RU2181927C1

RU2181927C1 - Satellite radio navigation system

Info

Publication number: RU2181927C1
Application number: RU2001103628/09A
Authority: RU
Inventors: В.В. Мальцев; С.И. Миронов; Ю.М. Тарасов; А.С. Шавыкин
Original assignee: Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2002-04-27

Abstract

FIELD: rocket-space engineering. SUBSTANCE: system designed for rendering navigation support to ground, airspace, and space users of navigation information makes use of high-, medium- and low-altitude echelons of navigation space vehicles as well as certain versions of their formation in altitude and to inclined orbits which provides for high-precision location of coordinates of navigation information users using differential method for coordinate determination. EFFECT: enhanced survivability of orbital grouping of space vehicles and precision of users location in global scale. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано для навигационного обеспечения объектов - потребителей навигационной информации, находящихся на земной поверхности, в воздушном и околоземном космическом пространстве. The invention relates to the field of rocket and space technology and can be used for navigation support of objects - consumers of navigation information located on the earth's surface, in air and near-Earth space.

Известна радионавигационная система "Транзит" [1], использующая интегральный доплеровский метод определения координат местоположения потребителей навигационной информации и содержащая орбитальную группировку навигационных космических аппаратов (КА) на круговых полярных орбитах высотой 1100 км, наземные станции слежения, станции ввода данных, обсерваторию службы времени, вычислительный центр и аппаратуру потребителей навигационной информации. Known radio navigation system "Transit" [1], using the integrated Doppler method for determining the coordinates of the location of users of navigation information and containing an orbital grouping of navigation spacecraft (SC) in circular polar orbits 1100 km high, ground tracking stations, data entry stations, time service observatory, computer center and equipment of consumers of navigation information.

Реализованный в указанной системе интегральный доплеровский метод определения координат местоположения потребителя навигационной информации состоит в том, что интегрирование доплеровского смещения частоты колебаний, принятых за некоторый интервал времени аппаратурой потребителя от навигационного КА, позволяет определить разность расстояний от потребителя навигационной информации до двух положений навигационного КА, отделенных этим интервалом времени. Разность расстояний определяет гиперболоид вращения, пересечение которого с земной поверхностью образует одну из линий положения. Второе измерение разности расстояний дает вторую линию положения, пересечение которой с первой определяет координаты местоположения потребителя навигационной информации. The integrated Doppler method for determining the coordinates of the location of the navigation information consumer implemented in the indicated system consists in the fact that the integration of the Doppler shift of the oscillation frequency taken over a certain time interval by the consumer equipment from the navigation spacecraft makes it possible to determine the difference in the distances from the consumer of navigation information to two positions of the navigation spacecraft separated this time interval. The difference in distances determines the hyperboloid of rotation, the intersection of which with the earth's surface forms one of the position lines. The second measurement of the distance difference gives a second position line, the intersection of which with the first determines the coordinates of the location of the consumer of navigation information.

Основные недостатки системы "Транзит" состоят в том, что она не позволяет определять местоположение потребителя навигационной информации в реальном масштабе времени, а ее орбитальная группировка навигационных КА характеризуется низкой живучестью, так как все навигационные КА системы могут быть выведены из строя с помощью одного противоспутникового средства противника, расположенного, например, в районе одного из полюсов Земли и имеющего дальность поражающего действия порядка 1000-1500 км. The main disadvantages of the "Transit" system are that it does not allow to determine the location of the consumer of navigation information in real time, and its orbital grouping of navigation spacecraft is characterized by low survivability, since all navigation spacecraft of the system can be disabled using one anti-satellite means an enemy located, for example, in the region of one of the poles of the Earth and having a range of damaging action of the order of 1000-1500 km.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является дифференциальная спутниковая радионавигационная система "Навстар" [2,3] , содержащая (см. фиг.1) навигационные космические аппараты среднеорбитального эшелона 1 на круговых наклонных орбитах высотой 20183 км, центр управления системой 2, станцию закладки информации на космические аппараты 3, контрольные станции 4, центр управления КА 5, дифференциальные станции 6, и аппаратуру потребителей навигационной информации 7 и линии связи 8, 9, 10, 11, 12, 13 между ними. Closest to the technical nature of the claimed invention is a differential satellite navigation system "Navstar" [2,3], containing (see Fig. 1) navigation spacecraft of the mid-orbit echelon 1 in circular inclined orbits with a height of 20183 km, a control center for system 2, a station information bookmarks on spacecraft 3, control stations 4, spacecraft control center 5, differential stations 6, and equipment for consumers of navigation information 7 and communication lines 8, 9, 10, 11, 12, 13 between them.

