четверг, 19 апреля 2007 г.

Назначение системы ГЛОНАСС (GLONASS)



GLONASS (ГЛОНАСС) - Коммерческие, деловые предложения, партнерство.

Назначение системы ГЛОНАСС

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС предназначена для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и других видов потребителей.

Состав системы ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС состоит из трех подсистем:

  • подсистемы космических аппаратов (ПКА);

  • подсистемы контроля и управления (ПКУ);

  • навигационной аппаратуры потребителей (НАП).

Подсистема космических аппаратов системы ГЛОНАСС состоит из 24-х спутников, находящихся на круговых орбитах высотой 19100 км, наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120° . В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 спутников с равномерным сдвигом по аргументу широты 45° . Кроме этого, сами плоскости сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15° . Такая конфигурация ПКА позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие земной поверхности и околоземного пространства навигационным полем.

Подсистема контроля и управления состоит из Центра управления системой ГЛОНАСС и сети станций измерения, управления и контроля, рассредоточенной по всей территории России. В задачи ПКУ входит контроль правильности функционирования ПКА, непрерывное уточнение параметров орбит и выдача на спутники временных программ, команд управления и навигационной информации.

Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС и вычисления собственных координат, скорости и времени.

ГЛОНАСС (GLONASS). Концепция навигационных определений

Навигационной аппаратурой потребителей системы ГЛОНАСС выполняются беззапросные измерения псевдодальности и радиальной псевдоскорости до четырех (трех) спутников ГЛОНАСС, а также прием и обработка навигационных сообщений, содержащихся в составе спутниковых навигационных радиосигналов. В навигационном сообщении описывается положение спутника в пространстве и времени. В результате обработки полученных измерений и принятых навигационных сообщений определяются три (две) координаты потребителя, три (две) составляющие вектора скорости его движения, а также осуществляется "привязка" шкалы времени потребителя к шкале Госэталона Координированного Всемирного времени UTC(SU).

Данные, обеспечивающие планирование сеансов навигационных определений, выбор рабочего "созвездия" навигационных космических аппаратов и обнаружение передаваемых ими радиосигналов, передаются в составе навигационного сообщения.

ГЛОНАСС (GLONASS). ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

В данном разделе дается определение интерфейсного контрольного документа, рассматриваются вопросы, касающиеся порядка его подготовки и согласования, а также определяются организации, утверждающие данный документ и обладающие правом внесения дополнений и изменений в согласованную редакцию документа.

ГЛОНАСС (GLONASS). Определение интерфейсного контрольного документа

Интерфейсный контрольный документ (ИКД) определяет параметры интерфейса между ПКА системы ГЛОНАСС и навигационной аппаратурой потребителей (НАП) системы ГЛОНАСС.

ГЛОНАСС (GLONASS). Согласование и изменение интерфейсного контрольного документа

Разработчик бортовой аппаратуры навигационного космического аппарата (НКА) системы ГЛОНАСС, определяемый как разработчик контрольного интерфейса, несет ответственность за подготовку, согласование, изменение и сохранение ИКД.

Для вступления в силу настоящего документа необходимо его подписание следующими сторонами:

  • Научно-производственное объединение прикладной механики (НПО ПМ) – разработчик системы ГЛОНАСС в целом , в том числе НКА и программного обеспечения управления НКА (Российское космическое агентство);

  • Российский Научно-исследовательский институт космического приборостроения (РНИИ КП) – разработчик системы ГЛОНАСС, в том числе подсистемы контроля и управления, бортовой аппаратуры НКА и аппаратуры навигационных потребителей (Российское космическое агентство);

  • Координационный научно-информационный центр (КНИЦ) Министерства обороны Российской Федерации,

  • и утверждение полномочными представителями МО РФ и РКА.

В процессе развертывания и совершенствования системы ГЛОНАСС могут изменяться ее отдельные параметры. Изменения согласованной ранее редакции ИКД могут быть предложены любой из ответственных сторон и, в свою очередь, также должны быть согласованы и одобрены всеми ответственными сторонами. Разработчик контрольного интерфейса несет ответственность за согласование предложенных изменений со всеми ответственными сторонами и за подготовку, в случае необходимости, новой редакции документа, содержащей данные изменения.

В настоящей редакции ИКД учтен ряд замечаний и предложений потребителей по предыдущей редакции документа, а также приводится ряд параметров, планируемых к поэтапному введению в интерфейс между ПКА ГЛОНАСС-М и НАП.

