Спутниковая навигационная система ГЛОНАСС

Сетевая спутниковая навигационная система ГЛОНАСС предназначена для определения координат места и вектора скорости потребителя в любой точке земного шара в любой момент времени вне зависимости от гидрометеорологических условий.

Полностью развернутая система содержит 24 НИСЗ (включая три резервных), образует географически непрерывное радионавигационное поле с возможностью навигационных определений в любой момент времени.

Точность определения координат дальномерным методом оценивается предельной погрешностью не более 100 м, точность определения вектора путевой скорости радиально-скоростным методом - 0,1 уз.

Разделение сигналов – частотное. Сигналы спутников идентифицируются по значению номинала излучаемой несущей частоты.

Сигналы каждый НИСЗ излучает на двух несущих частотах для исключения ионосферной погрешности радиотехническим способом. Ионосферная погрешность полностью компенсируется только в результате обработки результатов измерений на обеих частотах по некоторому алгоритму.

Они формируются от общего опорного генератора при соблюдении отношения частот f2i/f1i = 7/9.

Частоты для каждого НИСЗ формируются по общему правилу:
fji = fj0 + i?fj,
где fji – номинал литерной частоты i-го НИСЗ j-го диапазона;
fj0 – первая литерная частота;
?fj – интервал между литерными частотами (частотами соседних по порядковому номеру спутников).
i = 1, 2, ..., 24 – номера литеров частот (каждому спутнику присваивается свой литер).
Диапазон L1 => f10 = 1602 МГц, ?f1 = 0,5625 МГц.
Диапазон L2 => f20 = 1246 МГц, ?f2 = 0,4375 МГц.
Литер i = 0 потребителями не используется и предназначен для проверки резервных НИСЗ при восполнении орбитальной группировки.

Для массовых потребителей системы все НИСЗ излучают радиосигналы, модулированные по фазе дальномерным кодом, представляющим собой псевдослучайную последовательность ПСП1 с частотой следования элементов кода 511 кбит/с и кадрами служебной информацией на частотах диапазона L1.

Для специальных потребителей используется специальный дальномерный код с частотой следования элементов кода 5,11 Мбит/с, который передается на частотах обоих диапазонов L1 и L2. Им могут воспользоваться потребители, в аппаратуре которых имеется ключ.

Иными словами, навигационный радиосигнал диапазона L1 - двухкомпонентный. Он является носителем двух дальномерных кодов. Фактически на заданной несущей частоте в передатчике формируются два одинаковых по мощности шумоподобных фазоманипулированных навигационных сигнала «в квадратуре» (взаимный сдвиг по фазе ±90⁰): узкополосный (стандартной точности) для массового потребителя и широкополосный (высокой точности) для специальных потребителей.

Узкополосный навигационный радиосигнал диапазона L1 формируется путем фазовой манипуляции несущего колебания на 180⁰ (0⁰ – 180⁰) с помощью модулирующей псевдослучайной последовательности ПСП1 с тактовой частотой FТ = 511 кГц, которая формируется сложением по модулю 2 трех двоичных сигналов (цифры в двоичном коде):

• псевдослучайной последовательности легкодоступного дальномерного кода, передаваемой со скоростью 511 кбит/с;
• цифровой информации (ЦИ) навигационного сообщения, передаваемой со скоростью 50 бит/с;
• меандрового колебания, передаваемого со скоростью 100 бит/с.

На рис. 4.18 схематично показано, как формируется массив цифровой информации из легкодоступного дальномерного кода и служебной информации для фазовой модуляции колебаний несущей частоты диапазона L1 перед излучением сигнала. Колебания «меандр» организуют кодирование и последующее считывание информации для использования по назначению.
Псевдослучайная последовательность дальномерного кода (ПСПД) представляет собой ПСП максимальной длины регистра сдвига с периодом повторения 1 мс. Она снимается с 7-го разряда 9-разрядного регистра. Образующий полином этого кода имеет вид GД(х) = 1 + х⁵ + х⁹.

Информация навигационного сообщения (служебная информация) передается кадрами. Кадр формируется в виде непрерывно следующих строк длительностью 2 с. В каждой двухсекундной строке на интервале времени 1,7 с передаются 85 двоичных символов цифровой информации ЦИ длительностью 20 мс, перемноженные на меандр, имеющий длительность символов 10 мс.

Метка времени (МВ) имеет длительность 0,3 с и передается в конце каждого двухсекундного интервала времени (в конце четных секунд). Метка времени содержит 30 двоичных символов длительностью 10 мс и представляет собой укороченную на один символ 31-символьную М-последовательность с характеристическим полиномом GВ(х) = 1 + х³ + х⁵.

Границы символов меандра, меток времени и цифровой информации когерентны. В приемнике с помощью меандра осуществляется символьная синхронизация для МВ и с ее помощью – строчная и символьная синхронизация ЦИ (эта синхронизация необходима для считывания информации в дешифраторах). Таким образом, меандр организует точное считывание информации в приемоиндикаторе.

Широкополосный навигационный сигнал диапазона L1 образуется посредством манипуляции фазы несущего колебания на 180⁰ (90⁰ – 270⁰) периодической двоичной псевдослучайной последовательностью ПСП2 с тактовой частотой FТ = 5,11 МГц, формируемой из псевдослучайной последовательности специального дальномерного кода, передаваемой со скоростью 5,11 Мбит/с. Таким образом, длительность элементарной ячейки специального дальномерного кода в 10 раз меньше ячейки легкодоступного кода, что повышает соответственно точность измерения временной задержки. Путем инвертирования ПСП2 передаются двоичные символы цифровой информации длительностью 20 мс.

Навигационный радиосигнал диапазона L2, излучаемый НИСЗ первой модификации, которые должны быть постепенно заменены спутниками второй модификации, представляет собой однокомпонентный широкополосный шумоподобный радиосигнал, образуемый посредством манипуляции фазы несущего колебания на 180⁰ псевдослучайной последовательности ПСП2 без инвертирования, т.е. без передачи ЦИ (служебной информации).

Навигационный радиосигнал диапазона L2, излучаемый НИСЗ второй модификации, будет содержать два одинаковых по мощности шумоподобных радиосигнала в квадратуре (фазы различаются на 90⁰): узкополосный с ПСП1 (F1 = 0,511 МГц, Т1 = 1 мс) и широкополосный с ПСП2 (F2 = 5,11 МГц) без ЦИ.

Служебная информация передается в двоичном коде в виде суперкадра длительностью 2,5 мин. Суперкадр состоит из 5 кадров длительностью по 30 с. Каждый кадр состоит из 15 строк, причем в строках 1 – 4 передается оперативная информация, а с 5-й по 15-ю строки – неоперативная.

Оперативная информация включает:

• эфемеридную информацию 1-го рода;
• оцифровку меток времени спутника;
• сдвиг шкалы времени спутника относительно шкалы времени системы.

Неоперативная информация образует альманах системы и некоторые характеристики:

• параметры орбит всех спутников системы;
• округленные значения сдвигов шкалы времени каждого спутника относительно шкалы времени системы;
• поправки к шкале времени системы относительно шкалы UTC;
• признак работоспособности всех 24 спутников системы.

Таким образом, дальномерные коды и служебная информация передается с борта НИСЗ путем фазовой модуляции сигнала на соответствующей несущей частоте.