Билет 21

1. Применение методов высокоточной навигации

2. Ортодромическая система координат

3. Задача

1) Система GNSS основана на использовании GPS и/или ГЛОНАСС в гражданских целях. GPS введена в действие в 1994, а ГЛОНАСС – в 1996 году. GPS и ГЛОНАСС представляют собой автономные среднеорбитные спутниковые системы определения местоположения, позволяющие с высокой точностью определять пространственные координаты подвижных и неподвижных объектов на поверхности Земли и в околоземном пространстве, а также осуществлять точную координацию времени.

Организация работы обеих систем является схожей, и GPS, и ГЛОНАСС состоят из трех основных сегментов:

- управляющий сегмент с наземным оборудованием для контроля за спутниками и обработки передаваемой ими информации. Система оперативного контроля обеспечивает контроль и координацию всей глобальной системы. Она выполняет три основные функции: слежение за спутниками, прогнозирование параметров их движения и пересылку информации. Состоит из нескольких контрольных станций и наземных антенн;

- космический сегмент GPS и ГЛОНАСС состоит из24 спутников: 21 рабочих и 3 резервных, расположенных практически на круговых орбитах таким образом, что с любой точки Земли обеспечивается постоянное наблюдение одновременно 4+8 спутников с углом возвышения над горизонтом более 15°. При этом каждый спутник может находится в поле зрения наблюдателя до 5 часов.

Конфигурация расположения спутников в системах GPS и ГЛОНАСС несколько различна: в системе GPS спутники равномерно распределены на 6 орбитах, плоскости которых наклонены под углом 55° к плоскости экватора и на каждой орбите находится по 4 спутника. Орбиты разнесены вдоль экватора с интервалом 60°.

В системе ГЛОНАСС спутники равномерно распределены на 3 орбитах, плоскости которых наклонены под углом 64.8° к плоскости экватора и на каждой орбите находится 8 спутников. Орбиты разнесены вдоль экватора с интервалом в 120°.

Следует отметить, что большой угол наклонения орбит ГЛОНАСС делает более предпочтительным использования этой системы в полярный широтах;

- сегмент пользователя состоит из неограниченного количества приемников, который принимают сигналы от спутников и производят расчёты текущих координат и других навигационных параметров.

Координаты потребителя в системе ГЛОНАСС определяются по измеренным БОСН псевдодальностям до НКА(навигационных космических аппаратов). Псевдодальности рассчитываются в соответствии с соотношением:

D_i = ct_i,

где D_i – псевдодальность до i-го НКА;

С – скорость распространения радиоволн;

T_i – временная задержка сигнала i-го НКА.

Временные задержки определяются в результате сравнения принятых псевдослучайных даль номерных кодов НКА и генерируемых в БОСН копий этих кодов с учетом предварительно известных моментов излучения сигналов НКА.

Каждый НКА излучает радиосигнал содержащий индивидуальный дальномерный код, который позволяет однозначно определить временной интервал t_i между моментом излучения сигнала по спутниковым часам и момента приема сигнала антенной потребителя по часам БОСН. Временные шкалы всех НКА синхронизируются путем использования атомных спутниковых часов и периодически корректируются по данным наземных станций слежения и управления. Таким образом, временная задержка t_i будет складываться из времени прохождения сигнала i-го НКА между спутником и потребителем t_i и сдвига временной шкалы БОСН относительно временной системной шкалы Δt.

В основе определения координат потребителя (x,y,z) и сдвига временной шкалы БОСН Δt лежит решение системы уравнений:

= + cΔt + Δd_i , (29.1)

Где - точное значение дальности до i-го НКА;

x, y, z – прямоугольные координаты потребителя (БОСН) в геоцентрической системе координат (ГСК)

x_i, y_i, z_i – прямоугольные координаты i-го НКА в ГСК (ПЗ-90 для ГЛОНАСС)

Δd_i – погрешность определения псевдодальности до i-го НКА.

При этом наличие четырех неизвестных приводит к необходимости использования сигналов по крайней мере четырех НКА и соответственно решению четырех уравнений (29.1).

Координаты НКА x_i, y_i, z_i, используемые в системе уравнений(29.1), вычисляются в любой требуемый момент времени на основе эфемерид НКА по специальным алгоритмам в БОСН. Эфемериды каждого НКА, характеризующие его положение на фиксированные моменты времени, передаются в составе навигационного сообщения.

При полной развернутой системе ГЛОНАСС в зоне видимости потребителя обычно находится от пяти до восьми НКА. В первых образцах БОСН решалась задача выбора по определенному критерию наилучшего созвездия из четырех НКА. В современном БОСН, как правило, решается система уравнений (29.1), число которых более четырех, при этом используется интерактивный метод наименьших квадратов, что позволяет получить оптимальные значения искомых параметров.

В результате решения системы уравнений (29.1) определяются прямоугольные геоцентрические координаты потребителя (x, y, z) в системе координат ПЗ-90, которые в навигационном процессоре БОСН по специальному алгоритму преобразуются в координаты, обычно используемые потребителем для решения навигационных задач. Как правило, в БОСН используются геодезические координаты φ(широта), λ(долгота), h(высота) над уровнем опорного эллипсоида(Красовского 1942г – СК 42, WGS-84 и др.)

Основные принципы навигационных определений, реализованные в системе ГЛОНАСС, используются также в американской системе GPS.

2) Ортодромическая системы является обобщающим случаем сферических координат. Вместо «настоящих» меридианов и параллелей, как в географических системах, используются меридианы и параллели условные, наиболее удобно расположенные относительно маршрута полета.

В ортодромических системах осями являются две ортодромии, перпендикулярные друг другу в начале системы координат. В зависимости от того, как направлены эти оси и где расположено начало системы координат, различают две их группы.