Бортовой информационно-навигационный комплекс КА «Глонасс-К»
Аннотация
В данной статье рассматривается целевое назначение, структура построения и принципы функционирования бортового информационно-навигационного комплекса (БИНК) космического аппарата (КА) «Глонасс-К».
Ключевые слова: Бортовой информационно-навигационный комплекс (БИНК), КА «Глонасс-К», спутниковая радионавигационная система (СРНС) ГЛОНАСС, L1SF/L1OF, L2SF/L2OF, L3OC
05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
Бортовой информационно-навигационный комплекс (БИНК) представляет собой интеграцию бортового источника навигационных сигналов (БИНС) с бортовой аппаратурой межспутниковых измерений (БАМИ) космического аппарата (КА) «Глонасс-М» и предназначен для установки на КА «Глонасс-К». БИНС решает целевую задачу спутниковой радионавигационной системы (СРНС) ГЛОНАСС – формирование и излучение навигационных радиосигналов. Основными задачами БАМИ является улучшение эфемеридного и частотно-временного обеспечения, а также снижение загрузки наземного комплекса управления (НКУ) СРНС ГЛОНАСС.
Интеграция двух систем БИНС и БАМИ в одну систему даёт следующие результаты:
- повышение точностных характеристик за счет лучшей синхронизации навигационных и межспутниковых радиосигналов;
- сокращение количества блоков формирования сигналов и управления.
Следует отметить, что при проектировании аппаратуры БИНК учитывалось два обстоятельства: работа БИНК в негерметичном отсеке космического аппарата и увеличенный срок активного существования, которые непосредственно влияют на выбор элементной базы, конструктивное исполнение и методы испытаний.
БИНК можно разделить на несколько подкомплексов:
1. Подкомплекс с частотным разделением (ПЧР), осуществляющий формирование и излучение навигационных радиосигналов с частотным разделением в диапазонах L1(1,6 ГГц), L2(1,25 ГГц), а именно сигналов с открытым доступом L1OF, L2OF и сигналов с санкционированным доступом L1SF, L2SF.
2. Подкомплекс с кодовым разделением (ПКР), осуществляющий формирование и излучение навигационного радиосигнала с кодовым разделением в диапазоне L3(1,2 ГГЦ), а именно сигнала с открытым доступом L3OC.
3. Подкомплекс межспутниковой радиолинии (ПМРЛ), осуществляющий прием, формирование и излучение информационно-измерительных радиосигналов межспутниковой радиолинии (МРЛ) в диапазонах частот 2202,4-2222,9 МГц. В перспективе после полной отработки МРЛ, функции НКУ орбитальной группировкой ГЛОНАСС будут сведены к минимуму.
На рис. 1 приведена структурная схема БИНК.
Блок цифрового управления (БЦУ), коммутаторы бортовой сети силовой (КБС-С) и маломощной аппаратуры (КБС-М), блок формирования синхросигналов (БФСС) являются общим для всех подкомплексов БИНК.
БЦУ предназначен для контроля и управления БИНК. Связь с бортовым комплексом управления космического аппарата осуществляет БЦУ.
КБС-С осуществляет коммутацию бортовой сети усилителей мощности, КБС-М – формирователей навигационных и межспутникового радиосигналов, блока формирования синхросигналов и радиоприемного устройства межспутниковой радиолинии.
БФСС предназначен для распределения опорных сигналов от бортового синхронизирующего устройства (БСУ) на подкомплексы БИНК для формирования несущих и модулирующих частот. Применение БФСС позволяет уменьшить разность задержек опорных сигналов, поступающих на подкомплексы с частотным, кодовым разделением и подкомплекс межспутниковой радиолинии до 0,5 нс, а также уменьшить количество связей с БСУ КА. Синхронность формируемых во всех диапазонах сигналов и стабильность привязки этих сигналов к сигналам БСУ является фактором, определяющим потенциальную точность навигационной системы.
Формирователь радиосигналов с частотным разделением (ФРС ЧР) состоит из двух приборов, конструктивно выполненных в виде моноблока: формирователя навигационных радиосигналов диапазона L1 и формирователя навигационных радиосигналов диапазона L2. Радиосигналы диапазонов L1 и L2 формируются на двух квадратурах, сдвинутых по фазе на 900. На одной квадратуре располагается сигнал с тактовой частотой ПСП 5,11 МГц, на другой – с тактовой частотой 0,511 МГц [4].
В формирователь радиосигналов с кодовым разделением (ФРС КР) входит формирователь навигационного радиосигнала диапазона L3. Радиосигнал диапазона L3 формируется на двух квадратурах, сдвинутых по фазе на 900. На одной квадратуре располагается информационная компонента сигнала, на другой – пилотная, предназначенная для оптимизации процедуры поиска сигнала.
Модулирующие сигналы представляют собой сумму по модулю 2 псевдослучайной последовательности и цифровой информации. Исключением является пилотный радиосигнал диапазона L3, который не модулирован данными.
На рис. 2 представлены спектральные характеристики навигационных радиосигналов частотных диапазонов L1, L2, L3, излучаемых БИНК КА «Глонасс-К». В перспективе БИНК будет оснащен аппаратурой формирования и излучения радиосигналов диапазонов L1 и L2 с кодовым разделением [1].
Приемоформирующее устройство межспутниковой радиолинии (ПФУ МРЛ) состоит из формирователя межспутникового радиосигнала и радиоприемного устройства. В радиоприемном устройстве производится измерение псевдоскорости и псевдодальности между КА системы ГЛОНАСС и выделение цифровой информации из принимаемого информационно-измерительного сигнала. Предварительное усиление радиосигналов, принимаемых по межспутниковой радиолинии, осуществляется во входном устройстве приемника (ВУП).
Усилители мощности (УМ) навигационных подкомплексов унифицированы и могут быть разбиты на две подгруппы:
1) Усилитель мощности диапазона L1, состоящий из четырех резервированных синфазных модулей усиления с режекторной фильтрацией для защиты радиоастрономической службы от внеполосных излучений БИНК в диапазоне 1,6 ГГц
2) Усилители мощности диапазонов L2 и L3, представляющие собой по два резервированных синфазных модуля усиления без фильтрации.
Суммирование мощности частотных диапазонов L1, L2, L3 производится в фазированной антенной решетке (ФАР).
Усилитель мощности межспутниковой радиолинии представляет собой моноблок, работающий на отдельную антенну.
В настоящее время проводятся летные испытания БИНК, которые должны подтвердить правильность основных инженерных решений, принятых при его разработке. Основные результаты проектирования, наземной экспериментальной отработки и летных испытаний будут учитываться при создании перспективного БИНК следующее поколения.
Рис. 1 – Структурная схема аппаратуры БИНК КА «Глонасс-К»
Рис. 2 – Спектральные характеристики навигационных радиосигналов частотных диапазонов L1, L2, L3
Литература
1) Концепция развития навигационных сигналов глобальной навигационной системы ГЛОНАСС. Издание второе, доработанное. Утвержденная начальником ГШ ВС РФ и руководителем Федерального космического агентства.
2) Интерфейсный контрольный документ (ИКД) ГЛОНАСС. Редакция 5.0 Москва 2002 г.
3) Интерфейсный контрольный документ (ИКД) ГЛОНАСС. Навигационный радиосигнал в диапазоне L3 с открытым доступом и кодовым разделением. Редакция 1. Москва 2011 г.
4) Инженерная записка. «Бортовой информационно-навигационный комплекс (БИНК)». Москва, ФГУП РНИИ КП 2007 г.