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 м3/с2
Геоцентрическая константа гравитационного поля атмосферы Земли (fMa)	0.35x109 м3/с2
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 t_b определены в разделах 4.4 и 4.5).