Навигационный радиосигнал 1250 МГц, излучаемый НКА первой модификации однокомпонентный широкополосный шумоподобный радиосигнал, образуемый посредством манипуляции фазы несущего колебания на 180 периодической двоичной ПСП2 (F2 = 5,11 МГц) без инвертирования, т.е. без передачи ЦИ. Навигационный радиосигнал 1250 МГц, излучаемый НКА второй модификации, будет содержать два одинаковых по мощности шумоподобных радиосигнала 1250 МГц в квадратуре:
1. узкополосный навигационный радиосигнал 1250 МГц с ПСП1 (F1 = 0,511 МГц, T1=1 мс);
2. широкополосный навигационный радиосигнал 1250 МГц с ПСП2 (F2=5,11 МГц) без ЦИ.
Поскольку частота инвертирования ПСП много меньше ее тактовой частоты, то ширина основного “лепестка” огибающей спектра мощности шумоподобного фазоманипулированного навигационного радиосигнала равна двойному значению тактовой частоты ПСП. Следовательно, ширина основного “лепестка” огибающей спектра мощности узкополосного навигационного радиосигнала равна 1,022 МГц, широкополосного 10,22 МГц.
При проектировании СРНС ГЛОНАСС была выработана следующая “сетка” номинальных значений несущих частот для навигационных радиосигналов в двух диапазонах частот верхнем 1600 МГц (В) и нижнем 1250 МГц (Н):
вk = в0+k в; в0=1602,0000 МГц;
в=0,5625 МГц;
нk = н0+k н; н0=1246,0000 МГц;
н=0,4375 МГц;
вk / нk = 9/7 ;
где k условный порядковый номер пары несущих частот вk и нk для навигационных радиосигналов 1600 МГц и 1250 МГц.
Радиопередатчики навигационных радиосигналов в НКА первой модификации излучают навигационные радиосигналы на переключаемых несущих частотах с номерами k = 1, ... ,24.
Приведем значения крайних несущих частот навигационных радиосигналов:
в1=1602,5625 МГц; в24=1615,5000 МГц;
н1=1246,4375 МГц; н24=1256,5000 МГц;
Рабочие спектры навигационных радиосигналов на несущих частотах с номерами k = 1, ...,24 занимают полосы частот:
а) узкополосные навигационные радиосигналы 1602,0...1616,0 МГц;
б) широкополосные навигационные радиосигналы 1597,4... ...1620,6 МГц, 1241,3...1261,6 МГц.
В диапазоне частот 1600 МГц и 1250 МГц согласно Регламенту радиосвязи выделены полосы частот:
а) для спутниковой радиосвязи (Космос Земля) 1559,0...1610,0 МГц; 1215,0...1260,0 МГц;
б) для воздушной радионавигации 1559,0...1626,5 МГц.
ВАКР-87 распределил полосу частот 1610,6...1613,8 МГц для радиоастрономии на первичной основе. Чтобы снизить и в дальнейшем полностью исключить радиопомехи радиотелескопам в диапазоне частот 1610,6...1613,8 МГц со стороны навигационных радиосигналов системы ГЛОНАСС, Администрация системы ГЛОНАСС приняла в 1993г. решение, согласно которому для 24 штатных НКА в системе ГЛОНАСС будут использоваться следующие номера (k) несущих частот:
1. до1998 г. k = 1,...,15; k = 21,...,24;
2. c 1998 г. до 2005 г. k = 1,...,12;
3. c 2005 г. k = -7,...,4.
На первом этапе (до 1998 г.) в радиоастрономической полосе практически нет спектров узкополосных навигационных радиосигналов 1600 МГц, а к 2005 г. из радиоастрономической полосы будут выведены и спектры широкополосных навигационных радиосигналов. Третий этап будет реализован за счет применения НКА второй модификации, в которой передатчики навигационных радиосигналов могут излучать навигационные радиосигналы на любой паре переключаемых несущих частот с номерами k=-7,0,...+12.
В системе НАВСТАР используются непрерывные шумоподобные навигационные радиосигналы на двух несущих частотах (верхней и нижней)
в=1575,42 МГц; н=1227,6 МГц,
и применяется кодовое разделение навигационных радиосигналов для 24 штатных НКА.
Навигационный радиосигнал на верхней несущей частоте в двухкомпонентный, он содержит два фазоманипулированных шумоподобных навигационных радиосигнала в квадратуре (сдвиг по фазе на 90 ): узкополосный и широкополосный.
Узкополосный навигационный радиосигнал в образуется посредством манипуляции фазы несущего колебания на 180 периодической ПСП1 с тактовой частотой F1 = 1,023 МГц и с периодом повторения T1 = 1 мс. Двоичные символы ЦИ длительностью 20 мс передаются инвертированием ПСП1.
Широкополосный навигационный радиосигнал в образуется посредством манипуляции фазы несущего колебания на 180 периодической ПСП2 с тактовой частотой F2 = 10,23 МГц. Двоичные символы ЦИ длительностью символов 20 мс передаются инвертированием ПСП2.
Навигационный радиосигнал н однокомпонентный, широкополосный, образован посредством манипуляции фазы несущего колебания на 180 периодической ПСП2 без инвертирования.
Широкополосные навигационные радиосигналы в системах НАВСТАР и ГЛОНАСС предназначены для использования санкционированными потребителями и имеют защиту от несанкционированного использования.