Официальное распространение ИКД осуществляет КНИЦ Министерства обороны Российской Федерации.



GLONASS (ГЛОНАСС) - Коммерческие, деловые предложения, партнерство.



ГЛОНАСС (GLONASS). СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АКНП
Аппаратура контроля навигационного поля
ИКД
Интерфейсный контрольный документ
КХ
Код Хемминга
КНИЦ
Координационный научно-информационный центр
НАП
Навигационная аппаратура потребителя
НКА
Навигационный космический аппарат
МВ
Метка времени
ПС
Псевдослучайный
ПСПМВ
Псевдослучайная последовательность метки времени
ПСПД
Псевдослучайная последовательность дальномерная
ПКА
Подсистема космических аппаратов
ПКУ
Подсистема контроля и управления
СКО
Среднеквадратическое отклонение
ССС
Средние солнечные сутки
ЦИ
Цифровая информация
ЦС
Центральный синхронизатор
ЧВИ
Частотно-временная информация



GLONASS (ГЛОНАСС) - Коммерческие, деловые предложения, партнерство.

ГЛОНАСС (GLONASS). ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ



GLONASS (ГЛОНАСС) - Коммерческие, деловые предложения, партнерство.

ГЛОНАСС (GLONASS). ТРЕБОВАНИЯ

В данном разделе рассматриваются наиболее общие характеристики навигационного сигнала, излучаемого НКА системы ГЛОНАСС, приводятся требования, определяющие качество навигационного сигнала, и дается описание его структуры.

ГЛОНАСС (GLONASS). Определение интерфейса

Интерфейс между подсистемой космических аппаратов (ПКА) и навигационной аппаратурой потребителей (НАП) состоит из радиолиний L-диапазона частот. Каждый НКА системы ГЛОНАСС передает навигационные радиосигналы в двух частотных поддиапазонах (L1 ~ 1,6 ГГц и L2 ~ 1,2 ГГц).

В системе ГЛОНАСС используется частотное разделение навигационных радиосигналов НКА в обоих поддиапазонах L1 и L2. Каждый НКА передает навигационные радиосигналы на собственных частотах поддиапазонов L1 и L2. НКА, находящиеся в противоположных точках орбитальной плоскости (антиподные НКА), могут передавать навигационные радиосигналы на одинаковых частотах.

В радиолиниях частотных поддиапазонов L1 и L2 НКА ГЛОНАСС передают навигационные радиосигналы двух типов: стандартной точности и высокой точности.

Сигнал стандартной точности с тактовой частотой 0,511 МГц предназначен для использования отечественными и зарубежными гражданскими потребителями.

Сигнал высокой точности с тактовой частотой 5,11 МГц модулирован специальным кодом и не рекомендуется к использованию без согласования с Министерством обороны Российской Федерации.

В настоящем документе рассматриваются структура и характеристики навигационного радиосигнала стандартной точности с тактовой частотой 0,511 МГц, передаваемого спутниками ГЛОНАСС в частотных поддиапазонах L1 и L2 (1).

Сигнал стандартной точности является доступным для всех потребителей, которые оснащены соответствующей НАП и в зоне видимости которых находятся спутники ГЛОНАСС.

В системе ГЛОНАСС не используется режим преднамеренного ухудшения характеристик навигационного сигнала стандартной точности.

Примечание (1): Предоставление потребителям кода стандартной точности в поддиапазоне L2 планируется реализовать на спутниках ГЛОНАСС-М

ГЛОНАСС (GLONASS). Структура навигационного радиосигнала

Навигационный радиосигнал, передаваемый каждым НКА системы ГЛОНАСС на собственной несущей частоте в поддиапазонах L1 и L2, является многокомпонентным фазоманипулированным сигналом. Фазовая манипуляция несущей осуществляется на p радиан с максимальной погрешностью не более ± 0,2 радиана.

Несущая частота поддиапазона L1 модулируется двоичной последовательностью, образованной суммированием по модулю два псевдослучайного (ПС) дальномерного кода, цифровой информации навигационного сообщения и вспомогательного колебания типа меандр.

Несущая частота поддиапазона L2 модулируется двоичной последовательностью, образованной суммированием по модулю два ПС дальномерного кода и вспомогательного колебания типа меандр.

Основой для формирования всех перечисленных компонентов сигнала является бортовой стандарт частоты.

ГЛОНАСС (GLONASS). Дальномерный код

Псевдослучайный дальномерный код представляет собой последовательность максимальной длины регистра сдвига (М-последовательность) с периодом 1 мс и скоростью передачи символов 511 кбит/с.

