ИСТИНА

Глобальные спутниковые навигационные системы (GPS, ГЛОНАСС, Galileo и др., далее СНС), предназначены главным образом для определения координат, скоростей и синхронизации часов объектов, движущихся вблизи поверхности Земли. Для использования СНС искусственными спутниками Земли (ИСЗ), существенным ограничением является ширина диаграммы направленности передающих антенн навигационных спутников. В соответствии с этим ограничением, применение СНС для низкоорбитных спутников (с высотой орбит до 1500 км) является возможным. Еще одной технической сложностью считается срыв слежения за навигационным сигналом при больших скоростях движения приемника, характерных для ИСЗ. В настоящее время, однако, существует аппаратура, пригодная для применения в таких условиях. При этом имеются некоторые преимущества по сравнению с наземными потребителями СНС. Во-первых существенно снижаются погрешности навигационных сигналов, связанные с прохождением через атмосферу Земли. Во-вторых, увеличивается область пространства, в которой навигационные спутники находятся в прямой видимости для потребителя, что увеличивает рабочее созвездие. Например, для спутника, находящегося в 1500 км от поверхности Земли, телесный угол видимой небесной сферы в 1.5 раза больше, чем для наземного потребителя. Таким образом, исследование возможностей использования средств спутниковой навигации для низкоорбитных ИСЗ представляет интерес. В последнее время развиваются методы использования спутниковых навигационных сигналов не только для определения координат, скоростей и синхронизации часов приемника, но и для определения ориентации объектов в пространстве. Подход состоит в установке на объект нескольких разнесенных приемных антенн, для которых регистрируются измерения фазы несущей спутникового навигационного радиосигнала. Разность полных фаз пропорциональна проекции линии, соединяющей антенны (т.н. базовой линии), на направление распространения сигнала. Современная приемная аппаратура обеспечивает точность измерения фазы в пределах 0.01 цикла, что соответствует теоретически достижимой точности оценки разности координат антенн менее 2 мм. Ошибка определения соответствующего угла ориентации при этом равна отношению ошибки оценки относительных координат в плоскости, перпендикулярной базовой линии, к расстоянию между антеннами. Для расстояния в 1 м эта величина имеет порядок 0.1 градуса. Избыточность измерений позволяет улучшить точность оценки, в то время как различные погрешности принимаемого антенной сигнала, связанные с прохождением через атмосферу, переотражениями и другими факторами, ухудшают ее. Особенности фазовых навигационных измерений на высокоскоростных околоземных спутниках в настоящее время недостаточно хорошо изучены. Кроме того, принципиальной сложностью в обработке фазовых измерений является необходимость определения целого числа циклов, лежащих между измерением фазы несущей на одной антенне и измерением фазы на другой антенне (т.н. фазовой неопределенности). В докладе описаны методы и алгоритмы определения ориентации по фазовым спутниковым измерениям. Алгоритмы содержат новую рекуррентную реализацию метода наименьших квадратов, учитывающую особенности математической модели фазовых измерений. Они испытаны при обработке данных экспериментальных полевых съемок с использованием оборудования Javad GNSS Inc. (геодезического класса) и подтвердили свою работоспособность. Предлагается исследовать возможности и перспективы установки на низкоорбитные спутники приемной навигационной аппаратуры, позволяющей определять ориентацию спутника по фазовым измерениям при помощи указанных алгоритмов.