Методы вычисления положения спутника в пространстве

Начало развития отечественной навигационной орбитальной системы положено запуском четвёртого октября тысяча девятьсот пятьдесят седьмом году ИСЗ (искусственный спутник Земли). Наблюдения за спутником показали, что при приближении спутника частота принимаемого сигнала увеличивается, а при его отдалении уменьшается. Измеряя доплеровский сдвиг частоты передатчика спутника на станции наблюдения с расчётными координатами позволили измерить положение и скорость ИСЗ. Рассчитать местоположение станции наблюдения при известных координатах спутника не составило труда, что и подтвердила экспериментально группа советских ученых под руководством В. А. Котельникова. ИСЗ это искусственно созданное небесное тело, вращающееся только под действием силы ее притяжения вокруг Земли, без участия каких-либо других сил. Плоскость, по которой движется спутник, называется орбитальной плоскостью. Данные, которые показывают скорость спутника и положение его в любой момент времени высчитываются на основе начальных параметров движения. Данные эти определяются по результатам вычислений и наблюдений с помощью комплекса спутниковой навигации.

 

Спутниковая навигационная система это комплексная электронная система, состоящая из наземного и космического оборудования. Она предназначена для определения географических координат и высоты, а также скорости и направления движения для водных объектов, наземных и воздушных. Элементами спутниковой системы являются: 1 Орбитальная, состоящая из нескольких спутников, излучающих кодированные радиосигналы, называемая космическим сегментом; 2 Наземная система контроля и управления, включающая данные по текущему положению спутников и передачи на них информации корректировки об орбитах (контрольный сегмент); 3 Клиентское приемное оборудование, используемое для определения координат, (потребительский сегмент); 4 Информационная система для передачи поправок пользователям, чтобы повысить точность место определения. Работа навигационных спутниковых систем заключается в определении расстояний от нескольких спутников до координат местоположения. Получается, что измерив расстояния до группы ИСЗ на орбите высчитываются координаты на земле. Поэтому точками отсчета с точными координатами получаются ИСЗ. Таблица положений всех спутников называется альманахом, и он записан в компьютер всех спутников. Приемник спутника хранит альманах в памяти компьютера со времени последнего выключения и мгновенно использует его если он не устарел. Каждый спутник в своём сигнале передает весь альманах. Чтобы система слежения была более совершенной, движение ИСЗ постоянно отслеживается и находится под контролем наземных станций. Вращаясь вокруг Земли, спутники проходят над наземными системами контроля и управления два раза в сутки. И наземные станции считывают новые параметры по координатам, высоте и скорости. После определения параметров движения спутника, станции сразу же передают эти данные обратно на спутник, сменяя ею устаревшую в памяти бортового ЭВМ. Имея данные о расстояниях до нескольких спутников, при помощи простых геометрических вычислений, на основе альманаха, можем узнать положение объекта в пространстве. Измерения эти основаны на определении скорости распространения радиоволн от спутника до антенны приемника. Измерения проводятся непрерывно.

 

От ИСЗ поступает не только псевдослучайный дальномерный кодированный сигнал, а также данные о работоспособности бортовых систем, своем точном местоположении на орбите. Все виды приемников используют эти данные вместе с информацией, записанной в альманахе. Таким образом: Чтобы рассчитать положения спутника в пространстве нам надо знать, как расстояния до них, так и местонахождение каждого в космосе. Путем вычисления промежутка времени проходящего радиосигналом от спутника до нас, определяется расстояние до ИСЗ. Как спутник, так и приемник воспроизводят строго одновременно один и тот же псевдослучайный код, а затем сравнив запаздывания его кодированного сигнала по отношению к кодированному сигналу приемника мы определим, через какое время дошел сигнал со спутника до нас и геометрически вычислим положение спутника.