ГЛОНАСС (GLONASS). Цифровая информация

Цифровая информация навигационного сообщения подразделяется на оперативную и неоперативную информацию.

Оперативная информация относится к тому НКА, с борта которого передается данный навигационный радиосигнал. Неоперативная информация (альманах системы) относится ко всем НКА, входящим в состав ПКА.

Цифровая информация передается со скоростью 50 бит/с.

GLONASS (ГЛОНАСС) - Коммерческие, деловые предложения, партнерство.

ГЛОНАСС (GLONASS). Интерфейс НКА/НАП


GLONASS (ГЛОНАСС) - Коммерческие, деловые предложения, партнерство.

ГЛОНАСС (GLONASS). Интерфейс НКА/НАП

Для каждого НКА рабочие частоты поддиапазонов L1 и L2 когерентны и формируются от общего стандарта частоты. Номинальное значение частоты этого стандарта, с точки зрения наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, равно 5,0 МГц. Для компенсации релятивистских эффектов частота, формируемая бортовым стандартом частоты, с точки зрения наблюдателя, находящегося на НКА, смещена относительно 5,0 МГц на относительную величину D f/f = -4,36* 10-10 или D f = -2,18* 10 -3 Гц, то есть равна 4,99999999782 МГц (величины даны для номинального значения высоты орбиты НКА ГЛОНАСС, равного 19100 км). Отношение рабочих частот L1 и L2, излучаемых определенным НКА составляет:

fK2 / fK1 = 7/9

Фактические значения несущих частот радиосигналов каждого НКА ГЛОНАСС могут отличаться от номинальных значений fK на относительную величину, не превышающую ± 2* 10-11.

ГЛОНАСС (GLONASS). Частотные диапазоны



GLONASS (ГЛОНАСС) - Коммерческие, деловые предложения, партнерство.


Распределение несущих частот ГЛОНАСС (GLONASS) поддиапазонов L1 и L2

частоты

Номинал частоты

в поддиапазоне L1,

МГц

частоты

Номинал частоты

в поддиапазоне L2,

МГц

13

1609,3125

13

1251,6875

12

1608,75

12

1251,25

11

1608,1875

11

1250,8125

10

1607,625

10

1250,375

09

1607,0625

09

1249,9375

08

1606,5

08

1249,5

07

1605,9375

07

1249,0625

06

1605,375

06

1248,625

05

1604,8125

05

1248,1875

04

1604,25

04

1247,75

03

1603,6875

03

1247,3125

02

1603,125

02

1246,875

01

1602,5625

01

1246,4375

00

1602,0

00

1246,0

-01

1601,4375

-01

1245,1250

-02

1600,8750

-02

1245,1250

-03

1600,3125

-03

1244,6875

-04

1599,7500

-04

1244,2500

-05

1599,9875

-05

1243,8125

-06

1598,6250

-06

1243,3750

-07

1598,0625

-07

1242,9375

Предусматривается поэтапное изменение частотного диапазона ГЛОНАСС:

ГЛОНАСС (GLONASS). 1998 - 2005 г.г.

На этом этапе находящиеся в эксплуатации спутники ГЛОНАСС будут использовать без ограничений номера частот К = 0...12. Номера частот К = 0,13 будут использоваться как технологические.

Спутники ГЛОНАСС, запускаемые на орбиту в этот период, предполагается оснастить фильтрами, уменьшающими внеполосное излучение в диапазоне частот (1660...1670) МГц до уровня, приведенного в рекомендациях 769 МККР.

ГЛОНАСС (GLONASS). С 2005 г.

На этом этапе все, находящиеся в эксплуатации спутники ГЛОНАСС, будут использовать номера частот К = (-7...+6), причем номера K = +5 и K = +6 будут использоваться лишь как технологические в ограниченные периоды времени (например, при восполнении орбитальной подсистемы).

Спутники ГЛОНАСС, эксплуатируемые в этот период, предполагается оснастить фильтрами, уменьшающими внеполосное излучение в диапазонах частот:

( 1610,6 ... 1613,8) МГц;

( 1660,0 ... 1670,0) МГц,

до уровня, приведенного в рекомендациях 769 МККР.

