Пути развития СРНРС ГЛОНАСС и GPS
Изучение СРНС
приводит к выводу, что ее использование в целях навигации особенно эффективно.
Основной причиной этого является применение в этой системе концепций, которые находятся
на переднем крае развития науки и техники. Вопросам разработки приемоиндикаторов для
СРНС в последнее десятилетие было уделено большое внимание, как в практическом, так и в
теоретическом плане. Среди основных проблем, стоящих перед разработчиками
приемоиндикаторов СРНС, в настоящее время выделяются следующие:
- Широкое использование в приемоиндикаторах GPS алгоритмов оптимальной фильтрации, а также новых технологий, что позволит существенно повысить их эффективность и улучшить тактико-технические характеристики, а также позволит решать принципиально новые задачи (например, такие, как определение пространственной ориентации летательного аппарата, автоматический заход на посадку до касания, автоматизированную дозаправку топливом в полете, полеты в плотных боевых порядках и др.).
- Повышение достоверности навигационных определений по СРНС. Эта проблема решается двумя главными путями:
- обеспечение целостности СРНС, т.е. исключение использования неисправных НИСЗ. Для решения данной задачи предполагается запуск 3 4 геостационарных спутников, расположенных в плоскости экватора (это обеспечивает охват большей части Земли), с одновременной организацией специального канала для передачи информации о целостности (так называемый GIC Greatest Integrated Channel). В приемоиндикаторе она может решаться автономно (технология RAIM - Receiver Autonomic Integrated Monitoring) и с использованием дифференциальных методов;
- повышение помехоустойчивости приемоиндикаторов, в том числе в условиях воздействия преднамеренных помех. Этот путь включает: улучшение алгоритмов обработки сигналов, обеспечивающих снижение порогового отношения сигнал/шум, пространственно-временную обработку сигналов и комплексирование СРНС с другими системами (объединение ИНС и приемоиндикаторов СРНС NAVSTAR в единые бортовые системы для обеспечения максимальной точности, надежности и непрерывности выдачи пилотажно-навигационных параметров, а также для высокочастотного (100 – 600 Гц) ввода данных в автопилоты при относительно низких частотах выходов GPS (1 – 10 Гц)).
- Повышение точности навигационных определений до предельно малых значений. Эта проблема решается прежде всего использованием дифференциальных и относительных методов навигации (технология DGPS - Differential GPS), в значительной степени обеспечивающих компенсацию общих для всех потребителей систематических ошибок. Основное направление повышения точности связано с использованием, наряду с информацией, заключенной в огибающей принимаемого сигнала, фазовой информации, содержащейся в его высокочастотном (ВЧ) заполнении. При этом главная возникающая трудность состоит в разрешении неоднозначности измерений.
- Обеспечение таких потребительских свойств приемоиндикаторов, как компактность, дешевизна аппаратуры и т.д. Среди множества путей решения этих важных проблем одноэтапный алгоритм, использование группирования отсчетов, позволяющие сократить требования к процессору и др.
В настоящее время на базе системы ГЛОНАСС предполагается создание Единой глобальной
системы координатно-временного обеспечения (ЕС КВО). Кроме спутниковой системы,
ЕС КВО включает:
- Государственную систему Единого времени с эталонной базой страны;
- Государственную систему и службу определения параметров вращения Земли;
- систему наземной и заатмосферной оптической астрометрии;
- космическую геодезическую систему и др.
Считается, что возможности существенного повышения точности навигационных определений
связаны с созданием глобальной системы отсчета, использующей самоопределяющиеся
навигационно-геодезические КА без привлечения измерений с поверхности Земли.
При разработке направлений и путей совершенствования системы учитывается постоянный
рост требований пользователей к точности навигационных определений и целостности системы.
При этом под целостностью в данном случае понимается способность самой системы
обеспечивать предупреждение пользователей о тех моментах времени, когда система не должна использоваться для навигационных определений. Одним из важнейших путей решения этой проблемы является интеграция двух спутниковых радионавигационных систем - ГЛОНАСС и GPS.
Можно выделить четыре основных направления модернизации СРНС ГЛОНАСС:
- улучшение совместимости с другими радиотехническими системами;
- повышение точности навигационных определений и улучшение сервиса, предоставляемого пользователям;
- повышение надежности и срока службы бортовой аппаратуры спутников и улучшение целостности системы;
- развитие дифференциальной подсистемы.
Одним из элементов первого направления является уже упоминавшееся сокращение и
смещение занимаемого диапазона частот.
На втором этапе, с началом запуска модернизированных КА "Ураган-М", излучение сигналов с борта КА будет осуществляться только на
несущих частотах с литерами k=0...12. Наконец, на третьем этапе (ориентировочно с 2005 г.) КА "Ураган-М" будут использовать для излучения
навигационных сигналов несущие частоты с k=-7 ... 4, а несущие частоты с номиналом 5 и 6 будут использоваться только как технологические
при работе спутников с НКA.
С целью повышения точности навигационных определений потребителями на борту КА "Ураган-М" будет установлен новый цезиевый
стандарт частоты. Кроме того, модернизированные КА будут излучать сигналы для гражданских пользователей в двух диапазонах волн
L1 и L2, что позволит практически полностью исключить ионосферную погрешность измерений пользователям, оборудованным двухчастотными
приемниками.
