Система Galileo. Структура частот и сигналов новой системы спутникового позиционирования. Часть 1.

Авторы: Jean-Luc Issler, Gunter W. Hein, Jeremie Godet, Jean-Christophe Martin, Philippe Erhard, Rafael Lucas-Rodriguez, Tony Pratt

Переход ко второй части статьи.

В статье описывается структура частот и сигналов системы Galileo в виде, предложенной Группой разработки сигналов Galileo (Galileo Signal Task Force - STF) Европейской комиссии. STF была учреждена Европейским Сообществом (EC) в марте 2001 года. Под руководством EC, группа STF была составлена из экспертов, предложенных членами Европейского сообщества, официальных представителей национальной администрации по частотам и экспертов из Европейского аэрокосмического агентства (ESA). STF играет главную роль в определении частот и структуры сигнала Galileo. Одной из задач STF является поиск путей оптимизации взаимодействия систем Galileo и Navstar.

В этой статье рассказано о современных предложениях, касающихся распределения частот и структуры сигналов. Это первое обсуждение основных требований к системе Galileo. В дальнейшем, будет рассмотрено распределение сервисов Galileo по сигналам, с последующим детальным обсуждением параметров (шума и переотражения) на основных участках диапазонов частот. Кроме того, здесь рассмотрены результаты анализа взаимного влияния и помех, а также возможности взаимодействия систем и совместимости с GPS в терминах структуры сигналов с точки зрения геодезии и временной привязки.

Требования к сигналу

Европейское сообщество запланировало предоставление пользователям системы Galileo четырех навигационных и одного поисково-спасательного (SAR) сервиса. Основной сигнал системы Galileo, предназначенный для оказания услуги “Открытый сервис” ("Open Service" - OS) с высоким качеством, состоит из шести различных навигационных сигналов на трех несущих частотах. Технические характеристики OS будут, по крайней мере, равны тем, какими их ожидают получить от модернизации текущего поколения спутников системы NAVSTAR, запланированной к 2005 году и будущей системе GPS III, архитектура которой сейчас разрабатывается.

Спутники системы NAVSTAR тип IIF/III будут передавать широкополосные сигналы на трёх гражданских (открытых) частотах: один сигнал – с высокой скоростью передачи (в диапазоне L5 с центральной частотой 1176.45 МГц) и два сигнала с малой скоростью передачи (в диапазоне L1 на 1575.42 МГц и L2 на 1227.60 МГц). Кроме того, программа модернизации системы NAVSTAR предусматривает введение дополнительных гражданских и военных кодовых сигналов в диапазоне L2.

Совместимость и независимость

Среди первостепенных задач проектирования новой системы, STF выделила совместимость и возможность взаимодействия истемы Galileo с другими спутниковыми навигационными системами, особенно с NAVSTAR, а также возможность иного использования системы в той части радиочастотного спектра, в которой Galileo будет работать. Политика Европейского сообщества в определении направлений развития Galileo видна в решении заседания Транспортного Совета (Transport Council Meeting), состоявшегося 17 июня 1999 года, определившего: "система Galileo должна быть открытой глобальной системой, полностью совместимой c NAVSTAR, но одновременно быть полностью независимой от нее".

На подобной встрече 25 - 26 марта 2002 года (во время которой задачи фазы проектно-конструкторских работ по системе Galileo была окончательно определены) Транспортный Совет Европейского Союза снова подчеркнул свое настоятельное пожелание, чтобы требование совместимости и возможности взаимодействия с системой NAVSTAR стало ключевым для Galileo. Текущий сигнал системы Galileo планируется создать с учетом максимального взаимодействия с системой NAVSTAR, что позволит уменьшить уязвимость систем позиционирования.

Под независимостью систем подразумевается их защита или уменьшение вероятности одновременного выхода из строя двух систем. Это может быть достигнуто отчасти путем раздельного обслуживания наземной и космической инфраструктуры и систем управления, отчасти – путем введения в действие специально разработанных типов сигналов и иного распределения частот.

Во время обсуждения самого термина “полная совместимость с NAVSTAR” мы должны обязательно принять во внимание мнения основных пользователей Глобальной навигационной спутниковой системы (Global Navigation Satellite System - GNSS). Для надежной работы GNSS пользователи хотят иметь возможность отслеживать так много спутников, насколько это возможно, с целью увеличения качественных характеристик позиционирования и получения избыточных значений эффективности использования, целостности и непрерывности сигнала. Лучший путь для достижения этого состоит в использовании метода "все спутники в поле зрения", реализуемом в комбинированных приемниках Galileo/NAVSTAR.

Не стоит забывать и о следующем факторе. Удешевление производства приемников может быть достигнуто только в случае использования единых центральных частот для сигналов NAVSTAR и Galileo, поскольку работа GNSS приемников в многочастотном режиме требует применения множества дополнительных внешних устройств (таких как антенные элементы, радиочастотные микросхемы и малошумящие усилители) и большого комплекса дополнительных разработок в области обработки сигнала. Многочастотному режиму также характерен уход частот приемника, что может быть устранено либо калибровкой (если возможно), либо введением дополнительных измерений в алгоритм позиционирования для определения и устранения этих уходов.

Аспекты безопасности

Глобальная спутниковая навигационная система должна учитывать аспекты глобальной безопасности. В настоящее время спутниковая навигация используется в важнейших секторах инфраструктуры, где прерывание или прекращение сервиса этих систем может иметь самые печальные последствия. Такими примерами могут служить связь, системы распределения электроэнергии, банковские и финансовые операции в которых используется время системы GNSS.

В этих секторах потребления услуг прерывание сервиса может спровоцировать цепочку сбоев других систем. Нарушение сервиса GNSS является потенциальной угрозой для национальной и мировой экономических систем в той же мере, как и для систем обороны и безопасности. Неверное или ошибочное применение сервисов системы GNSS угрожает системе национальной безопасности. Следовательно, спектральные защита и разделение, а также сервисы управляемого доступа - это пути защиты пользователей системы GNSS от прерывания обслуживания. Хорошим примером может служить разделение гражданских и военных сервисов в модернизированной системе GPS путем использования отличающихся по форме сигналов. Во времена кризисов гражданские сервисы могут быть заблокированы для исключения влияния на военные сигналы и/или сигналы систем безопасности.