ГЛОНАСС (GLONASS). Мощность радиосигналов, принимаемых потребителем


ГЛОНАСС (GLONASS). Мощность радиосигналов, принимаемых потребителем

Мощность радиосигнала на выходе приемной линейно поляризованной антенны потребителя с коэффициентом усиления +3 дБ и при угле места 5° составляет не менее минус 161 дБВт для частот поддиапазона L1 и минус 167 дБВт для частот поддиапазона L2.

Дополнительная информация о мощности радиосигналов, принимаемых потребителем, приведена в Приложении 1.

ГЛОНАСС (GLONASS). Групповая задержка навигационного радиосигнала в бортовой

аппаратуре НКА

Групповая задержка навигационного радиосигнала в бортовой аппаратуре данного НКА определяется как задержка между излучаемым радиосигналом (измеряется в фазовом центре передающей антенны НКА) и выходным сигналом бортового стандарта частоты. Групповая задержка навигационного радиосигнала в бортовой аппаратуре включает детерминированную и недетерминированную составляющие.

Детерминированная составляющая групповой задержки радиосигнала не важна потребителю, поскольку не влияет на определение системного времени. Максимальное значение недетерминированной составляющей групповой задержки навигационного радиосигнала в бортовой аппаратуре НКА не превышает 8 нс.

ГЛОНАСС (GLONASS). Когерентность передаваемых НКА сигналов

Все составляющие передаваемого данным НКА навигационного радиосигнала когерентно сформированы из частоты единого бортового стандарта.

ГЛОНАСС (GLONASS). Поляризация излучаемого навигационного радиосигнала

Излучаемый каждым НКА системы ГЛОНАСС навигационный радиосигнал в поддиапазонах L1 и L2 имеет правую круговую поляризацию. Коэффициент эллиптичности по полю в секторе углов излучения ± 19° относительно оси симметрии диаграммы направленности бортовой передающей антенны НКА

не хуже 0,7 в поддиапазоне L1;

не хуже 0,7 в поддиапазоне L2.

ГЛОНАСС (GLONASS). Характеристики модулирующей последовательности

Модулирующая последовательность, используемая для модуляции несущих частот поддиапазона L1 при формировании сигналов стандартной точности, образуется сложением по модулю два трех двоичных сигналов:

  • псевдослучайного дальномерного кода, передаваемого со скоростью 511 кбит/с;

  • навигационного сообщения, передаваемого со скоростью 50 бит/с;

  • вспомогательного меандрового колебания, передаваемого со скоростью 100 бит/с.

Модулирующая последовательность, используемая для модуляции несущих частот поддиапазона L2 при формировании сигналов стандартной точности, образуется сложением по модулю два двух двоичных сигналов:

  • псевдослучайного дальномерного кода, передаваемого со скоростью 511 кбит/с;

  • вспомогательного меандрового колебания, передаваемого со скоростью 100 бит/с.

Данные последовательности используется для модуляции несущих частот поддиапазонов L1 и L2 при формировании сигналов стандартной точности.

ГЛОНАСС (GLONASS). Формирование ПС дальномерного кода

ПС дальномерный код представляет собой ПС последовательность максимальной длины регистра сдвига с периодом повторения 1 мс и скоростью передачи символов 511 кбит/с.

ПС дальномерный код снимается с 7-го разряда 9-ти разрядного регистра сдвига. Код начального состояния регистра сдвига соответствует наличию "1" во всех разрядах регистра. Начальным символом в периоде ПС дальномерного кода является 1-ый символ в группе 111111100, повторяющийся через 1 мс. Образующий полином, соответствующий регистру сдвига, формирующему ПС дальномерный код, имеет следующий вид (см. рис. 3.2):

G(х) = 1 + х5 + х9

Упрощенная структурная схема формирования ПС дальномерного кода и синхроимпульсов для навигационного радиосигнала приведена на рис. 3.3.

ГЛОНАСС (GLONASS). Формирование навигационного сообщения

Информация навигационного сообщения, формируется в виде непрерывно следующих строк длительностью 2 с. В первой части каждой строки в течение 1,7 с передается информация навигационного сообщения. Во второй части каждой строки в течение 0,3 с передается двоичный код метки времени.

Двоичная последовательность информации навигационного сообщения образуется в результате сложения по модулю два двух двоичных последовательностей:

  • последовательности символов цифровой информации навигационного сообщения в относительном коде с длительностью символов 20 мс;

  • последовательности меандра с длительностью символов 10 мс.

Двоичный код метки времени представляет собой укороченную двоичную ПС (ПСПМВ) последовательность длиной 30 символов с длительностью символов 10 мс, которая описывается образующим полиномом

g(х) = 1 + х3 + х5

и имеет вид: 111110001101110101000010010110.

