени спутника относительно шкалы системы, относительное отличие несущей частоты спутника от номинального значения, эфемеридная информация.

Неоперативная информация содержит альманах, включающий в себя данные о состоянии всех спутников системы, сдвиг шкалы времени спутника относительно шкалы системы, параметры орбит всех спутников системы, поправку к шкале времени системы Глонасс.

Выбор оптимального " созвездия" КА и прогноза доплеровского сдвига несущей частоты обеспечивается за счёт анализа альманаха системы. Навигационные сообщения спутников системы Глонасс структурированы в виде суперкадров длительностью 2, 5 мин. Суперкадр состоит из пяти кадров длительностью 30 с. Каждый кадр содержит 15 строк длительностью 2 с. Из 2 с длительности строки последние 0, 3 с занимает метка времени, остальная часть строки содержит символы цифровой информации, передаваемых с частотой 50 Гц.