23.3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТОВ СРНС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

К середине 70-х гг. стало известно о более 30 проектах СРНС, предложенных фирмами различных стран. Одной особенностью проектов является стремление обеспечить постоянное навигационное обслуживание отдельных районов или всей поверхности Земли при дискретности местоопределений, зависящей только от времени обработки информации в БАП. Другая особенность — возложение на СРНС дополнительных задач, решение которых тесно связано с необходимостью определения координат. Несмотря на то, что большинство проектов не нашли практического применения из-за технической сложности, экономической нецелесообразности и пр., в совокупности они наиболее полно раскрывают возможности спутниковой навигации и их рассмотрение представляет интерес.

Проект «Таймейшн», предназначенный для ВМФ США, предусматривал создать четырехкратное покрытие с помощью системы из равномерно размещенных в трех орбитальных плоскостях сдвинутых по долготе на 120°. Высота орбит наклонение 55°, период обращения Дальномерные сигналы НИСЗ, излучаемые на двух когерентно связанных несущих частотах, содержат код принадлежности данному НИСЗ, синхросигнал данной орбиты и служебную информацию. В любой момент из любого места Земли обеспечивается одновременная видимость не менее четырех НИСЗ. Это позволяет в пассивном режиме практически мгновенно определять пространственные координаты и поправку к БШВ. Кроме того, с помощью доплеровских измерений можно определять составляющие вектора скорости П.

Целью проекта было создание системы обеспечения непрерывного высокоточного местоопределения неограниченному числу П в любой точке Земли. Двадцать спутников должны были располагаться в четырех созвездиях, по пять НИСЗ в каждом. Система содержит центральный геостационарный НИСЗ (на высоте и четыре НИСЗ, обращающиеся на синхронных эллиптических орбитах с апогеем Северным полушарием и перигеем над Южным. Созвездия постоянно находятся в зоне видимостей П данного района. Глобальное покрытие достигалось за счет равномерного распределения по экватору четырех созвездий. Сигналы, излучаемые НИСЗ, модулируются по фазе двоичным кодом, содержащим номер НИСЗ, дальномерный сигнал (псевдослучайная последовательность), метки времени, эфемеридную информацию и пр. Сигналы НИСЗ синхронизируются через центральный спутник от наземной станции. Одновременные измерения дальности до четырех НИСЗ, находящихся в поле зрения, позволяли бы определить три координаты места и поправку к шкале времени П. Измерение доплеровской частоты давало возможность определения составляющих вектора скорости П.

Однако в такой системе обеспечить доплеровские измерения трудно. Кроме того, принцип регионального размещения созвездий требует расположения средств КИК по всему земному шару, так как измерительные и информационные радиолинии не достигли требуемой надежности. Это заставило пока отказаться от применения высоких НИСЗ с суточным периодом обращения.

Проекты «Таймейшн» и прекратили свое сушествовзние после слияния в единый новый проект «Навстар».

Возрастающая интенсивность движения и повышение скоростей морских и воздушных П привели к возникновению ряда проектов спутниковых систем, решающих совместно задачи навигации и управления движением: «Марсат», «Аэросат», «Плейс», «Диоскуры» и др. В большинстве из них предусматривается использование дальномерных методов радионавигационных определений, основанных на различных способах измерения расстояния или

В качестве примера рассмотрим проект (см. § 6.4). В рамках этого проекта имеется два сходных варианта построения.

Первый вариант содержит три созвездия НИСЗ для перекрытия территории США и Атлантического и Тихого океанов. Каждое созвездие состоит

из шести синхронных НИСЗ, используемых для службы наблюдения (навигации и контроля движения) и для маршрутной связи наземных станций с самолетами. Данные о местоположении и опознавательном сигнале самолетов для службы наблюдения получаются через систему НИСЗ. Каждый самолет передает свой дальномерный код один раз в секунду, который ретранслируется через четыре НИСЗ на соответствующий центр навигации и управления. Последний вычисляет местоположение (три координаты и точное время) каждого самолета на основе разности времен прихода сигналов от НИСЗ.

