Національний авіаційний університет

Інститут аеронавігації

ЕФЕКТИВНІСТЬ

СУПУТНИКОВИХ НАВІГАЦІЙНИХ СИСТЕМ

В НАВКОЛОЗЕМНОМУ ПРОСТОРІ

проф., д.т.н. Конін В.В.

с.н.с., к.т.н. Погурельський О.С.

Плани з освоєння навколоземного простору

Згідно з власними планами НАСА та оприлюдненими даними інших

космічних агенств у наступні 20 років:

- приблизно 60% космічних місій використовуватимуть низькі земні

орбіти (з верхньою границею – 3000 км)

- приблизно 35% космічних місій будуть виведені на високі орбіти

включно із геосінхронною орбітою (границя – 36 000 км)

Оснащення місій приймачами GNSS

Все більша частина космічних апаратів (КА) на орбіті Землі оснащається приймачами

сигналів GNSS. Як свідчать приведені в таблиці дані, в цих приймачах передбачена як

односитсемна обробка сигналів GPS, так і спільна обробка даних з ГЛОНАСС та Galileo.

Використання сигналів ГНСС дослідницькими

місіями у навколоземному просторі

GPM (Global Precipitation

Measurement) MissionСпільна програма США та Японії з метою

дослідження горизонтальної та вертикальної

структури опадів

Основний КА виведений 27.02.2014 на орбіту

висотою 400 км та кутом нахилу 65°

КА також оснащено GPS приймачем для

визначення просторового положення і

швидкостей самого апарату, спрямовування

його антен і обробки отриманих наукових даних.

Основним бортовим джерелом даних для

визначення просторового положення є

об'єднаний блок астродатчиків та опорний блок

інерціальної системи навігації

https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/g/gpm

MMS (Magnetospheric

MultiScale) ConstellationМісія НАСА з 4х однаково оснащених зондів,

які проводитимуть в магнітосфері Землі

ряд досліджень з мікрофізики процесів, що

протікають в плазмі.

Запланована орбіта (запуск у 2015 році)

виражена еліптична з діапазоном від 1,2R у

перигеї до 12R у точці апогею

КА оснащені астродатчиками та

датчиками сонця для визначення положення,

акселерометрами для визначення прискорень,

а також GPS приймачами, що

використовуватимуться для абсолютного

позиціонування

GPS приймачі використовуватимуться у

системі зі взаємного визначення відстані

між задіяними супутниками. Зазначено, що

поріг захоплення сигналів GPS супутників

знижено до рівня 25 дБГц, на противагу

стандартному показнику 35 дБГц

https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/m/mms-observatory

Використання сигналів ГНСС майбутніми

міжнародними пілотованими місіями

Orion Crew Exploration

VehicleУ поточному 2014 році закінчується створення

пілотованого космічного корабля нового покоління,

який буде використовуватися на земній орбіті, а

також для польотів на орбіту Місяця.

- вбудований алгоритм калмановської фільтрації

для траєкторних/орбітальних визначень;

- швидке захоплення сигналів;

- підвищена стійкість до радіації;

- захоплення сигналів на рівні 25 дБ-Гц

До складу бортового обладнання входить

супутниковий навігаційний приймач корпорації

з наступними функціональними можливостями:

Для використання на Місячній орбіті передбачено

вдосконалення приймача до можливості

захоплення сигналів на рівні 10-12 дБ-Гц

Додаткові фактори, що впливають на функціональні

можливості приймачів, встановлених на КА

Швидка зміна геометрії супутників, що впливає на захоплення та спостереження

навігаційних сигналів, точність навігаційної обробки;

Широкий розподіл навігаційних сигналів за потужністю в діапазоні від “слабких”

(значно віддалених супутників) до “сильних”, тобто розташованих ближче до

приймача супутників;

Розширення діапазону доплерівського зсуву частоти супутникового сигналу;

Менша загальна кількість видимих супутників в довільний момент часу;

Складнощі, повязані із радіомагнітною сумісністю обладнання на КА, розташуванням

приймальних антен та захистом від впливу радіації.

-30 -20 -10 0 10 20 30-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

P/m

ax(

P),

дБ

teta, град.

Антенні системи навігаційних супутників GPS та Galileo

Діаграма направленості випромінюючої антени

Принцип формування стійкого радіонавігаційного поля

Стійке радіонавігаційне поле GNSS формується у об’ємі простору від земної поверхні

до висоти 3000 км, охоплюючи таким чином більшу частину низьких орбіт.

Показники ефективності супутникової навігаційної системи GPS у цьому просторі

регламентуються тією самою документацією, яка розроблена і актуальна для земної

поверхні – GPS Standard Positioning Service (SPS) Performance Standard.

Особливості прийому сигналів ГНСС

на орбітах вище 3000 км

36 000 км 20 000 км

20 000 кмКА на високій орбіті

Бокові пелюстки ДН

супутника GPS

Основна ДН шириною

47º

Низькі орбіти

менше 3000 км

На орбітах вище 3000 км є можливість захоплення сигналів

супутників, розташованих з протилежної сторони Землі, при

цьому більш актуальним є прийом сигналів з бокових пелюсток

діаграми направленості випромінюючих антен.

Діапазони висот 3000 – 8000 км та 8000 – 36 000 км

Діапазон орбіт

від 3000 до

8000 км

Terrestrial Service

Volume

Space Service Volume

(орбіти від 8000 до 36 000 км)

У діапазоні орбіт від 3000 до 8000 км можливий

прийом сигналів від навігаційних супутників, які

знаходяться як над користувачем, так і під ним.

- в переважну частину часу забезпечується

видимість 4х супутників;

- надважлива можливість обробки даних

від загоризонтних супутників;

- широкий діапазон потужності сигналів.

У діапазоні від 8000 до 36 000 км видимі

супутники розташовуються під користу-

вачем. При цьому:

- тривалі періоди недоступності сигналів;

- мінімальний рівень потужності прийнятих

сигналів навігаційних супутників.