CC BY
50AVIATION, SPACE-ROCKET HARDWARE
Перспективы развития эфемеридно-временного обеспечения космической навигационной системы ГЛОНАСС
Сакулин Е.А.
к.т.н., Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Аннотация
Рассмотрены основные направления развития эфемеридно-временного обеспечения системы ГЛОНАСС в интересах повышения точности навигационных определений потребителей. Проанализированы направления модернизации наземного комплекса управления, совершенствования бортовой аппаратуры навигационных космических аппаратов и совершенствования технологий расчета эфемеридной и частотно-временной информации. Дается характеристика новым наземным и бортовым средствам эфемеридного и частотно-временного обеспечения и навигационно-временного специального комплекса, функционально объединяющего в модернизированном наземном комплексе управления все средства, решающие задачи эфмеридно-временного обеспечения системы.
Ключевые слова: эфемеридно-временное обеспечение; навигационная система; навигационный кадр; межспутниковые измерения; глобальная навигация.
Введение
В современных условиях происходит непрерывное повышение требований к точности навигационных определений гражданских и военных потребителей по сигналам глобальных космических навигационных систем [1,2]. На выполнение этих требований направлено развитие системы ГЛОНАСС в направлении поэтапного наращивания качества предоставляемых навигационных услуг и в перспективе выход на метровый уровень точности американской системы GPS. Подержание точности системы ГЛОНАСС на уровне точности системы GPS является необходимым условием снижения риска попадания Российской Федерации в «навигационную» зависимость от США.
Эфемеридно-временное обеспечение системы ГЛОНАСС представляет комплекс организационных, технических и технологических мероприятий, которые обеспечивают определение эфемеридной и частотно-временной информации и передачу ее навигационными космическими аппаратами (КА) потребителям в составе навигационного кадра. Целью развития эфемеридно-временного обеспечения системы ГЛОНАСС является повышение точности передаваемой потребителям эфемеридной и частотно-временной информации, непосредственно определяющей точность их навигационных определений.
Эфемеридно-временное обеспечение поддерживается комплексом технических и программных средств, выполняющих измерение параметров движения навигационных КА и расчет их орбит, контроль и коррекцию бортовой шкалы времени каждого КА, обработку результатов измерений и расчет эфемеридной и частотно-временной информации, передаваемой далее КА, а с них - потребителям космической навигационной системы. Высокая точность расчета эфемеридной и частотно-временной информации обеспечивается соответствующей точностью измерительных средств, внесением поправок на выявленные методические погрешности, применением в процессе расчетов не только результатов текущих измерений, но и измерений, накапливаемых за недельный срок. При этом данные, получаемые от измерительных средств, периодически калибруются, что обеспечивает высокое качество измерений в системе.
Повышение точности передаваемой потребителям эфемеридной и частотно-временной информации достигается по нескольким направлениям. Среди этих направлений основными являются следующие:
- модернизация наземного комплекса управления (НКУ);
- совершенствование бортовой аппаратуры навигационных КА;
- совершенствование технологий расчета эфемеридной и частотно-временной информации.
В модернизированном НКУ системы ГЛОНАСС наряду существующими наземными радиоэлек-
www nauka -i-asu ru
12
i-methods
АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
тронными средствами - командно-измерительными системами (КИС), квантово-оптическими системами (КОС), беззапросными измерительно--вычислительными системами (БИВС) - предусматривается использование новых средств - закладочно-измерительных систем (ЗИС), беззапросных измерительных систем (БИС), наземных станций контроля и управления бортовой аппаратуры межспутниковых измерений (НСКУ БАМИ), резервного центрального синхронизатора ЦС-М. Введение в состав НКУ этих новых средств направлено, прежде всего, на повышение точности эфемеридно-временного обеспечения системы.
Ближайшая перспектива модернизации НКУ в направлении развития контура эфемеридно-временного обеспечения заключается в создании сети беззапросных измерительных систем и их размещения как в существующих командно-измерительных пунктах на территории Российской Федерации, так и за ее пределами, в том числе в Антарктиде. Радиотехнические беззапросные измерительные системы (БИС) обладают рядом преимуществ, такими как непрерывное проведение измерений по всем навигационным КА, находящимся в зоне радиовидимости, высокая точность измерений при существенно меньшей стоимости БИС по сравнению с запросными измерительными системами и другие.
В рамках совершенствования бортовой аппаратуры бортовой аппаратуры навигационных КА предусматривается создание и установка на КА «ГЛОНАСС-М» и «ГЛОНАСС-К» нового поколения бортовой аппаратуры, в частности, нового цезиевого стандарта частоты и бортовой аппаратуры межспутниковых измерений. Кроме того, модернизированные навигационные КА системы ГЛОНАСС будут излучать сигналы для гражданских пользователей на двух частотах, что позволит практически полностью исключить ионосферную погрешность измерений пользователям, оборудованным двухча-стотными приемниками. Вводится также излучение навигационного сигнала на третьей частоте, что позволяет использовать в навигационной аппаратуре потребителей более совершенные методы обработки высокоточных фазовых измерений. Одновременно при разработке КА «ГЛОНАСС-М» и «ГЛОНАСС-К» (в перспективе - КА «ГЛОНАСС-КМ») принимаются технические решения, направленные на повышение надежности и срока службы бортовой аппаратуры, что позволяет повысить гарантийный срок активного существования каждого КА и надежность системы в целом.
