Лекция_1_ВВЕДЕНИЕ._СРНС._Принцип_построения_глобальных_СРНС

1.

2. guap.ru

Спутниковые системы
навигации, связи и наблюдения
ЛЕКЦИЯ 1
Санкт-Петербург
2025

3. guap.ru

РНС И КОМПЛЕКСЫ
ЛЕКЦИЯ 1
guap.ru
Т ема: ВВЕДЕНИЕ. СРНС. Принципы построения
3
глобальных спутниковых радионавигационных систем.
1. Назначение и область применения СРНС
2. История возникновения и развития СНС
3. Содержание дисциплины. Виды самостоятельной работы и
ее трудоемкость. Рекомендованная литература
4. Действующие СРНС. Состав СРНС
5. Метод позиционирования в СРНС
6. Задание на самостоятельную работу

4.

1. Термины и определения.
Термины и определения
4
2. Бакулев П.А., Сосновский А.А.
Радиолокационные и радионавигационные
системы.-М.: Радио и связь, 1994. –296с.
6. Сосновский А.А. , Хаймович И.А.. РЭ
оборудование летательных аппаратов. - М.:
Транспорт, 1987 г.263
–Изучив теоретический материал,
представленный в [6] на стр.73-76, уяснить
термины и определения, назначение СРНС и ее
основных элементов
в [2] на стр. 220 –230
уяснить общий принцип функционирования
бортового оборудования НКА,
законспектировать.

5.

1. Назначение и область применения СРНС
.
Спутниковые
РНС
(СРНС)
предназначены
для
ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ: точного определения трехмерных координат
(широты, долготы, высоты над уровнем моря) объекта, а также его
скорости, направления движения и текущего времени.
СРНС относятся к классу радионавигационных систем, следовательно,
в них используются основные принципы распространения радиоволн.
СРНС позволяют решать задачи:
Осуществлять непрерывный контроль за любыми подвижными
объектами;
Отображать на электронной карте диспетчера координаты, маршрут и
скорость движения объектов контроля и слежения;
Оперативно реагировать на внештатные ситуации (изменение
ожидаемых параметров на объекте контроля и слежения либо в его
маршруте и графике движения, сигнал SOS);
Оптимизировать маршруты и графики движения объектов контроля и
слежения.
4

6.

История возникновения и развития СНС
Идея создания спутниковой навигации зародилась с запуском в
Советском Союзе первого в истории человечества искусственного
спутника Земли (4 октября 1957 года). Американские ученые во главе с
Ричардом Кершнером наблюдали сигнал, исходящий от советского
спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера, зная точные
координаты спутника, можно определить координаты своего
местонахождения, и наоборот.
Реализовать идею удалось спустя 20 лет. Первый тестовый
спутник был выведен на орбиту в 1974 году США, а последний из 24
необходимых для полного покрытия земной поверхности – в 1993 году.
Так на вооружение встала Глобальная система позиционирования – GPS,
первоначально разрабатываемая исключительно в военных целях. В
дальнейшем, после событий 1983 года, в ходе которых на
территории СССР был сбит «заблудившийся» самолет Корейских
авиалиний с 269 пассажирами на борту, президент США Рональд
Рейган дал своё согласие на частичное использование системы для
гражданских целей [1]
6

7. Трудоемкость дисциплины

7
Вид учебной работы
1
трудоемкость
Общая
дисциплины,
ЗЕ/ (час)
Аудиторные занятия, всего час.
в том числе:
лекции (Л), (час)
Всего
2
Трудоемкость по
семестрам
№10
3
3/ 108
3/ 108
34
34
17
17
практические/семинарские
занятия (ПЗ), РГрР (час)
17
17
лабораторные работы (ЛР), (час)
курсовой проект (работа) (КП, КР),
(час)
экзамен, (час)
Самостоятельная работа, всего (час)
Вид промежуточной аттестации: зачет,
дифф. зачет, экзамен (Зачет, Дифф. зач,
Экз.**)
45
29
45
29
Экз.
Экз.

