Продолжение. Часть 1, часть 2, часть 3.
Давно не писал по теме, пора продолжать.
Американцы начали проектные и экспериментальные работы по ГНСС второго поколения в начале 70х, в 1978 году запустили первый спутник системы NAVSTAR. Вскоре был построен фрагмент орбитальной структуры из четырёх таких спутников.
Стало очевидно, что такая система у вероятных друзей дает им серьезные преимущества, прежде всего это касается СЯС.
Дополнительный импульс началу работ придала необходимость повышения точности разрабатываемой БРПЛ РСМ-54 («Синева»). Если по дальности и забрасываемой массе эта ракета превосходила американский «Трайдент», то точность была существенно ниже. [И не надо говорить про размер воронки, которая все равно больше. Для решения задачи поражения малоразмерных защищенных целей точность является критически важным параметром].
Было предложено использовать результаты спутниковых измерений для коррекции орбиты ракеты. Дальномерные измерения до спутников намного удобнее и дают более высокий уровень точности определения координат, чем астрономические угловые измерения.
В итоге орбитальная структура системы ГЛОНАСС была выбрана следующая: 24 навигационных спутника, расположенные в трёх орбитальных плоскостях с наклонением их к плоскости экватора 64,8 град, равномерно разнесённых через 120 градусов. В каждой орбитальной плоскости равномерно (через 45 град.) обращается по восемь спутников на околокруговых орбитах высотой порядка 19140 км, с периодом обращения вокруг Земли 11 ч 15 мин. 44 сек.
Американская система состоит из 6 орбитальных плоскостей по 4 ИСЗ в каждой. Высота орбиты 20200 км, наклонение к плоскости экватора 55 градусов.
Можно провести сравнение способов построения двух систем и назвать достоинства и недостатки каждой.
Структура NAVSTAR обеспечивает несколько лучшие, чем ГЛОНАСС, геометрические характеристики наблюдаемого созвездия спутников (и, следовательно, точность) в приэкваториальной зоне (+/- 35 градусов широты), сопоставимые в средних широтах (35-65 градусов) и худшие в приполярных зонах (широта свыше 65 градусов). В связи с тем, что площадь экваториальных зон больше, чем приполярных, «теоретическая» интегральная точность NAVSTAR получается несколько выше.
Минус структуры из шести плоскостей – чисто экономический. Любой спутник может выйти из строя, и его необходимо будет заменить на резервный. Перевести спутник из одной плоскости в другую весьма проблематично по запасам топлива. Стало быть, в каждой орбитальной плоскости нужно иметь резервный спутник. В NAVSTAR таких спутников нужно 6, в ГЛОНАСС – всего три. Перемещение спутника из точки в точку в пределах орбитальной плоскости – задача выполнимая (пример).
Еще один минус NAVSTAR – орбита. Ее высота выбрана таким образом, что период обращения равен половине звездных суток. Такая орбита называется резонансной. Это значит, что на каждый спутник периодически воздействуют одни и те же малые возмущения, связанные с аномалиями гравитационного поля. Эти возмущения для каждого спутника индивидуальны. С временем возмущения накапливаются и орбиты ИСЗ «расползаются», из-за чего их приходится периодически корректировать.
После коррекции орбиты навигационный спутник некоторое время непригоден для использования. Необходимо выполнять точное переопределение элементов его орбиты и расчет эфемерид.
Предположительно, именно для компенсации периодического «выпадения» супников из группировки американцам приходится держать на орбите увеличенное количество спутников (до 30).
ГЛОНАСС от такого недостатка свободен. Высота орбиты спутников была намеренно понижена до 19140 км. Это обеспечило так называемую квазимаршрутность орбит. В течение 8 суток каждый спутник проходит одну и ту же трассу. В результате, если спутники выводятся на такую орбиту с высокой точностью (а методики выведения обеспечивают точность выведения ИСЗ по драконическому периоду обращения порядка сотых долей секунды), возмущения орбит компенсируются, и спутниковая группировка сохраняет свою конфигурацию без коррекций в течение всего периода активного существования спутников (ГЛОНАСС-М – 7 лет, ГЛОНАСС-К – 10 лет).
Одно из принципиальных различий между системами – тип разделения сигналов разных спутников. В системе NAVSTAR все спутники передают сигнал на двух частотах, разделение производится по коду сигнала (для каждого спутника свой). В системе ГЛОНАСС спутники передают сигнал в двух частотных диапазонов, каждый спутник – на своей частоте внутри диапазона.
Эта особенность сигнала ГЛОНАСС обусловливает как преимущества, так и недостатки системы.
Преимущество ГЛОНАСС заключается в большей по сравнению с NAVSTAR помехоустойчивостью системы. Если для глушения NAVSTAR достаточно забить шумом две частоты, то для подавления сигнала ГЛОНАСС нужно глушить два широких диапазона.
