Наземный комплекс управления
Управление орбитальным сегментом ГЛОНАСС осуществляет наземный комплекс управления. Он включает в себя Центр управления системой (г. Голицыно-2, Московская область) и сеть станций слежения и управления, рассредоточенных по территории России.
Наземный комплекс управления (НКУ) орбитальной группировкой НКА выполняет четыре группы задач:
Остановимся на первых двух группах задач, которые непосредственно связаны с обеспечением определенного уровня точности навигационных радиосигналов в системе ГЛОНАСС.
Эфемеридное обеспечение (ЭО) НКА означает: определение и прогноз параметров движения НКА, и “закладку” на борт НКА ЭИ для кадров ЦИ в навигационных радиосигналах.
Частотно-временное обеспечение (ЧВО) НКА означает определение и прогноз БШВ относительно ШВ системы и “закладку” на борт НКА частотно-временных поправок (ЧВП) к БШВ, помещаемых в кадры ЦИ в навигационных радиосигналах.
В наземных комплексах управления системы ГЛОНАСС, в отличие от системы GPS, подсистемы ЭО и ЧВО построены раздельно.
Определение и прогноз параметров движения НКА осуществляет Баллистический центр (БЦ) системы на основе результатов траекторных измерений дальности и радиальной скорости НКА, поступающих от сети наземных радиотехнических “запросных” командно-измерительных станций (КИС). В НКУ используются не менее трех КИС, расположенных на территории России (западная, центральная, восточная) на географической широте в пределах 50
° ...60° с.ш. КИС на географической широте не менее 50° с.ш. “наблюдает” каждый НКА при углах возвышения не менее 5° в течение сеансов длительностью 1...5 ч на каждом витке орбиты НКА.Сформированная в БЦ прогнозируемая ЭИ “закладывается” на борт НКА через сеть КИС ежесуточно. Для НКА первой модификации на худших участках орбиты, где максимальны немоделируемые возмущения, действующие на НКА, погрешности ЭИ составляют по высоте
s (H) = 5 м, вдоль орбиты s (L) = 20 м, по бинормали s (B) = 10 м. На лучших участках орбиты погрешности ЭИ приблизительно в два раза меньше по высоте и вдоль орбиты, и следовательно погрешности ЭИ, содержащейся в кадрах ЦИ, в среднем составляют (для НКА первой модификации): s (H) = 4 м, s (L) = 15 м, s (B) = 10 м.Подсистема ЧВО содержит в своем составе следующие совместно расположенные средства:
Центральный синхронизатор формирует ШВ системы и опорные сигналы для БИС. Относительное среднеквадратическое отклонение среднесуточных значений частоты водородного стандарта частоты ЦС не хуже 3
Ч 10-14.Беззапросная измерительная станция принимает широкополосные навигационные радиосигналы 1600 МГц и 1250 МГц и измеряет сдвиг
t (t) по времени принимаемой ПСП2 относительно опорного сигнала. Принимаемая ПСП2 является “носителем” БШВ, а опорный сигнал ѕ “носителем” ШВ системы.Следовательно, измеренная в БИС беззапросная дальность (псевдодальность) равна:
S(t)=ct (t)=R(t)+ct б(t)+d S(t),
где
c ѕ скорость света; R(t) ѕ истинная дальность от БИС до НКА; t б(t) ѕ сдвиг БШВ относительно ШВ системы; d S(t) ѕ погрешность измерений в БИС.Запросная измерительная станция измеряет запросным методом дальность до НКА
Rи(t) = R(t)+d R(t),
где
d R(t) ѕ погрешность запросных измерений дальности.Результаты одновременных сеансных измерений БИС и ЗИС поступают в БЦ, где формируются измеренные значения сдвига БШВ относительно ШВ системы:
ct б(t) = S(t) - Rи(t) .
В составе НКА первой модификации применяется бортовой цезиевый АСЧ, у которого среднеквадратическое относительное отклонение среднесуточных значений частоты составляет (2...4)
Ч 10-13.Погрешность прогноза БШВ обусловлена двумя основными факторами:
Погрешности двухдиапазонных (1600 МГц, 1250 МГц), беззапросных измерений псевдодальности в БИС составляют
s (S) = 1,3...1,5 м , погрешности запросных измерений дальности в ЗИС составляют s (R) = 1,0 м, и соответственно, погрешность сеансных измерений сдвига БШВ относительно ШВ системы составляет в среднем s (t б) = 5нс.Летные испытания НКА первой модификации показали, что наилучшая точность прогноза БШВ на сутки обеспечивается, если двухсуточный массив результатов измерений t б(t) аппроксимировать линейным полиномом и использовать его для расчета прогнозируемых ЧВП к БШВ относительно ШВ системы. “Закладка” (обновление) ЧВП на борт НКА первой модификации осуществляется в НКУ на каждом витке орбиты НКА, т.е. 2 раза в сутки. Погрешность линейной модели БШВ на интервале времени 2,5 ...3 суток (мерный интервал двое суток и интервал прогноза 0,5 ...1,0 суток) обусловлена в основном дрейфом и флуктуациями частоты бортового АСЧ (погрешности измерений сглаживаются при аппроксимации). Эксплуатация НКА первой модификации показала, что при обновлении ЧВП на каждом витке (прогноз БШВ на 12 ч) погрешность s взаимной синхронизации БШВ любых двух НКА равна 20 нс , т.е. погрешность прогноза БШВ на 12 ч составляет в среднем s (t б) = 14 нс.
В перспективе в ОГ системы ГЛОНАСС будут эксплуатироваться НКА второй модификации с более стабильным цезиевым АСЧ (1Ч 10-13), погрешности БИС и ЗИС будут снижены до уровня s (S)=s (R)=0,7 м и соответственно погрешность s (t б) ЧВП составит 5 нс при прогнозе на 12 ч и 7 нс при прогнозе на 24 ч.