8. Содержание дисциплины (Разделы и темы занятий)

Номер раздела
1
2
3
4
5
Содержание дисциплины
(Разделы и темы занятий)
8
Название и содержание разделов и тем лекционных занятий
1.Введение. Принципы построения многопозиционных пассивных СРНС
Особенности определения местоположения потребителя в СРНС
Состав СРНС. Контрольно-измерительный комплекс.
2. Особенности построения бортового оборудования опорных навигационны
спутников
2.1. Формирование навигационного сигнала.
2.2. Формат сигнала служебной информации
3. Аппаратура потребителей СРНС
3.1. Основные функции аппаратуры потребителей СРНС
3.2. Принцип функционирования аппаратуры потребителей при выделении
навигационной информации при позиционировании потребителей
4. Точность определения местоположения в СРНС
4.1. Мешающие факторы при определении местоположения потребителя
навигационной информации.
4.2 Способы повышения точности позиционирования в СРНС
5. Дифференциальный режим СРНС
5.1. Точность позиционирования СРНС в зависимости от условий приема навиг
ционных сигналов. Принцип построения дифференциального режима СРНС
5.2. Локальные дифференциальные подсистемы (ЛДПС). Широкозонные дифф

9. Виды самостоятельной работы и ее трудоемкость

9
Вид самостоятельной работы
Всего, час
Семестр , час
1
Изучение теоретического материала
дисциплины (ТО)
Курсовое проектирование (КП, КР)
2
3
Расчетно-графические работа (РГР)
8
Выполнение реферата (Р)
Подготовка к текущему контролю
успеваемости (ТКУ) рейтингам
Домашнее задание (ДЗ)
5
10
10
8
5
Контрольные работы заочников (КРЗ)
Подготовка к промежуточной аттестации
(ПА)
Всего:
6
6
29
29

10. Перечень печатных и электронных рекомендованных учебных изданий

Шифр/
URL адрес
Библиографическая ссылка
1. Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные
системы. Учебник для вузов. Изд-во 2-е, испр. и доп. – М.:
Радиотехника, 2011.
Количество
экземпляров в
библиотеке
(кроме
электронных
экземпляров)
Электронный
2. Перов А.И. Основы построения спутниковых
радионавигационных систем. Учебное пособие для вузов. – М.:
Радиотехника, 2012.
Электронный
3. Бахолдин В.С., Герасименко И.С., Добриков В.А., Иванов
В.Ф., Сахно И.В., Ткачев Е.А.. Навигационная аппаратура
потребителей ГЛОНАСС/GPS: учебное пособие / - СПб.: ВКА
имени А.Ф. Можайского, 2016.
4. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования /
Электронный
Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. 4-е перераб. и доп.
– М.: Радиотехника, 2010.
10

11.

2. Действующие СРНС. Состав СРНС
Первоначально,
спутниковые
навигационные системы разрабатывались
именно для военной сферы. Мощнейшие
державы мира вложили и продолжают
вкладывать огромную долю денежных и
научных ресурсов в развитие спутниковой
навигации.
На
данный
момент
существует
5
действующих
глобальных
спутниковых
навигационных
систем,
принадлежащие
США, РФ, Китаю, Франции и ЕС, а так же
две
действующие
региональные
навигационные системы – в Индии и
Японии [2].
11
Рисунок 1 – Состав СНС
Система GPS (Global Positioning System)
–
принадлежит министерству обороны США.
Устройства,
поддерживающие навигацию по GPS, являются самыми
распространёнными в мире. Также система известна под
более ранним названием NAVSTAR
Логотип ГСНС GPS

12.

