4. Разность аппаратурных задержек сигналов с частотами L1 и L2 на входе в антенное устройство не должна превышать 15 не при вариациях не более 3 не.

Используемая в GPS бинарная парафазная модуляция обусловливает достаточно широкую полосу пропускания (не менее 20 Мгц), в связи с чем данную систему позиционирования относят к системе с расширенным спектром. К положительным свойствам таких широкополосных систем могут быть отнесены такие позитивные моменты, как повышенная помехоустойчивость и достаточно высокая разрешающая способность. Вместе с тем при приеме характерных для GPS широкополосных сигналов, который осуществляется одновременно от нескольких спутников, излучающих сигналы на одних и тех же несущих частотах, в аппаратуре потребителя приходится принимать соответствующие меры для разделения упомянутых сигналов и для устранения их взаимного влияния (в частности, сжатие спектра в процессе выполнения гетеродинирования, применение узкополосных фильтров после осуществления демодуляции и другие радиотехнические приемы). Более подробно этот круг вопросов рассмотрен в специализированной литературе.

1.6.Сектор управления и контроля

1.6.1.Основные функции сектора

Для поддержания постоянной работоспособности всего космического сектора и для систематического обновления передаваемой потребителю информации, которая нуждается в периодической корректировке, в современных глобальных спутниковых системах позиционирования (таких, например, как GPS и ГЛОНАСС) предусматривается специальный постоянно действующий сектор, получивший название сектора управления и контроля (в отечественной литературе этот сектор часто называют также наземным комплексом управления [73]).

Как уже отмечалось в подразделе 1.4, данный сектор призван выполнять следующие функции:

-осуществлять непрерывное отслеживание всей передаваемой спутниками информации;

-производить обобщение и анализ такой информации с целью своевременной корректировки всех используемых при дальнейшей обработке показателей;

-на основе выполняемого анализа предсказывать эфемериды наблюдаемых спутников и передаваемое со спутников потребителям точное время;

44

—через строго определенные интервалы времени формировать обновленные навигационные сообщения и передавать такие сообщения по радиоканалу на соответствующие спутники;

—выявлять неисправности в работе спутников и принимать меры по их устранению;

—осуществлять корректировку орбит спутников не только за счет введения соответствующих поправок, но и посредством дистанционного управления реактивным двигателем, находящимся на борту спутника.

Среди различных контролируемых и корректируемых параметров повышенное внимание уделяется периодическим уточнениям эфемерид и показаний часов спутников.

Определение уточненных текущих значений эфемерид отдельных спутников, используемых при вычислении соответствующих поправок в предсказанные их значения, осуществляется методом пространственной линейной засечки. При этом производятся одновременные измерения расстояний до конкретного спутника по крайней мере с трех находящихся на земной поверхности пунктов, координаты которых хорошо известны.

Корректировка показаний спутниковых часов осуществляется посредством сравнения принятых по радиоканалу отсчетов времени по этим часам с соответствующими показаниями наземных опорных часов, входящих в состав сектора управления и контроля.

Наряду с отмеченными показателями данным сектором постоянно контролируются и корректируются поправки, обусловленные влиянием атмосферы.

Реализация перечисленных функций рассматриваемого сектора базируется на четком взаимодействии входящих в этот сектор таких станций различного назначения, как станции слежения, ведущая станция и загружающие станции. Ниже приведена краткая информация о специфике работы упомянутых станций и их взаимодействии.

1.6.2.Компоненты сектора управления и контроля

иих взаимодействие

Рабочий сектор управления и контроля GPS-системы состоит из одной ведущей станции управления, пяти станций слежения и трех загружающих станций.

Пять станций слежения, которые часто называют мониторинговыми станциями, осуществляют круглосуточные отслеживания спутников. Они равномерно распределены по всему земному шару. В частности, такие станции расположены на островах Вознесения и Гавайи, на атоллах Кваджалейн и Диего-Гарсия. Одна из станций совмещена

45

по своему местоположению с ведущей станцией, находящейся в Коло- радо-Спрингс (США).

Отслеживание спутниковых сигналов осуществляется с помощью двухчастотных специализированных приемников, оборудованных атомными (цезиевыми) часами. Координаты этих станций известны с высокой степенью точности. Рассматриваемые станции слежения работают полностью в автоматическом режиме, а их управление осуществляется с ведущей станции.