ГЛОНАСС (GLONASS). Система координат


ГЛОНАСС (GLONASS). Система координат

Передаваемые каждым НКА системы ГЛОНАСС в составе оперативной информации эфемериды описывают положение фазового центра передающей антенны данного НКА в связанной с Землей геоцентрической системе координат ПЗ-90, определяемой следующим образом:

НАЧАЛО КООРДИНАТ расположено в центре масс Земли;

ОСЬ Z направлена на Условный полюс Земли, как определено в рекомендации Международной службы вращения Земли (IERS);

ОСЬ X направлена в точку пересечения плоскости экватора и нулевого меридиана, определенного Международным бюро времени (BIH);

ОСЬ Y дополняет геоцентрическую прямоугольную систему координат до правой.

Геодезические координаты точки в системе координат ПЗ-90 относятся к эллипсоиду, значения большой полуоси и полярного сжатия которого даны в таблице 3.2.

Геодезическая широта В точки М определяется как угол между нормалью к поверхности эллипсоида и плоскостью экватора.

Геодезическая долгота L точки М определяется как угол между плоскостью нулевого меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через точку М. Положительное направление счета долгот - от нулевого меридиана к востоку.

Геодезическая высота H определяется как расстояние по нормали от поверхности эллипсоида до точки М.


Фундаментальные геодезические константы и основные параметры общеземного эллипсоида, принятые в системе координат ПЗ-90 приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 Геодезические константы и параметры общеземного эллипсоида ПЗ 90

Угловая скорость вращения Земли

7,292115x10-5 радиан/с

Геоцентрическая константа гравитационного поля Земли с учетом атмосферы

398 600,44x109 м32

Геоцентрическая константа гравитационного поля атмосферы Земли (fMa)

0.35x109 м32

Скорость света

299 792 458 м/с

Большая полуось эллипсоида

6 378 136 м

Коэффициент сжатия эллипсоида

1/298,257 839 303

Гравитационное ускорение на экваторе Земли

978 032,8 мгал

Поправка к гравитационному ускорению на уровне моря, обусловленная влиянием атмосферы Земли

-0,9 мгал

Вторая зональная гармоника геопотенциала

( J20 )

1082625,7x10-9

Четвертая зональная гармоника геопотенциала

( J40 )

(- 2370,9x10-9)

Нормальный потенциал на поверхности общеземного эллипсоида (U0)

62 636 861,074 м2/s2

ГЛОНАСС (GLONASS). Время системы


ГЛОНАСС (GLONASS) Время системы

Все НКА ГЛОНАСС оснащены цезиевыми стандартами частоты, суточная нестабильность которых составляет 5* 10-13. Tочность взаимной синхронизации бортовых шкал времени спутников составляет 20 нс ( среднеквадратическое значение).

Основой для формирования шкалы системного времени ГЛОНАСС является водородный стандарт частоты Центрального синхронизатора системы, суточная нестабильность которого составляет 5* 10-14 . Расхождение между шкалой системного времени ГЛОНАСС и шкалой Госэталона Координированного Всемирного Времени UTC(SU) не должна превышать 1 мс. Погрешность привязки шкалы системного времени ГЛОНАСС к шкале UTC(SU) не должна превышать 1 мкс.

Шкалы времени каждого НКА ГЛОНАСС периодически сверяются со шкалой времени ЦС. Поправки к шкале времени каждого НКА относительно шкалы времени ЦС (см. раздел 4) вычисляются в ПКУ ГЛОНАСС и дважды в сутки закладываются на борт каждого НКА.

Погрешность сверки шкалы времени НКА со шкалой времени ЦС не превышает 10 нс на момент проведения измерений.

Шкала системного времени ГЛОНАСС корректируется одновременно с плановой коррекцией на целое число секунд шкалы Координированного всемирного времени UTC. Коррекция шкалы UTC на величину ± 1с проводится Международным Бюро Времени (BIH/BIPM) по рекомендации Международной службы вращения Земли (IERS). Коррекция шкалы UTC производится, как правило, с периодичностью 1 раз в год (в полтора года) в конце одного из кварталов: в 00 часов 00 минут 00 секунд полночь с 31 декабря на 1 января (или с 31 марта на 1 апреля, с 30 июня на 1 июля, с 30 сентября на 1 октября) и осуществляется одновременно всеми пользователями, воспроизводящими или использующими шкалу UTC.