2. Состав интегрированной глобальной СРНС
12
Требования
к системе
сти
о
н
еб телей
р
т
По ьзова
пол
СРНС - развитие
Пользователи
Нов
ые т
ехно
услу логии,
ги
Глобальные навигационные
спутниковые системы
- ГЛОНАСС (Российская Федерация)
- GPS (США)
- Galileo (ЕС)
- Бейдоу (Compass) (M) (КНР)
ые
Нов ости
жн
о
м
з
во
Региональные навигационные
спутниковые системы
- IRNSS (Индия)
- QZSS (Япония)
- Compass (G) (КНР)
- Compass (I) (КНР)
Функциональные дополнения
СДКМ (РФ)
WAAS (США)
EGNOS (ЕС)
MSAS (Япония)
GAGAN (Индия)

13.

Структура орбитального построения глобальных
навигационных спутниковых систем (ГНСС)
13
ГНСС
Количество
орбитальных
плоскостей
Количество КА в ОГ
(номинальное/фактическ
ое)
Структура
орбитального
построения
Наличие
орбитального
резерва
ГЛОНАСС
3
24/29
жесткая
есть
GPS
6
24/54
условнопроизвольная
нет
GALILEO
3
27/30
жесткая
есть
BeiDou2
3
27/35
жесткая
нет
Мировой тенденцией развития глобальных навигационных
спутниковых систем является увеличение количества навигационных
КА в составе ОГ свыше минимально необходимого (штатного) при
условии их оптимального (рационального) размещения

14. Метод позиционирования

14
Бесспорным лидером среди спутниковых систем сегодня
является GPS. GPS является спутниковой радионавигационной
системой, используемой для вычисления точного времени и
трехмерной позиции в любом месте на Земле.
Определение местоположения с помощью GPS достигается
путем получения сигнала с помощью измерения дальности
(псевдодальности) от минимум 3 (в лучшем случае четырех N)
спутников GPS и решения системы N уравнений .
Эти предварительные значения псевдодальности представляют
собой измеренные расстояния при прямой видимости (line of sight —
LOS) сигналов, передаваемых каждым из спутников NsatПСЕВДОДАЛЬНОСТЬ rк для каждого k спутника будет равна
где хк, ук zк — геоцентрические, геофиксированные (ECEF)
координаты для k спутника,
- погрешность измерения дальности из-за среды распространения

15.

Принцип позиционирования СРНС
В дальномерной системе
15
Дi = ( xi − x)2 + ( yi − y)2 + ( zi − z)2 (1)
и для квазидальномерной системы
Дк i = ( xi − x)2 + ( yi − y)2 + ( zi − z)2 − с T (2)
где xi, yi, – известные координаты РНТ i-го НКА (I –
zi
1, 2, 3 (4));
x, y, z – искомые координаты объекта;
с
– скорость
распространения
электромагнитной волны;
– расхождение
временных
шкал
Т
навигационной системы и аппаратуры
потребителя.
Рисунок 1 – Определение
местоположения по сигналам от трех
спутников
Измерения в квазидальномерной системе описываются
системой из 4х
уравнений для вычисления
погрешности измерения времени
Т, вызванной
неоднородность среды распространения сигнал (тропосферы, ионосферы) – созвездие
из 4х НКА
Уравнения (1) и (2) справедливы при точной сихронизации шкал времени на всех
НКА. В дальномерной системе погрешность шкалы времени НИСЗ входит в погрешность
измерений. Для того чтобы эта погрешность не сказывалась на точности системы и не
превышала, например, 0,3 м, расхождение шкал времени не должно быть больше 1 нс.

16.

.
Задание
на самостоятельную работу
16
6. Сосновский А.А. , Хаймович И.А.. РЭ
оборудование летательных аппаратов. - М.:
Транспорт, 1987 г.263
7. Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд.
4-е перераб. и доп. – М.: Радиотехника,
2010. 496с.
–Изучив в [6] теоретический материал,
представленный на стр. 75- 85.
законспектировать состав, принцип действия
СРНС.

17.

guap.ru
Спасибо за внимание!