1.5. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ ССРНС

Сеть НИСЗ. Система координированно обращающихся на своих орбитах спутников может развертываться постепенно: вначале создается часть сети, обеспечивающая периодически региональное покрытие, затем по мере наращивания ее

образуется глобальное непрерывное покрытие. Так, вначале можно разместить по три НИСЗ на двух орбитах (1-я фаза развития), затем добавить еще три НИСЗ на третью орбиту (2-я фаза развития) и, наконец, доводить на каждой из орбит число спутников до их полного состава.

Сеть НИСЗ выбирается из соображений обеспечения заданной кратности глобального покрытия зонами видимости, заданной точности местоопределения и минимальной взаимной интерференции принимаемых сигналов. Для СРНС второго поколения одной из наивыгоднейших конфигураций признана [143, 187] система из 24 НИСЗ, размещенных равномерно в трех плоскостях, наклоненных на 63° к экваториальной плоскости и разнесенных по долготе на 120°, на круговых орбитах, высотой около 20 000 км.

Каждый НИСЗ такой сети дважды в сутки пересекает экватор в северном направлении так, что узлы сдвинуты на 180°. Подспутниковая точка перемещается по замкнутой кривой, две волны которой охватывают все долготы. Спутники в каждой плоскости идут с интервалом в 1,5 ч, следы их орбит пересекают экватор со сдвигом по долготе на 22°,5.

Все НИСЗ сети излучают сигналы одинаковой структуры, используемые для измерений дальности и радиальной скорости. Индивидуальным для каждого НИСЗ является содержание передаваемой им служебной информации. Наряду с этим применяются различные способы доступа к используемым сигналам.

Универсальная СРНС, по мнению американских специалистов [141], должна обслуживать наряду с гражданскими П также военные П (корабли, самолеты, КА, наземные транспортные средства, десантные группы и т. п.). Требуется, чтобы к сигналу, обеспечивающему предельно точную навигацию, имели доступ только военные П, а для других П он был затруднен. Гражданские П заинтересованы, напротив, в легком доступе к используемому сигналу. Поэтому в ССРНС «Навстар» предусмотрено применение двух различающихся кодированных сигналов: кода Р (protected - защищенный) и С/A (clear acquisition - легко обнаруживаемый). Войти в слежение за сигналом более точного кода (имеющего недельную длительность) можно лишь с помощью пароля (ключевого слова), передаваемого менее точным кодом С/А (с длительностью около 1 мс).

Содержанием служебной информации являются: частотно-временные поправки для данного НИСЗ и его эфемериды, альманах, телеметрическая (ТЛМ) информация, ключевые слова, поправки на распространение радиоволн и иная информация, повышающаяся точность и надежность навигационного сеанса. Вся эта информация компонуется определенным образом в виде кадра, распадающегося на строки, и передается с известной периодичностью.

Наземный командно-измерительный комплекс (КИК). Служит для управления полетом и работой бортовых систем всех НИСЗ как носителей навигационных сигналов и в первую очередь для снабжения их информацией, необходимой для проведения высокоточных и надежных навигационных сеансов. В число задач комплекса входят: проведение траекторных измерений для определения орбит всех НИСЗ и временных измерений для определения расхождений бортовых шкал времени всех НИСЗ с системным временем; предсказание для каждого НИСЗ его будущих эфемерид и ухода бортового времени; формирование массива служебной информации с включением в него спрогнозированных эфемерид, альманаха и поправки бортовой шкалы времени, а также прочих поправок для каждого НИСЗ; закладка массива служебной информации в память каждого НИСЗ для модуляции ею навигационных сигналов; контроль по телеметрическим каналам за работой систем сети НИСЗ и диагностика их состояния; управление по командному каналу полетом всех НИСЗ и работой их бортовых систем. Высокая точность расчета эфемерид обеспечивается соответствующей точностью измерительных средств, внесением поправок на выявленные методические погрешности и вовлечением в обработку результатов как свежих траекторных измерений, так и накапливаемых за недельный срок. При планировании работы средств комплекса наивысшим приоритетом пользуются операции по закладке служебной информации. Передаваемые с НИСЗ данные, содержащиеся в навигационном сигнале, постоянно контролируются для выявления сбоев.

По оценкам, проведенным применительно к первому этапу испытаний системы «Навстар» [142], погрешности предсказания эфемерид на несколько часов не превысят 6 м, а погрешность предсказания сдвига временной шкалы лежит в пределах 8 не, что дает погрешность местоопределения около 10 м.

Навигационная аппаратура потребителя. Выполняет следующие операции: выбор из всей совокупности видимых НИСЗ рабочего созвездия; расчет для выбранной группы НИСЗ ожидаемых значений угловых координат, дальности и радиальной скорости; поиск в каждом из каналов сигналов НИСЗ по пространству, временной задержке и доплеровскому смещению частоты, а также по кодовому номеру НИСЗ; вхождение в слежение за кодом С/А, а через него — за кодом выделение и декодирование эфемеридной информации; измерения временной задержки сигнала и его доплеровского смещения; обработку измерительной и эфемеридной информации от всех НИСЗ для определения координат и составляющих скорости набор из последовательных кадров сигнала одного из НИСЗ полного сборника альманаха; оценку точности проведенного навигационного решения.

Рабочее созвездие выбирается по полученному ранее и хранящемуся в памяти альманаху, позволяющему на любой момент вычислить координаты всех НИСЗ системы. Для полностью развернутой системы из 24 НИСЗ над радиогоризонтом П в зависимости от условий (место и высота полета) может располагаться от 5 до 11 НИСЗ. Выбор наивыгоднейшего рабочего созвездия может основываться на различных критериях. Один из них состоит в отыскании четверки, образующей тетраэдр наибольшего объема. По этому критерию наивыгоднейшей будет такая конфигурация, при которой один НИСЗ находится в зените П, а три остальных — как можно ближе к горизонту, с максимальными взаимными удалениями.

При пространственном поиске должна иметься антенна с независимо управляемыми четырьмя лучами, например фазированная антенная решетка. Если антенна слабонаправленная, поиск проводится только по временной задержке и доплеровской частоте. Кодовый номер НИСЗ позволяет удостовериться в приеме сигналов от нужного спутника.

В каналах поиска и измерения используются кольца фазовой и частотной автоподстройки (см. гл. 8).

В процессе обработки информации решается главная функциональная задача — определяются координаты (параметры движения) П. При этом метки времени, переданные каждым из НИСЗ, уточняются с помощью временных поправок, учитывающих смещение данной спутниковой шкалы относительно системного времени. Учитываются также релятивистские смещения принимаемой частоты, обусловленные различием гравитационных потенциалов НИСЗ и П и сравнимостью их относительной скорости перемещения со скоростью света. В измерения вносятся поправки на влияние тропосферы и ионосферы. Эфемериды, относящиеся к ближайшей временной точке, экстраполируются на уточненные моменты проведения измерений. Процедура решения навигационной задачи может строиться либо как задача первоначального определения координат и скоростных составляющих (при отсутствии априорной информации), либо как задача уточнения априорно известных величин. Статистическая обработка помогает сглаживанию случайных составляющих погрешностей. Все расчеты выполняет специализированная ЭВМ.

Определенные координаты, скорости и поправки к бортовому времени либо вводятся в бортовой навигационный комплекс, либо непосредственно используются в процессе навигации или для решения иных прикладных задач.