Общие сведения и методы ОМС по СНС

 

Начало использования для целей навигации ИСЗ относится к 1964 году с введением в действие системы «Транзит» (США). В 1967 г. Система открыта для целей навигации транспортного флота. Параллельно вводилась в действие отечественная система «Цикада». В настоящее время на смену данной системе пришли NAVSTAR (GPS) и ГЛОНАСС.

Идея ОМС с помощью ИСЗ в общем случае состоит в следующем:

При известных прямоугольных геоцентрических координатах 2-х спутников

 

r1=(X₁, Y₁, Z₁) и r2=(X₂, Y₂, Z₂) или последовательных положениях 1-го спутника и измеренных каким-либо образом ориентаций точки потребителя А (D 1, D 2) относительно ИСЗ 1 и ИСЗ 2 однозначно определяется радиус-вектор (R).

Очевидно, что для определения координат точки А на Земной поверхности требуется 2 спутника, а в пространстве 3.

По виду ориентации точки потребителя относительно спутников существуют следующие методы ОМС:

1) угломерный

2) дальномерный

3) радиально–скоростной (дифференциальный – доплеровский)

4) разностно – дальномерный (интегральный)

5) псевдодальномерный

 

Угломерный метод аналогичен астрономическим и из-за большого количества измерений используется для решения обратной задачи - определения параметров орбит спутников.

Дальномерный из-за низкой точности применения не нашел.

Радиально–скоростной метод основан на измерении доплеровского сдвига частот: при излучении спутником частоты f0=c/l принемаемая потребителем частота будет равна f1=(c+Vr)/l.

Где: с-скорость радиоволн

Vr-радиальная скорость ИСЗ относительно потребителя

 

 

Доплеровский сдвиг частот равен:. F_д=f₀-f₁= - Vr/l. Очевидно, что принимающую частоту, а следовательно и F_д мгновенно определить невозможно, поэтому измеряется число периодов разностной частоты F_д на некотором интервале времени Ti=t2-t1

На интервале Ti порядка 1 с. закон изменения Fд можно считать линейным

Fд=N/T_i=-f₀/c*Vr

Vr= - (N/Ti)*(c/f₀) (2.1)

Значению Vr=const соответствует поверхность вращения образующая конус, пересечение этой поверхности с Земной сферой дает изолинию называемую «изодопой».

Метод требует порядка 500-700 измерений из-за чего так же используется для решения обратной задачи.

В практике нашел применение разностно – дальномерный метод (интегрально-доплеровский):

В рассмотренном выше дифференциальном доплеровском методе интервал измерения Ti=1 с., что требует большого числа измерений. В интегрально-доплеровском методе (ИДМ) Ti≈ 120 с. На этом интервале доплеровский сдвиг так же определяется как число периодов разностной частоты судового опорного генератора (fог) и принимаемого от спутника сигнала f1.

(2.2)

t1-момент начала излучения спутником

t2-момент окончания

Ti=t₂-t₁ – момент измерения

Dt1=D1/c Dt2=D2/c (2.3) - Время распространения сигнала от спутника до потребителя в начале и конце измерений

D1 и -D2 – расстояние от спутника до потребителя в начале и конце измерений

Обозначим: (2.4) и (2.5)- соответственно

В (2.4) fог =const поэтому: (2.6)

Интеграл (2.5) представляет собой количество периодов принятой частоты f1 за время интегрирования.

Очевидно, что оно будет равно числу периодов излучаемой за время Ti=t₂-t₁

спутником частоты I₂=f₀(t₂-t₁) (2.7)

Подставляя (2.6), (2.7) и (2.3) в (2.2) получим:

N=f_ог/с*(D₂-D₁)+(f₀₁-f₀)*T_i (2.8)откуда

DD=D₂-D₁=(c/f_ог) *(N-σ f* T_i) (2.9) где: σ f – частота подставки

(2.9)-есть рабочее уравнение интегрального доплеровского метода. Изолиния DD=const -есть гипербола. Пересечение 2-х гипербол (2.9) даст точку потребителя. Метод был реализован в системе «Транзит» и «Цикада». Системы отключены, но не аннулированы.