Satelitski sistem za globalno pozicioniranje GLONASS Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Dušan Maijanov, SATELITSKI SISTEM ZA GLOBALNO

EPS-JP Elcklrovojvodm* POZICIONIRANJE GLONASS

Novi Sad

Uvod

U čianku „Satelitski sistem za glo-balno pozicioniranje - GPS“ koji je objav-ljen u Vojnotehničkom glasniku broj 4-5/ 2000 opisan je sistem za globalno pozicioniranje koji je razvijen u SAD pod ime-nom GPS ili NAVSTAR. Sličan sistem, poznat pod nazivom GLONASS (FJIO-BAJIbHAH HABHrAUHOHHAH CnYTHHKOBAH CHCTEMA), razvi-jen je u Ruskoj Federaciji.

Prvi satelit sistema GLONASS lansi-ran je 12. oktobra 1982. godine. Do 1985. godine lansirano je 10 sateiita tzv. Bloka 1. Od 1985. do 1986. godine lansirano je 6 sateiita Bloka Ila, kod kojih je pobolj-Sana preciznost i stabilnost etalona fre-kvencije (vremena). Dvanaest sateiita Bloka lib lansirano je u 1987. i 1988. godini. Od 1989. godine pa do danas lansiran je 51 satelit Bloka lie. U pri-premi su sateliti bloka GLONASS M, koji imaju znatno poboljšane osobine u odnosu na svoje prethodnike [3]. Do danas nije lansiran nijedan od sateiita ovog bloka. Iako je planirano da se puna funkcionalnost sistema ostvari do 1991. godine, GLONASS je službeno proglaSen operativnim dekretom koji je predsednik Ruske Federacije potpisao 24. septembra 1993. godine, tek su u januaru 1996. godine svih 24 sateiita prvi put postali operativni.

Opis sistema GLONASS

GLONASS se sastoji od tri segmen-ta: svemirskog, kontrolnog i korisničkog.

Svemirski segment čine 24 sateiita koji se nalaze u približno kružnim orbi-tama oko Zemlje, na visini od oko 19 100 km iznad nivoa mora. Sateliti su raspore-deni u tri ravni koje se seku pod uglom od 120°. U svakoj ravni se nalazi 8 ravnomemo rasporedenih sateiita, tako da je ugao izmedu susednih sateiita u istoj ravni 45°. Prava u kojoj se seku orbitalne ravni zaklapa sa ekvatorijalnom ravni ugao od 64,8°. Svaki satelit napravi pun krug oko Zemlje za 11 sati, 15 minuta i 44 sekunde. Sateliti emituju navigacione radio-signale na frekvenci-jama od približno 1,6 GHz (LI opseg) i 1,2 GHz (L2 opseg). Emituju se dve vrste signala:

- signal standardne tačnosti (SP), £iji osnovni nosilac ima 0,511 MHz, a namenjen je civilnoj upotrebi. U ovaj signal se ne unose nikakve namemo iza-zvane smetnje;

- signal visoke tačnosti (HP), čija namena je prevashodno vojna. Osnovni nosilac ovog signala ima frekveneiju od 5,11 MHz. Civilna upotreba ovog signala sc ne preporučuje bez posebne dozvole Ministarstva odbrane Ruske Federacije. Ovo ministarstvo može promeniti HP-

vojnotehniCki glasnik 6/2001.

651

-kod u bilo kom trenutku bez prethodne najave.

Kontrolni segment sastoji se od pet kontrolnih stanica rasporedenih na tlu bivSeg Sovjetskog Saveza. Glavna stanica naiazi se u Golicinu (Moskovski region), a ostale u Sankt Petersburgu, Trnopoiju, Jenisejsku i Komsomolsku na Amuru. Kontrolne stanice vrše nadzor nad siste-mom. Po potrebi se obavljaju korekcije u orbitalnim parametrima i navigacionim podacima. Dvosmemu komunikaciju sa satelitima ima samo glavna stanica.

Korisnički segment čine GLONASS prijemnici.

Koordinatni sistem

Osnovni koordinatni sistem za GLONASS je PZ-90 (riapaMeypH 3cmjih -1990) CTS koordinatni sistem koji je definisan na sledeći način: centar koordi-natnog sistema naiazi se u centru mase Zemlje, Z-osa je usmerena u pravcu Kon-vencionainog Zemljinog pola (po prepo-ruci IERS - International Earth Rotation Service), X-osa je paralelna sa presekom ekvatorijalne ravni i nultog meridijana (definisanog od B1H - Bureau International de I’Heure), a Y-osa je tako odabrana da sa X i Z osama čini desni ortogonalni koordinatni sistem. Kako je dato u [1], dužina veće poluose PZ-90 elipsoida iz-nosi 6 378 136 m, a dužina manje poluose je 6 356 751 m. lako na zvaničnom GLONASS veb-sajtu [1] nije dat način konver-zije iz PZ-90 u WGS-84 koordinatni sistem (i obmuto) formule za konverziju mogu se naći npr. u [2], zahvaljujući kampanji IGEX (International Glonass Experiment je obrazovan radi pružanja međunarodne podrške korišćenju GLONASS).

GLONASS vreme

GLONASS vreme upravlja se prema vremenu hidrogenskog časovnika koji

pripada kontrolnom segmentu. Nestabil* nost ovog Ćasovnika nije veća od 5-10'14 sekundi na dan. Cezijumski časovnici na satelitima (svaki satelit ih ima po tri) ima-ju nestabilnost koja nije veća od 5-10'13 sekundi na dan. GLONASS vreme žuri 3 sata u odnosu na rusko UTC vreme. Rusko UTC vreme održava se u Glavnom metroloSkom centru u Mendeljejevu, u Moskovskom regionu [4]. Ako se izuzme pomeraj od 3 časa, GLONASS vreme prati UTC vreme sa odstupanjem koje nije veće od 1 ms. Uz korišćenje korek* cionih podataka koji su sadržani u navigacionim signalima, ovo odstupanje se može svesti na ispod 1 ps. GLONASS vremenu dodaju se prestupne sekunde isto kao i UTC vremenu.