Недостаток ГЛОНАСС связан с особенностями высокоточных определений координат. Здесь нужно немного теории.
Сигнал спутников распространяется с задержками. Задержки происходят как во внешней среде (ионосфера, тропосфера), так и между приемной антенной и контроллером:
Задержки сигнала во внешней среде – вопрос особый, на нем здесь останавливаться не буду. Задержки внутри приемника зависят от типа приемника, температуры внутри приемника, частоты сигнала. Если сигналы от всех спутников передаются на одной частоте, задержка внутри приемника является константой и поддается учету при обработке. Если сигналы от разных спутников передаются на разных частотах, задержка для каждого сигнала будет своя (межканальные смещения задержек).
Эти задержки, если их не учитывать при обработке, сказываются на точности определений. Речь идет о сантиметрах, но для целей геодезии это весьма существенно.
Учет этих задержек (и соответственно повышение точности) возможен (пример: калибровка задержек в реальном времени). Но реализация такого механизма требует дополнительных затрат.
Напоследок сравнительная таблица.
Благодарности:
Комментарии
>> для компенсации периодического «выпадения» супников из группировки американцам приходится
Гыгы. Оговорочка забавная вышла.
Спасибо. Интересная статья.
в закладки унес, интересно.
> в течение всего периода активного существования спутников (ГЛОНАСС-М – 7 лет, ГЛОНАСС-К – 10 лет).
с таблицей не бьется. в таблице 3 года прописано. или Таблица писалась для спутников первых серий?
upd
и еще интересно. с чем связана такая разница в мощности солненых батарей? трехкратная разница - это вам не шутки!!
Новые навигационные сигналы (значит больше передатчиков), повышение мощности передатчиков, удлинение САС (для чего необходимо закладываться на бОльшую деградацию СБ).
>> с чем связана такая разница в мощности солненых батарей?
Мощность передатчика GPS составляет 50 ватт. Для ГЛОНАСС такая информация недоступна, но предполагаю, что больше.
>> Таблица писалась для спутников первых серий?
Именно так.
Интересно, спасибо.
просто процитирую википедию:
"4 апреля 1991 года в составе ГЛОНАСС в двух орбитальных плоскостях оказалось одновременно 12 работоспособных спутников системы и 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию Министерством обороны России, что произошло на два года раньше введения в строй американской системы GPS (1995 г.). После чего стали проводиться запуски в третью орбитальную плоскость. 14 декабря 1995 года после 27-го запуска «Протона-К» с «Ураганами» спутниковая группировка была развёрнута до штатного состава — 24 спутника."
Как правило, молодежь не в курсе, что на инерции СССР ГЛОНАСС все-таки довели до работоспособного состояния. И только потом расхреначили.
дай ссылку на цитату , почитаю интересно.
12 работоспособных спутников - это никак не система.
И какой документ был подписан 24 сентября 1993 неизвестно
*_________^ ^_________^ ^_________^ ^_________^ ^_________*
Система ГЛОНАСС должна была быть принята Минобороны в эксплуатации в декабре 2012 года.
Но ГЛОНАСС не принят Минобороны до сих пор
В 1993 году система принята в опытную эксплуатацию согласно Распоряжения Президента РФ № 658-РПС от 24.09.1993 г. Текст не ищите - буква "С" в номере документа обозначает "служебная", ДСП, стало быть). В 1995 году запущены все 24 спутника. Ну а потом началась ж., группировка восстановлена только в 2011 году.
В опытную, это нормально.
это была система, с которой можно было работать. На тот момент - не хуже жпс. Точно так же определение положения было не сразу, не всегда было достаточно спутников, но определяться можно было.
В 95-м было еще такое Постановление Правительства РФ от 7 марта 1995 г. N 237 "О проведении работ по использованию глобальной навигационной спутниковой системы "Глонасс" в интересах гражданских потребителей".
А к нулевым то, что было - развалили, и это уже другая история в другой стране.
На сайте мониторинга http://glonass-iac.ru/GPS/ один спутник группировки GPS древний как говно мамонта, запущен в 26.11.90 и он в работе! Ниче скажешь, отличная сборка, интересна его конструкция
дык он на лампах еще свинчен. стекло долго не проржавеет в космосе.
Так он жрет поди..,если на лампах, че там за энергоустановка?
ежели на лампах с холодным катодом то не жрёт. на мтх-90 например. или тх-4б.
а ежели на полупроводниках, то они греюца и штобы тепло утилизировать, тоже
энергия нужна. там в космосе воздуха нет и на кулеры вентилятор ставить глупо.
Вы этим профессионально занимаетесь или крепкий любитель?
Профессионально в части геодезии.
мой YotaPhone ловит ещё и спутники китайской системы, и ещё какой-то (по-моему японской). По-видимому, все современные гражданские чипы определяют координаты во всех системах, что даёт хорошую точность.