С помощью данных станций производят измерения расстояний до всех находящихся в поле зрения спутников, принимают со спутников навигационные сообщения на частотах L1 и L2, в результате чего имеется возможность определять текущие поправки, обусловленные влиянием ионосферы. Кроме того, регистрируется точность хода спутниковых часов. Наряду с этим в местах расположения станций слежения собирают и ретранслируют на ведущую станцию метеорологические данные, относящиеся к местным условиям. К таким данным относятся температура, давление и влажность воздуха, так что тропосферные задержки передаваемых со спутников сигналов могут быть определены и откорректированы.

Определение расстояний до спутников производится на основе использования кодовых сигналов. При этом псевдодальности на станциях слежения измеряются с точностью около 2,5 м каждые полторы секунды. На основе таких измерений уточняются текущие значения эфемерид спутников и осуществляется их предсказание на ближайшее будущее.

В процессе наблюдений с помощью станций слежения регистрируются радиосигналы от всех находящихся в поле зрения спутников, угол возвышения которых над горизонтом превышает 5°. Однако в обработку принимают только те измерения, которые соответствуют углам возвышения более 15°, так как при малых значениях этих углов существенно возрастают тропосферные задержки, что может приводить к нежелательному понижению точности измерений, которые используются для предсказаний эфемерид спутников.

Ведущая станция управления, находящаяся в Колорадо-Спрингс (США), является рабочим центром всей системы GPS. Операции управления целиком закреплены за этой станцией. Она непрерывно собирает информацию от всех перечисленных выше станций слежения. Упомянутая информация используется для вычисления будущих орбит как функций времени, а также для определения поправок к показаниям часов спутников. Наряду с этим осуществляется формирование навигационного сообщения с параметрами орбиты для индивидуального спутника и с поправками к показаниям его часов, а также аль-

46

манаха, который включает в себя краткую информацию о всех спутниках. Три раза в сутки навигационное сообщение передается на спутники с помощью загружающих станций.

Ведущая станция непрерывно оперирует с большим количеством параметров системы, важнейшими из которых являются текущие координаты спутников и сигналы точного времени. Входящие в состав ведущей станции высокоточные часы выполняют роль опорных часов для всей системы GPS. Эти часы устанавливают временной масштаб GPS и непосредственно связаны с национальным стандартом времени США. Все другие часы оцениваются посредством сравнения с опорными часами, в результате чего осуществляется синхронизация всех часов GPS.

Через станции загрузки ведущая станция может корректировать орбиты спутников, как за счет введения соответствующих поправок, так и с помощью управления находящимся на борту спутника реактивным двигателем. Кроме того, данная станция может управлять режимом работы активных резервных спутников, переводя их в необходимых случаях в рабочий режим.

Три наземные загружающие станции расположены на атоллах Диего-Гарсиа и Кваджалейн, а также на острове Вознесения. Входящие в их состав антенные устройства представляет собой большие параболические зеркальные антенны диаметром около 10 м. Они используются для передачи навигационных сообщений, а также команд управления на спутники. Передача осуществляется на частоте 1783,74 МГц. Для приема этих сигналов на спутнике в составе спутникового аппаратного комплекса предусмотрено соответствующее приемное устройство, информация с выхода которого поступает в модуль памяти.

Для обеспечения бесперебойной работы сектора управления и контроля все основные составные части системы продублированы.

На рис. 1.9 приведена схема, поясняющая взаимодействие станций, входящих в состав рассматриваемого сектора.

	Станция	канал связи	Ведущая	канал связи
		»	головная	Загружающая
	слежения			станция
			станция

Рис. 1.9. Схема совместной работы станций, входящих в состав сектора управления и контроля

47

Как уже отмечалось ранее, принимаемая каждой из пяти станций слежения информация от находящихся в поле зрения спутников дополняется местной информацией, а затем передается в «он-лайновом» режиме (т. е. в темпе поступления информации) по специально предусмотренному для этих целей каналу связи на ведущую станцию, представляющую собой достаточно мощный вычислительный центр. Получаемая после соответствующей обработки информация в виде обновленного навигационного сообщения и других служебных команд поступает по каналу связи на загружающие станции, которые передают упомянутую информацию конкретно на тот спутник, для которого предназначена эта информация. Наряду с описанной выше постоянной циркуляцией потока информации, позволяющей обновлять содержание поступающих потребителю сведений, на головной (ведущей) станции формируется банк данных, содержащий вычисляемые значения эфемерид, точность которых существенно выше точности предсказываемых эфемерид, которые сбрасываются потребителю со спутника в составе навигационного сообщения. По запросу такие уточненные значения эфемерид поставляются потребителям, заинтересованным в получении результатов спутниковых геодезических измерений повышенной точности.

Рис. 1.10. Схема расположения станций CIGNET по состоянию на 1991 г.