Princip rada sistema GLONASS

Princip izračunavanja koordinata GLONASS prijemnika i jedinstvenog vremena isti je kao kod NAVSTAR prijemnika. Na osnovu signala sa najmanje četiri satelita GLONASS prijemnik odre-duje rastojanje od antena satelita i svoje antene, a zatim i svoje X, Y i Z koordi-nate u CTS koordinatnom sistemu, kao i jedinstveno vreme. Sateliti emituju ra-dio-signale na LI i L2opsezima. Pri tome se koristi t2v. multipleksiranje sa frekven-cijskom podelom (FDMA - Frequency division multiple access). To znači da svaki od GLONASS satelita ima poseban kanal (opseg frekvencija) i na LI i na L2 opsegu na kojima emituje signale. Izuzet-no, dva satelita mogu emitovati signale na istim kanalima samo ako pripadaju istim orbitalnim ravnima, a nalaze se na 180° udaljcni jedan od drugog, tako da nisu oba istovremeno ,,vidljiva“ sa Zemlje.

Za SP signal noseće učestanosti ka-nala (fk) za LI i L2 opseg dobijaju se po slededoj formuli:

fk = fo + k ■ Af

652

VOJNOTEHNIĆKI GLASNtK 6/2001.

gdc je f0 = 1602 MHz, Af « 562,5 kHz za LI opseg, ili

f0 = 1246 MHz, Af = 437.5 kHz za L2 opseg.

Celobrojna promenljiva k predstav-Ija broj kanala i može imati sledede vred-nosti: -7, -6, -5, ... 0, 1, ... 13.

Kako se vidi, postoji 21 kanal i 24 satelita, tako da pojedini sateliti moraju koristiti iste kanale. Poseban problem predstavlja preklapanje frekventnih op-sega GLONASS sistema i sistema predvi-denog za satelitske komunikacije (1610 MHz). Zbog toga se napušta koriSdenje kanala sa indeksom većim od 7, tako da se za period posle 2005. godine planira korišćenje kanala sa indeksima od -7 do 6. Osnovni nosilac C/A signala je pseudo-slučajni kod (PRN) dužine 511 bita sa periodom ponavljanja od 1 ms. Ovaj pseudosludajni kod je isti za sve GLONASS satelite. Navigacioni podaci se emituju brzinom od 50 bita u sekundi. Nosilac na LI opsegu moduliše se zbirom (po modulu 2) slededa tri binama signala:

- pseudoslučajnog koda brzine 511 bita/s;

- navigacione poruke brzine 50 bita/s i -pomodnog signala frekvencije 100 Hz.

Nosilac na opsegu L2 moduliše se zbirom (po modulu 2) pseudoslučajnog koda i pomodnog signala.

Osnovni nosilac HP-signala je pseudosludajni signal udestanosti 5,11 MHz. HP-signali se, takode, emituju na LI i na L2 opsegu.

Navigacioni podaci su organizovani u stringove, ramove i superramove. Tra-janje stringa je dve sekunde. Prvih 1,7 sekundi dine 85 bita navigacione poruke, a preostale 0,3 sekunde zauzima 30-bitni sinhronizacioni blok koji je isti za sve stringove. Jedan ram se sastoji od 15 stringova. Superram ima pet ramova.

Osim podataka o sopstvenim koordina-tama i vremenu svog dasovnika. svaki satelit šalje podatke o položajima ostalih satelita. Predaja kompletne poruke su-perrama traje 2,5 minuta.

Tacnost sistema GLONASS

Uz korišćenje SP signala, bez drugih dodatnih mera za povedanje tadnosti, GLONASS obezbeduje slededu tadnost:

- greška odredivanja horizontalnog položaja (u odnosu na elipsoid PZ-90) krede se od 57 do 70 m sa verovatnodom od 99,7%;

- greška odredivanja vertikalnog po-ložaja (u odnosu na elipsoid PZ-90) iznosi do 70 m sa verovatnodom od 99,7%;

- razlika između ruskog UTC vre-mena i GLONASS vremena (izuzimajudi tri sata) ne prelazi 1 ps sa verovatnodom od 99,7%.

U SP signal se ne unose namerne greške. Izvori grešaka su iste prirode kao i kod NAVSTAR sistema: DOP (rasipa-nje preciznosti), promenljiva putanja signala kroz jonosferu i troposferu, greške u koordinatama satelita, refleksija radio--talasa i slidno. Mere za povedanje preciznosti su iste kao kod NAVSTAR sistema (diferencijalni GPS i slidno).

Uteratura:

[1] INTERFACE CONTROL DOCUMENT, fourth release. Coordination Scientific Information Center (KN1C) of the Russian Space Force*. Russii. 117279. Moscow, PO Box 14 (1998) http^/Www.rssi.ruiSFCSIOSFCSIC-main.hunl.

(2| Hibrich. H.: GEODETIC APPLICATION OF GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM (GLONASS) AND OF GLONASS/GPS COMBINATIONS. Dissertation. Uni venity of Beme. Switzerland. 1999.

(3) Borjcssoo. J.: GLONASS CONTRIBUTION TO SPACE GEODESY. Chalmere University of Technology. Goteborg. Sweden. 2000.

[4) State Frequency ud Tnae Service Official Builten (Mende-leevo. Moscow region) http://www.ru/SFCSIC/SFCSIC-nuin.html.

VOJNOTEHNlCKI GLASNIK 6/2001.

653