РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
2017, том 4, выпуск 4, c. 3–14
КОСМИЧЕСКИЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРИБОРЫ.
РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ
УДК 629.783
Сравнительныйанализ глобальных дополнений
системы ГЛОНАСС
С. И.Ватутин, к. т. н., otd0943_vsi@mail.ru
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация
А. А.Бирюков, hg10user@yandex.ru
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация
И.К.Курков, ab5126@g2.ru
АО «Российские космические системы», Москва, Российская Федерация
Аннотация. Рассмотрены два возможных направления наращивания системы ГЛОНАСС с целью улучшения точностных
характеристик в глобальном масштабе, а именно создание второй орбитальной группировки системы ГЛОНАСС из дополнительных
24-х навигационных космических аппаратов (НКА) в трех промежуточных плоскостях и создание высокоорбитального
дополнения системы ГЛОНАСС из 18 НКА с шестью трассами на круговых геосинхронных наклонных орбитах по три НКА
на каждой трассе. Показано, что в широком диапазоне углов затенения двойной ГЛОНАСС имеет явные преимущества перед
системой ГЛОНАСС с высокоорбитальным дополнением по критерию максимальной доли времени обеспечения гарантированной
точности местоопределения, когда пространственный геометрический фактор меньше шести.
На основе имеющихся опытных данных о стоимости запусков КА на высокие орбиты с использованием разгонных блоков
показано, что удвоение группировки ГЛОНАСС дешевле, чем создание глобального высокоорбитального дополнения. Двойной
ГЛОНАСС имеет втрое меньший разброс по точности местоопределения на разных долготах при одной широте точки
наблюдения, чем ГЛОНАСС с высокоорбитальным дополнением.
Предложен способ наращивания группировки НКА ГЛОНАСС путем использования дополнительных дальномерных
М-последовательностей, имеющих низкую взаимную корреляцию с используемым в настоящее время дальномерным кодом.
Ключевые слова: навигационный космический аппарат, геометрический фактор, орбитальная группировка, местоопределение,
угол затенения, М-последовательность
Comparative Analysis of Global Augmentations
to the GLONASS System
S. I.Vatutin, Cand. Sci. (Engineering), otd0943_vsi@mail.ru
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation
A. A. Biryukov, hg10user@yandex.ru
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation
I. K.Kurkov, ab5126@g2.ru
Joint Stock Company “Russian Space Systems”, Moscow, Russian Federation
Abstract. This article considers two possible directions of the GLONASS system expansion to improve the accuracy on a global
scale, namely, the creation of a second GLONASS orbital constellation comprising 24 additional navigation satellites in three
intermediate planes and the creation of a high-orbit augmentation to the GLONASS system comprising 18 navigation satellites
with six subsatellite traces on circular geosynchronous inclined orbits with three satellites on each track. It is shown that in a wide
range of shading angles the dual GLONASS has a clear advantage over the GLONASS system with a high-orbit augmentation
by the maximum time fraction criterion for the provision of the guaranteed positioning precision when the position dilution
of precision is less than 6.
Based on the available experimental data on the costs of high-orbit spacecraft launch using upper-stage rockets, it is shown that
doubling the GLONASS grouping has lower costs than creating a global high-orbital satellite augmentation. The dual GLONASS
has a three times lower dispersion in positioning accuracy at different longitudes with the same latitude of the observation point
than the GLONASS with a high-orbital augmentation.
The paper proposes a method for augmentation of the GLONASS orbital constellation by using additional distance-measurement
maximum length sequences having a low cross-correlation with the current distance-measurement code.