Недостатками указанной дифференциальной спутниковой радионавигационной системы являются ее низкая живучесть при воздействии противника по среднеорбитальному эшелону навигационных КА и невозможность создания навигационно-временных полей повышенной точности в глобальном масштабе, а только лишь в районах размещения наземных дифференциальных станций, т.е. только на территории страны. The disadvantages of this differential satellite radio navigation system are its low survivability when exposed to the enemy in the mid-orbit echelon of navigation spacecraft and the inability to create navigation and time fields of increased accuracy on a global scale, but only in areas where the ground differential stations are located, i.e. only in the country.

Требуемый технический результат изобретения - повышение живучести орбитальной группировки навигационных КА и точности определения местоположения потребителей навигационной информации в глобальном масштабе. The required technical result of the invention is to increase the survivability of the orbital grouping of navigation spacecraft and the accuracy of determining the location of consumers of navigation information on a global scale.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая спутниковая радионавигационная система, содержащая навигационные КА среднеорбитального эшелона, центр управления системой, станцию закладки информации на космические аппараты, контрольные станции, центр управления КА, дифференциальные станции и аппаратуру потребителей навигационной информации, причем первые выходы контрольных станций и центра управления КА соединены с первым и вторым входами центра управления системой соответственно, выход которого соединен с входом станции закладки информации на КА, выход которой соединен радиолиниями с первыми входами бортовой аппаратуры k-ых навигационных КА среднеорбитального эшелона (k=1, К), первые выходы которых соединены радиолиниями с входами контрольных станций, дифференциальных станций и первым входом аппаратуры потребителей навигационной информации, вторые выходы бортовой аппаратуры k-ых навигационных КА среднеорбитального эшелона (k=1, К) соединены радиолиниями с входом центра управления КА, второй выход которого соединен радиолиниями со вторыми входами бортовой аппаратуры k-ых навигационных КА среднеорбитального эшелона (k=1, К), а выход дифференциальных станций соединен со вторым входом аппаратуры потребителей навигационной информации, дополнительно включает навигационные КА низкоорбитального и высокоорбитального эшелонов, КА-ретрансляторы на геостационарной орбите, причем первые выходы центра управления КА, контрольных станций и дифференциальных станций соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами центра управления системой, выход которой соединен с входом станции закладки информации на КА, выход которой соединен радиолиниями с первыми входами бортовой аппаратуры i-ых навигационных КА высокоорбитального эшелона (i=1, I), k-ых навигационных КА среднеорбитального эшелона (k=1, К) и n-ых КА-ретрансляторов на геостационарной орбите (n=1, N), выходы бортовой аппаратуры n-ых КА-ретрансляторов на геостационарной орбите (n=1, N) соединены радиолиниями с первыми входами бортовой аппаратуры j-ых навигационных КА низкоорбитального эшелона (j=1, J), второй выход центра управления КА соединен радиолиниями со вторыми входами бортовой аппаратуры i-ых навигационных КА высокоорбитального эшелона (i=1, I), k-ых навигационных КА среднеорбитального эшелона (k= 1, K) и j-ых навигационных КА низкоорбитального эшелона (j=1, J), первые выходы которых соединены радиолиниями с входом центра управления КА, вторые выходы бортовой аппаратуры i-ых навигационных КА высокоорбитального эшелона (i= 1, I) и k-ых навигационных КА среднеорбитального эшелона (k=1, К) соединены радиолиниями соответственно с первыми и вторыми входами дифференциальных станций и аппаратуры потребителей навигационной информации, третьими и четвертыми входами бортовой аппаратуры и j-ых навигационных КА низкоорбитального эшелона (j=1, J), вторые выходы бортовой аппаратуры k-ых навигационных КА среднеорбитального эшелона (k=1, К) соединены радиолиниями также с входом контрольных станций, третьи выходы бортовой аппаратуры k-ых навигационных КА среднеорбитального эшелона (k=1, К) соединены радиолиниями с пятыми входами бортовой аппаратуры и j-ых навигационных КА низкоорбитального эшелона (j= 1, J), вторые входы которой соединены радиолиниями с четвертым входом аппаратуры потребителей навигационной информации, при этом высокоорбитальный и среднеорбитальный эшелоны навигационных КА выполнены в виде совокупности навигационных КА, расположенных в нескольких орбитальных плоскостях по одному КА в каждой, причем наклонения орбитальных плоскостей и фазовый угол между КА, лежащими