Глава 8. Современные системы связи и навигации

8.1. Спутниковая система межевания земель (ссмз), проект «Москва»

Данная система обеспечивает самую совершенную технологию «сетевого решения» для определения координат надёжно и с высокой точностью, а также дополнительный широкий спектр услуг.

Система работает в пределах московской области и прилежащих территориях примерно в зоне 300 на 400 км., там где имеется сеть референцных станций.

Принцип действия системы основан на возможности одновременного получения радиосигнала с трёх (или более) искусственных спутников земли (ИСЗ) системы GPS и одной (или более) референцной станции, расположенной на местности. После получения таких сигналов с помощью спутникового приёмника SR 530 на месте измерения, информация по каналам связи GSM передаётся на вычислительный центр (ВЦ) в г. Москве, где осуществляется её обработка (дифференциальная обработка информации). См. рис. 8.1.

ВЦ

РС

Рис.8.1 Функциональная схема ССМЗ.

При использовании чисто спутниковой системы GPS (или отечественной ГЛОНАСС) и достаточно дорогого терминала, обеспечивающего обработку информации на месте, можно получить точность 10 – 30 м, а при наличии хотя бы одной опорной референцной станции и возможности обрабатывать получаемую информацию на центральном мощном ВЦ, можно в зависимости от продолжительности измерений получить следующие характеристики по точности измерений:

• режим статика (время измерений несколько часов) 2 - 3 мм;

• быстрая статика (несколько минут) 1 см;

• режим реального времени (несколько секунд) : - в плане 1 – 2 см,

- по высоте 2 -3 см;

• кинематика (в движении) точность определяется в зависимости от

скорости движения и заданных интервалов измерений.

Получение данных точностных характеристик в рассматриваемой системе достигается, во-первых благодаря использованию референцных станций с точно известными координатами, которые выполняют роль «псевдоспутников». Во-вторых, за счёт возможности набрать статистику, причём объём набранной статистики и определяет возможности повышения точности, которые достигаются при дифференциальной обработке информации на СПО центрального ВЦ.

8.2. Спутниковые радионавигационные системы (срнс)

Первые работы в области навигационного использования ИСЗ были опубликованы в 1957 г., одновременно с запуском первого ИСЗ. В 1958— 1959 гг. были проведены работы, определившие технический облик первого I поколения СРНС, который был реализован в советской низкоорбитальной системе Цикада. Сходные решения были использованы в американской низкоорбитальной СРНС Транзит.

Система Цикада включала в себя 4 НКА, система Транзит — 6 НКА, высота орбиты НКА этих систем составляла около 1000 км, период обраще­ния — около 100 мин. При таких параметрах зона радиовидимости НКА для наземного потребителя имеет радиус порядка 2000 км, а время пребывания НКА в этой зоне - 5... 15 мин, перерыв между сеансами наблюдения от­дельных спутников лежит в пределах от 35 мин (в приполярных зонах) до 90 мин (вблизи экватора).

Точность таких систем составляла от 50 м при неподвижных объектах до 500 м при погрешности измерения собственной скорости равной 0,5 м/с. Такие параметры обеспечивали технические средства, существовавшие на тот период времени.

В настоящее время созданы СРНС II поколения, имеющие среднеорбитальные НКА с высотой орбиты порядка 20 тыс. км (дальнейшее увеличение высоты орбиты нецелесообразно, так как не приводит к расширению зоны видимости НКА). Период обращения НКА при такой высоте орбиты равен примерно 12 ч. В этом случае, для того чтобы гарантировать в любой точке Земли одновременное наблюдение не менее 4 НКА, в составе орбитальной группировки должно быть не менее 18 НКА, однако для повышения точности и надежности навигационных измерений было решено увеличить это число до 24.

Кроме изменения структуры и геометрии орбиталь­ной группировки, в СРНС второго поколения с самого начала были заложены технические средства, обеспечивающие прецизионную (с точностью до единиц наносекунд) взаимную синхронизацию бортовых шкал (эталонов) времени НКА. Большое внимание было уделено также развитию средств высокоточного определения и прогнозирования параметров орбит (эфемерид) НКА. Достаточно сказать, что для достижения требуемой точности прогноза эфемерид должны учитываться такие факторы, как световое давление на НКА, влияние релятивистских эффек­тов на гравитационное поле Земли, неравномерность вращения Земли и ее по­люсов, а также наличие реактивных сил, связанных с газоотделением материалов покрытия НКА.

Решение перечисленных, а также и многих других второстепенных задач позволило создать, ввести в эксплуатацию и предоставить в пользование всему населению Земли две среднеорбитальные СРНС второго поколения: российскую, получившую название ГЛОНАСС (Глобальная нави­гационная спутниковая система) и американскую, первоначально названную 'NAVSTAR (Navigation Satellite Time and Ranging), а в настоящее время обычно именуемую GPS (Global Positioning System).

Точность современных СРНС составляет:

• 16 м (без использования наземных опорных пунктов);

• От нескольких мм до 0,5 м (с использованием наземных опорных пунктов с дифференциальной обработкой информации в зависимости от расстояния до данных пунктов).

Так, например, почти вся территория стран ЕЭС покрыта сетью опорных пунктов, обеспечивающих точность в пределах не хуже 0,5 м. Напомню, что про возможности в московской области я рассказал ранее.

Основой, обеспечивающей точность работы современных СРНС, является:

• Высокоточная информация об истинном положении НКА (при этом отклонения от орбиты по трём плоскостям не более 5,10 и 20м);

• Высокоточной системой синхронизации времени (СКО за сутки не более 7 нс);

• Совершенной наземной системой контроля, управления и коррекции (распределённой соответствующим образом по всему земному шару);

• Функциональными дополнениями или дифференциальными подсистемами (формируемыми по необходимости в различных регионах).

Структурная схема СНРС приведена на рис.8.2. На данном рисунке использованы следующие сокращения, обозначающие оборудование, входящее в состав подсистемы контроля и управления:

• ЦУС – центр управления системой ;

• ЦОС – центральный орбитальный синхронизатор;

• СС – станция слежения;

• КС – радиотехническая контрольная станция;

• КОС - квантово-оптическая контрольная станция;

• АКП – аппаратура контроля поля.

Современные СНРС являются системами двойного назначения и открыты для коммерческого использования и в настоящее время широко используются в самых разных сферах деятельности. Однако, надо понимать, что чем более развитая и прогрессивная в техническом плане страна, тем больше она зависит от данных технологий и дальше будет зависеть ещё сильнее и сильнее! Поэтому только то государство, где имеется собственная СНРС, которую никто не отключит в «особый период» может считать себя действительно суверенным.

Надо помнить, что всё то же самое относится к ПО и ПК, используемых в государственных, финансовых и военных ведомствах потому, что так же может быть «отключено» разработчиками.

СРНС используются:

• На транспорте (воздушном, автомобильном, железнодорожном и морском);

• В картографии и геодезии;

• В строительстве;

• В межевании и планировании территорий;

• Для спец. служб (МЧС, милиция, ФСФ, скорая помощь и др.);

• Системах безопасности и индивидуальной нвигации.

Причём этот список будет постоянно расти.