Keywords: navigation spacecraft, geometric factor, orbital constellation, positioning, shading angle, maximum length sequence
Стр.1
4
С.И. ВАТУТИН, А.А.БИРЮКОВ, И. К. КУРКОВ
Основным направлением повышения точности
местоопределения в нормальных условиях и доступности
в сложных условиях наблюдения навигационных
космических аппаратов (НКА) является
наращивание орбитальной группировки (ОГ). В [1]
рассмотрены шестьвозможных вариантов модификации
системы ГЛОНАСС, причем только два из
них не затрагивают структуру существующей системы
ГЛОНАСС при наращивании ОГ за счет введения
по два и по четыре НКА на трех дополнительных
плоскостях. Проведенный в [1] анализ
результатов моделирования рассмотренных вариантов
модификации системы ГЛОНАСС показал, что
наилучшие характеристики доступности НКА имеет
вариант из тридцати шести спутников, получающийся
путем добавления в каждую из существующих
плоскостей четырех спутников с изменением
фазового сдвига между точками расположения
спутников по аргументу широты с 45 до 30◦.
Возникающие при этом изменения структуры ОГ
существующей системы вызывают большие сомнения,
поскольку система ГЛОНАСС является классической
большой системой, на которую давит груз
миллионов существующих пользователей. Поэтому
попытаемся рассмотретьальтернативные варианты
повышения точности системы ГЛОНАСС путем наращивания
группировки ее НКА, исходя из того
принципа, что наращивание численности НКА
в системе не должно затрагиватьсложившуюся
конфигурацию системы ГЛОНАСС из 24 НКА.
В настоящей работе рассмотрены два возможных
направления наращивания системы ГЛОНАСС
с целью улучшения точностных характеристик
в глобальном масштабе, а именно: создание второй
орбитальной группировки системы ГЛОНАСС
из дополнительных 24 навигационных космических
аппаратов (НКА) в трех промежуточных плоскостях
и создание высокоорбитального дополнения
системы ГЛОНАСС из 18 НКА с шестью трассами
на круговых геосинхронных наклонных орбитах
(КГСНО)потри НКА накаждойтрассе.
Вспомним, что первоначально каждому из
24 НКА ГЛОНАСС приписываласьсвоя литерная
несущая частота, отстоящая от соседних несущих
частот примерно на 0,5 МГц, причем на каждой из
24 несущих частот излучаласьв качестве дальномерногокодаоднаита
же М-последовательность
длиной 511 двоичных единиц с хорошими автокорреляционными
свойствами. Однако с развитием
международного сотрудничества количество литерных
несущих частот пришлосьсократить до двенадцати,
при этом противоположные НКА в одной
плоскости (антиподы) стали работатьна одной
и той же частоте. Наличие в системе антиподов
на одной частоте на работу наземных потребителей
никак не повлияло, однако возникли проблемы
интерференции сигналов НКА-антиподов для
КА-потребителей с высотами орбит свыше 209 км,
практическис опорнойорбитыивыше вплоть
до предельной для потребителя системы ГЛОНАСС
высоты в 2000 км. Эта проблема была успешно решена
за счет хороших автокорреляционных свойств
дальномерной М-последовательности. Однако в силу
дефицита частотного ресурса остался открытым
вопрос: где взятьдополнительные несущие частоты
для наращивания численности НКА в системе
ГЛОНАСС?
Поиски ответа на этот вопрос привели к кардинальному
решению: отказаться от многочастотного
принципа построения системы ГЛОНАСС
с одним дальномерным кодом для всех НКА
и перейти к одночастотному принципу построения
системы, как в системе GPS, с индивидуальным
дальномерным кодом для каждого НКА.
При этом весьма распространенным является мнение,
что произойдет переход от частотного разделения
каналов разных НКА в классической системе
ГЛОНАСС к кодовому разделению каналов
разных НКА на одной несущей частоте за счет
хороших взаимокорреляционных свойств сигналов,
как в системе GPS. Однако, строго говоря, в системе
ГЛОНАСС нет частотного разделения каналов.
Ведьпри разнесении несущих частот примерно
на 0,5 МГц полоса частот сигнала стандартной
точности (СТ) составляет порядка 1 МГц, а сигнала
высокой точности — порядка 5 МГц. Понятно,
что ни о каком классическом частотном разделении
каналов на полосовых фильтрах при структуре
сигналов системы ГЛОНАСС не может идти речи.
