Спутниковые системыи их виды

Система ориентации и стабилизации обеспечивает успокоение спутника после отделения от ракеты-носителя, начальную ориентацию солнечных батарей на Солнце и продольной оси спутника на Землю, затем ориентацию продольной оси спутника на центр Земли и нацеливание солнечных батарей на Солнце, а также стабилизацию спутника в процессе коррекции орбиты. В системе используются прибор на основе инфракрасного построения местной вертикали (для ориентации на центр Земли) и прибор для ориентации на Солнце. Погрешность ориентации на центр Земли не хуже 3град., а отклонение нормали к поверхности солнечной батареи от направления на Солнце - не более 5град. Для минимизации возмущений на движение центра масс спутника разгрузка двигателей маховиков производится с помощью магнитопровода. В качестве исполнительного органа при осуществлении успокоения и стабилизации спутника во время выдачи импульса коррекции используется двигательная установка.  
Режим успокоения, в результате которого происходит гашение угловых скоростей, включается в зоне радиовидимости.  
В режиме начальной ориентации на Солнце осуществляется разворот спутника относительно продольной оси с помощью управляющих двигателей-маховиков до появления Солнца в поле зрения прибора ориентации на Солнце, который установлен на панели солнечных батарей.  
Режим ориентации на Землю начинается из положения ориентации на Солнце путем разворота спутника с помощью двигателей-маховиков вдоль оси, ориентированной на Солнце, до появления Земли в поле зрения прибора ориентации на центр Земли. В штатном режиме обеспечивается ориентация оси спутника вместе с антеннами на центр Земли с помощью управляющих двигателей-маховиков по сигналам с приборов ориентации на центр Земли, ориентация солнечных батарей на Солнце путем разворота спутника вместе солнечными батареями с помощью управляющего двигателя-маховика по одному каналу и разворотов панелей батарей относительно корпуса спутника с помощью привода вращения солнечных батарей по другому каналу по сигналам приборов ориентации на Солнце.  
В режиме ориентации перед проведением коррекции и стабилизации спутника во время выдачи импульса коррекции отслеживание ориентации на Солнце не производится.

Система коррекции  обеспечивает приведение спутника в  заданное положение в плоскости  орбиты и его удержание в данных пределах по аргументу широты. Система включает двигательную установку и блок управления ей. Двигательная установка состоит из 24 двигателей ориентации с тягой 10 г и двух двигателей коррекции с тягой 500 г.

Система терморегулирования обеспечивает необходимый тепловой режим спутника. Регулирование тепла, отводимого из гермоконтейнера, осуществляется жалюзи, которые открывают или закрывают радиационную поверхность в зависимости от температуры газа. Отвод тепла от приборов осуществляется циркулирующим газом с помощью вентилятора.

Система электроснабжения включает солнечные батареи, аккумуляторные батареи, блок автоматики и стабилизации напряжения. Начальная мощность солнечных батарей - 1600 Вт, площадь - 17,5 м2.  
При прохождении спутником теневых участков Земли и Луны питание бортовых систем осуществляется за счет аккумуляторных батарей. Их разрядная емкость составляет 70 ампер-часов.

Для обеспечения  надежности на спутнике устанавливаются  по два или по три комплекта  основных бортовых систем.  
Таким образом, на спутник ГЛОНАСС возложено выполнение следующих функций:

• излучение высокостабильных радионавигационных сигналов;
• прием, хранение и передача цифровой навигационной информации;
• формирование, оцифровка и передача сигналов точного времени;
• ретрансляция или излучение сигналов для проведения траекторных измерений для контроля орбиты и определения поправок к бортовой шкале времени;
• прием и обработка разовых команд;
• прием, запоминание и выполнение временных программ управления режимами функционирования спутника на орбите;
• формирование телеметрической информации о состоянии бортовой аппаратуры и передача ее для обработки и анализа наземному комплексу управления;
• прием и выполнение кодов/команд коррекции и фазирования бортовой шкалы времени;
• формирование и передача "признака неисправности" при выходе выжных контролируемых параметров за пределы нормы.

