ВОЕННАЯ МЫСЛЬ 9.2005 г. (стр. 24-26)
«ВОЕННАЯ МЫСЛЬ» №9.2005 г. (стр. 24-26)
Повышение доступности ГНСС ГЛОНАСС при комплексировании спутниковой аппаратуры и автономных навигационных средств
Е.Л. РЕЗНИЧЕНКО,
доктор технических наук
В.А. КАТЕНИН, доктор военных наук
Капитан 2 ранга С.М. БУБЛИК
ВЫСОКИЕ технические и эксплуатационные характеристики отечественной глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС ГЛОНАСС), продемонстрированные в течение 20 лет существования, сделали спутниковую навигационную аппаратуру потребителей неотъемлемой составляющей множества навигационных комплексов и систем управления подвижных воздушных, морских (речных) и наземных объектов.
Вместе с тем, будучи неавтономной радиотехнической навигационной системой, ГНСС показала себя зависимой от множества внешних факторов, ухудшающих ее характеристики и влияющих на эффективность функционирования ее составных частей. Эти факторы влияют на количественный состав и состояние орбитальной группировки космических аппаратов (ОГ КА), на функционирование наземного комплекса управления (НКУ), на работу бортовой аппаратуры потребителей (АП). Кроме того, внешнему влиянию подвергаются каналы передачи информации ГНСС.
В нормальном состоянии ГНСС содержит ОГ из 21 - 24 КА, равномерно распределенных в околоземном пространстве. Согласно требованиям Международной морской организации действующие и проектируемые ГНСС должны обладать обязательными эксплуатационными свойствами - доступностью и целостностью. ГНСС в штатном режиме функционирования должна обеспечивать доступность > 99,8 % в течение 30 суток, а целостность системы должна быть < 10 с. Снижение характеристик реальной ГНСС относительно нормативов штатного режима работы под влиянием неблагоприятных факторов свидетельствует об уязвимости системы.
В современных условиях функционирования ГНСС ГЛОНАСС не удовлетворяет требованиям штатного режима. Количество КА в зоне радиовидимости упало с четырех-пяти до двух-трех аппаратов. Доступность системы снизилась до уровня 10-20 %.
Необходимо отметить, что столь низкая оценка доступности характеризует ГНСС, обеспечивающую определение координат объекта в пространстве. Для решения этой задачи требуется наличие в зоне радиовидимости не менее четырех КА. Можно ожидать, что при определении координат места объекта на поверхности Земли доступность системы будет выше, так как для этого достаточно принять сигналы трех КА. Информацию четвертого КА в этом случае можно заменить данными о фигуре Земли. Очевидно, что показатель доступности спутниковой навигационной системы (СНС) еще более возрастет, если приемная аппаратура потребителя сможет функционировать по сигналам двух КА. Такая аппаратура представляет собой интегрированную инерциально-спутниковую систему - продукт комплексирования навигационной аппаратуры объекта-потребителя.
Количественную оценку показателей доступности получаем путем математического моделирования текущего состояния ОГ СНС, положения объектов-потребителей на поверхности Земли и вычисления показателей доступности. В ходе исследования в качестве примера рассмотрен процесс оценки вероятности непрерывного обслуживания СНС (PОБ) орбитальная группировка которой содержит девять КА на участке поверхности Земли, ограниченном параллелями 70,0 - 89,9° северной широты. На исследуемой поверхности заданы 200 точек случайного расположения объектов-потребителей. Заданный интервал времени - период замыкания трасс полета КА. Используемая аппаратура потребителей обеспечивает проведение навигационных определений по сигналам двух, трех и четырех КА, наблюдаемых в зоне радиовидимости объектов. Результаты моделирования показали, что среднее число информативных комбинаций КА на одного потребителя при работе по сигналам двух КА лежит в пределах 2,0 - 3,5. Та же оценка при работе по трем аппаратам равна 0 - 1,5 и по четырем - 0 - 0,75.
Соответствующие средние значения вероятности непрерывного обслуживания для рассматриваемых комплектаций аппаратуры потребителей равны: PОБ2=1,0; РОБ3=0,75; PОБ4= 0,188.
В настоящее время система ГЛОНАСС нуждается в восстановлении и совершенствовании. Это касается не только ОГ КА, но и аппаратуры потребителя ГНСС. При работе в составе навигационного комплекса аппаратура потребителя должна взаимодействовать с автономной навигационной аппаратурой объекта. Информация автономных навигационных средств в определенных условиях может восполнить недостатки ГНСС и обеспечить повышение доступности системы при сокращении ОГ КА. Совместная работа спутниковой и автономной аппаратуры позволяет обеспечить контроль целостности ГНСС и повысить помехозащищенность радиоканалов.
Кроме того, при работе в составе интегрированной инерциально-спутниковой системы аппаратура потребителя обеспечивает функционирование ГНСС по сигналам двух вместо четырех КА системы ГЛОНАСС. Это позволяет иметь в составе видимых аппаратов ОГ два-три вместо четырех-пяти КА, необходимых в штатном режиме работы АП. В работах Государственного научно-исследовательского навигационно-гидрографического института МО РФ и ВМА им. Н.Г. Кузнецова показано, что при наличии в составе ОГ ГНСС девяти КА в поле зрения объекта-потребителя с вероятностью 100 % находятся два-три КА. Это обеспечивает повышение доступности до уровня 50-75 %. При равномерном распределении в сети 12 КА доступность повышается до 76-94 %, что приближается к показателям штатного режима функционирования ГНСС.
Принимая во внимание тот факт, что в условиях информационного противоборства сокращение ОГ и нарушение функционирования каналов связи ГНСС весьма вероятны, представляется необходимым осуществлять комплексирование спутниковой и инерциальной аппаратуры потребителя. Это обеспечит повышение показателей доступности и целостности и существенное снижение уязвимости глобальной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС.
Зурабов Ю.Г., Мищенко И.Н. Требования морского флота к радионавигационному обеспечению// Навигация и гидрография. 1996. № 2. С. 95-104.
Калинов М.И. и др. Оценка возможностей КНС ГЛОНАСС в условиях деградации орбитальной группировки// Морская радиоэлектроника. 2002. № 1. С. 32-34.
Шебшаевич Б.В., Катенин В.А., Резниченко В.И. Реализация информационных возможностей СНС ГЛОНАСС в условиях сокращенной орбитальной группировки КА// Морская радиоэлектроника. 2003. № 1. С. 35-38.