Разделение каналов в системе ГЛОНАСС происходит
исключительно за счет корреляционного приема
дальномерных сигналов. В сущности, осуществляется
прием в целом шумоподобного сигнала длиной
в одну миллисекунду. Получается, что ширина
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.2
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ДОПОЛНЕНИЙ СИСТЕМЫ ГЛОНАСС
5
Рис. 1. Схемы формирования существующего и дополнительного дальномерного кодов сигнала стандартной
точности ГЛОНАСС
спектра такого сигнала на выходе корреляционного
приемника составляет всего порядка двух килогерц.
Даже при наличии доплеровского сдвига на
10–15 кГц разнесение несущих частот на 0,5 МГц
делает сигналы разных НКА совершенно ортогональными,
за исключением НКА-антиподов, когда
разделение каналов двух НКА обеспечивается хорошими
автокорреляционными свойствами дальномерной
М-последовательности системы ГЛОНАСС
в условиях противоположного доплеровского сдвига
несущихчастот. Этисвойствасигналов системы
ГЛОНАСС имеют явные преимущества перед
совокупностью сигналов системы GPS, в которой
уровеньмежканальных помех возрастает пропорционально
количеству одновременно видимых
НКА.
Подобные рассуждения неизбежно приводят
к вопросу: «А почему бы не найти по крайней
мере еще одну М-последовательность длиной 511
с такими же хорошими автокорреляционными свойствами,
как у М-последовательности существующей
многочастотной системы ГЛОНАСС, и с хорошими
взаимокорреляционными свойствами этих
М-последовательностей для их кодового разделения?»
В результате поиска ответа на этот вопрос
М-последовательность с нужными свойствами
была найдена. Схемы формирования существующейивторой
М-последовательностиприведены
на рис. 1.
Существующий дальномерный код сигнала СТ
ГЛОНАСС представляет собой М-последовательностьдлины
511 и периода 1 мс, формируемую
9-разрядным регистром сдвига с отводной последовательностью
{5, 9}. Сдвиг в регистре выполняется
от ячейки с меньшим номером к ячейке
с большим номером. С периодичностью 1 раз
в 1 мс в регистр устанавливается начальное состояние
НС1 = 001111111. М-последовательность снимается
с последней ячейки регистра.
Дополнительный дальномерный код сигнала
СТ ГЛОНАСС предлагается использовать для
НКА с номерами от 25 до 48. Он отличаетсяот
существующегодальномерногокодатем,
что используются другие номера последовательности
отводов {2, 4, 7, 9} и другое начальное состояние
НС2 = 000011111 (оно выбирается произвольно).
Корреляционные
свойства этих двух дальномерных
кодов следующие:
– средний квадрат пика периодической взаимной
корреляционной функции (ВКФ) равен
−27,08 дБ (вычислено при одном отсчете на символ
дальномерного кода);
– максимальный квадрат пика периодической
ВКФ равен −23,8 дБ;
– максимальный квадрат бокового пика периодической
автокорреляционной функции (АКФ) равен
−54,17 дБ.
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.3
6
С.И. ВАТУТИН, А.А.БИРЮКОВ, И. К. КУРКОВ
Полученные взаимно корреляционные свойства
совпадают с известными свойствами кодов
Голда длины 511, а автокорреляционные свойства
совпадают с известными свойствами M-последовательностей.
Аналогичные
взаимно корреляционные свойства
могут бытьполучены с использованием любой
из последовательностей отводов, приведенных
в табл. 1. Это позволяет для КА-антиподов в дополнении
системы ГЛОНАСС выбратьразличные
возможные М-последовательности, что гарантирует
надежное разделение сигналов КА-антиподов на
одной несущей частоте.
