Мировые спутниковые навигационные системы и методы повышения их точности (обзор)

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Для реализации передачи данных спутниковая система связи и навигации должна обеспечивать пропускную способность т. е. обладать энергетическими и частотными ресурсами спутника - ретранслятора -его выходной мощностью и полосой частот предназначенных для связи с воздушным судном.

Данная система повысит безопасность полетов воздушных судов за счет повышения достоверности и оперативности передачи навигационных данных, точности отображения навигационной обстановки в центах управления воздушным движением.

Данная система реализуется передачей по цифровой линии связи координатной информации, получаемой на борту воздушного судна от бортовых навигационных систем и систем определения местоположения.

Библиографические ссылки

1. Мизун Ю. Г. Распространение радиоволн в высоких широтах. М. : Радио и связь, 1986.

2. Борсоев В. А., Новиков В. С., Торишний В. М. Расчет доплеровского смещения частоты для радиотехнических систем, эксплуатирующихся в высоких широтах : тр. междунар. авиац. конгресса. Киев, 2008. С. 33; 48.

3. Беляевский Л. С., Новиков В. С., Олянюк П. В. Основы радионавигации. М. : Транспорт, 1992.

© Елисеева Н. В., Курышов А. О., Акзигитов А. Р., 2011

УДК 621.396.932.1

Н. В. Карлов Научный руководитель - В. М. Мусонов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МИРОВЫЕ СПУТНИКОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ТОЧНОСТИ

Рассмотрены глобальные и региональные спутниковые навигационные системы, эксплуатируемые и разрабатываемые в мире на сегодняшний день, а также методы и системы, позволяющие повышать точность определения координат.

Спутниковые навигационные системы (СНС), изначально разрабатываемые для целей наведения межконтинентальных баллистических ракет, сегодня используются не только в военных целях, но и в различных мирных приложениях: геодезия, составление карт, навигация наземного, морского и воздушного транспорта, а также определение времени с точностью до десятков наносекунд.

На сегодняшний день наиболее распространенной СНС в мире является американская глобальная навигационная спутниковая система (GNSS) GPS (Global Positioning System), полная функциональность которой была объявлена в 1994 г. Точность определения координат от 3 до 15 метров (используя гражданский сигнал L1). В настоящий момент на орбитах находятся 31 рабочий спутник, что больше необходимого для полной функциональности количества [1].

Все большее распространение получает российская СНС ГЛОНАСС. На сегодняшний день на орбитах находятся 22 спутника из необходимых 24-х. Точность этой СНС по сигналу стандартной точности составляет 5-10 м [2].

В КНР на данный момент ведется доработка региональной системы Beidou, (функционирует с 2000 г.). Данная СНС основана на геостационарных спутниках. К 2012 г. ожидается покрытие Азии и Тихого океана, а к 2020 г. - глобальное, что образует GNSS Compass. Точность определения координат - до 10 м [3].

К 2014 г. ожидается запуск региональной индийской системы IRNSS (Indian Regional Navigational Satellite System), состоящей из семи спутников, три из

которых будут помещены на геостационарные орбиты. Точность системы ожидается в районе 20 м [4].

Для нужд Европы разрабатывается система Galileo. Ожидается, что к 2015 г. будут запущены все 18 запланированных спутников [5].

За то время, пока система GPS получала мировое распространение, были созданы многочисленные системы повышения точности определения координат, одной из которых является дифференциальная GPS -DGPS.

К DGPS относят наземные системы поправок -GBAS (Ground Based Augmentation System), региональные наземные системы поправок - GRAS (Ground based Regional Augmentation System) и спутниковые системы поправок - SBAS (Satellite Based Augmentation System).

К GBAS относят различные версии локальной системы поправок LAAS (Local Area Augmentation System). Принцип работы LAAS заключается в том, с помощью приемников сигналов GPS возле ВПП по известным координатам определяют поправки к псевдорангам спутников (из-за убегания их бортовых часов и неоднородностей атмосферы) и по СВЧ или другим каналам передают эти поправки на борт ВС, где их используют для коррекции сигналов GPS во время посадки [6].

Среди спутниковых систем (SBAS), улучшающих точность GPS, можно выделить наиболее известные [7]:

WAAS (Wide Area Augmentation System) - американская система определения поправок по референц-ным станциям и пересылки поправок потребителям

Секция « Техническая эксплуатация электросистем и авионика »

через сигналы спутников). Повышает точность до 1 м по горизонтали и 1,5 м по вертикали. Работает с 2000 г.

EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) - европейская система, работающая с 2005 г. и повышающая точность примерно до 1 м.

MSAS (Multi-functional Satellite Augmentation System) - японская система, функционирующая с 2007 г, повышающая точность до 1,5 м.

CDGPS (Canadian Differential GPS) - система, используемая в Канаде, предоставляющая точность до 1-2 м.

StarFire - американская коммерческая система, развернутая по всему миру, с 2004 г. обеспечивающая в районах с наиболее высокой плотностью измерительных станций точность около 4,5 см.

OmniSTAR - также американская коммерческая система, дающая точность около 15 см.

GAGAN (GPS Aided Geo Augmented Navigation) -индийская SBAS, увеличивающая точность GPS до 3 м, запланированная к 2014 г.

QZSS (Quazi-Zenith Satellite System) - японская навигационная система из 3-х геостационарных спутников, запуск которой запланирован на 2013 г.

Помимо рассмотренных надстроек над GNSS GPS, использующих дифференциальные поправки, имеются способы повышения ее точности посредством задействования следующих механизмов:

Precise Monitoring - сравнение задержек прохождения сигналов L1 и L2 (в некоторых случаях - L1 и L5) для определения состояния и оценки параметров ионосферы.

CPGPS (Carrier Phase Enhancement) - определение фазы сигнала, что позволяет повысить точность до 20-30 см.

RKP (Relative Kinematic Positioning) или RTK (RealTime Kinematic positioning) - измерение количества циклов приема-передачи на приемнике с использование поправок DGPS, повышает точность определения координат до 10 см [8].

Принимая во внимание низкую степень развития инфраструктуры систем дифференциальной коррекции в России, можно сделать вывод о необходимости создания систем, аналогичных WAAS и LAAS, но связанных не только с GPS, но и с ГЛОНАСС, для повышения безопасности и регулярности полетов ВС ГА. С учетом экономической стороны вопроса, целесообразной видится установка систем LAAS для районов с низкой плотностью аэропортов и систем аналогов WAAS для районов в высокой их плотностью.

Библиографические ссылки

1. URL: http://www.gps.gov/systems/gps/index.php.

2. URL: http://www.glonass-ianc.rsa.ru/pls/htmldb/ f?p=201:20:741675961550334::NO:::

3. URL: http://www.chinagi.com.cn/yw/gsjjxx.asp.

4. URL: http://www.livemint.com/2007/09/05002237/ India-to-build-a-constellation.html.

5. URL: http://www.esa.int/esaNA/galileo.html.

6. URL:

http://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices /ato/service_units/techops/nav services/gnss/library/ fact-sheets/media/GBAS_QFactsht_081610.pdf.

7. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/SBAS#Satellite-based_augmentation_system.

8. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Global_ Posi-tioning_System.

© Карлов Н. В., Мусонов В. М., 2011

УДК 621.396.932.1

А. С. Куликов, Д. С. Чепашев Научный руководитель - В. М. Мусонов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИМИТАТОР СИГНАЛОВ РАДИОВЫСОТОМЕРА

Радиовысотомеры малых высот представляют собой дальномерные радиолокационные устройства с непрерывным излучением сигнала. Они обеспечивают измерение высоты полета на этапах взлета и посадки от нуля до 1500 м и выдают экипажу данные о текущей, а также опасной высоте.

Помимо измерения высоты сигналы РВ МВ служат для предупреждения экипажа при достижении установленной высоты принятия решения, для уменьшения коэффициента передачи САУ по каналу глиссады начиная от высоты 200 м и ниже, от максимального значения до нуля на высоте начала выравнивания [1]. Кроме того, сигналы радиовысотомера используются для уменьшения вертикальной скорости при начале выравнивания до значения 0,45 м/с. Предлагаемый нами имитатор сигналов радиовысотомера предназначен для более углубленного изучения принципа работы, наблюдения и исследования электрических сигналов его узлов.

Принцип работы радиовысотомера основан на излучении с воздушного судна радиолокационного сигнала, модулированного по частоте. Частотная модуляция может быть выполнена по пилообразному или по треугольному закону. В приемную антенну поступает отраженный от поверхности Земли сигнал, задержанный на время, пропорциональное высоте полета. В балансном смесителе происходит перемножение излучаемого и принимаемого сигналов и выделяются колебания разностной частоты. В гражданской авиации используются радиовысотомеры двух типов, широкополосные и узкополосные.