Консультации / Сигналы спутниковых радионавигационных систем

Сигналы СНС ГЛОНАСС

Сигналы радионавигационной системы ГЛОНАСС

 

Интерфейс между подсистемой космических аппаратов (ПКА) и навигационной аппаратурой потребителей (НАП) состоит из радиолиний L-диапазона частот. Каждый НКА системы ГЛОНАСС передает навигационные радиосигналы в двух частотных поддиапазонах (L1 ~ 1,6 ГГц и L2 ~ 1,2 ГГц).

В системе ГЛОНАСС используется частотное разделение навигационных радиосигналов НКА в обоих поддиапазонах L1 и L2. Каждый НКА передает навигационные радиосигналы на собственных частотах поддиапазонов L1 и L2. НКА, находящиеся в противоположных точках орбитальной плоскости (антиподные НКА), могут передавать навигационные радиосигналы на одинаковых частотах.

В радиолиниях частотных поддиапазонов L1 и L2 НКА ГЛОНАСС передают навигационные радиосигналы двух типов: стандартной точности и высокой точности.

Сигнал стандартной точности с тактовой частотой 0,511 МГц предназначен для использования отечественными и зарубежными гражданскими потребителями. Сигнал высокой точности с тактовой частотой 5,11 МГц модулирован специальным кодом и не рекомендуется к использованию без согласования с Министерством обороны Российской Федерации.

В дальнейшем рассматриваются структура и характеристики навигацион­ного радиосигнала стандартной точности с тактовой частотой 0,511 МГц, передаваемого спутниками ГЛОНАСС и ГЛОНАСС-М в поддиапазонах L1 и L2. (Спутники ГЛОНАСС-М в поддиапазоне L1 передают сигналы идентичные спутникам ГЛОНАСС, а в поддиапазоне L2 передают потребителям дополнительные сигналы с кодом стандартной точности). Сигнал стандартной точности является доступным для всех потребителей, которые оснащены соответствующей НАП и в зоне видимости которых находятся спутники системы ГЛОНАСС.

 

Структура навигационного радиосигнала

Навигационный радиосигнал, передаваемый каждым НКА системы ГЛОНАСС на собственной несущей частоте в поддиапазонах L1 и L2, является многокомпонентным фазоманипулированным сигналом. Фазовая манипуляция несущей осуществляется на π радиан с максимальной погрешностью не более ± 0,2 радиана.

Фаза несущего колебания поддиапазона L1 в НКА ГЛОНАСС и фазы несущих колебаний поддиапазонов L1 и L2 в НКА ГЛОНАСС-М модулируется двоичной последовательностью, образованной суммированием по модулю два псевдослучайного (ПС) дальномерного кода, цифровой информации навигационного сообщения и вспомогательного колебания типа меандр.

Основой для формирования всех перечисленных компонентов сигнала является бортовой стандарт частоты.

Дальномерный код

Псевдослучайный дальномерный код представляет собой последовательность максимальной длины регистра сдвига (М-последовательность) с периодом 1 мс и скоростью передачи символов 511 кбит/с.

 

Цифровая информация

Цифровая информация навигационного сообщения подразделяется на оперативную и неоперативную информацию.

Оперативная информация относится к тому НКА, с борта которого передается данный навигационный радиосигнал. Неоперативная информация (альманах системы) относится ко всем НКА, входящим в состав ПКА.

Цифровая информация передается со скоростью 50 бит/с.

 

Характеристики навигационного радиосигнала

Частотный план

Номинальные значения несущих частот навигационных радиосигналов НКА ГЛОНАСС в частотных поддиапазонах L1 и L2 определяются следующими выражениями:

f K1 = f01 + КΔf1,

f K2 = f02 + КΔf2, где

К – номера несущих частот навигационных радиосигналов, излучаемых НКА в частотных поддиапазонах L1 и L2, соответственно;

f 01 = 1602 МГц; Δf 1 = 562,5 кГц, для поддиапазона L1;

f 02 = 1246 Мгц; Δf 2 = 437,5 кГц, для поддиапазона L2.

Распределение номинальных значений несущих частот fK1 и fK2 по номерам К приведено в таблице 1.

Распределение номеров К между НКА отображается в альманахе системы (неоперативная информация в навигационном сообщении).

 

Для каждого НКА рабочие частоты поддиапазонов L1 и L2 когерентны и формируются от общего стандарта частоты. Номинальное значение частоты этого стандарта, с точки зрения наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, равно 5,0 МГц. Для компенсации релятивистских эффектов частота, формируемая бортовым стандартом частоты, с точки зрения наблюдателя, находящегося на НКА, смещена относительно 5,0 МГц на относительную величину Δf/f = -4,36×10-10 или Δf = -2,18×10 -3 Гц, то есть, равна 4,99999999782 МГц (величины даны для номинального значения высоты орбиты НКА, равного 19100 км). Отношение рабочих частот L1 и L2, излучаемых определенным НКА составляет:

fK2 / fK1 = 7/9

Фактические значения несущих частот радиосигналов каждого НКА могут отличаться от номинальных значений fK на относительную величину, не превышающую ±2×10-11.