Та б лиц а 1. Возможная последовательность отводов
для дополнительного дальномерного кода сигнала СТ
ГЛОНАСС
Вариант Количество отводов Последовательность
отводов
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
4
4
4
4
4
6
6
6
6
6
6
6
1, 4, 5, 9
3, 5, 6, 9
1, 2, 7, 9
2, 4, 7, 9
5, 6, 8, 9
1, 2, 4, 5, 7, 9
1, 3, 5, 6, 8, 9
2, 3, 5, 6, 8, 9
3, 4, 5, 7, 8, 9
1, 2, 6, 7, 8, 9
2, 3, 6, 7, 8, 9
2, 4, 6, 7, 8, 9
Для НКА с номерами от 25 до 48 предлагается
провести следующую модернизацию навигационного
сообщения ГЛОНАСС:
– количество кадров в суперкадре увеличить
от 5 до 10, чтобы передаватьв дополнительных
кадрах данные дополнительного альманаха;
– в каждом кадре выделить4 разряда (в 1-й
и 3-й строке), чтобы передаватьномер кадра;
– признаки модификации НКА (слова MA
и M) исключить, поскольку эти признаки в будущем
предположительно станут константами
и не будут нести смысловой нагрузки;
n
– разрядностьномера НКА в оперативной инn
и M).
формации и в альманахе (слова n и nA) увеличить
с 5 до 6 бит (за счет исключения слов MA
Теперьперейдем к сравнительной оценке
точностных характеристик существующей системы
ГЛОНАСС и ее модификаций с возможными
глобальными дополнениями, которые определяются
геометрическим фактором соответствующей
системы. Для оценки геометрического фактора
необходимо знатькоординаты потребителя и видимыхпотребителемНКА,причемвтопоцентрической
системе
координат. Поскольку для оценки геометрического
фактора не требуется высокой точности
расчетов, то для определения координат НКА будем
использовать модели движения КА в центральном
поле Земли, а при переходе к топоцентрическим
координатам учтем сжатие Земли с полюсов в соответствии
с моделью гравитационного поля Земли
(2, 0). Оценки получим с использованием имитационной
модели, подробно описанной в работе [2].
Систему ГЛОНАСС с дополнением на базе
второй М-последовательности из 24 аналогичных
НКА по 8 на каждой из трех дополнительных
плоскостей будем называтьГЛОНАСС-2М, а с дополнением
на круговых геосинхронных наклонных
орбитах (КГСНО) из 18 НКА по три на каждой
из шести трасс соответственно ГЛОНАСС-КГСНО.
Промоделировано два варианта орбитального построения
КГСНО: по шестьНКА в трех плоскостях
и по два НКА в девяти плоскостях с близкими результатами.
НКА
исходной системы ГЛОНАСС равномерно
размещены в трех плоскостях по 8 КА в каждой.
Аргументы широты соседних НКА системы
ГЛОНАСС в одной плоскости отличаются на 45◦.
НКА разных плоскостей системы ГЛОНАСС проходят
перигей равномерно во времени. Аргументы
широты последовательно проходящих перигей КА
ГЛОНАСС разных плоскостей отличаются на 15◦.
Промежуток времени между прохождениями перигея
КА в группировке ГЛОНАСС составляет
ΔTГЛп = TГЛ/24 = 40 544/24 = 1689,(3) с, где
TГЛ = 40 544 с — период обращения КА ГЛОНАСС.
В системе ГЛОНАСС-2М дополнительные три
плоскости по восходящему узлу поставлены посредине
между плоскостями исходной системы
ГЛОНАСС, а аргументы широты в плоскостях
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.4
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ДОПОЛНЕНИЙ СИСТЕМЫ ГЛОНАСС
7
Рис. 2. Орбитальное построение системы ГЛОНАСС
с дополнением 2М
сдвинуты на 7,5◦. Орбитальная структура системы
ГЛОНАСС-2М приведена на рис. 2.
Трассы подспутниковых точек высокоорбитального
дополнения КГСНО приведены на рис. 3.
Расчеты показывают идентичностьпоказателей качества
местоопределения с использованием этих
двух реализаций высокоорбитального дополнения
системы ГЛОНАСС.
Временные графики количества видимых НКА
и пространственного геометрического фактора
(ПГФ) для систем ГЛОНАСС, ГЛОНАСС-2М
и ГЛОНАСС-КГСНО на умеренно пересеченной
местности при маскирующих углах места 10◦ вНорильске
приведены на рис. 4 и 5 соответственно.