в соседних плоскостях, выбраны из условия максимизации минимального расстояния между сближающимися КА за весь период их обращения по орбитам, а высокоорбитальный эшелон навигационных КА размещен на круговых наклонных орбитах высотой более 100000 км. The specified technical result is achieved by the fact that the proposed satellite radio navigation system containing navigation satellites of the middle orbit echelon, a control center for the system, a station for bookmarking information on spacecraft, control stations, a control center for the spacecraft, differential stations and equipment for consumers of navigation information, the first outputs of control stations and The spacecraft control center is connected to the first and second inputs of the system control center, respectively, the output of which is connected to the input ohms of the information bookmark station on the spacecraft, the output of which is connected by radio lines to the first inputs of the on-board equipment of the k-th navigation spacecraft of the mid-orbit echelon (k = 1, K), the first outputs of which are connected by radio lines to the inputs of control stations, differential stations and the first input of navigation information consumer equipment , the second outputs of the on-board equipment of the k-th navigation spacecraft of the mid-orbit echelon (k = 1, K) are connected by radio lines to the input of the spacecraft control center, the second output of which is connected by radio lines to the second input the onboard equipment of the k-th navigation spacecraft of the middle orbit echelon (k = 1, K), and the output of the differential stations is connected to the second input of the equipment for consumers of navigation information, additionally includes navigation spacecraft of the low-orbit and high-orbit echelons, spacecraft-relays in geostationary orbit, with the first outputs the control center of the spacecraft, control stations and differential stations are connected respectively to the first, second and third outputs of the control center of the system, the output of which is connected to the input of information bookmark on the spacecraft, the output of which is connected by radio links to the first inputs of the on-board equipment of the i-th navigation spacecraft of the high-orbit echelon (i = 1, I), the k-th navigation spacecraft of the medium-orbit echelon (k = 1, K) and the n-th spacecraft repeaters in the geostationary orbit (n = 1, N), the outputs of the on-board equipment of the n-th spacecraft-repeaters in the geostationary orbit (n = 1, N) are connected by radio links to the first inputs of the on-board equipment of the j-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (j = 1, J), the second output of the spacecraft control center is connected by radio links to the second input the onboard equipment of the i-th navigation satellite of the high-orbit echelon (i = 1, I), the k-th navigation satellite of the middle-orbit echelon (k = 1, K) and the j-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (j = 1, J), the first outputs which are connected by radio lines to the input of the spacecraft control center, the second outputs of the onboard equipment of the i-th navigation spacecraft of the high-orbit echelon (i = 1, I) and the k-th navigation spacecraft of the middle-orbit echelon (k = 1, K) are connected by radio lines, respectively, to the first and second inputs differential stations and consumer navigation equipment information, the third and fourth inputs of the onboard equipment and the j-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (j = 1, J), the second outputs of the on-board equipment of the k-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (k = 1, K) are also connected by radio links to the input of the control stations , the third outputs of the onboard equipment of the k-th navigation spacecraft of the mid-orbit echelon (k = 1, K) are connected by radio links to the fifth inputs of the on-board equipment and the j-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (j = 1, J), the second inputs of which are connected by radio links to the fourth inputequipment of consumers of navigation information, while high-orbit and mid-orbit echelons of navigation spacecraft are made in the form of a set of navigation spacecraft located in several orbital planes, one spacecraft in each, and the inclination of the orbital planes and the phase angle between the spacecraft lying in adjacent planes are selected from the condition of maximization the minimum distance between the approaching spacecraft for the entire period of their revolution in orbits, and the high-orbit echelon of the navigation spacecraft is placed on circular oblique bit taller than 100,000 km.

