Особенности навигационного использования ИСЗ (НКА)

Использование ИСЗ (далее НКА – навигационный космический аппарат) в качестве подвижных опорных станций спутниковой навигационной системы (СНС) открывает широкие возможности для решения навигационной задачи определения места судна в море.

Однако, применение быстро перемещающихся в пространстве опорных станций для навигационных целей, возможно лишь в том случае, если пространственные координаты этих станций (НКА) относительно земной поверхности в момент измерения навигационных параметров известны с необходимой точностью.

Это условие может быть выполнено при соблюдении двух условий:

1) ® если известны уравнения движения НКА в функции времени и время, прошедшее с момента, когда координаты НКА были известны, до момента их измерений на судне;

2) ® если одновременно с радионавигационными сигналами НКА НКА излучают и сигналы, несущие информацию о его фактических координатах.

Радионавигационные параметры определяются сравнением заранее предвычисленных (на основании законов движения НКА) с измеренными.

При круговой орбите НКА предвычисленные значения определяемых радионавигационных параметров можно получить по формулам сферической тригонометрии (рис. 23.3) из параллактического треугольника спутника ZCP_N в котором:

· А – азимут НКА;

· d– склонение НКА;

· j– широта места судна на время замера радионавигационных параметров;

· Z = 90° – h – зенитное расстояние НКА;

· t_M – местный часовой угол НКА.

Рис. 23.3. Параллактический треугольник НКА

Рис. 23.4. Зенитное расстояние НКА

Расстояние до НКА (D) находится из соотношения:

(23.13)

где

Движение НКА в первом приближении подчиняется законам Кеплера. Однако, вследствие сопротивления атмосферы и влияния аномалий гравитационного поля Земли фактическое движение НКА по своей орбите отклоняется от расчетного, поэтому необходимо систематически наблюдать за движением НКА с Земли и своевременно вносить поправки в информацию о его фактических пространственных координатах.

Одновременно с этой информацией должна передаваться информация, позволяющая привести наблюдения за движением НКА на наземных пунктах и навигационные определения по этим НКА к единой системе времени.

Следовательно, необходимым элементом СНС, основанной на использовании НКА, является комплекс наземных станций, наблюдающих за движением НКА, входящих в эту СНС, обеспечивающих информацию об их движении и привязку всех измерений в едином для всей системы времени. Этот комплекс называется наземным контрольно-измерительным комплексом (КИК).

Таким образом, использование НКА в качестве подвижных опорных станций не исключает и наземные опорные станции, координаты которых определены очень точно.

Далее предполагается, что на судне имеется информация о параметрах движения НКА по орбите и известно время, к которому отнесена эта информация.

Для судна одна поверхность положения (высота) всегда известна. Поэтому определение места судна по НКА сводится к отысканию точки пересечения линий положения на поверхности земного сфероида.

Существенное значение для работы СНС, основанной на использовании НКА, имеет большая скорость изменения радионавигационных параметров, определяемых при помощи этой системы, позволяющая применять методы навигационных определений, основанные на измерениях скорости и ускорения сближения НКА и судна. Эти методы осуществляются посредством наблюдения за приращением частоты принимаемых от НКА сигналов, возникающих вследствие эффекта Доплера.

Одной из особенностей навигационного использования НКА, обусловливаемой своеобразным характером его движения относительно земной поверхности, является различие условий геометрической видимости НКА на различных широтах в зависимости от параметров орбиты