Уже из этих рисунков видно, что дополнения системы
ГЛОНАСС существенно повышают качество
работы глобальной навигационной системы.
В работе [2] в качестве критерия сравнения
«чистой» системы ГЛОНАСС с системой ГЛОНАСС
с региональным для России высокоэллиптическим
дополнением использован критерий видимости
не менее 4 НКА, поскольку в навигационной
литературе распространено мнение, что для местоопределения
по спутниковой навигации необходимо
видетькак минимум четыре НКА. Однако видимостьчетырех
НКА не гарантирует хорошую
точностьместоопределения. Достаточно взглянуть
на временные графики количества видимых НКА
на рис.6иПГФнарис.7для системы ГЛОНАСС
на сильно пересеченной местности (или
в сельской застройке) при маскирующих углах места
25◦ в Уссурийске, когда имеются промежутки
времени с четырьмя видимыми НКА. На этих
промежутках геометрический фактор резко возрастает
с единиц до 80–90, а в середине промежутков
времени с четырьмя видимыми НКА имеются
пики ПГФ, достигающие десятков и даже сотен
тысяч с соответствующим снижением точности
местоопределения. Для хорошей точности местоопределения
необходимо видетькак минимум пять
НКА. Поэтому в дальнейшем будем применять более
жесткий критерий гарантированной точности
местоопределения, использованный в работе [1],
когда ПГФ 6, и сравним системы по использованному
в работе [1] показателю доступности,
то естьдоле времени, когда ПГФ 6, которую будем
обозначатькак dT(ПГФ 6).
График зависимости доступности dT(ПГФ 6)
от маскирующего угла места или, что то же,
от угла возвышения зоны радиовидимости (ЗРВ),
для Уссурийска представлен на рис. 8. Уссурийск
выбран для примера потому, что его широта
(44◦ с.ш.) близка к широте 45◦,где, как показано
в работе [1], доступностьНКА системы ГЛОНАСС
наихудшая. График доступности от маскирующего
угла места для каждой системы имеет характерноезначениеугланачала
спада, когда доступность
dT(ПГФ 6) становится меньше единицы, и значение
угла обнуления, когда доступностьобращается
в ноль. По этим характерным значениям маскирующих
углов места исследуемые спутниковые
навигационные системы можно сравнитьв широкой
географии мест размещения наблюдателя.
Любопытно, что доступность dT(ПГФ 6)
не обладает симметрией относительно экваториальной
плоскости, но обладает симметрией относительно
центра Земли.
Характеристики доступности систем существенно
меняются от широты места наблюдения.
Из представленных на рис. 9 графиков доступности
систем ГЛОНАСС, ГЛОНАСС-2М и ГЛОНАССКГСНО
в Норильске видим, что в северных широтах
доступностьуказанных навигационных систем
гораздо выше, чем в средних широтах.
На рис. 10 приведены графики зависимости
максимального угла затенения систем ГЛОНАСС,
ГЛОНАСС-2М и ГЛОНАСС-КГСНО для ПГФ 6
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.5
8
С.И. ВАТУТИН, А.А.БИРЮКОВ, И. К. КУРКОВ
Рис. 3. Трассы подспутниковых точек высокоорбитального дополнения КГСНО
Рис. 4. Количество видимых НКА при маскирующих углах места 10◦ вНорильске
на 100% времени на широте Уссурийска (44◦ с. ш.)
в зависимости от долготы. Видим, что график показателя
качества местоопределения для системы
ГЛОНАСС имеет 17 провалов, которые в точности
соответствуют семнадцати горбам на графике
для системы двойной ГЛОНАСС-2М. Это свойство
систем ГЛОНАСС и ГЛОНАСС-2М объясняется,
по-видимому, тем, что, в соответствии с ИКД
[3, с. 50], интервал повторяемости трасс движения
НКА и зон радиовидимости НКА наземными средРАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.6
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ДОПОЛНЕНИЙ СИСТЕМЫ ГЛОНАСС
9
Рис. 5. Пространственный геометрический фактор при маскирующих углах места 10◦ вНорильске
Рис. 6. Количество видимых НКА при маскирующих углах места 25◦ вУссурийске
ствами составляет 17 витков (7 сут 23 ч 27 мин
28 с), а горбы и впадины на графиках показателей
качества жестко привязаны к трассам прохождения
НКА в силу синхронности их взаимного движения,
причем все 17 восходящих и 17 нисходящих трасс
идентичны (см. рис. 11).
