1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ СРНС

Рассмотрение классификации СРНС позволяет более четко определить место сетевых СРНС, а также очертить основные способы их построения и использования в интересах навигации и управления движением.

Многообразие вариантов СРНС обусловлено отличиями в распределении функций между звеньями СРНС и в выборе технических принципов построения и функционирования этих звеньев и их элементов, особенностями структурных связей, а также спецификой организации навигационной работы. Таким образом СРНС могут различаться: местом решения навигационной задачи, степенью активности (в смысле излучения) П, темпом выдачи определяемых параметров движения (координат), высотой орбит НИСЗ, организацией измерений (каналь-ность аппаратуры П), параметричностью измерительного канала, характером эфемеридного обеспечения, размером рабочей области.

Некоторые из этих различий оказывают решающее влияние на технико-эксплуатационные характеристики СРНС. Именно их полезно принять за классификационные признаки при основных разделениях. Так, на рис. 1.2 варианты СРНС, упомянутых во введении, разделены на группы по признакам, в наибольшей степени влияющим на структуру и функционирование системы (номера вариантов указаны в кружках).

(кликните для просмотра скана)

По месту решения навигационной задачи все СРНС делятся на системы самоопределения и ииоопределения. Первые (варианты 1 —16) позволяют определять параметры движения (координаты) на борту самого П. В системах второго вида (варианты 17—30) навигационная задача решается в ином (по отношению к месте — на борту НИСЗ или же в наземном центре навигации (НЦН). При самоопределении на борту П должна размещаться приемоизмерительная аппаратура и ЭВМ, ведущая обработку информации. При иноопределении на борту П достаточно иметь только излучатель (либо переизлучатель) навигационных сигналов. Когда СРНС применяется для навигации подвижного объекта и результаты определений непосредственно используются для управления его движением, система строится по принципу самоопределения (варианты 1 —16). При этом определенные на борту П координаты могут одновременно выдаваться и в НЦН (варианты 4, 8, 12, 16). Если координаты П требуются какой-либо наземной службе, то и решение навигационной задачи может выполняться в НЦН, для чего удобно применять иноопределение (варианты 19—30). По такому варианту можно строить СРНС для управления воздушным движением или судоходством, для географической привязки гидрометеобуев, для определения координат терпящих бедствие, для слежения за передвижением экспедиций в безориентирной местности и т. п. В случае, когда П нуждается в результатах навигационных определений, но на его борту нельзя установить сложное оборудование, можно также применять иноопределение, но в варианте решения навигационной задачи с помощью ЭВМ НИСЗ. При этом результаты определений могут одновременно передаваться как на П, так и в НЦН (варианты 17, 18).

По признаку наличия навигационного передатчика различают активные и пассивные СРНС. В пассивных системах навигационные сигналы в своем темпе излучает передатчик НИСЗ, а на борту эти сигналы принимаются и обрабатываются (варианты 1—8). С объектов, лишенных сложного оборудования, эти сигналы ретранслируются для последующей обработки в НЦН (варианты 19—22). Активные системы располагают бортовым навигационным передатчиком. При самоопределении этот передатчик излучает запросные сигналы (варианты 9—16), а при иноопределении — либо запросные (варианты 17, 23— 26), либо ответные (варианты 18, 27—30). В активном режиме самоопределения НИСЗ выступает как ретранслятор навигационных сигналов, посылаемых с различных П, что ограничивает пропускную способность системы. Пассивные системы могут обслуживать неограниченное число П. Кроне того, навигационная работа пассивных систем не демаскирует П. Активные системы иноопределении с запросом НИСЗ (варианты 18, 27, 29) или от центра навигации (варианты 28, 30) имеют то преимущество, что опросы контролируемых П производятся синхронно, в то время как в системах, где запрос посылает П (варианты 17, 23—26), такой синхронности нет.