Состав предлагаемой спутниковой радионавигационной системы представлен на фиг. 2. Навигационные КА среднеорбитального эшелона 1 предназначены для создания на земной поверхности, в воздушном и околоземном космическом пространстве навигационно-временного поля с заданными характеристиками, обеспечивающими возможность решения различных навигационно-временных задач потребителями навигационной информации, таких как определения координат местоположения потребителя и составляющих вектора скорости его движения в глобальном масштабе, а также для ретрансляции сообщений, поступающих со станции закладки информации на КА 3, на навигационные КА низкоорбитального эшелона 14. Среднеорбитальный эшелон навигационных КА 1 представляет собой многоплоскостную систему с одним навигационным КА в каждой из 18 наклонных плоскостей. Все орбиты круговые с высотой порядка 20000 км. Плоскости орбит разнесены по долготе восходящего узла на 20 град. друг относительно друга и наклонены к плоскости экватора на 55 град. Фазовый сдвиг по аргументу широты навигационных КА, лежащих в соседних орбитальных плоскостях увеличивается на 280 град. от одной плоскости к другой, лежащей восточное. При этом обеспечивается наблюдение в любой точке земной поверхности, воздушного и околоземного космического пространства одновременно не менее 5-ти навигационных КА среднеорбитального эшелона. Аппаратура навигационных КА среднеорбитального эшелона позволяет поддерживать высокую точность бортовой шкалы времени за счет использования цезиевых и рубидиевых стандартов частоты, записывать данные, поступающие из центра управления системой 2 для формирования навигационного сообщения, в процессор КА, корректировать бортовую шкалу времени по командам с Земли, формировать навигационные сообщения и излучать их в направлении потребителей навигационной информации, а также ретранслировать сообщения, поступающие из центра управления системой 2, на навигационные КА низкоорбитального эшелона 14. Навигационное сообщение каждого навигационного КА среднеорбитального эшелона 1 содержит информацию о точных отсчетах времени системы и точных координатах навигационного КА в эти моменты времени, что позволяет создать пространственное навигационно-временное поле с заданными характеристиками в глобальном масштабе. The composition of the proposed satellite radio navigation system is presented in FIG. 2. The navigation satellites of the mid-orbit echelon 1 are designed to create a navigational-temporal field on the earth’s surface, in the air and near-Earth outer space with predetermined characteristics, which make it possible to solve various navigational-temporal problems by consumers of navigational information, such as determining the coordinates of the consumer’s location and components of the velocity vector its movement on a global scale, as well as for relaying messages coming from the station bookmark information to K And 3, to the navigation satellites of the low-orbit echelon 14. The mid-orbit echelon of the navigation satellites 1 is a multi-plane system with one navigation satellites in each of the 18 inclined planes. All orbits are circular with a height of about 20,000 km. The orbital planes are separated by the longitude of the ascending node by 20 degrees. relative to each other and inclined to the equatorial plane by 55 degrees. The phase shift with respect to the latitude argument of the navigation spacecraft lying in neighboring orbital planes increases by 280 degrees. from one plane to another, lying east. At the same time, at least 5 navigation satellites of the mid-orbit echelon are observed at any point on the earth's surface, in the air and near-Earth outer space. The equipment of the navigation satellites of the mid-orbit echelon allows maintaining high accuracy of the onboard time scale by using cesium and rubidium frequency standards, recording the data coming from the control center of system 2 for generating a navigation message, into the spacecraft processor, adjusting the on-board time scale by commands from the Earth, and forming navigation messages and emit them in the direction of consumers of navigation information, as well as relay messages coming from the control center with system 2, to the navigation satellites of the low-orbit tier 14. The navigation message of each navigation satellites of the mid-orbit tier 1 contains information about the exact time counts of the system and the exact coordinates of the navigation satellites at these times, which allows you to create a spatial navigation-time field with the specified characteristics on a global scale.