Поскольку средняя скорость прецессии орбитальных
плоскостей составляет −0,59251 ·×
ки× 10−3 рад/сут [3, с. 49], то для конкретной точна
земной поверхности максимальное и минимальное
качество местоопределения в районе широты
45◦ будет повторяться через 2π/0, 59251 ·×
Ч 10−3/365/17 ≈ 1,7 года.
Отметим, что семнадцати горбам графиков
показателей качества местоопределения в системе
ГЛОНАСС-2М соответствуют 17 пересечений
восходящих и нисходящих трасс НКА системы
ГЛОНАССврайоне45◦.
К экватору нисходящие и восходящие трассы
системы ГЛОНАСС расходятся и на экваторе горбов
и впадин на графике показателя качества местоопределения
для системы ГЛОНАСС-2М будет
уже 34. Как показано на рис. 12, в промежутке
долгот от 120◦ до 140◦ в. д. на широте 44◦ Уссурийска
имеет местоодингорб, анаэкваторе —
двагорба,номеньшего размаха.
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.7
10
С. И.ВАТУТИН, А. А.БИРЮКОВ, И. К.КУРКОВ
Рис. 7. Пространственный геометрический фактор при маскирующих углах места 25◦ вУссурийске
Рис. 8. Графики зависимости доступности систем ГЛОНАСС, ГЛОНАСС-2М и ГЛОНАСС-КГСНО от маскирующего
угла места для Уссурийска (44◦ с. ш., 131◦ в. д.). Доля рабочего времени, когда ПГФ < 6. Статистика
за 266 ч
Рис. 9. Графики зависимости доступности систем ГЛОНАСС, ГЛОНАСС-2М и ГЛОНАСС-КГСНО от маскирующего
угла места для Норильска (69◦ с. ш., 87◦ в. д.). Доля рабочего времени, когда ПГФ < 6
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.8
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ДОПОЛНЕНИЙ СИСТЕМЫ ГЛОНАСС
11
Рис. 10. Графики зависимости максимального угла затенения систем ГЛОНАСС, ГЛОНАСС-2М и ГЛОНАССКГСНО
для ПГФ 6 на 100% времени на широте Уссурийска (44◦ с. ш.) в зависимости от долготы
Рис. 11. Трассы подспутниковых точек системы ГЛОНАСС
На графике показателя качества местоопределения
для системы ГЛОНАСС-КГСНО с высокоорбитальным
дополнением на круговой геосинхронной
орбите наблюдаются шестьгорбов и шестьвпадин
(см. рис. 10), соответствующих расположению
шести трассам подспутниковых точек высокоорбитального
сегмента системы, показанным на рис. 3.
Показателькачества местоопределения для системы
ГЛОНАСС+КГСНО изменяется в широких
пределах от системы простой ГЛОНАСС до системы
двойной ГЛОНАСС-2М.
Таким образом, высокоорбитальное дополнение
годится только для создания высококачественных
региональных навигационных систем и непригодно
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.9
12
С. И.ВАТУТИН, А. А.БИРЮКОВ, И. К.КУРКОВ
Рис. 12. Графики зависимости максимального угла затенения системы ГЛОНАСС-2М для ПГФ 6 на 100%
времени на широте Уссурийска (44◦ с. ш.) и на экваторе в зависимости от долготы
для глобальной навигационной системы. Что хорошо
для маленькой Японии, совершенно непригодно
для громадной России и мира в целом.
