Супутникова радіонавігаційна система

Супутникова радіонавігаційна система, що містить орбітальне угруповання навігаційних космічних апаратів (1), контрольно-коригувальну станцію (3), до складу якої входить наземна навігаційна апаратура, з'єднана (4) з опорним приймальним пристроєм (5), який містить формувач диференціальних виправлень (9), з'єднаний з еталонним приймачем навігаційних сигналів (8), та C2 1 3 всій території регіону й у будь-який момент часу неможливо; - не враховується зміна частоти навігаційного сигналу під дією сили ваги. Доцільно мати у своєму розпорядженні такі мобільні наземні засоби, які б дозволяли оперативно на обмежений період часу можливість високоточного місця визначення засобами диференціальних навігаційних систем. Відома система високоточного визначення місця розташування об'єкта [2], сутність якого полягає в наступному. Навігаційні сигнали (НС) від орбітального угруповання навігаційних супутників надходять на апаратуру споживача і на контрольнокоригувальну станцію, до складу якої входять опорний прийомний (ОП) пристрій, наземна навігаційна апаратура (ННА) і інтерфейс зовнішніх зв'язків. Опорний прийомний пристрій формує диференціальне виправлення (ДП), обумовлену іоносферними і тропосферними затримками, що передається на ННА. ННА передає на апаратуру споживача сигнал, аналогічний навігаційному сигналові супутника й утримуюче обчислене диференціальне виправлення. До недоліку цієї системи можна віднести погрішності, викликані зміною частоти навігаційного сигналу в гравітаційному полі Землі і які не враховуються при рішенні задачі місця визначення об'єкта. У супутниковій радіонавігаційній системі [3], обраної як прототип, поліпшення характеристик досягається нижчепереліченими діями. У супутниковій радіонавігаційній системі, що містить орбітальне угруповання навігаційних супутників, що контрольно-коректує станцію й апаратуру споживачів, в апаратурі споживачів, що включає в себе приймач навігаційних сигналів і блок обробки навігаційних сигналів, до приймача навігаційних сигналів підключається частотний детектор, еталон частоти, синхронізований з бортовим джерелом радіовипромінювання, а до блоку обробки навігаційних сигналів підключається блок обробки змін частоти сигналу. На ККС, що включає в себе ОП і ННА, в опорний прийомний пристрій уводиться гравіметр і обчислювальний пристрій, зв'язаний з формирователем диференціальних виправлень. Відомі істотні ознаки (приймач НС, блок обробки НС і дешифратор ДП у складі апаратури споживачів; приймач і формирователь ДП у складі ОП) у сукупності з новими істотними ознаками (гравіметр і обчислювальний пристрій у складі ОП, частотний детектор, еталон частоти і блок обробки змін частоти сигналу в складі апаратури споживачів) забезпечать одержання нового технічного результату, а саме: підвищення точності визначення місця розташування об'єкти-споживачів і моніторинг гравітаційного поля Землі. При визначенні параметрів координат споживача визначену роль грає зміна частоти навігаційного сигналу, по якому визначаються складові швидкості об'єкта [1, стор.58]. Зміна частоти навігаційного сигналу обумовлено ефектом Допплера внаслідок руху КА й об'єкта. Крім того, на частоту електромагнітного випромінювання впливає граві 90960 4 таційне поле, що підтверджено експериментом Паунда-Ребки [4, стор.527]: де ħ - постійна Планка; l - висота розташування випромінювача щодо приймача; g - прискорення сили ваги; f0 - частота джерела випромінювання; f - прийнята частота; с - швидкість світла. де fg - зміна частоти випромінювання під впливом сили ваги. Вираження (3) характеризує зв'язок між зміною частоти електромагнітного випромінювання і силою ваги. Тому що загальна зміна частоти сигналу обумовлюється й ефектом Допплера, і впливом гравітації, то при визначенні координат об'єкта для підвищення точності необхідно виділити складові цього зміни fg (по гравітації) і fд (по ефекту Допплера). Для пояснення роботи дані схеми, де: Фіг. 1 - структурна схема супутникової радіонавігаційної системи. Фіг.2 - структурна схема опорного прийомного пристрою. Фіг.3 - структурна схема апаратури споживача. До складу системи входять: 1 - орбітальне угруповання КА; 2 - апаратура споживача; 3 - контрольно-коригувальна станція (ККС); 4 - наземна навігаційна апаратура (ННА); 5 - опорний прийомний пристрій (ОП); 6 - інтерфейс зовнішніх зв'язків; 7 - антенно-фідерний пристрій (АФП); 8 - еталонний приймач навігаційних сигналів КА; 9 - формирователь диференціальних виправлень; 10-гравіметр; 11 - обчислювальний пристрій; 12 - блок шифрування диференціальних виправлень; 13 - антенно-фідерний пристрій; 14 - еталонний приймач сигналів ННА; 15 - антенно-фідерний пристрій; 16 - приймач навігаційних сигналів; 17 - блок обробки навігаційних сигналів; 18 - блок дешифрування диференціальних виправлень; 19 - частотний детектор; 20 - блок обробки змін частоти сигналу; 21 - еталон частоти; 22 - антенно-фідерний пристрій; 23 - приймач сигналів ННА. Навігаційний сигнал від орбітального угруповання 1 приймається АФП 7 опорного прийомного пристрою 5 і далі надходить на