Второй вариант содержит восемь НИСЗ на наклонных эллиптических орбитах, два стационарных связных ИСЗ и два дополнительных стационарных ИСЗ над каждым океаном. Каждый из восьми основных НИСЗ оборудован передатчиком и ретрансляторами системы наблюдения. Связные спутники обеспечивают всестороннюю связь над территорией США, а дополнительные — контроль, цифровую и речевую связь над океанами. В этом варианте рассматривается применение многофункциональной формы сигнала, позволяющей совмещать аппаратуру наблюдения, навигации и связи. Каждый из самолетов периодически излучает свой опознавательный сигнал, который через НИСЗ поступает в НЦН, где по задержкам ретранслированного сигнала (от четырех разных НИСЗ) определяется местоположение самолета.

Кроме рассмотренных известен ряд проектов по перспективным направлениям использования принципов спутниковой навигации, основанных на высокоточном определении местоположения и знании единого точного времени: системы предупреждения столкновений самолетов, опознавания («свой — чужой»), глобального метеобеспечения (определение координат воздушных шаров-зондов, действующих морских буев) и т. д.

В последнее время появились сведения о параметрах отечественной ССРНС «Глонасс» [187, 190, 214]. При определенной идентичности требований, предъявляемых к системам «Навстар» и «Глонасс», сопоставительный анализ их параметров иллюстрирует общность и различие в принятии разработчиками конкретных инженерных решений. Основные параметры указанных систем приведены в табл. 23.1.

В 1985 г. программа создания ССРНС «Навстар» вступила в завершающий этап развития, который предусматривает создание эксплуатационной системы. В 1991 г. функционировало 16 НИСЗ. По мере разработки и испытаний, а также накопления реальных данных о возможностях использования ее для гражданских потребителей выявились недостатки, обусловленные заложенными проектными решениями, направленными прежде всего на обеспечение ее использования в военных целях.

С учетом реальных гражданских потребителей рядом организаций проведено обоснование проектов спутниковых систем, предназначенных как для навигационного обеспечения, так и для передачи с их помощью различных видов информации. К числу этих систем относятся проекты «Навсат», «Гранас», «Геостар», «Мобилсат», «Скайлинк» и др. [194].

Таблица 23.1 (см. скан) Сравнение параметров систем «Глонасс» и «Навстар»

Проект «Навсат», предложенный европейским космическим агентством предусматривает возможность пассивных навигационных измерений на борту П по рабочему созвездию, включающему не менее четырех НИСЗ. В связи с этим сеть включает 24 спутника на трех круговых орбитах с периодом обращения и с наклонеиием 55° (такая структура планировалась первоначально для использования в СРНС «Навстар»). В проекте гражданской системы «Навсат» предлагается использовать более простой навигационный сигнал,

обеспечивающий снижение стоимости БАП. Навигационный сигнал каждого НИСЗ формируется на наземном центре, в зоне действия которого он находится, и ретранслируется им в течение временного окна, закрепленного за данным НИСЗ. Иначе говоря, в системе «Навсат» используется временное разделение сигналов различных НИСЗ. Характер разделения и излучения сигналов существенно упрощает БАП за счет ее одночастотного исполнения и использования одного канала для последовательной обработки сигналов НИСЗ. Кроме того, аппаратура НИСЗ упрощается за счет выполнения лишь функции ретранслятора сигналов и снижения средней мощности, потребляемой от бортовой сети за счет импульсной работы передатчика. Основные операции по формированию этого сигнала возлагаются на наземный центр управления. Это приводит также к существенному упрощению аппаратуры НИСЗ, оставляя за ней лишь функции ретрансляции навигационных сигналов.