Оснащение бортовой аппаратурой межспутниковых измерений (БАМИ) является одним из ключевых направлений совершенствования бортовой аппаратуры КА системы ГЛОНАСС и направлено повышение точности формируемого системой навигационного поля и навигационных определений потребителей. В настоящее время проходят летные испытания двух образцов БАМИ - радиотехнической и лазерной. С помощью БАМИ осуществляются межспутниковые измерения текущих навигационных параметров навигационных КА, которые в дальнейшем используются при решении задач эфемеридно-временного обеспечения системы. Это является резервом повышения точности космических навигационных систем и означает качественный переход от технологии эфемеридного обеспечения, основанной на использовании измерений текущих навигационных параметров КА наземными средствами, к технологии, основанной на совместном использовании измерений текущих навигационных параметров КА наземными и бортовыми средствами. Кроме того, БАМИ позволяет осуществлять информационный обмен между КА по межспутниковым каналам.
Задача развития технологий расчета эфемеридной и частотно-временной информации заключается в совершенствовании математических методов, программно-алгоритмического обеспечения и аппаратно-программных средств определения эфемерид и частотно-временных поправок навигационных КА. Совершенствование технологии эфемеридного обеспечения осуществляется по следующим основным направлениям: совершенствование математических моделей орбитального движения навигационных КА; совершенствование используемых геодезических моделей, в том числе применение более совершенных моделей геопотенциала Земли и повышение точности геодезической основы (уточнение взаимной привязки измерительных средств НКУ); уточнение моделей определения и прогнозирования параметров вращения Земли; совершенствование методов обработки результатов измерений, в том числе использование высокоточных фазовых измерений. Совершенствование технологии частотно-временного обеспечения осуществляется по следующим основным направлениям: повышение точности и стабильности бортовых стандартов частоты; совершенствование математических моделей прогнозирования расхождения бортовых шкал времени навигационных КА относительно шкалы времени системы; применение многопунктной технологии частотно-временного обеспечения.
В модернизированном НКУ системы ГЛОНАСС все средства, осуществляющие эфемеридное и частотно-временное обеспечение функционально сводятся в навигационно-временной специальный
13
2-2014
aviation, space-rocket hardware
комплекс (НВСК). Смысл функционального объединения входящих в НВСК аппаратно-программных средств сводится к обеспечению координации работ по информационному обеспечению целевой функции системы - навигационному обеспечению потребителей. Реализация мероприятий по модернизации НКУ и созданию НВСК позволит решить задачу повышения точностных характеристик системы ГЛОНАСС, в частности, снизить среднеквадратическую ошибку навигационных определений по координатам с 20-25 м до 3-4 м, что сопоставимо с точностными характеристиками системы GPS.
Заключение
Развитие космической навигационной системы ГЛОНАСС и достижение в ней уровня точностных характеристик системы GPS является стратегической задачей, решаемой в интересах национальной безопасности Российской Федерации и укрепления её лидирующих позиций в области глобальной спутниковой навигации, а сама система является особо важной государственной инфраструктурой [3.4]. Рассмотренные направления развития системы ГЛОНАСС и совершенствования ее эфемеридно-временного обеспечения реализуются в рамках Федеральной целевой Программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы». С учетом реализуемой технологии спутниковой навигации совершенствование эфемеридно-временного обеспечения системы является ключевым направлением ее развития и непосредственно связано с повышением точности навигационных определений потребителей и улучшением других потребительских характеристик системы.
Литература
1. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и ее приложения. М.: Эко-Трендз. 2003. 326 с.
2. Бакитько Р.В., Болденков Е.Н., Булавский Н.Т. и др. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. Под ред. Перова А.И., Харисова В.Н. М: Радиотехника. 2010. 800 с.
3. Слипченко В.И. Войны шестого поколения. М.: Вече. 2002. 216 с.
Для цитирования:
Сакулин Е.А. Перспективы развития эфемеридно-временного обеспечения космической навигационной системы ГЛОНАСС // i-methods. 2014. Т. 6. No. 2. С. 12-14.
Prospects of development of the ephemederis-time support of space navigation system GLONASS
Sakulin E.A.
PhD, Military space Academy named after A. F. Mozhaisky
Abstract
In this article considered the basic directions of development efemederis-time support of the GLONASS system in the interests of improving the accuracy of navigation definitions of consumers. Analyzed the directions of modernization of the ground control, improving navigation on-Board equipment of space vehicles and technologies improve the calculation of ephemeris and frequency-time information. The characteristic new ground and onboard means of ephemeris and frequency-time support and navigational time special complex, functionally uniting in a modernized ground control system all means of dealing with specific tasks ephemerides-time support system.
Keywords: ephemeral time providing; navigation system; navigation shot; intersatellite measurements; global navigation.
References
1. Soloviev Y. A. Satellite navigation and its applications. M.: Eco-Trends. 2003. 326 p.
2. Bakit'ko, R. V.; Boldenkov, E. N., Bulavsky N. T. etc GLONASS. The principles of construction and operation. Edited by Perov A. I., Kharisov V. N. M: Radio Engineering. 2010. 800 p.
3. Slipchenko V. I. War of the sixth generation. Moscow: Veche. 2002. 216 p.
For citation:
Sakulin E.A. Prospects of development of the ephemederis-time support of space navigation system GLONASS // i-methods. 2014. Vol. 6. No. 2. Pp. 12-14.
www nauka -i-asu .ru
14
i-methods