Величина размаха между минимумом и максимумом
показателя качества местоопределения рассматриваемых
систем на разных долготах в зависимости
от широты иллюстрируется рис. 13. Видим,
что система ГЛОНАСС-2М существенно улучшает
качество местоопределения по сравнению с существующей
системой ГЛОНАСС, но даже все
66 НКА исходной системы ГЛОНАСС и обоих
ее дополнений в совокупности не дают хорошего
качества местоопределения в горной местности
ивгородских условияхна100%времени при углах
затенения порядка 40◦. В этом плане интересно
будет рассмотретьхарактеристики системы тройной
ГЛОНАСС из 72 НКА.
На графиках систем ГЛОНАСС и ГЛОНАСС-2М
на рис. 13 в области широт 45◦ наблюдается
характерный спад характеристик качества
местоопределения, подмеченный еще в работе [1].
Объяснитьего можно пересечением на этих
широтахвосходящихи нисходящих трассНКА
ГЛОНАСС, причем расстояние между соответствующими
НКА пересекающихся трасс становится минимальным
(порядка 30–35 км). Для наземного наблюдателя
НКА этих трасс практически сливаются
в точку, что эквивалентно уменьшению числа видимых
НКА на единицу, чем и объясняется ухудшение
геометрического фактора и, как следствие, снижение
характеристик качества местоопределения.
В заключение оценим стоимостьразвертывания
второй группировки КА типа «ГЛОНАСС-М»
и создания высокоорбитального дополнения (ВОД)
к системе ГЛОНАСС на основании данных по ценам
за 2012 г., приведенных в работе [4]. При оценках
для простоты принято, что стоимостьНКА для
высокоорбитального дополнения та же, что и НКА
«ГЛОНАСС-М», хотя она должна бытьбольше уже
в силу того, что энергетический потенциал радиолинии
для геосинхронной орбиты примерно вчетверо
выше, чем для орбиты НКА ГЛОНАСС-М.
В табл. 2 приведены данные о стоимости единичного
запуска РН «Протон-М» с РБ «Бриз-М»
для государственного заказчика. В табл. 3 приведены
данные о стоимости развертывания второй
группировки с КА типа «ГЛОНАСС-М» при использовании
РН «Протон-М» с РБ «Бриз-М».
Принимаем, что цена КА для ВОД в серийном
исполнении будет равна цене КА «ГЛОНАСС-М».
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.10
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ДОПОЛНЕНИЙ СИСТЕМЫ ГЛОНАСС
13
Рис. 13. Графики зависимости разброса по долготе максимального угла затенения систем ГЛОНАСС,
ГЛОНАСС-2М и ГЛОНАСС-КГСНО для ПГФ 6 на 100% времени в зависимости от широты
Та б лиц а 2. Стоимостьединичного запуска РН «Протон-М» с РБ «Бриз-М»
РН «Протон-М» РБ «Бриз-М»
Цена, млн руб.
1380
436
обтекательдля РН и пусковые работы стоимостьзапуска
170
Головной
600
2586
Та б лиц а 3. Стоимостьразвертывания второй группировки с КА типа «ГЛОНАСС-М»
Стоимостьзапуска
КА
3КА
«ГЛОНАСС-М» «ГЛОНАСС-М»
Цена, млн руб.
846
2538
3 КА«ГЛОНАСС-М»
на РН «Протон-М»
сРБ«Бриз-М»
5124
Итоговая стоимость
развертывания второй
группировки с КА типа
«ГЛОНАСС-М»
при использовании РН
«Протон-М» с РБ «Бриз-М»
40 992
Та б лиц а 4. Стоимостьразвертывания высокоорбитального дополнения
1КА
ВОД
Цена, млн руб.
846
2КА
ВОД
1692
Стоимостьзапуска
2КАВОД
на РН «Протон-М»
сРБ«Бриз-М»
4278
Итоговая стоимостьразвертывания
высокоорбитального дополнения к системе
ГЛОНАСС при использовании РН «Протон-М»
сРБ«Бриз-М»(без учета цены ОКР)
38 502
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Предпусковые
Итоговая
Стр.11
14
С. И.ВАТУТИН, А. А.БИРЮКОВ, И. К.КУРКОВ
Принимаем, что на высокую орбиту будут выводиться
по два, а не три КА, как для орбиты
ГЛОНАСС, с использованием РН «Протон-М» с РБ
«Бриз-М».