Управление спутниками ГЛОНАСС осуществляется в автоматизированном режиме.

Выведение спутников  ГЛОНАСС на орбиту осуществляется носителем  тяжелого класса "ПРОТОН" с разгонным  блоком с космодрома Байконур. Носитель одновременно выводит три спутника ГЛОНАСС.  
Схема выведения включает:

• выведение космической головной части на промежуточную круговую орбиту с высотой ~200 км;
• переход на эллиптическую орбиту с перигеем ~200 км, апогеем ~19100 км и наклонением 64,3град.

Перевод каждого  спутника в заданную точку орбитальной  плоскости проводится с помощью  спутниковой двигательной установки.

Точность приведения в рабочую точку орбиты:

• по периоду обращения - 0,5 с;
• по аргументу широты - 1град.;
• по эксцентриситету - ~0,01;
• по наклонению орбиты - ~0,3град.

 
 
 
 

Состав  и структура навигационных сообщений  спутников системы GPS  

Структурное деление  навигационной информации спутников  системы GPS осуществляется на суперкадры, кадры, подкадры и слова. Суперкадр образуется из 25 кадров и занимает 750 с (12,5 мин). Один кадр передаётся в течение 30 с и имеет размер 1500 бит. Кадр разделён на 5 подкадров по 300 бит и передаётся в течение интервала 6 с. Начало каждого подкадра обозначает метку времени, соответствующую началу/окончанию очередного 6-с интервала системного времени GPS. Подкадр состоит из 10 30-бит слов. В каждом слове 6 младших разрядов являются проверочными битами.  
  В 1-, 2- и 3-м подкадрах передаются данные о параметрах коррекции часов и данные эфемерид КА, с которым установлена связь. Содержание и структура этих подкадров остаются неизменными на всех страницах суперкадра. В 4- и 5-м подкадрах содержится информация о конфигурации и состоянии всех КА системы, альманахи КА, специальные сообщения, параметры, описывающие связь времени GPS с UTC, и прочее. 
 
 

Алгоритмы приема и измерения параметров спутниковых  радионавигационных сигналов  

К сегменту потребителей систем GPS и ГЛОНАСС относятся  приёмники сигналов спутников. По измерениям параметров этих сигналов решается навигационная задача. Приёмник можно разделить на три функциональные части:      

 радиочастотную  часть;       

 цифровой-коррелятор;       

 процессор.    

С выхода антенно-фидерного  устройства (антенны) сигнал поступает  на радиочастотную часть Основная задача этой части заключается в усилении входного сигнала, фильтрации, преобразовании частоты и аналого-цифровом преобразовании. Помимо этого, с радиочастотной части приёмника поступает тактовая частота для цифровой части приёмника. С выхода радиочастотной части цифровые отсчёты входного сигнала поступают на вход цифрового коррелятора. 
 
 

Развитие  спутниковой навигации  

Общее направление  модернизации обоих спутниковых  систем GPS и Глонасс связано с  повышением точности навигационных  определений, улучшением сервиса, предоставляемого пользователям, повышением срока службы и надёжностью бортовой аппаратуры спутников, улучшением совместимости с другими радиотехническими системами и развитием дифференциальных подсистем. Общее направление развития систем GPS и Глонасс совпадает, но динамика и достигнутые результаты сильно отличаются.  
  Совершенствование системы ГЛОНАСС осуществилось на базе спутников нового поколения “ГЛОНАСС-М”. Этот спутник обладает увеличенным ресурсом службы и излучает навигационный сигнал в диапазоне L2 для гражданских применений.  
  Аналогичное решение было принято в США, где 5 января 1999 года объявлено о выделении 400 млн. долл. на модернизацию системы GPS, связанную с передачей C/A-кода на частоте L2 (1222,7 МГц) и введением третьей несущей L3 (1176,45 МГц) на КА, которые были запущены в 2005 году. Сигнал на частоте L2 намечено использовать для гражданских нужд, не связанных непосредственно с опасностью для жизни людей. Предлагалось начать реализацию этого решения с 2003 года. Третий гражданский сигнал на частоте L3 решено использовать для нужд гражданской авиации. 

