СПОСОБ И СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ НАВИГАЦИОННОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к системам спутникового наземного позиционирования.
В настоящее время задача навигационного обеспечения навигационных космических аппаратов (НКА) решается путем размещения беззапросных измерительных средств на поверхности Земли, которые принимают навигационные радиосигналы и производят измерения текущих навигационных параметров (ИТНП) - псевдодальностей и псевдофаз. Полученные измерения централизовано обрабатываются в центре управления системой (ЦУС) с целью определения параметров движения (эфемерид) и бортовой шкалы времени (частотно-временные параметры (ЧВП) НКА. Рассчитанная ЦУС основная навигационная информация с помощью специальной служебной радиолинии передается на борт НКА один раз за виток НКА вокруг Земли, что снижает оперативность и точность навигационного обеспечения потребителей.
Из уровня техники известен способ преодоления указанного недостатка, например использование межспутниковых измерений.
В случае использования межспутниковых измерений высокая взаимная динамика движения НКА друг относительно друга не позволяет обеспечить непрерывное измерение навигационных параметров.
Преодолеть указанные недостатки позволяет создание системы наземных опорных маяков, которые излучают навигационные радиосигналы в направлении на НКА. При этом бортовая аппаратура НКА имеет возможность автономно и оперативно определять эфемериды и ЧВП на борту НКА.
Из уровня техники известно раскрытое в патенте Российской Федерации RU 2383898 изобретение с множеством навигационных спутников, управляемых, по меньшей мере, одним наземным центром управления, спутники размещены на средневысотных орбитах, передача информации о времени и местоположении индивидуально для спутника осуществляется посредством однонаправленных линий связи через систему опорных маяков (ОМ) в наземный центр управления.
Недостатком этого изобретения является построение сложной системы синхронизации радиосигналов ОМ, использование радиосигналов в нескольких частотных диапазонах и централизованного управления режимами работы ОМ.
Отличие предлагаемой полезной модели от изложенных выше заключается в создании системы наземных опорных автономных маяков, которые не нуждаются в централизованной системе синхронизации, излучающих навигационные радиосигналы в одном частотном диапазоне, при этом центр управления системой используется лишь для периодического расчета координат фазовых центров приемных и передающих антенн.
Техническим результатом является автономное определение космическим аппаратом своего местоположения, уменьшение времени между моментом, когда на спутнике возникает отклонение от нормы, и моментом, когда пользователь оповещен об этом.
Технический результат заявленной полезной модели достигается совокупностью существенных признаков, а именно: система определения местоположения навигационного космического аппарата состоит из орбитальной группировки навигационных космических аппаратов, связанной двухсторонней связью с наземными опорными автономными маяками, которые связаны с наземным центром управления системой, при этом каждый навигационный космический аппарат состоит из последовательно соединенных приемного антенно-фидерного устройства, бортового приемника навигационных сигналов, бортового цифрового вычислительного комплекса, бортового источника навигационного сигнала и передающего антенно-фидерного устройства, а каждый наземный опорный автономный маяк состоит из последовательно соединенных приемного антенно-фидерного устройства, приемника навигационных сигналов, цифрового вычислительного комплекса, источника навигационного сигнала и передающего. Навигационные радиосигналы наземных опорных автономных маяков формируются с использованием навигационных радиосигналов НКА в трех частотных диапазонах L1, L2 и L3 для системы ГЛОНАСС и L1, L2 и L5 для системы GPS соответственно. Наземные опорные автономные маяки излучают навигационные радиосигналы в одном частотном диапазоне. Наземный центр управления системой периодически рассчитывает координаты фазовых центров приемных и передающих антенн наземных опорных автономных маяков.
Наличие высокостабильного стандарта времени и частоты на борту НКА позволяет использовать навигационные радиосигналы НКА для синхронизации навигационных радиосигналов наземных опорных автономных маяков и оценки величины задержки радиосигналов в следствии ионосферной и тропосферной рефракции.