Контрольные станции 4 предназначены для автоматического слежения за сигналами навигационных КА среднеорбитального эшелона 1 и сбора информации, необходимой для определения эфемерид и поправок к бортовому времени навигационных КА среднеорбитального эшелона 1 относительно времени системы. Контрольные станции 4 управляются непосредственно из центра управления системой 2, причем на каждой контрольной станции устанавливается высокоточная аппаратура потребителя навигационной информации, высокостабильный стандарт частоты с устройством формирования временной шкалы, датчики внешних (метеорологических) данных и процессор вычислителя с интерфейсом. Датчики внешних данных фиксируют метеорологическую информацию, которая используется в центре управления системой 2 для коррекции тропосферных погрешностей измеряемых навигационных параметров. Процессор вычислителя управляет сбором и накоплением всех данных и по запросу выдает их через интерфейс в центр управления системой 2. Control stations 4 are designed to automatically track the signals of the navigation satellites of the mid-orbit echelon 1 and collect information necessary to determine the ephemeris and corrections to the on-board time of the navigation satellites of the mid-orbit echelon 1 relative to the time of the system. The control stations 4 are controlled directly from the control center of the system 2, and at each control station, high-precision equipment for the consumer of navigation information, a highly stable frequency standard with a timeline forming device, external (meteorological) data sensors and a computer processor with an interface are installed. External data sensors record meteorological information, which is used in the control center of system 2 to correct tropospheric errors of measured navigation parameters. The processor of the calculator controls the collection and accumulation of all data and, upon request, issues them through the interface to the control center of the system 2.

Центр управления системой 2 предназначен для сбора и обработки данных, поступающих от контрольных станций 4, необходимых для вычисления прогнозируемых эфемерид и параметров модели бортовых часов навигационных КА среднеорбитального эшелона 1, сбора и обработки данных, поступающих от наземного эшелона дифференциальных станций 6, необходимых для вычисления прогнозируемых эфемерид навигационных КА высокоорбитального эшелона 15 с использованием метода фазовой интерферометрии со сверхдлинными базами, а также для определения высокоточных поправок к измеренным псевдодальностям до навигационных КА среднеорбитального эшелона 1 и высокоорбитального 15 эшелонов с использованием метода вычисления первой и второй разностей псевдодальностей до навигационных КА. Центр управления системой 2 вырабатывает также сообщения для каждого навигационного КА системы и через станцию закладки информации на КА 3 записывает их в процессоры навигационных КА. The control center of system 2 is designed to collect and process data from control stations 4, necessary to calculate the predicted ephemeris and model parameters of the onboard clock of the navigation satellites of the mid-orbit echelon 1, to collect and process data from the ground-level echelon of differential stations 6, necessary to calculate the predicted ephemeris of navigation satellites of a high-orbit echelon 15 using the phase interferometry method with extra-long bases, as well as for the determination of high-precision mandrels to the measured pseudorange to the navigation spacecraft of the mid-orbit echelon 1 and high-orbit 15 echelons using the method of calculating the first and second differences of the pseudorange to the navigation spacecraft. The control center of the system 2 also generates messages for each navigation satellite of the system and through the station bookmarks information on the satellite 3 writes them to the processors of the navigation satellite.