Весьма важным показателем является темп выдачи навигационных решений. По этому признаку СРНС делятся на системы дискретного и непрерывного действия. В дискретных системах навигационные определения могут проводиться лишь через известные интервалы времени, обусловленные периодичностью появления очередного НИСЗ над радиогоризонтом П. Системы непрерывного действия допускают непрерывную выдачу определяемых параметров, поскольку в таких

системах в зоне радиовидимости П всегда располагается нужное число НИСЗ. Дискретные системы должны применяться поэтому в комплексе с другими средствами для их периодической коррекции. Системы непрерывного действия могут выступать как самостоятельные средства высокоточной навигации.

Непрерывность навигационных определений основывается на таком построении системы НИСЗ, при котором все НИСЗ движутся с определенной взаимной координацией, так что постоянно обеспечивается прохождение в зоне видимости П необходимого их числа. Такая координированная сеть НИСЗ поддерживается периодической коррекцией положения каждого НИСЗ, создающей нужную их фазировку. В связи с этим системы непрерывного действия могут называться также сетевыми или корректируемыми. При отсутствии координации движения система НИСЗ лишается сетевых свойств, НИСЗ будут обращаться на своих орбитах обособленно, регулярность появления их в зоне видимости П будет определяться только периодичностью их орбитального движения. Соответственно этому навигационные определения можно будет выполнять только по мере прихода НИСЗ в зону видимости П, т. е. дискретно. Поэтому дискретные системы можно называть также некоординированными или некорректируемыми. Следует заметить, что в принципе и в некоординированных системах можно добиться практически непрерывной навигационной работы, но только за счет значительного избытка числа вводимых в систему НИСЗ, что по технико-экономическим соображениям представляется вряд ли целесообразным.

По высоте орбиты СРНС разделяются на низкоорбитные, средневысокие (среднеорбитные) и высокоорбитные системы. Такое разделение не просто формально - количественное, оно связано с существенными особенностями структуры и рабочих процессов СРНС. При низких орбитах (примерно над поверхностью Земли) период обращения невелик (105 мин), мал и угловой радиус зоны радиовидимости (около 25°), а скорость относительного движения НИСЗ и П наибольшая. Это предопределяет построение на таких НИСЗ некоординированных систем с измерениями по одному НИСЗ и ислользованием как координатных, так и скоростных измерений. Из высоких орбит наиболее характерны стационарные (около 36100 км), при размещении на которых экваториальных НИСЗ последние будут неподвижны относительно земной поверхности, имея угловой радиус зоны радиовидимости примерно 75°. Совокупности таких НИСЗ образуют естественную координированную сеть и благодаря попаданию как П, так и НЦП в зону видимости НИСЗ могут использоваться для построения систем иноопределения, в которых, однако, не могут применяться скоростные измерения. Средневысокие орбиты (14...20 тыс. км) при периодах обращения и радиусе зоны обслуживания 65...70° хорошо сочетают достоинства низких и высоких орбит. На таких орбитах могут строиться сетевые СРНС как для самоопределения по нескольким НИСЗ, так и для иноопределения, использующие как координатные, так и скоростные измерения. На классификационной таблице (см. рис. 1.2) варианты СРНС с измерениями по одиночным некоординированным НИСЗ занимают нечетные строки, а также позицию 18, в то время как четные строки отведены для вариантов СРНС с координированными сетями и измерениями по группе НИСЗ.

Классификация по организации измерений продолжает разделение СРНС по темпу выдачи навигационных решений применительно к вариантам построения аппаратуры П. По этому признаку бортовую аппаратуру П (БАП) можно разделить на одноканальную и многоканальную. При одноканальной БАП измерительный канал настраивается на слежение за сигналом одного НИСЗ, поэтому измерения по нескольким НИСЗ можио выполнять только последовательно во времени. Такое построение свойственно аппаратуре низкоорбитных СРНС дискретного действия, у которых между навигационными сеансами имеется достаточно времени для перестройки на сигнал очередного НИСЗ. Применение же одноканальной аппаратуры в СРНС с координированными сетями средне-высоких НИСЗ приводит к удлинению навигационного сеанса, а следовательно, к снижению темпа выдачи координат объекта. Такое решение влечет за собой недоиспользование возможностей систем непрерывного действия, но бывает оправданным при необходимости упрощения и удешевления аппаратуры массового П. Многоканальное построение приемоизмерителей направлено на реализацию параллельного и одновременного приема сигнала от используемой группы НИСЗ для практически мгновенного определения координат П, что составляет основу функционирования систем непрерывного действия. На классификационной таблице варианты сетевых координированных СРНС можно трактовать как многоканальные, имея в виду параллельную работу радиоканалов, и как одноканальные, предполагая последовательное установление радиоконтактов.

