Спутниковые навигационные системы доплеровского типа
Общие сведения. В настоящее время эксплуатируются две спутниковые навигационные системы (СНС) доплеровского типа — «Цикада» (СССР) и «Транзит» (США). Обе системы обеспечивают определение координат места судна в любое время суток и при любых метеоусловиях. Зона действия системы «Цикада»—без ограничений; системы «Транзит»— в диапазоне широт ±88°. Каждая из систем включает три основные части: командно-измерительный комплекс, искусственные спутники Земли (ИСЗ), аппаратуру потребителей.
Командно-измерительный комплекс состоит из ряда наземных станций слежения, станций передачи команд на борт ИСЗ и вычислительного центра (рис. 4.8).
В системе «Цикада» используются ИСЗ серии «Космос-1000» на орбитах, близких к круговым, с высотой около 1090—1100 км над уровнем Земли и периодом обращения порядка 108 мин; угол наклонения орбит относительно плоскости экватора составляет 83°. При таком выборе параметров орбит ИСЗ обеспечивается глобальность работы системы.
Параметры орбит спутников системы «Транзит» следующие: высота — 1075 км, период обращения — 107 мин, наклонение орбиты — практически 90°, эксцентриситет — в пределах 0,003—0,02. Количество одновременно работающих спутников в системе — до шести.
Спутники обеих систем некорректируемы, поэтому в силу различных возмущений наблюдаются смещения орбит по отношению к начальным значениям.
В силу различного характера структуры сигналов и вида модуляции, а также разноса по частоте взаимное влияние сигналов спутников системы «Цикада» и «Транзит» исключено. Однако в рамках каждой системы проявляется взаимное влияние сигналов спутников, что сказывается на качестве обсерваций, выполненных с помощью судовой аппаратуры.
Когда ИСЗ системы приближаются один к другому на расстояния, при которых разделение сигналов по частоте в судовых приемоиндикаторах затруднено, по командам с наземных станций производится выключение аппаратуры одного из спутников. Даты включения, причины и дата планируемого последующего включения спутников объявляются в навигационных предупреждениях,
Для каждой из систем средний интервал между обсервациями при пяти ИСЗ составляет от 40 до 110 мин в зависимости от широты места. Передача навигационной информации с ИСЗ проводится на двух частотных каналах 400 МГц и 150 МГц, режим передачи - непрерывный. Частоты передаваемых сигналов характеризуются высокой степенью стабильности В состав передаваемых данных, используемых для целей навигации, входят параметры, характеризующие пространственное положение ИСЗ на фиксированные моменты времени. идентификационный номер спутника, временные метки и сигналы синхронизации. Система «Цикада» работает по шкале зимнего московского времени, система «Транзит» — по шкале времени UTC.
Метод определения места. В обеих системах используется так называемый интегральный доплеровский метод, который в геометрическом смысле эквивалентен разностно-дальномерному методу. Для определения обсервованных координат используются: opбитальные параметры спутника; измеренные навигационные параметры; счислимые координаты, текущие значения курса и скорости судна.
Орбитальные параметры, получаемые по сигналам спутников, позволяют определить точное положение ИЗС в пространстве на фиксированные моменты времени.
В качестве навигационных параметров используются отсчеты измеренных доплеровских сдвигов частоты, вызванных взаимным перемещением судна и спутника во время навигационного сигнала. В судовом приемоиндикаторе значение доплеровского сдвига частоты определяется относительно частоты опорного генератора.
Зависимость доплеровской частоты от изменения расстояния «судно — ИСЗ» позволяет определить разность расстояний между судном и рядом последовательных положений ИСЗ на фиксированные моменты времени. Каждой разности расстояний в пространстве соответствует поверхность положения — гиперболоид вращения, который при пересечении с поверхностью Земли образует навигационную изолинию типа гиперболы. Таким образом, систему доплеровского типа с интегральным методом определения координат места можно рассматривать как гиперболическую систему. В качестве базы такой системы может рассматриваться расстояние пролета спутника на интервале измерения навигационных параметров. Для современных типов судовых приемоиндикаторов интервал измерения составляет 4,6; 24; 30;
60 или 120 с, длительность сеанса составляет от 8 до 16 мин.
Счислимые координаты места судна вырабатываются по данным курса и скорости судна, которые автоматически поступают от гирокомпаса и лага. Начальные значения счислимых координат и время вводятся в судовую аппаратуру вручную.
Результаты обсерваций во всех типах судовых приемоиндикаторов выдаются в форме географических координат. В приемоиндикаторах системы «Цикада» результаты выдаются в системе координат 1942 г. В приемоиндикаторах системы «Транзит» в качестве опорного принят эллипсоид WSG-72. При анализе обсерваций эти обстоятельства необходимо принимать во внимание и при работе с картами учитывать их геодезическую основу, критически оценивая полученные результаты, в особенности в прибрежных районах плавания.
Точность определения мести по сигналам СНС доплеровского типа характеризуется:
точностными характеристиками системы в целом (СКП составляет около 20 м);
точностными характеристиками приемоиндикаторов, степень совершенства которых в настоящее время определяется уровнем математического обеспечения аппаратуры;
влиянием эффектов распространения радиоволн в ионосфере и тропосфере (на стоянке СКП для двухканального приемоиндикатора составляет 40—60 м, для одноканального — 100 120 м);
Погрешностью в учете курса и скорости судна во время навигационного сеанса. Погрешность в скорости в 1 уз вызывает дополнительную погрешность в координатах 0,2-0,25 мили; неточность учета курса - 0,05 мили;
погрешностью в учёте высоты антенны приёмоиндикатора над уровнем геоида, которая трансформируется в погрешность места с коэффициентом 1—3, что свидетельствует о важности учета этого параметра;
погрешностью, связанной с геометрическим фактором.
Вклад каждой из перечисленных погрешностей в значительной степени зависит от взаимного положения ИСЗ и судна. Минимальный вклад наблюдается в случае, если угол возвышения ИСЗ составляет 20—40, максимальный — при углах возвышения более 75°.
В большинстве моделей приемоиндикаторов объявленные в документации точности выдерживаются при углах возвышения 7—70°, и именно в этих случаях результаты обсерваций принимаются к автоматической коррекции счислимых координат. Обсервации при углах возвышения за пределами 7—70° могут приниматься к принудительной коррекции только после оценки результатов штурманом.
При анализе обсерваций следует иметь в виду, что при углах возвышения ИСЗ более 75° значение широты места определяется достаточно точно—в пределах нескольких кабельтовых, а погрешность долготы может достигать нескольких миль.
Точность определения времени по сигналам СНС «Цикада» и «Транзит»: во всех известных судовых приемоиндикаторах СНГ. «Транзит» погрешность индикации составляет ± 1 с, в приемоиндикаторах СНС «Цикада» ±0,5 с.
Дата добавления: 2015-02-05; просмотров: 2335;