Взаимодействие навигационных КА с аппаратурой потребителя

Взаимодействие единичного навигационного КА с аппаратурой потребителя представлено на рис.2.

Рисунок 2 – Взаимодействие КА и АП

Основная функция навигационного КА – формирование и излучение бортовым навигационным передатчиком (БНП) радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей ().

Навигационные сигналы КА содержат дальномерные компоненты и компоненты служебных сообщений. Первые используют для определения в аппаратуре потребителей ССН навигационных параметров (дальности, ее производных, пространственно-временные координаты (ПВК) и т.д.), вторые – для передачи потребителям координат спутников, векторов их скоростей, времени и др. Основная часть служебных сообщений спутника подготовлена в подсистеме контроля и управления (НКУ) и передана по радиолинии на борт КА. И только небольшая их часть формируется непосредственно бортовой аппаратурой КА.

Дальномерные компоненты навигационных сигналов содержат две составляющие, отличающиеся обеспечиваемой ими точностью навигационных определений (стандартной и более высокой). В аппаратуре гражданских потребителей обрабатывается сигнал стандартной точности. Для использования сигнала высокой точности требуется санкция соответствующих органов.

Выбор состава и конфигурации орбитальной группировки НС (ПНС) может обеспечить заданную рабочую зону, возможность реализации различных методов навигационно-временных определений (НВО), непрерывность и точность НВО, диапазон изменения параметров радиосигналов КА и т.д. Например, увеличение высоты полета КА современных средневысотных ССН до примерно 20 000 км позволяет принимать сигналы каждого КА на значительных территориях (приблизительно на половине поверхности Земли). И тогда несколько КА, расположенных на определенных орбитах, могут формировать сплошное, с точки зрения наземного и авиационного потребителя, радионавигационное поле (глобальную рабочую зону). Гистограммы видимости навигационных КА систем GPS, ГЛОНАСС и их комбинаций приведены на рис.3.

Рисунок 3 - Гистограммы видимости навигационных КА

Соответствующие характеристики сигналов КА и способы их обработки позволяют проводить навигационные измерения с высокой точностью.

НКУ предоставляет неоперативную (служебную) информации КА: альманахи состояния всех КА, фаз, орбит – для выбора потребителем созвездия КА, по которым определяется местоположение потребителя, а также сдвиг шкалы времени. КА передает телеметрическую информацию НКУ. НКУ в свою очередь выдает команды управления для КА.

Аппаратура потребителя (АП) (другой термин - приемоиндикаторы) получает навигационную информацию от БНП КА: оперативную и неоперативную.

АП состоит из антенного блока и приемовычислителя. Она предназначена для приема и обработки навигационных сигналов спутников с целью определения необходимой потребителям информации (пространственно-временных координат, направления и скорости, пространственной ориентации и т. д.).

Пространственное положение потребителя обычно определяется в два этапа: сначала определяются текущие координаты спутников и первичные навигационные параметры (дальность, ее производные и др.) относительно соответствующих НКА, а затем рассчитываются вторичные – географическая широта, долгота, высота потребителя и т. д.

Сравнение текущих координат потребителей с координатами выбранных навигационных точек (точек маршрута, реперов и т. п.) позволяет сформировать в ПИ сигналы для управления различными транспортными средствами. Вектор скорости потребителя вычисляют путем обработки результатов измерений доплеровских сдвигов частоты сигналов НКА с учетом известного вектора скорости спутника. Для нахождения пространственной ориентации потребителя в ПИ ССН осуществляются разностные измерения с использованием специальных антенных решеток.

Схема навигационных определений в АП приведена на рис.4.

Рисунок 4 - Схема навигационных определений в АП