 

Таблица 1 Распределение несущих частот поддиапазонов L1 и L2. 

 

частоты

Номинал частоты

в поддиапазоне L1, МГц

частоты

Номинал частоты

в поддиапазоне L2, МГц

06

1605,375

06

1248,625

05

1604,8125

05

1248,1875

04

1604,25

04

1247,75

03

1603,6875

03

1247,3125

02

1603,125

02

1246,875

01

1602,5625

01

1246,4375

00

1602,0

00

1246,0

-01

1601,4375

-01

1245,5625

-02

1600,8750

-02

1245,1250

-03

1600,3125

-03

1244,6875

-04

1599,7500

-04

1244,2500

-05

1599,1875

-05

1243,8125

-06

1598,6250

-06

1243,3750

-07

1598,0625

-07

1242,9375

 

Спектральная плотность фазовых шумов немодулированной несущей такова, что схема слежения, имеющая одностороннюю шумовую полосу 10 Гц, обеспечивает точность слежения за фазой несущей частоты не хуже 0,1 радиан (среднеквадратическое значение).

Мощность, излучаемая каждым НКА за пределами полосы частот, отведенной для навигационных радиосигналов системы ГЛОНАСС

(1598,0625…1605,375) Мгц ± 0,511 МГц,

(1242,9375…1248,625) МГц ± 0,511 МГц,
не превышает минус 40 дБ относительно мощности немодулированной несущей.

Мощность радиосигнала, принимаемого потребителем от НКА ГЛОНАСС, на выходе приемной линейно поляризованной антенны с коэффициентом усиления +3 дБ и при угле места 5° составляет не менее минус 161 дБВт для частот поддиапазона L1.

Мощность радиосигнала, принимаемого потребителем от НКА ГЛОНАСС-М, на выходе приемной линейно поляризованной антенны с коэффициентом усиления +3 дБ и при угле места 5° составляет не менее минус 161 дБВт для частот поддиапазона L1 и не менее минус 167 дБВт для частотного поддиапазона L2 с последующим доведением до уровня не менее минус 161 дБВт.

Излучаемый каждым НКА системы ГЛОНАСС навигационный радиосигнал в поддиапазонах L1 и L2 имеет правую круговую поляризацию. Коэффициент эллиптичности по полю в секторе углов излучения ±19° относительно оси симметрии диаграммы направленности бортовой передающей антенны НКА

не хуже 0,7 в поддиапазоне L1;

не хуже 0,7 в поддиапазоне L2.

 

Характеристики модулирующей последовательности и дальномерного кода

Модулирующая последовательность, используемая при формировании сигналов стандартной точности для модуляции несущих частот поддиапазона L1 для спутников ГЛОНАСС и L1 и L2 для спутников ГЛОНАСС-М, образуется сложением по модулю два трех двоичных сигналов:

- псевдослучайного дальномерного кода, передаваемого со скоростью 511 кбит/с;

- навигационного сообщения, передаваемого со скоростью 50 бит/с;

- вспомогательного меандрового колебания, передаваемого со скоростью 100 бит/с.

Данные последовательности используется для модуляции несущих частот поддиапазонов L1 и L2 при формировании сигналов стандартной точности.

 

ПС дальномерный код представляет собой ПС последовательность максимальной длины регистра сдвига с периодом повторения 1 мс и скоростью передачи символов 511 кбит/с.

ПС дальномерный код снимается с 7-го разряда 9-ти разрядного регистра сдвига. Код начального состояния регистра сдвига соответствует наличию "1" во всех разрядах регистра. Начальным символом в периоде ПС дальномерного кода является 1-ый символ в группе 111111100, повторяющийся через 1 мс. Образующий полином, соответствующий регистру сдвига, формирующему ПС дальномерный код, имеет следующий вид (рис. 1):

G(х) = 1 + х5 + х9

Упрощенная структурная схема формирования ПС дальномерного кода и синхроимпульсов для навигационного радиосигнала приведена на рис. 2.

 

Формирование навигационного сообщения 

Информация навигационного сообщения, формируется в виде непрерывно следующих строк длительностью 2 с. В первой части каждой строки в течение 1,7 с передается информация навигационного сообщения. Во второй части каждой строки в течение 0,3 с. передаётся двоичный код метки времени.

 

Рис. 1. Структура регистра сдвига, формирующего дальномерный код

 

 

 

Рис. 2. Упрощенная структурная схема формирования дальномерного кода ПСПД и синхроимпульсов для навигационного радиосигнала

 

 

Далее »