Совместное использование для навигации двух систем - ГЛОНАСС и GPS, дает пользователям дополнительные преимущества, главными из
которых являются повышение достоверности навигационного определения за счет увеличения числа доступных КА в зоне радиовидимости
потребителя. Целый ряд предпосылок существенно облегчает интеграцию двух систем, в частности, приводя лишь к незначительному
усложнению и удорожанию комбинированных приемников ГЛОНАСС-GPS. К таким предпосылкам можно отнести:
- схожесть принципов синхронизации и измерения навигационных параметров;
- малое различие в используемых системах координат;
- близкий частотный диапазон;
- общность принципов баллистического построения;
- готовность правительств России и США предоставить системы для использования различными потребителями мирового сообщества.
Режим дифференциальной навигации основан на том, что большинство погрешностей СРНС во времени и в пространстве относительно
постоянны. Следовательно, если одновременно с обработкой навигационных сигналов потребитель будет получать поправки к ним,
характеризующие точность навигации в данном районе, то это, как показывает опыт, позволяет снизить погрешности определения координат и
высоты до 5 м. Для обеспечения работы в таком режиме создаются дифференциальные подсистемы СРНС, которые подразделяются на
широкозонные, региональные и локальные.
В России наиболее активно развивается последний тип дифференциальных подсистем.
К настоящему времени определились три основных класса локальных дифференциальных подсистем (ЛДПС) СРНС:
- морские, для обеспечения мореплавания в проливных зонах, узкостях и акваториях портов и гаваней в соответствии с требованиями Международной морской организации;
- авиационные, для обеспечения захода на посадку и посадки воздушных судов по категориям Международной организации гражданской авиации;
- локальные, для геодезических, землемерных и других специальных работ.
Предполагается, что сеть морских ЛДПС, работающих по сигналам систем ГЛОНАСС и GPS, будет охватывать все побережье России и акватории
прилегающих морей. В настоящее время отдельные средства проходят предварительную проверку на Балтике.
К слову, имеются и весьма специфические применения ЛДПС СРНС, например, для контроля за перемещением машин инкассаторов.
Признавая, что КНС ГЛОНАСС является национальным достоянием России, распоряжением Президента РФ от 18.02.99 г. поручено Правительству
РФ принять меры по безусловному сохранению и развитию КНС ГЛОНАСС и увеличению количества пользователей системы. Во исполнение этого
распоряжения Правительство РФ в 22.03.99 г. приняло постановление, в котором определена ответственность федеральных органов
исполнительной власти за поддержание и развитие КНС ГЛОНАСС и представлен "План первоочередных мероприятий по сохранению и развитию
КНС ГЛОНАСС".
В соответствии с этим "Планом ..." разработана "Программа поддержания и развития КНС ГЛОНАСС на период до 2003 года", в которой
предусматриваются мероприятия по безусловному сохранению КНС ГЛОНАСС, а так же ускоренное оснащение отечественного парка
пользователей, работающих одновременно по сигналам от двух систем: ГЛОНАСС и GPS.
Программа развития космической навигации России базируется на следующих принципах:
- Модернизация КНС осуществляется поэтапно с учетом реальных возможностей промышленности и бюджетного финансирования;
- Государство гарантирует международному сообществу поддержание КНС с требуемыми характеристиками на период до 2010 г.;
- Разработка и эксплуатация системы учитывает возможность сотрудничества с другими странами в части координации использования КНС, внедрения передовых технологий, элементной базы;
- Навигационный сигнал КНС ГЛОНАСС сертифицирован на соответствие международным стандартам;
- Точностные характеристики КНС (СКО) в пределах 1 - 10 м обеспечиваются с применением дифференциального режима измерений, свыше 10 м в режиме прямой навигации;
- Выполнение требований по целостности и оперативному оповещению потребителей о состоянии системы осуществляется с помощью оперативного канала мониторинга целостности системы;
Долговременная программа развития КНС реализовывается по следующим укрупненным этапам.
- Этап 1 (до 2003 г.).Поддержание КНС ГЛОНАСС на минимально допустимом уровне запусками КА «Глонасс», модернизация контура информационного обмена наземного комплекса управления, расширенное оснащение потребителей аппаратурой, работающей по сигналам двух систем: ГЛОНАСС и GPS. Разработка и создание КА "Глонасс-М" .
- Этап 2 (до 2005г.).Развертывание на базе КА "Глонасс-М" рабочей орбитальной группировки до 18 КА, переход в новый частотный диапазон навигационного сигнала. Отработка технологии эфемеридно-временного обеспечения с использованием межспутниковых измерений. Расширение номенклатуры и количества потребителей, работающих по сигналам КНС ГЛОНАСС и GPS. Разработка и создание маломассогабаритного КА "Глонасс-К".
- Этап 3 (до 2010 г.).Развертывание штатной орбитальной группировки на базе маломассогабаритного КА "Глонасс-К". Расширение использования межспутниковой радиолинии для решения задач автономного эфемеридно-временного обеспечения, оперативного управления и контроля КА, обеспечения целостности. Создание наземной сети станций мониторинга КНС ГЛОНАСС и функциональных дополнений. Оснащение парка потребителей НАП, работающей по сигналам ГЛОНАСС, GPS, Galileo.