еталонний прий 5 мач навігаційних сигналів 8. Сигнал від ННА 4 надходить через АФП 13 на еталонний приймач сигналів ННА 14. Отримані навігаційні параметри про кожнім що спостерігається КА і ННА передаються у формирователь ДП 9. Гравіметр 10 визначає значення сили ваги g і передає його в обчислювальний пристрій 11, у якому обчислюється, виходячи з вираження (3), значення зміни частоти Afg сигналу, обумовлене впливом сили ваги. В обчислювальний пристрій 11 з формирователя диференціальних виправлень 9 надходить значення загальної зміни частоти сигналу, з нього віднімається значення fg, у результаті чого визначається зрушення частоти сигналу fд, обумовлений ефектом Допплера. Значення ΔfД передається на формирователь ДП 9 для остаточного формування диференціальних виправлень, що потім передаються в блок шифрування ДП і далі на ННА. В апаратурі споживача сигнал від орбітального угруповання 1 через АФП 15 приймається приймачем навігаційних сигналів 16, з якого він надходить на частотний детектор 19 і в блок обробки навігаційних сигналів 17. Через АФП 22 надходить сигнал від ННА 4, аналогічний супутниковому й утримуюче диференціальне виправлення, на приймач сигналів ННА 23. Блок дешифрування диференціальних виправлень 18 необхідний у випадку, якщо робота відбувається в режимі санкціонованого доступу. Якщо робота відбувається в режимі несанкціонованого доступу, то сигнал від ННА передається безпосередньо з приймача 23 у блок обробки навігаційних сигналів 17. Дані з частотного детектора 19 і еталона частоти 21 надходять у блок обробки змін частоти сигналу 20, де визначається значення загальної зміни частоти сигналу, що передається в блок обробки сигналів 17. У блоці обробки сигналів 17 здійснюється визначення зміни частоти fg, обумовлене силоміць ваги, за допомогою вирахування з загального значення зрушення частоти значення зрушення частоти Дід, обумовленого ефектом Допплера. Далі значення fg передається в блок 20 для визначення сили ваги g згідно вираження (3), а в блоці обробки навігаційних сигналів 17 здійснюється визначення координат об'єкта. Інтерфейс зовнішніх зв'язків 6 служить для зв'язку з зовнішніми джерелами повідомлень (прийом повідомлень про особливі режими роботи ККС, прийом і передача повідомлень про відмовлення КА, обмін інформацією з іншими ККС і т.д.). Таким чином, крім підвищення точності визначення координат об'єкта, визначається значення гравітації у вимірюваній крапці. Ці дані, одержувані від споживачів, можна використовувати при геофізичних дослідженнях, зокрема, при створенні гравітаційної карти Землі. 90960 6 Недоліком описаної системи є те, що в ній не враховується величина фактичного гравітаційного зрушення частоти сигналу, прийнятого ОП 5 на ККС. Завдання даного винаходу - з огляду на фактичну зміну частоти супутникового навігаційного сигналу, прийнятого ККС, у гравітаційному полі Землі, забезпечити підвищення точності визначення місця розташування об'єктів-споживачів і моніторингу гравітаційного поля Землі. Для цього в ОП на ККС уводяться частотний детектор 24 й еталон частоти 25, синхронізований з бортовим джерелом радіовипромінювання. Схема пропонованого ОП показана на фіг.4. Сигнал з еталонного приймача навігаційних з КА надходить у частотний детектор 24, на який подається також сигнал з еталона частоти 25, з виходу частотного детектора на обчислювальний пристрій 11 передаються дані про зрушення частоти прийнятого сигналу щодо еталонного значення. В обчислювальному пристрої по отриманому загальному зрушенню частоти обчислюються значення гравітаційного зрушення частоти й значення прискорення сили ваги, які рівняється відповідно зі значенням гравітаційного зрушення частоти й прискорення сили ваги, певним за допомогою гравіметра 10. Отримана різниця використається у формувачі диференціальних виправлень 9 для уточнення диференціальних виправлень, переданих на апаратури споживача. Наведені блоки та пристрої контрольнокоригувальної станції, що входить в склад системи, виконаніза загальними принципами побудови радіонавігаційних систем, які у диференціальному режимі роботи здатні корегувати результати навігаційних визначень ватного режиму роботи за допомогою додаткової навігаційної інформації, одержуваної від контрольно-коригувальної станції. При цьому зазвичай використовують високоточні еталони частоти які мають відносну стабільність -17 1 частоти 10 (Quantum Logic Clock Rivals Mercury Ion Аs World's Most Accurate Clock. -ScienceDaily (Mar. 10, 2008). - www. sciencedaily.com). Список літератури: 1. Соловйов Ю.А. Системи супутникової навігації. М.,Еко-Трендз,2000. 2. Патент Російської Федерації RU № 2161317 СІ (G01S5/14) «Система высокоточного определения местоположения объектов-потребителей навигационной информации по навигационным радиосигналам с санкционированным доступом в режиме дифференциальных поправок» - прототип. 3. Патент України на винахід № 84704 "Супутникова радіонавігаційна система". 4. Савельев И.В. Курс загальної фізики, т.3. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 90960 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601