Предупреждение о моменте и величине коррекции UTC заблаговременно (не менее чем за три месяца) сообщается пользователям в соответствующих бюллетенях, извещениях и другими способами. Спутники ГЛОНАСС не содержат в навигационных сообщениях данных о коррекции UTC (1).

При коррекции UTC, в соответствии с рекомендациями BIH/BIMP, проводится одновременная коррекция системного времени ГЛОНАСС путем соответствующего изменения оцифровки последовательности секундных импульсов бортовых часов всех спутников ГЛОНАСС. При этом метка времени строки навигационного кадра ГЛОНАСС (передаваемая каждые 2 секунды) изменяет свое положение (на непрерывной шкале времени) для синхронизации с 2-секундной эпохой скорректированной шкалы UTC. Это изменение происходит в 00 часов 00 минут 00 секунд UTC(2)

Примечание (1): - В навигационном кадре спутника ГЛОНАСС-M предусмотрено заблаговременное уведомление потребителей о факте, величине и знаке секундной коррекции UTC (см. Раздел 4.5, параметр KP в альманахе системы).

Примечание (2): - Общие рекомендации по организации вычислений в НАП ГЛОНАСС в момент проведения плановой секундной коррекции UTC приведены в Приложении 2.

В результате периодического проведения плановой секундной коррекции, между системным временем ГЛОНАСС и UTC(SU) не существует сдвига на целое число секунд.

Однако, между системным временем ГЛОНАСС и UTC(SU) существует постоянный сдвиг на целое число часов, обусловленный особенностями функционирования ПКУ:

tГЛОНАСС = UTC(SU) + 03 час 00 мин

Для вычисления эфемерид НКА на момент измерений навигационных параметров используются следующие соотношения для определения времени в шкале UTC(SU):

tUTC(SU)+ 03 час 00 мин = t + t c + t n ( tb) - g n (tb) (t - tb),


где t - время излучения сигнала по бортовой шкале времени (параметры t c, t n, g n, и tb определены в разделах 4.4 и 4.5).

среда, 18 апреля 2007 г.

ГЛОНАСС (GLONASS). СТРУКТУРА НАВИГАЦИОННОГО СООБЩЕНИЯ



GLONASS (ГЛОНАСС). СТРУКТУРА НАВИГАЦИОННОГО СООБЩЕНИЯ

В настоящем разделе описывается смысловое содержание и формат навигационного сообщения, передаваемого НКА ГЛОНАСС в навигационном радиосигнале.

GLONASS (ГЛОНАСС). Назначение навигационного сообщения

Передаваемое НКА ГЛОНАСС в навигационных радиосигналах навигационное сообщение предназначено для проведения потребителями навигационных определений, привязки к точному времени и для планирования сеансов навигации.

GLONASS (ГЛОНАСС). Содержание навигационного сообщения

По своему содержанию навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию.

Оперативная информация относится к тому НКА, с борта которого передается данный навигационный радиосигнал и содержит:

    • оцифровку меток времени НКА;

    • сдвиг шкалы времени НКА относительно шкалы времени системы ГЛОНАСС;

    • относительное отличие несущей частоты излучаемого навигационного радиосигнала от номинального значения;

    • эфемериды НКА.

Неоперативная информация содержит альманах системы, включающий в себя:

    • данные о состоянии всех НКА системы (альманах состояния);

    • сдвиг шкалы времени каждого НКА относительно шкалы времени системы ГЛОНАСС (альманах фаз);

    • параметры орбит всех НКА системы GLONASS (ГЛОНАСС) (альманах орбит);

    • сдвиг шкалы времени системы ГЛОНАСС относительно UTC(SU).

GLONASS (ГЛОНАСС). Структура навигационного сообщения

Навигационное сообщение передается в виде потока цифровой информации, закодированной по коду Хемминга и преобразованной в относительный код. Структурно поток ЦИ формируется в виде непрерывно повторяющихся суперкадров. Суперкадр состоит из нескольких кадров, кадр состоит из нескольких строк ЦИ.

Границы строк, кадров и суперкадров различных НКА синхронны с погрешностью не более 2 мс.

GLONASS (ГЛОНАСС). Структура суперкадра

Суперкадр имеет длительность 2,5 мин и состоит из 5 кадров длительностью 30 с. Каждый кадр состоит из 15 строк длительностью 2 с.

В пределах каждого суперкадра передается полный объем неоперативной информации (альманах) для всех 24 НКА системы ГЛОНАСС.

