ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Анализ классификации БпЛА показывает, что одним из наиболее важных бортовых комплексов, устанавливаемых на данные аппараты, является навигационный. Уровень развития данного комплекса определяет боевые возможности беспилотной авиации. В значительной мере ее развитие сдерживается достигнутым уровнем навигационных систем. Из всех автономных и радиотехнических средств навигации потенциально только спутниковая навигационная система (СНС) может глобально обеспечить полный объем навигационной информации для осуществления самолетовождения на всех этапах полета [2]. Однако существуют определенные сложности с обеспечением целостности и непрерывности получения навигационной информации СНС, что требует использования функциональных дополнений [1].

На сегодняшний день уровень технического оснащения БпЛА выше, чем у пилотируемого самолета. Данное отличие заключается в наличии полноценной системы автоматического управления, алгоритм функционирования которой обеспечивает решение следующих задач:

- измерение состояния системы в текущий момент времени;

- сравнение текущего состояния с желаемым;

-на основе проведенного сравнения осуществляется выработка управляющих воздействий необходимых для компенсации отклонения текущего состояния от желаемого.

В бортовом комплексе навигации и управления современных БпЛА функцию измерения состояния системы (координат местоположения, скорости, высоты, вертикальной скорости, углов ориентации, а также угловых скоростей и ускорений) выполняет инерциальная система, в которой реализуется алгоритм бесплатформенных инерциальных навигационных систем, интегрированной с приемником системы спутниковой навигации [3]. Вследствие того, что практически ни одна система не может обеспечить требуемые характеристики навигационного обеспечения, оптимальная и рациональная структура контура навигации предполагает комплексирование информации автономных и радиотехнических средств навигации (датчиков) в целях непрерывного определения навигационных параметров на всех этапах полета с заданными характеристиками точности, непрерывности, доступности и целостности навигационной информации.

В сравнении с имеющимися радиотехническими системами навигации спутниковые навигационные системы имеют ряд преимуществ:

- высокая точность определения координат местоположения объекта;

- глобальность зоны действия благодаря большой высоте орбит спутников;

- нахождение спутника в пределах прямой видимости в любой точке зоны действия его радиотехнических средств, дающая возможность использовать наиболее помехоустойчивые диапазоны радиоволн;

- почти неограниченная пропускная способность СНС;

- относительная простота, малый вес и низкая стоимость бортового оборудования СНС;

- комплексное использование спутниковых систем для решения перспективных задач навигации, связи и наблюдения.

Однако, СНС присущи и весьма существенные недостатки:

- низкая помехоустойчивость к промышленным помехам и к помехам, созданным системами генерирования преднамеренных радиоэлектронных помех;

- отсутствие целостности навигационного сигнала во времени.

В настоящее время существует несколько видов СНС:

- американская СНС GPS (Global Positioning System);

- российская СНС ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система);

- совместный проект спутниковой системы навигации Европейского союза и Европейского космического агентства «Галилео»;

- китайская глобальная спутниковая система навигации «Бэйдоу»;

- индийская региональная навигационная спутниковая система IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System).

В СНС для определения места БпЛА используется псевдодальномерный способ вычисления координат, изображенный на рисунке 1.

КА₁, КА₂, КА₃ — космические аппараты (спутники); D_псд1, D_псд2, D_псд3 — псевдодальности до БпЛА от трех космических спутников

Рисунок 1. Псевдодальномерный способ

Суть работы заключается в следующем. Приемники, установленные на борту подвижного аппарата (БпЛА), не излучают никаких сигналов, а только принимают их со спутников и осуществляют беззапросные измерения псевдодальностей [4]. Далее, после получения сигнала, осуществляется сравнение моментов излучения и приема сигнала и определяется время его прохождения и дальность до спутника. Для определения местоположения объекта необходимо наличие как минимум трех значений дальностей.

СНС состоят из основных подсистем:

- подсистемы космических аппаратов;

- наземной станции подсистемы контроля и управления;

- бортовых приемников навигационной аппаратуры потребителей системы СНС.

Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных приемников и вычислительных устройств [5]. Вычислитель, входящий в состав бортового приемника СНС, решает следующие задачи:

- вычисление значений координат каждого из четырех спутников, необходимых для точного определения местоположения объекта;

- измерение времени прохождения сигнала от каждого спутника и вычисление соответствующих псевдодальностей;

- вычисление прямоугольных координат ВС и погрешности в измерении времени прохождения сигнала, которая вызвана неточностью часов;

- вычисление геодезических координат ВС;

- вычисление путевой скорости и истинного путевого угла по информации об измеренных доплеровских сдвигах частот;

- расчет абсолютной высоты ВС с использованием модели гравитационного поля Земли;

- расчет магнитного путевого угла с использованием модели магнитного поля Земли;

- обеспечение решения различных навигационных задач и др.

Для оценки текущего состояния СНС и ее фактической точности в разных странах ведутся непрерывные наблюдения. Например, российская система дифференциальной коррекции и мониторинга с помощью десяти наземных станций ежедневно отслеживает состояние группировок GPS и ГЛОНАСС.