аппаратуры контроля поля АКП).

Наземный сегмент осуществляет:

траекторные измерения для уточнения и прогнозирования орбит спутников;

временные измерения для определения расхождения бортовых шкал времени относительно системной шкалы и синхронизацию бортовых шкал;

формирование и выгрузку на спутники массива служебной информации, включая эфемериды, альманах и временные поправки;

контроль за работой бортовых систем НКА на основе телеметрической информации и контроль за содержанием навигационных сообщений НКА;

слежение за характеристиками навигационного поля.

Наземные станции слежения находятся в точках, координаты которых определены с максимальной доступной точностью и предназначены для проведения траекторных и временных измерений и сбора телеметрической информации. С их помощью также происходит загрузка служебной информации в бортовое запоминающее устройство НКА.

Измерения траекторных параметров осуществляются запросным способом. По запросу со станции слежения спутник формирует ответ. По задержке ответа и доплеровскому сдвигу частоты определяются дальность до спутника с погрешностью не более 2...3 м и его радиальная скорость. Одновременно с измерением траекторных параметров происходит сбор телеметрической информации и загрузка служебных данных.

Рис. 10.1. Размещение элементов КИК СРНС «ГЛОНАСС»

В настоящее время на территории России, кроме Центра управления, действует семь станций слежения. На данный момент существующая сеть станций считается достаточной, так как даже при выходе из строя одной из станций, она равноценно заменяется другой, благодаря избыточности системы. Кроме того, на станциях предусмотрено тройное резервирование аппаратуры.

Входящие в состав наземного комплекса кванто-оптические станции предназначены для периодического высокоточного измерения дальности до НКА при помощи лазерного дальномера. В настоящее время используется несколько типов кванто-оптических станций, в том числе расположенных за пределами России. Так, например, кванто-оптическая станция «Майданак» (Узбекистан) позволяет измерять дальность до объектов на высотах до 40000 км. Дальномерная ошибка станции не превышает 1,5...1,8 см, а угломерная от 0,5" до 2". Для эффективной работы кванто-оптических станций требуется наличие хорошей оптической видимости в ночное время, поэтому они, как правило, применяются для юстировки радиодальномерных каналов.

Кроме измерения траекторных и временных параметров НКА, наземные станции слежения обеспечивают контроль за качеством навигационного сервиса СРНС. Поскольку координаты эталонных приемников точно определены, для каждого видимого НКА можно рассчитать прогнозируемые значения псевдодальностей и псевдоскоростей в заданные моменты времени.

В режиме контроля НКА происходит сбор навигационных сообщений от всех видимых спутников (при завершенной системе их может быть от 8 до 11) и измерение псевдодальностей и псевдоскоростей. Затем, в автономном режиме, происходит обработка и проверка полученной информации.

При обнаружении неисправности спутника сигнал об этом автоматически передается в Центр управления, где принимается решение об ограничении функциональности или выведении спутника из системы и о мерах по устранению неисправности.

В режиме контроля навигационного поля происходит решение навигационной задачи по оптимальному созвездию над станцией слежения. Результат определения координат сравнивается с эталонным. При наличии сверхнормативных расхождений сообщение об ошибке и пакет принятой информации передаются в Центр управления для дальнейшего анализа и принятия решения. С неисправным спутником может быть проведен сеанс запроса телеметрии для поиска неисправности. После анализа ситуации на борт спутника может быть передана команда включения в навигационное сообщение признака неисправности этого НКА или пересчет и перезагрузка обновленного массива навигационных данных. Также для этого НКА могут быть проведены внеплановые сеансы контрольных измерений с использованием других станций слежения.

Контрольно-измерительный комплекс системы «GPS/Navstar» отслеживает движение НКА и выполняет периодическую корректировку орбит, корректирует их эфемеридные константы и устраняет накапливающиеся ошибки бортовых часов. Соединенные Штаты располагают пятью полностью автоматическими станциями слежения, расположенными на Гавайях и атолле Кваджалейн в Тихом океане, на острове Вознесения в Атлантическом океане, на атолле Диего-Гарсия в Индийском океане, а также в Колорадо-Спрингс (рис. 10.2). В будущем планируется создание еще одной станции наблюдения на мысе Канаверал, штат Флорида. Расположение станций подобрано таким образом, чтобы разместить их наиболее равномерно вокруг земного шара по экватору и создать наиболее благоприятные условия для приема навигационных сигналов.

Рис. 10.2 .Размещение элементов КИК СРНС «GPS Navstar»

Координаты каждой приемной станции определены с очень высокой точностью, и каждая станция оснащена цезиевыми атомными часами. Стационарные атомные часы станций слежения имеют более высокую точность, чем бортовые часы НКА. Сигнал от каждого НКА принимается станциями наблюдения. Поскольку заранее известны точные координаты приемных станций и эталонное время, по времени прохождения сигнала от НКА до станций вычисляются так называемые псевдодальности, и рассчитывается точное положение НКА на орбите. Измеренные данные передаются в Главную управляющую станцию, расположенную в Колорадо-Спрингс, на базе ВВС Шривер. На этой станции осуществляется сбор и окончательная обработка данных, полученных от остальных наземных станций. Сколь бы ни были точны данные, получаемые от наземных станций слежения, они имеют свои погрешности, но благодаря некоторой избыточности данных и последующей математической обработке значительную часть погрешностей удается скомпенсировать.

Кроме основных данных со станций слежения, на главную станцию поступают данные от астрофизических и метеорологических НКА, так как состояние ионосферы Земли значительно влияет на скорость распространения радиосигнала, а вспышки на Солнце не только ионизируют верхние слои атмосферы, но и влияют на орбиты НКА.

В результате обработки полученной информации вычисляются новые эфемериды НКА и ошибка бортовых часов.

Один раз в сутки эфемериды и уточненные показания часов загружаются на НКА при помощи сети наземных передающих антенн, расположенных по всему миру. Кроме навигационных данных на НКА при необходимости передаются команды корректировки орбиты.

Наземные антенны также используются для приема телеметрической информации о состоянии бортового оборудования НКА. За то время, пока НКА находится в зоне видимости, один из операторов центра управления передает на него обновленную навигационную информацию, а второй выполняет тесты по проверке состояния бортовых систем. В случае обнаружения сбоев принимается решение о работоспособности данного НКА. Существующее в данный момент число наземных станций слежения приводит к разрывам в слежении за состоянием НКА, поэтому для обеспечения непрерывного и даже избыточного слежения задействованы шесть станций Национального управления картографирования (NIMA).

Очевидно, что столь сложная система требует проведения профилактических и ремонтных работ. Поэтому для обеспечения надежного сервиса для конечных пользователей, каждый НКА кроме навигационных данных передает информацию, именуемую health status – «состояние здоровья». На основании этой информации приемник пользователя принимает решение, следует ли принимать во внимание данные с конкретного НКА. Обычно НКА объявляется «неисправным» по команде Центра управления, на время проведения профилактических работ. В экстремальных ситуациях НКА способен самостоятельно объявить себя «неисправным».

Подсистема потребителей состоит из аппаратуры, установленной на космических кораблях, самолетах, вертолетах и других объектах и позволяющей найти местоположение и другие интересующие потребителя навигационные элементы.