Альманах ГЛОНАСС



Альманах ГЛОНАСС. Неоперативная информация навигационного сообщения

Неоперативная информация (альманах) включает в себя:

    • данные о шкале времени системы;

    • данные о шкале времени каждого спутника;

    • данные об элементах орбит и техническом состоянии всех спутников системы.

Разрядность, единицы измерения и диапазон значений слов неоперативной информации навигационного сообщения представлены в таблице 4.9.

Ниже приводятся принятые буквенные обозначения параметров альманаха, и поясняется их смысловое содержание.

Слово t c - поправка к шкале времени системы ГЛОНАСС относительно UTC(SU). Поправка t c дана на начало суток с номером NA;

Слово N4 –номер четырехлетнего периода, первый год нулевого четырехлетия соответствует 1996 году.(1)

Слово t GPS – поправка на расхождение системных шкал времени GPS(TGPS) и ГЛОНАСС (ТГЛ) в соответствии со следующим выражением:

TGPS – TГЛ = D T + tGPS ,

где D T - целая часть, а tGPS - дробная часть расхождения шкал времени, выраженного в секундах. Целая часть расхождения D T определяется потребителем из навигационного сообщения системы GPS (1);

Слово NA - календарный номер суток внутри четырехлетнего периода, начиная с високосного года, к которым относятся поправка t c и данные альманаха системы (альманах орбит и альманах фаз);

Слово nA - условный номер спутника в системе, который соответствует номеру занимаемой спутником рабочей точки;

Слово НnA - номер несущей частоты навигационного радиосигнала, излучаемого спутником с номером nA;

Слово l nA - долгота в системе координат ПЗ-90 первого внутри суток с номером NA восходящего узла орбиты спутника с номером nA;

Слово tl nA - время прохождения первого внутри суток с номером NA восходящего узла орбиты спутника с номером n A;

Слово D inA - поправка к среднему значению наклонения орбиты для спутника с номером nA на момент tl nA (среднее значение наклонения орбиты принято равным 63° );

Слово D ТnA - поправка к среднему значению драконического периода обращения спутника с номером nA на момент времени tl nA (среднее значение драконического периода обращения спутника принято равным 43200 с);

Слово D ТnA - скорость изменения драконического периода обращения спутника с номером nA;

Слово e nA - эксцентриситет орбиты спутника с номером nA на момент времени tl nA;

Слово w nA - аргумент перигея орбиты спутника с номером nA на момент времени tl nA;

Слово MnA – признак модификации n-го НКА (1); "00" – ГЛОНАСС,

"01" - ГЛОНАСС-М;

Слово B1 – коэффициент для определения D UT1, равный величине расхождения всемирного и координированного времени на начало текущих суток (1);

Слово B2 – коэффициент для определения D UT1, равный величине суточного изменения расхождения D UT1 (1);

Слово KP – признак ожидаемой секундной коррекции шкалы UTC на величину ± 1 с, как показано в таблице 4.7 (1).

ГЛОНАСС. Структура ПКА и орбитальные параметры


Структура ПКА системы ГЛОНАСС

Полностью развернутая ПКА системы ГЛОНАСС состоит из 24-х НКА.

НКА ГЛОНАСС размещаются в трех орбитальных плоскостях по восемь спутников в каждой плоскости. Долготы восходящих узлов орбитальных плоскостей различаются на 120° . Орбитальным плоскостям присвоены номера 1, 2, и 3. Возрастание порядкового номера орбитальной плоскости производится в направлении вращения Земли. Навигационным спутникам из первой орбитальной плоскости присвоены системные номера от 1 до 8, из второй орбитальной плоскости - от 9 до 16, а из третьей орбитальной плоскости - от 17 до 24. Системные номера НКА в орбитальных плоскостях возрастают в направлении против движения НКА.

ГЛОНАСС.Орбитальные параметры

Номинальные значения абсолютных долгот восходящих узлов идеальных орбитальных плоскостей, зафиксированных на 0ч00м00с 1 января 1983 года, равны:

251° 15 ' 00 "+ 120 ° (i - 1),

где i - номер орбитальной плоскости ( i = 1, 2, 3).

Номинальное расстояние между соседними НКА в плоскости по аргументу широты составляет 45° .

Средняя скорость прецессии орбитальных плоскостей составляет

минус 0,59251* 10 -3 рад/сут.