В табл. 4 приведены данные о стоимости развертывания
высокоорбитального дополнения к системе
ГЛОНАСС при использовании РН «Протон-М»
с РБ «Бриз-М».
По данным [4], на ОКР по разработке КА
«ГЛОНАСС-К» и «ГЛОНАСС-М» было потрачено
14,0 млрд руб. Принимаем, что на разработку
каждого типа КА было потрачено по 7 млрд руб.
и как минимум столько же будет потрачено на
ОКР по разработке КА высокоорбитального дополнения
к системе ГЛОНАСС. Итоговая стоимость
создания высокоорбитального дополнения к системе
ГЛОНАСС при использовании РН «Протон-М»
с РБ «Бриз-М» с учетом цены ОКР составит
45 502 млн руб.
Таким образом, стоимостьсоздания высокоорбитального
дополнения к системе ГЛОНАСС как
минимум на 10% выше стоимости развертывания
второй группировки КА типа «ГЛОНАСС-М».
Итак, среди рассмотренных двух вариантов
повышения качества местоопределения более
предпочтительным является развертывание второй
группировки НКА типа «ГЛОНАСС-М».
Список литературы
1. Брагинец В.Ф., Мещеряков В.М., Сухой Ю. Г.Сравнение
вариантов построения орбитальной группировки
ГЛОНАСС в целях совершенствования ее структуры
для наблюдения навигационных спутников //
Космонавтика и ракетостроение, 2017, вып. 1(94).
C. 95–102.
2. Ватутин С. И. Оценка геометрического фактора для
наземного потребителя системы ГЛОНАСС с высокоэллиптическим
дополнением // Ракетно-космическое
приборостроение и информационные системы, 2016,
т. 3, вып. 3. C. 12–28.
3. Глобальная навигационная система ГЛОНАСС.
Интерфейсный контрольный документ. Навигационный
радиосигнал в диапазонах L1, L2 (ред. 5.1).
М., 2008.
4. Крылов А.М. Анализ космической деятельности Российской
Федерации в период с 2001 по 2013 годы.
C. 45. URL: http://mosspaceclub.ru/3part/a_krilov.htm,
дата обращения 25.10.2017.
References
1. Braginets V. F., Meshcheryakov V.M., Sukhoy Yu. G.
Sravnenie variantov postroeniya orbital’noy gruppirovki
GLONASS v tselyakh sovershenstvovaniya ee struktury
dlya nablyudeniya navigatsionnykh sputnikov
[Comparison of options for building of the GLONASS
orbital constellation in order to improve its structure
for observation of navigation satellites]. Kosmonavtika
i raketostroenie [Cosmonautics and rocket science],
2017, No. 1(94), pp. 95–102. (in Russian)
2. Vatutin S. I. Otsenka geometricheskogo faktora dlya
nazemnogo potrebitelya sistemy GLONASS s vysokoellipticheskim
dopolneniem [Estimation of Geometric
Factor for a User of GLONASS System with Highly
Elliptical Augmentation]. Raketno-kosmicheskoe priborostroenie
i informatsionnye sistemy [Rocket-Space
Device Engineering and Information Systems], 2016,
Vol. 3, No. 3, pp. 12–28. (in Russian)
3. Global’naya navigatsionnaya sistema GLONASS.
Interfeysnyy kontrol’nyy dokument. Navigatsionnyy
radiosignal v diapazonakh L1, L2 (redaktsiya 5.1)
[GLONASS Global Navigation System. Interface control
document. Navigation radio signal in the L1, L2
bands (revision 5.1)]. Moscow, 2008. (in Russian)
4. Krylov A.M. Analiz kosmicheskoy deyatel’nosti
Rossiyskoy Federatsii v period s 2001 po 2013 gody
[Analysis of space activities of the Russian Federation
in the period from 2001 to 2013]. p. 45.
Available at: http://mosspaceclub.ru/3part/a_krilov.htm
(in Russian).
РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ т. 4 вып. 4 2017
Стр.12