Бортовая аппаратура НКА имеет возможность автономно и оперативно определять эфемериды и частотно-временные параметры (ЧВП) на борту НКА. Для уточнения этих данных используется навигационный радиосигнал наземных опорных автономных маяков, формируемый с использованием навигационных радиосигналов НКА в трех частотных диапазонах L1, L2 и L3 для системы ГЛОНАСС и L1, L2 и L5 для системы GPS соответственно и данных о координатах и параметрах вектора скорости НКА, а так же параметры бортовой шкалы времени НКА (основная навигационная информация). При этом наземные опорные автономные маяки измеряют псевдодальность и псевдофазу несущих колебаний, выделяют основную навигационную информацию, формируют и излучают в одном частотном диапазоне в направлении НКА навигационные радиосигналы и данные о координатах и параметрах шкалы времени наземных опорных автономных маяков, информацию о задержках радиосигналов вследствие ионосферной и тропосферной рефракции (вспомогательная навигационная информация). НКА принимает навигационные радиосигналы наземных опорных автономных маяков, которые затем обрабатываются на борту НКА. По результатам измерений навигационных параметров по радиосигналам и вспомогательной информации осуществляется оперативная оценка эфемерид и ЧВП НКА. Уточненные значения эфемерид и ЧВП НКА используются для формирования основной навигационной информации. Основная навигационная информация в последующим передается потребителям.
Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:
Фиг 1 - блок-схема определения местоположения навигационных космических аппаратов, где:
1
N
1…1 - орбитальная группировка навигационных космических аппаратов (НКА);
1
N
2…2 - сеть наземных опорных автономных маяков;
3 - центр управления системы (ЦУС).
Фиг.2 - блок-схема бортовой аппаратуры НКА, где:
4 - приемное антенно-фидерное устройство (АФУ);
5 - бортовой приемник навигационных радиосигналов (БПНС);
6 - бортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК);
7 - бортовой источник навигационного радиосигнала (БИНС);
8 - передающее антенно-фидерное устройство (АФУ).
Фиг.3 - блок-схема аппаратуры наземного опорного автономного маяка, где:
9 - приемное антенно-фидерное устройство (АФУ);
10 - приемник навигационных радиосигналов (ПНС);
11 - цифровой вычислительный комплекс (ЦВК);
12 - источник навигационного радиосигнала (ИНС);
13 - передающее антенно-фидерное устройство (АФУ).
Принцип работы заявленной полезной модели заключается в следующем.
1
N
Навигационные радиосигналы на частотах в диапазонах L1, L2 и L3 для системы ГЛОНАСС и L1, L2, и L5 для системы GPS формируются в бортовом источнике навигационного сигнала (БИНС) (7) с использованием основной навигационной информации, поступающей из бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК) (6). Навигационные радиосигналы посредством антенно-фидерного устройства (АФУ) (8) излучаются в направлении наземных опорных автономных маяков (2…2). АФУ (9) наземных опорных автономных маяков принимает радиосигналы НКА и с помощью приемника навигационного радиосигнала (ПНС) (10) формируются измерения навигационных параметров по всем принятым сигналам от всех видимых НКА. Цифровой вычислительный комплекс (ЦВК) (11) наземных опорных автономных маяков проводит оценку величины задержки в следствии ионосферной и тропосферной рефракции, реализует информационное взаимодействие с ЦУС (3) путем передачи текущих навигационных параметров (ТНП) и приема результатов уточнения координат приемной антенны, расчета координат фазового центра передающей антенны и формирования вспомогательной информации. Источник навигационного радиосигнала (ИНС) (12) формирует навигационный радиосигнал с использованием вспомогательной информации. Радиосигнал ИНС с помощью АФУ (13) излучается в одном частотном диапазоне в направлении НКА. Приемное АФУ (4) НКА обеспечивает прием радиосигналов наземных опорных автономных маяков, которые затем обрабатываются в БПНС (5). Результаты измерений навигационных параметров по радиосигналам наземных опорных автономных маяков и вспомогательная информация поступает в БЦВК (6), где осуществляется оперативная оценка эфемерид и ЧВП. Уточненные значения эфемерид и ЧВП используются для формирования основной навигационной информации.