Узкополосные навигационные радиосигналы в системах НАВСТАР и ГЛОНАСС являются открытыми и предназначены для гражданских потребителей. Но в системе НАВСТАР эти сигналы искусственно искажаются с помощью процедуры селективного доступа, который ухудшает точность навигации для нелицензионных потребителей.
Точность глобальной навигации наземных подвижных объектов
Проведем оценку точности определения координат наземного подвижного объекта при глобальной оперативной навигации с помощью многоканальной НАП, использующей узкополосные навигационные радиосигналы с частотой 1600 МГц в системе ГЛОНАСС с полной ОГ штатных НКА.
Погрешность определения координат подвижного объекта зависит от геометрических факторов используемого в сеансе навигации созвездия радиовидимых НКА и обусловлены погрешностями ЭИ и ЧВП в кадрах ЦИ, принимаемых от НКА, и погрешностями измерений в НАП псевдодальностей до НКА.
При оценке точности координат подвижного объекта погрешности ЭИ и ЧВП можно пересчитать в эквивалентные погрешности псевдодальностей до НКА.
Погрешности координат НКА, пересчитанные в эквивалентные погрешности псевдодальности, есть проекции погрешностей координат НКА на направление от НКА до объекта. Обозначим: погрешности координат НКА в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Из простых геометрических построений можно получить следующие формулы для пересчета погрешностей координат НКА в эквивалентные погрешности псевдодальностей (дальностей) от объекта до НКА:
1. для околозенитных НКА
S1 = H1 при ;
S1 = H1 +0,15 M1 при 45 ;
2. для пригоризонтного НКА
S2 = H2 +0,25 M2 при 2 0.
Погрешности ЭИ при прогнозе на сутки для НКА первой модификации (см. выше) в среднем составляют (H) = 4 м, (L) = 15 м, и, следовательно, эквивалентные погрешности псевдодальностей составят:
(S1) = 4,0...4,6 м и (S2) = 5,5 м.
Погрешность ЧВП при прогнозе на 12 ч для НКА первой модификации составляет Б = 14 нс и, соответственно, эквивалентная погрешность псевдодальности равна S) = 4,2 м.
При использовании узкополосных навигационных радиосигналов погрешности измерений псевдодальности для околозенитного S1) и пригоризонтного S2) НКА приведены выше.
Составим суммарный бюджет погрешностей псевдодальностей без ионосферы (который будем называть инструментальной погрешностью псевдодальности) для многоканальной НАП, использующей узкополосные однодиапазонные (1600 МГц) навигационные радиосигналы (T0 = 1 с):
| S1 , м | S2 , м | |
| погрешности ЭИ | 4,0...4,6 | 5,5 |
| погрешности ЧВП | 4,2 | 4,2 |
| шумы (T0=1c) | 2,0 | 3,0...6,0 |
| тропосфера | 0,3 | 1,5...3,0 |
| многолучевость | - | 0...3,0 |
| Итого | 6,2...6,6 | 7,7...9,6 |
В шестиканальной НАП на наземном подвижном объекте максимальные (0,95) инструментальные погрешности определения местоположения объекта в горизонтальной p и вертикальной z плоскостях связаны с инструментальными погрешностями псевдодальности до “высокого” (околозенитного) НКА (S1) и до “низкого” (пригоризонтного) НКА (S2) следующим образом (см. выше):
в лучших ситуациях p = 2,0 (S2); z = 2,0 (a);
в худших ситуациях p = 2,2 (S2); z = 2,2 (a),
где
(a) = [4 2(S1)+2 2(S2)]1/2.
Используя эти формулы и полученные выше значения инструментальных погрешностей псевдодальностей , найдем оценки максимальных инструментальных погрешностей определения местоположения наземных динамичных (T0=1 с) объектов при использовании узкополосных навигационных радиосигналов в однодиапазонной шестиканальной НАП (1600 МГц):
1. в лучших ситуациях (S1) = 6,2 м; (S1) = 7,7 м и соответственно p = 15,4 м; z = 34 м;
2. в худших ситуациях (S1) = 6,6 м; (S1) = 9,6 м и соответственно p = 21 м; z = 42 м.
Строгая оценка вклада ионосферных погрешностей определения координат наземного объекта при применении однодиапазонной НАП является достаточно сложной задачей, дадим приблизительный анализ.
В предыдущем разделе были оценены ионосферные погрешности измерения псевдодальностей в однодиапазонной НАП. Было показано, что ионосферная погрешность псевдодальности (дальности) до пригоризонтного НКА ( =5 10 ) равна R2=3 R1, где R1 ионосферная погрешность дальности при вертикальном радиолуче. Ионосферные погрешности псевдодальностей в сеансе зависят от времени проведения сеанса: минимальны ночью, максимальны днем.
Пусть наземный объект находится под пересечением двух орбитальных колец , и в сеансе навигации используются шесть НКА: два околозенитных и четыре пригоризонтных . Очевидно, что если сеанс навигации проводится в околополуденное время, то ионосферные погрешности псевдодальностей для пригоризонтных НКА будут мало отличаться друг от друга и соответственно четыре разности между псевдодальностью до пригоризонтного и до зенитного НКА будут приблизительно одинаковы D = R2- R1=2 R1. В этой ситуации ионосферные погрешности определения координат наземного объекта в сеансе навигации в околополуденное время можно оценить как