Идеальные значения аргументов широты НКА с системными номерами j = N + 8 и j = N + 16 отличаются от аргументов широты НКА с системными номерами j = N и j = N + 8 соответственно на плюс 15° , где N = 1,...,8 и составляют на 0ч00м00с 1 января 1983 года:

145° 26' 37" + 15° (27 - 3j + 25j*),

где: j - системный номер НКА (j = 1, 2,..., 24);

м j - 1 ь j - 1

j* = E н ѕ ѕ э - целая часть числа ѕ ѕ ѕ .

о 8 ю 8

Интервал повторяемости трасс движения НКА и зон радиовидимости НКА наземными средствами составляет 17 витков (7 суток 23 часа 27 минут 28 секунд).

Номинальные параметры орбит НКА ГЛОНАСС:

    • драконический период обращения НКА - 11 час 15 мин 44 с;

    • высота орбиты - 19100 км;

    • наклонение орбиты - 64,8° ;

    • эксцентриситет орбиты - 0.

Максимальные уходы НКА ГЛОНАСС относительно идеального положения на орбите не превышают ± 5° на интервале 5 лет.

ГЛОНАСС. Контроль целостности навигационного поля


Контроль целостности навигационного поля ГЛОНАСС заключается в контроле качества излучаемых спутниками системы навигационных радиосигналов и качества передаваемой ими навигационной цифровой информации.

В системе ГЛОНАСС контроль целостности навигационного поля осуществляется следующими двумя способами.

Во-первых, на спутниках ГЛОНАСС осуществляется непрерывный автономный контроль функционирования основных бортовых систем. В случае обнаружения нарушений нормального функционирования этих систем, влияющих на качество излучаемого спутником навигационного радиосигнала и достоверность передаваемого навигационного сообщения, на спутнике формируется признак его неисправности, который передается потребителю системы в составе оперативной информации навигационного сообщения. Дискретность передачи соответствующего признака в навигационных сообщениях НКА ГЛОНАСС составляет 30 с. Максимальная задержка от момента обнаружения неисправности до момента передачи соответствующего признака не превышает 1 мин.

Примечание: - В НКА ГЛОНАСС-М предусматривается уменьшение данной задержки до десяти секунд за счет введения признака ln , передаваемого в навигационном кадре с дискретностью не более 4 с.

Во-вторых, качество навигационного поля ГЛОНАСС, т.е. исправность всех НКА системы, качество излучаемых ими навигационных радиосигналов и достоверность передаваемой ими информации контролируются аппаратурой контроля навигационного поля (АКНП), входящей в ПКУ. Формируемый этой аппаратурой признак неисправности появляется в неоперативной информации навигационных сообщений (альманахах системы) всех спутников не позднее, чем через 16 часов после появления неисправности. Дискретность передачи данного признака в навигационных сообщениях НКА ГЛОНАСС составляет 2,5 мин.

В соответствии с двумя принятыми в системе ГЛОНАСС (ГЛОНАСС-М) способами контроля навигационного поля, в навигационных сообщениях каждого НКА системы передаются два типа признаков исправности (неисправности):

    • признак Вn (ln) - нулевое значение которого обозначает пригодность данного спутника для проведения навигационных определений потребителей системы;

    • признаки Сn - совокупность (n = 1,...,24) обобщенных признаков состояния всех спутников системы на момент закладки неоперативной информации (альманаха орбит и фаз); значение признака Сn = 0 указывает на непригодность спутника ГЛОНАСС, имеющего системный номер nA, для использования в сеансах навигационных определений, а значение признака Сn = 1 - на пригодность этого спутника.

Признак первого типа передается каждым НКА ГЛОНАСС в составе его оперативной (эфемеридной) информации, а признаки второго типа - в составе неоперативной информации (альманах системы).

Время, необходимое для формирования и доставки потребителям признаков Вn (до 1 мин) значительно меньше, чем аналогичное время для признаков Сn (до 16 часов), но формирование признаков Сn основано на существенно более глубоком анализе качества навигационного поля системы ГЛОНАСС. В связи с этим, потребители системы ГЛОНАСС при принятии решения об использовании или не использовании каждого конкретного НКА для целей навигации должны анализировать значения обоих признаков, руководствуясь при этом правилом, как показано в Таблице 5-1.

Таблица 5.1 Заключение о работоспособности НКА по совокупности значений признаков Вn (ln Cn

Значения признаков

Работоспособность НКА

Вn (ln)

Cn

0

0

-

01

1

+

1

0

-

1

1

-