При указанной концепции взаимодействия НИСЗ и наземного комплекса последний включает сеть распределенных по поверхности Земли региональных центров, объединенных линиями связи (в том числе и через НИСЗ) в структуру кольцевого типа и управляемых с помощью, главного центра (ГЦ), который может быть совмещен с одним из региональных центров (РЦ). Оборудование PLI и ГЦ обеспечивает определение эфемерид НИСЗ, взаимную временную синхронизацию РЦ, формирование и передачу на НИСЗ навигационного сигнала, контроль технического состояния НИСЗ и сети в целом, управления бортовой аппаратурой НИСЗ и т. д.

Рассматривается также вариант системы «Навсат», состоящей из 6 геостационарных НИСЗ и 12 НИСЗ на шести двенадцатичасовых высокоэллиптических орбитах (высота апогея перигея — Неполная сеть, сочетающая геостационарные и высокоэллиптические НИСЗ, обеспечивает региональную навигацию при поэтапном ее развертывании.

Проект «Грана» (ФРГ) основывается на принципе пассивного определения местоположения П, аналогичного принятому в системах «Навстар» и «Навсат». Система включает 20 НИСЗ на пяти круговых двенадцатичасовых орбитах и предназначена как для навигационных определений, так и для передачи данных оперативных служб по экстренному вызову, по оповещению о местонахождении объектов и т. д. В системе предлагается временное разделение сигналов НИСЗ и сокращенный объем навигационного сообщения. Сокращение достигается за счет использования вместо прогнозируемых эфемерид координат спутников, вычисленных по измеренным дальностям от НИСЗ до не менее чем трех наземных станций. Наземный комплекс состоит из 16 автоматически функционирующих приемопередающих станций. Измерение дальности от спутника до станций при известных их координатах позволяет осуществить непрерывную синхронизацию как следствие, использовать более простой

стандарт частоты на НИСЗ. Одну из 16 наземных станций предлагается использовать как главную для выполнения слежения, формирования системного времени, телеметрии и управления, оснастив ее соответствующим оборудованием.

Излучаемые НИСЗ навигационные сигналы ретранслируются наземными станциями (НС), при этом на сигналы накладывается информация, позволяющая идентифицировать НС. На борту НИСЗ по измеренным таким образом дальностям до НС определяются собственные координаты, с учетом их значений корректируются ШВ. Полученные данные передаются в составе навигационного сообщения.

Аппаратура П обеспечивает прием навигационных сигналов, измерение псевдодальностей до четырех НИСЗ, выделение навигационного сообщения и по полученным данным — определение своего местоположения. Рациональный выбор навигационного сигнала и навигационного сообщения обеспечивает возможность создания простой и дешевой БАП, которая позволит определять местоположение с погрешностью в несколько десятков метров и принимать сигналы, передаваемые оперативными службами различных систем, в том числе поиска и спасения терпящих бедствие.

Система «Геостар», предложенная как региональная для США, предназначена для высокоточных определений местоположения объектов и двустороннего обмена короткими сообщениями как между ними, так и с центрами их управления.

Система объединяет три стационарных НИСЗ и центральную наземную станцию (ЦНС). Для обеспечения глобальности системы в ее состав должны входить шесть стационарных НИСЗ, несколько дополнительных НИСЗ для обслуживания полярных районов и три НС. Центральная НС через одни из НИСЗ посылает запросный сигнал, который принимается БАП, находящейся в режиме ожидания. На принятый запрос БАП передает ответный сигнал, в который входит сигнал опознавания и сообщение, включающее данные о высоте при наличии высотомера. Этот сигнал ретранслируется через два или три НИСЗ на ЦНС. По временным задержкам принятых сигналов относительно запросного ЦНС измеряет дальности до потребителя и с использованием данных о высоте определяет положение объекта. Данные о положении потребителя и предназначенные ему сообщения передаются ЦНС через НИСЗ. Все основные вычислительные работы в системе выполняет ЭВМ ЦНС, что позволяет значительно упростить аппаратуру НИСЗ и особенно БАП.

Проекты «Мобилсат» и «Скайлинк» представляют собой региональные системы, сходные по принципу построения и функционирования с системой «Геостар».