Список  сокращений.

АКНП - аппаратура контроля навигационного поля

АКС - бортовая аппаратура командной системы 

АСЧ – атомные  стандарты частоты 

БИС – беззапросная измерительная станция

БВК - бортовой вычислительный комплекс

БНП - бортовой навигационный  передатчик

БТС - бортовая телеметрическая  система

БУ - блок управления

БУК - бортовой управляющий  комплекс

БХ - бортовой хронизатор

БЦ – баллистический центр

БШВ – бортовая ШВ

ГВМ – габаритно-весовой  макет

СРНС – спутниковая  радионавигационная система

ДН - диаграмма  направленности

ЕС КВО –  Единая глобальная система координатно-временного обеспечения

ЗИС – запросная  измерительная станция

ЗРВ - зона радиовидимости

КА – космический  аппарат

КИС – командно-измерительная  станция

КОС - кванто-оптические станции 

КС - контрольные  станции 

ЛДПС – локальная  дифференциальная подсистема

МБР – межконтинентальная баллистическая ракета

МВ - метка времени

НАП – навигационная  аппаратура потребителей

НКА – навигационный  КА

НКУ – наземный комплекс управления

НСВТ – навигационный  сгнал высокой точности

НССТ – навигационный  сигнал средней точности

ОГ – орбитальная  группировка

ПСП – псевдослучайная  последовательность

ПКУ - подсистемы контроля и управления

РВСН – ракетные войска стратегического назначения

СК - система  коррекции

СКФ - система  контроля фаз 

СО - система  ориентации и стабилизации

СК - система  коррекции

СЭП - система  электропитания

ФМ - фазовая  манипуляция

ЧВО – частотно-временное  обеспечение

ЧВП – частотно-временная  поправка

ЦИ – цифровая информация

ЦС –центральный синхронизатор

ЦУС - центр управления системой ГЛОНАСС

ШВ – шкала  времени

ЭИ – эфемеридная  информация

ЭО –эфемеридное обеспечение

UTC – координированное  всемирное время 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система.

Система ГЛОНАСС представляет второе поколение отечественных спутниковых навигационных систем. Эта система разрабатывалась для таких потребителей как авиация, морской флот, наземные транспортные средства, космические аппараты, а также специальные боевые комплексы, главным образом, для навигации гражданских морских судов.

Спутники системы  ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные  сигналы двух типов: навигационный  сигнал стандартной точности (СТ) в  диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный  сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). В системе ГЛОНАСС каждый штатный НКА в ОГ постоянно излучает шумоподобные непрерывные навигационные радиосигналы в двух диапазонах частот 1600 МГц и 1250 МГц. В НАП навигационные измерения в двух диапазонах частот позволяют исключить ионосферные погрешности измерений.

Спутник ГЛОНАСС  конструктивно состоит из цилиндрического  гермоконтейнера с приборным  блоком, рамы антенно-фидерных устройств, приборов системы ориентации, панелей  солнечных батарей с приводами, блока двигательной установки и жалюзи системы терморегулирования с приводами. На спутнике также установлены оптические уголковые отражатели, предназначенные для калибровки радиосигналов измерительной системы с помощью измерений дальности до спутника в оптическом диапазоне, а также для уточнения геодинамических параметров модели движения спутника. Конструктивно уголковые отражатели формируются в виде блока, постоянно отслеживающего направление на центр Земли. Площадь уголковых отражателей-0,25м2.

Общее направление  модернизации обоих спутниковых систем GPS и Глонасс связано с повышением точности навигационных определений, улучшением сервиса, предоставляемого пользователям, повышением срока службы и надёжностью бортовой аппаратуры спутников, улучшением совместимости с другими радиотехническими системами и развитием дифференциальных подсистем. Общее направление развития систем GPS и Глонасс совпадает, но динамика и достигнутые результаты сильно отличаются.  
  Совершенствование системы ГЛОНАСС осуществилось на базе спутников нового поколения “ГЛОНАСС-М”. Этот спутник обладает увеличенным ресурсом службы и излучает навигационный сигнал в диапазоне L2 для гражданских применений.