Проект РЕЗОНАНС

Использование навигационных систем

GPS/GLONASS в проекте РЕЗОНАНС

Спутниковые навигационные системы GPS/GLONASS позволяют определять с высокой точностью время (D t ~ 200 нс), местоположение (D r ~ 100 м) и скорость. Однако эти системы предназначены для работы с объектами, расположенными не выше чем 2-3 тыс. км от поверхности Земли.

Для использования GPS/GLONASS на высокоапогейных спутниках необходимо решить 2 задачи:

1) Определить зоны видимости навигационных спутников;

2) Рассчитать необходимые вычислительные ресурсы вспомогательного вычислительного устройства, которое будет использоваться вне зон видимости группировки. Функционально это устройство предназначено для "сохранения" времени и, при необходимости, интегрирования уравнений движения на основе измерений, сделанных в перигейной части орбиты.

Вторая задача решается в рамках разработки Системы информационного обеспечения проекта РЕЗОНАНС.

Для определения зон видимости группировки GPS/GLONASS на борту спутников РЕЗОНАНС была разработана специальная программа. Исходными данными для этой программы являются технические возможности навигационной группировки, схематически представленные на рис. 7.1.

Рис.7.1. Схема приема сигнала навигационного спутника на ИСЗ РЕЗОНАНС

Для определения полного набора параметров (координат, скорости и точной привязки времени) необходимо принимать одновременно сигналы от четырех навигационных спутников. Принцип определения местоположения показан на рис. 7.2.

Рис.7.2. Высокоточное определение местоположения спутника при помощи навигационной системы.

Измеряются расстояния (задержки радиосигнала) от точки приема до излучателей, расположенных на навигационных спутниках, местоположение которых известно с высокой точностью. Информация о местоположении каждого навигационного спутника передается ими самими в кодированном виде.

Оценка точности определения координат и времени

Оценка точности проводилась в два этапа:

На первом этапе были определены участки орбиты спутников РЕЗОНАНС, на которых условия работы с навигационной системой оптимальны.

На втором этапе определялись интервалы времени, когда спутники РЕЗОНАНС не могут принимать сигналы навигационной системы, для чего определялись участки орбиты вне зон видимости.

Рис.7.3. Зоны видимости навигационной группировки для спутников РЕЗОНАНС. Результаты расчетов только для основного лепестка диаграммы направленности излучающей антенны.

На графиках приведены средние значения количества спутников GPS (-) и GLONASS(- -),

видимые с орбит Резонанс 2 и Резонанс EQ за 1 виток.

Для GPS можно выделить условные зоны :

Резонанс2 Резонанс EQ

1. Прием 4 и более спутников 2 часа 2 часа

2. Прием 1-3 спутников 5 часов 3 часа

3. Вне зон приема сигнала. 2 часа 2 часа

В зоне 1 можно в течение 2 часов определять положение и время с помощью GPS. Полное навигационное сообщение GPS передается 12.5 мин. Можно принять 9-10 навигационных сообщений.

Зона 2 . Значительную часть времени виден только один спутник. Здесь можно уточнять показания часов. Точность определения времени зависит от точности знания орбиты.

При использовании современных алгоритмов и для начальной точки, определенной с точностью до 100 метров, за 7 часов ошибка определения орбиты будет не больше 250 метров. Соответствующая ошибка определения времени будет менее 0.5 мкс.

Зона 3. Отсутствие сигнала. Для Резонанс EQ и Резонанс 2 длительность прохождения этой зоны 2 часа. За это время ошибка определения орбиты не превысит 100-200 м. Погрешность времени будет зависеть от точности бортовых часов.

Оценка точности проиллюстрирована на рис. 7.4.

Рис. 7.4.

Уменьшения длительности зон 1 и 2 можно было бы достичь за счет одновременного совместного использования GPS и GLONASS. Но здесь возможны трудности из-за рассогласования точности часов и других различий технических характеристик систем.

Для исследования возможности одновременного использования GPS и GLONASS в настоящее время организован международный проект International GLONASS Service (IGLOSS-PP), с участием специалистов из РКА, NASA и из многих других научных центров мира.

Согласно бюллетеню КНИЦ от 28.06.2000 в системе GLONASS в настоящее время в активном состоянии находятся 8 спутников, образующих 2 орбитальные плоскости.

Ситуация существенно улучшается если при расчете зон видимости (возможности приема) учитывать не только основной, но и боковой лепестки. Результаты такого расчета приведены на рис.7.5. При учете бокового лепестка зона 3 (отсутствие возможности приема) отсутствует как для экваториального спутника РЕЗОНАНС, так и для полярного. Зона 1 (оптимальные условия) расширяется до 6 часов для полярного спутника и 7.5 часов для экваториального.

Рис. 7.5.

Результаты расчетов с учетом бокового лепестка являются серьезной предпосылкой для обоснования регулярного использования навигационной системы для высокоапогейных спутников РЕЗОНАНС. Однако этот вопрос требует дополнительной проработки. Это связано с тем, что мощность излучения в боковом лепестке ниже, чем в основном. Поэтому для уверенного приема сигнала необходима более высокая чувствительность приемника

ВЫВОДЫ

Анализ возможности использования спутниковой навигационной системы GPS/GLONASS для спутников РЕЗОНАНС дает два возможных варианта:

1. Навигационная система используется для определения вектора состояния в перигейной части орбиты и передается по ТМ на землю для использования. При надежной работе приемников на борту спутников РЕЗОНАНС, необходимости в проведении РКО по "классической" схеме - нет.

2. В случае необходимости использовать орбитальные данные во время измерений (на апогейной части орбиты) безусловно, нужно использовать вычислительный блок - буфер между приемником и потребителями.

3. Временная привязка с использованием навигационной системы обеспечивается на всей орбите обоих спутников с точностью, необходимой для амплитудных измерений, а 50 % времени измерений и для фазовых.