Следует иметь в виду, что в радиоканале НИСЗ - П работа может проводиться одновременно на двух частотах (для исключения одного из видов ошибок распространения, см. гл. 5), вследствие чего термины «двухканаль-ный» и «одноканальный» употребляют не совсем точно и для обозначения двухчастотных приемоизмерителей с исключением ошибки и одночастотных без ее исключения.

По параметричности измерительного канала различают СРНС с координатными и со скоростными измерениями. К координатным относятся дальномерные, угломерные и разностно-дальномерные системы. К скоростным принадлежат радиально-скоростные, разностно-радиально-скоростные, а также угломерно-скоростные. В зависимости от числа одновременно измеряемых параметров системы делятся на одно- и многопараметрические. Дальности и разности дальностей измеряют путем фиксации времени (разности времен) распространения огибающей простых сигналов или фазы (разности фаз) модулирующих псевдослучайных последовательностей (ПСП). Углы измеряются пеленгационным способом или большебазовым интерферометрическим способом с фазовым отсчетом. Радиальные скорости фиксируются по оценке доплеровского смещения несущих частот. В пассивных дальномерных СРНС с хранением начала отсчета бортовым опорным генератором измеряется по существу псевдодальность (отличающаяся от фактической дальности на значение, пропорциональное выявленному при обработке смещению фазы опорных колебаний). Аналогично этому в пассивных радиально-скоростных СРНС измеряется радиальная псевдоскорость, поскольку измеряемая доплеровская частота будет включать в себя фиксируемое значение смещения частоты опорных колебаний.

По характеру эфемеридного обеспечения спутниковые РНС можно делить на системы с эфемеридным обеспечением по прогнозу и системы с уточнением эфемерид в навигационном сеансе. В первом случае эфемериды рассчитывают на земле по результатам траекторных измерений и ретранслируют через принимающий их в составе навигационного сигнала. При периодичности их обновления 1—2 раза в сутки П приходится пользоваться устаревшей эфемеридной информацией, что сиижает точность навигационных решений. Во втором случае во время навигационного сеанса на борту НИСЗ выполняются траекторные измерения по наземным измерительным средствам, результаты которых используются для уточнения орбитальных параметров. При этом решение краевой задачи может проводиться или на борту НИСЗ (если там предусмотрена ЭВМ), или который получает от НИСЗ измерительную информацию вместе с навигационным сигналом. Оборудование НИСЗ в подобных системах усложняется по сравнению с системами, работающими по прогнозу, однако точность решения навигационных задач возрастает. Построение СРНС с уточнением эфемерид в сеансе иллюстрируется на рис. 1.2 в колонке самоопределения позициями 2, 3, 6, 7, 10, 11 и 14, 15. Системы иноопределения на борту НИСЗ (варианты 17 и 18) можно также развить на случай уточнения эфемерид в навигационном сеансе, хотя допускается, чтобы такие системы были менее точными, нежели системы самоопределения.

По размерам рабочей области СРНС бывают глобальными и региональными. Глобальные системы создают радионавигационное поле над всей поверхностью Земли, используя наиболее полно возможности космической техники для глобального навигационного обеспечения П. Региональные системы, создающие радионавигационное поле на ограниченных территориях и акваториях, лучше отвечают задачам контроля координат подвижных П при организации управления ими в районах интенсивного морского или воздушного движения.