В отличие от самоопределяющихся НС, рассмотренный вариант функционирования СРНС обеспечивает упрощение аппаратуры спутников за счет усложнения структуры КИК с целью достижения заданной надежности.

Заметим, что в навигационное сообщение НС КИК, кроме того, закла­дывает альманах — набор справочных сведений о всей сети НС, в том числе загрубленные эфемериды НС, которые обычно используются для опреде­ления видимых потребителю НС и выбора рабочего созвездия, обеспечиваю­щего высокое качество НВО. Темп обновления точной эфемеридной инфор­мации (ЭИ) значительно выше, поэтому ее часто называют оперативной ЭИ в отличие от долговременной ЭИ в альманахе.

3. Основные навигационные характеристики НС

К основным навигационным характеристикам НС относят зону обзора, зону видимости, продолжительность наблюдения, орбитальную конфигурацию сети НС и др. На чертеже (рис. 2) поясняются основные определения.

Зона обзора НС представляет собой участок земной поверхности, на ко­тором можно осуществлять наблюдение за НС, прием его сигналов. Центром зоны обзора является подспутниковая точка О3, называемая географическим местом спутника (ГМС).

Координаты ГМС (географические широта и долгота) могут быть рассчи­таны по формулам:

где — орбитальные элементы НС; — гринвичское звездное время;

— угловая скорость прецессии узла орбиты. Зона обзора ограничена линией истинного горизонта в точке НС, поэтому ее размер зависит от высоты НС (). Размер зоны обзора ха­рактеризуется углом или соответствующей ему дугой АО3, кото­рая называется радиусом зоны обзора [км]. Из рис. 2 видно, что

(1)

Бортовые приемоиндикаторы СРНС обеспечивают заданную точность измерений в зоне обзора, ограниченной радиогоризонтом, который поднят для пользователя на угол 5 . 10° (угол маски). В этом случае зона обзора оп­ределяется углом , где

(2)

Площадь зоны обзора . Тогда относительная пло­щадь обзора , где - площадь земного шара.

При увеличении высоты НС до 40 000км радиус зоны обзора из­меняется незначительно ( 9 400 км), а затраты на формирование такой орбиты возрастают существенно.

Рассмотренная выше зона обзора соответствует фиксированному моменту времени (мгновенная зона обзора).

У нестационарных НС мгновенная зона обзора, перемещаясь по поверхности Земли, образует зону обзора в виде полосы шириной . Ее осью является совокупность ГМС - трасса НС.

Установим условия видимости НС для наблюдателя, расположенного в точке, лежащей на трассе НС (рис. 3). Область небосвода СС’, в которой

НС наблюдается из точки ; от момента восхода над горизонтом до момента захода называют зоной видимости (геометрической зоной видимости), для ко­торой справедливы соотношения (1), (2). Из рис. 3 видно, что максимальный угловой радиус зоны видимости (дуга А'С')

С учетом радиогоризонта угловой радиус зоны обзора уменьшается . Здесь угол a называют минимально допустимой высотой.

Продолжительность сеанса связи с НС (в пределах видимости НС) определяется разностью ( ) и зависит от угла b (т. е. от высоты полета НС или периода его обращения Т).

Для круговой орбиты , где — угловая ско­рость обращения спутника.

Для СРНС ГЛОНАСС км, % при км, ; » 300 мин.

Очевидно, что если потребитель находится в стороне от трассы НС, то продолжительность наблюдения спутника уменьшается.

Навигационные алгоритмы, реализованные в бортовых приемоиндикаторах современных СРНС, обычно ориентированы на прием сигналов от не­скольких НС одновременно. Наблюдение в любой точке рабочей зоны СРНС одновременно нескольких НС обеспечивается путем оптимального выбора стабильной пространственно-временной структуры (конфигурации) сети НС — числа, ориентации и формы орбит; числа НС на каждой из них; взаимного расположения орбит и спутников на них. Обычно число НС в сети превышает минимально необходимое за счет резервных НС.

4. Решение навигационной задачи

Основным содержанием навигационной задачи (НЗ) в СРНС является определение пространственно-временных координат потребителя, а также со­ставляющих его скорости, поэтому в результате решения навигаци­онной задачи должен быть определен расширенный вектор состояния потре­бителя П, который в инерциальной системе координат можно представить в виде . Элементами данного вектора служат пространствен­ные координаты (х, у, z) потребителя, временная поправка t' шкалы времени потребителя относительно системной ШВ, а также составляющие вектора ско­рости .