РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. КОМПЛЕКСНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ССРНС

ГЛАВА 23. ЗАДАЧИ И ОСОБЕННОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ССРНС

23.1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Для СРНС характерны сложная структура, информационные и управляющие связи между элементами разных уровней, пространственная разобщенность подсистем и потребителей (П) и т. п. (см. гл. 1). Общие методологические, технические и организационные аспекты проектирования и исследования подобных систем разрабатываются в рамках системотехнического научного направления. Применительно к конкретным системам задачи проектирования могут решаться так, как это сделано в [125, 146].

Не касаясь методологических вопросов, остановимся на основных специфических задачах, возникающих при проектировании СРНС. Их совокупность определяется прежде всего уровнем технических и эксплуатационных требований, предъявляемых к системе. Так, СРНС, наиболее полно отвечающая требованиям разнородных П, должна обеспечивать [117]: высокую точность определения места в единой (всемирной) системе координат (П, которым не нужна высокая точность, должны иметь возможность применения простой аппаратуры или упрощенных методов решения навигационной задачи); глобальность; непрерывность обсерваций при высокой оперативности; неограниченность числа обслуживаемых П (при использовании активного режима работы число П должно соответствовать заданному); уверенный прием навигационных сигналов в условиях естественных и искусственных помех.

Кроме того, бортовая аппаратура потребителя (БАП) должна иметь допустимые габариты и массу и отвечать требованиям условий эксплуатации.

Объем задач, глубина их проработки и решения зависят от степени использования существующих технических средств, научно-технического задела, опыта предшествующих разработок и т. п. Основные научно-технические задачи проектирования ССРНС, их связь между собой и основными характеристиками системы показаны на рис. 23.1. Рассмотрим кратко каждую из них.

Рис. 23.1. Характеристики ССРНС, определяющие основные задачи проектирования

1. Обеспечение синхронизации временных шкал сети НИСЗ с необходимой точностью связано с созданием высокостабильных бортовых (БХВ) и наземных (НХВ) хранителей времени и использованием высокоточных средств траекторных измерений. Помимо этого требуется исследовать и учитывать множество других факторов, влияющих на уход временных шкал НИСЗ {температура, магнитное поле, радиация, релятивистские эффекты и пр.).

2. Выбор метода радионавигационных измерений определяется требуемой точностью измерения РНП, допустимой продолжительностью интервала измерений, характеристиками достижимой стабильности опорных генераторов частоты на НИСЗ и П, приемлемой сложностью алгоритмов решения навигационной задачи и другими факторами.

3. При выборе рабочих частот навигационных радиоканалов необходимо прежде всего руководствоваться требованиями регламента радиосвязи [106], предусматривающего выделение специальных диапазонов радиочастот для навигации. При этом должны учитываться уровень потерь электромагнитной энергии сигнала при распространении радиоволн, в том числе при прохож: дении границ раздела различных сред, и допустимые рефракционные погрешности при измерении РНП. При использовании двухчастотного способа устранения ионосферных погрешностей обе частоты должны находиться в одном диапазоне и обеспечивагь требуемый уровень остаточной погрешности.

С другой стороны, выбранный диапазон должен обеспечить создание антенно-фидерных устройств на НИСЗ и П с необходимым коэффициентом усиления при приемлемых габаритных характеристиках. Необходимо учитывать также наличие элементной базы как для передающих устройств НИСЗ, так и для приемоизмерительных устройств на П.

4. Структура и содержание кадра (формата) навигационного сигнала, как наиболее консервативного параметра системы, должны выбираться особенно тщательно. Навигационный сигнал обесцечивает необходимую точность измерения РНП, структурную устойчивость при приеме в условиях естественных и искуственных помех, минимальное время измерения РНП как при приеме сигнала на объекте-потребителе, так и по времени накопления данных (эфемериды, альманах и пр.) для решения навигационной задачи. Кадр сигнала должен содержать минимальной объем информации и в то же время иметь необходимый резерв для его совершенствования без доработок действующего парка аппаратуры П. Распределение информации в кадре должно быть удобным для обработки в ЭВМ БАП. Излучаемая мощность навигационного сигнала при выполнении условий нормального приема должна удовлетворять требованию минимального энергопотребления передающих устройств на НИСЗ.

5. Обеспечение П эфемеридной информацией о координатах и скоростях НИСЗ, прогнозированных на момент измерений, является одной из специфических задач, решаемых при проектировании СРНС. Эта задача распадается на ряд других значительных по сложности и объему задач по созданию командно-измерительных систем необходимой точности, единой (всемирной) системы координат и привязке пунктов КИК к этой системе, разработке схем организации траекторных измерений и способов их обработки и т. д.

Для высокоточного долгосрочного прогнозирования координат НИСЗ важно знать геопотенциал и другие факторы, влияющие на движение НИСЗ. Время устаревания эфемеридной информации до предельно допустимых значений определяет длительность автономной работы НИСЗ без обновления начальных условий, а следовательно, загрузку наземных средств КИК сеансами связи с НИСЗ.

Вид представления эфемеридной информации в кадре сигнала определяет объем запоминающих устройств НИСЗ и, с другой стороны, объем вычислительных процедур на П.

6. Выбор и обоснование структуры сети НИСЗ производятся исходя из заданной пространственной зоны обслуживания, мерности вектора состояния и обеспечения непрерывности навигационных определений при минимальном числе НИСЗ в системе. Высоту орбит НИСЗ выбирают такой, чтобы можно было измерять РНП с требуемой точностью и оперативностью. С другой стороны, высота орбиты должна быть минимальной для уменьшения энергетических затрат на выведение НИСЗ и потерь энергии радиоволн при распространении. Сеть НИСЗ должна обладать необходимой структурной устойчивостью, чтобы на весь период существования системы сохранялись территориально-временные характеристики обслуживания. При этом не исключается активная коррекция положения НИСЗ на орбите.

Структура сети должна также обеспечивать управление НИСЗ и траекторные измерения с участков территории земного шара, где расположены пункты командно-измерительного комплекса (КИК). Помимо указанных требований имеется еще ряд условий, связанных с использованием существующих носителей, космодромов и пр.

7. Помехозащищенность обеспечивается выбором структуры навигационного сигнала, необходимым энергетическим потенциалом в месте приема, пространственной селекцией сигналов, сведением к минимуму внутрисистемных помех (разделение излучений НИСЗ), использованием нелинейных подавителей помех в приемном тракте аппаратуры п.

8. Геодезическое обеспечение призвано, как уже говорилось, способствовать точному долгосрочному прогнозированию движения НИСЗ. Кроме того, необходимо обеспечить пересчет координат из геоцентрической системы в любую другую (геодезическую, географическую, ортодромическую и пр.) и обратно без существенных потерь точности. Для решения задачи геодезического обеспечения СРНС могут разрабатываться программы исследований с использованием космических геодезических комплексов и гравиметрических средств.

Помимо перечисленных основных задач при проектировании СРНС решается ряд крупных инженерно-технических задач по разработке, испытанию и изготовлению технических подсистем и комплексов. Прежде всего к ним относится создание НИСЗ как главного элемента СРНС, а также средств КИК с координационно-вычислительным центром (КВЦ), центра управления системой, системы быстродействующих наземных линий связи и т. п. Из анализа основных задач можно заключить, что они требуют, как правило, поиска компромиссных решений, а процесс проектирования СРНС имеет комплексный характер.