Кроме официальной сети слежения существуют другие сети, определяющие эфемериды спутников по факту в момент наблюдения и не принимающие участия в управлении системой. Наиболее обширной из таких сетей является Объединенная международная сеть GPS (CIGNET), контролируемая Национальной геодезической службой США (NGS). К началу 1991 г. существовало около 20 станций этой сети, схема расположения которых показана на рис. 1.10, а перечень приведен в табл. 1.2. Отмеченные в табл. 1.2 звездочками 12 участников CIGNET ежедневно передают данные слежения в головной вы-

48

числительный центр NGS, расположенный в Роквилле, штат Мериленд. Данные от остальных станций принимаются с задержкой от 2 до 7 суток. Все поступившие от станций слежения данные обрабатываются и в течение суток поступают в обращение по модемной связи.

Таблица 1.2

Название пункта	Страна
Hartebeesthoek	Южная Африка
•Hobart	Австралия
*Kokee Park	Гавайи, США
Madrid	Испания
*Mojave/Goldston	Калифорния, США
Natal	Бразилия
*Onsala	Швеция
Port Harcourt	Нигерия
*Richmond	Флорида, США
Santjago	Чили
Tidbinbilla	Австралия
Town ville	Австралия
*Tromso	Норвегия
*Tsukuba-Kashima	Япония
Useda	Япония
^Wellington	Новая Зеландия
•Westford	Массачусетс, США
*Wettzell	Германия
Yaragadee	Австралия
*Yellowknife	Канада

Другой крупной сетью слежения является сеть Международной службы GPS для геодинамики (IGS). Схема расположения станций этой сети по состоянию на 1994 г. показана на рис. 1.11. Краткие сведения о некоторых пунктах, входящих в эту сеть, приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Название пункта	Организация	Страна	Долгота	Широта
Algonguin	NRCan/GSC	Канада	-78,07°	45,95°
Areguipa	NASA/JPL-GPFC	Перу	-71,48	-16,45
Bermuda	NOAA/NGS	Великобритания	-64,65	32,35
Casey	AUSL1G	Антарктида	110,53	-66,27
Davis	AUSLIG	Антарктида	77,97	-68,57
Easter Island	NASA/JPL	Чили	-109,38	-26,99

49

Продолжение табл. 1.3

Название пункта	Организация	Страна	Долгота	Широта
Fairbanks	NASA/JPL-GPFC	США	-147,48°	64,97°
Fortalesa	NOAA/NGS	Бразилия	-38,58	-3,75
Goldstone	NASA/JPL	США	-116,78	35,23
Hartebeesthoek	CNES	Южная Африка	27,70	-25,88
Hobart	AUSLIG	Австралия	147,43	-42,80
Kitab	GFZ	Узбекистан	66,89	39,13
Kokee Park	NASA/JPL/USNO	США	-159,67	22,17
Kootwijk	DUT	Нидерланды	5,80	52,17
Kourou	ESOC	Франц. Гвиана	-52,62	5,13
Macquaie Island	AUSLIG	Австралия	158,94	-54,50
Madrid	NASA/JPL	Испания	-4,25	40,42
Maspalomas	ESOC	Канары	-15,63	27,77
Matera	ASI	Италия	16,70	40,63
McMurdo	NASA/JPL	Антарктида	166,67	-77,85
Metsahovi	FGI	Финляндия	24,38	60,22
Ny Alesund	SK	Норвегия	11,85	78,92
Onsala	OSO	Швеция	11,92	57,38
Pamatai	CNES	Таити	-151,03	-16,73
Penticton	NRCan/GSC	Канада	-119,62	49,32
Perth	ESOC	Австралия	115,82	-31,97
Richmond	NOAA/NGS	США	-80,38	25,60
Saint Johns	NRCan/GSC	Канада	-52,68	47,60
Santjago	NASA/JPL/CEE	Чили	-117,25	32,87
Taipei	IESAS	Тайвань	121,63	25,03
Tidbinbilla	NASA/JPL	Австралия	148,97	-35,38
Tromso	SK	Норвегия	18,93	69,67
Tsukuba	GSI	Япония	140,08	36,10
Usuda	ISAS	Япония	138,37	36,13
Westford	NOAA/NGS	США	-71,48	42,62
Wettzell	IfAG	Германия	12,87	49,13
Yaragadee	NASA/JPL	Австралия	115,33	-29,03
Yellowknife	NRCan/GSC	Канада	-114,47	62,47

Структура организации наземного комплекса управления (НКУ), входящего в систему ГЛОНАСС, в общих чертах аналогична сектору управления и контроля GPS системы. Входящие в состав этого комплекса станции слежения расположены в основном на территории России. Такая группировка станций слежения, не охватываю-

50