Станция закладки информации на КА 3 предназначена для закладки в процессоры навигационных КА системы сообщений, поступающих из центра управления системой 2, причем закладка сообщений их в процессоры навигационных КА низкоорбитального эшелона 14 осуществляется станцией закладки информации на КА 3 через навигационные КА среднеорбитального эшелона 1 или КА-ретрансляторы на геостационарной орбите 16. The station for bookmarking information on spacecraft 3 is designed to bookmark the processors of the navigation spacecraft of the message system coming from the control center of system 2, and the bookmarking of their messages in the processors of the navigation spacecraft of the low orbit tier 14 is carried out by the station for the bookmarking information on the spacecraft 3 through the navigation spacecraft of the middle orbital tier 1 or geostationary orbit repeaters 16.

Центр управления КА 5 предназначен для резервной закладки в процессоры навигационных КА системы сообщений, поступающих из центра управления системой 2, в случае неисправности станции закладки информации на КА 3, а также для закладки рабочих программ на навигационные КА системы и управления их работой. The control center of the spacecraft 5 is designed to back up to the processors of the navigation spacecraft of the message system coming from the control center of the system 2, in the event of a malfunction of the station, the bookmark information on the spacecraft 3, as well as to book work programs on the navigation spacecraft of the system and control their work.

Дифференциальные станции 6 предназначены для приема сигналов навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, выделения из них навигационных сообщений, измерения радионавигационных параметров (псевдодальностей до навигационных КА), обработки полученных данных с целью определения поправок к измеренным псевдодальностям до навигационных КА, необходимых для коррекции ошибок определения координат местоположения потребителей навигационной информации, вызванных погрешностями в определении прогнозируемых эфемерид навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов и уходом их бортовых шкал времени относительно времени системы, и передачи этих поправок в аппаратуру потребителей навигационной информации 7. Дифференциальные станции 6 передают также измеренные псевдодальности до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов в центр управления системой 2 для определения текущих эфемерид навигационных КА высокоорбитального эшелона 15 методом фазовой интерферометрии со сверхдлинными базами, вычисления их прогнозируемых эфемерид и для определения высокоточных поправок к измеренным псевдодальностей до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов с использованием метода вычисления первой и второй разности псевдодальностей до навигационных КА. Местоположение каждой дифференциальной станции на местности определено с точностью порядка долей метра с использованием методов топогеодезии, причем наземный эшелон дифференциальных станций 6 реализуется на базе передающих радионавигационных станций сверхдлинноволнового (СДВ) диапазона типа "Лоран-С", что позволяет осуществлять передачу поправок к измеренным псевдодальностям до навигационных КА в длинноволновом (ДВ) диапазоне до всех потребителей навигационной информации, в том числе и тех, которые находятся вне зоны прямой видимости дифференциальной станции. На каждой дифференциальной станции устанавливается высокоточная аппаратура потребителей навигационной информации, высокостабильный стандарт частоты с устройством формирования временной шкалы, процессор вычислителя и радиопередающее устройство. Аппаратура потребителей навигационной информации принимает сигналы навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, выделяет из них навигационные сообщения и измеряет псевдодальности до навигационных КА. Процессор вычислителя на основании точно известного местоположения дифференциальной станции и измеренных псевдодальностей до навигационных КА определяет погрешности в измеренных псевдодальностях до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов и через радиопередающее устройство ДВ диапазона передает эти поправки к измеренным псевдодальностям потребителям навигационной информации. Измеренные псевдодальности до навигационных КА с дифференциальных станций 6 поступают в центр управления системой 2, где методом фазовой интерферометрии со сверхдлинными базами [4] определяются текущие эфемериды навигационных КА высокоорбитального эшелона 15, вычисляются их прогнозируемые эфемериды и закладываются в процессоры эфемериды навигационных КА высокоорбитального эшелона 15. Кроме того, измеренные псевдодальности до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, переданные с дифференциальных станций 6 в центр управления системой 2, используются для высокоточного определения текущих эфемерид этих КА методом вычисления первой и второй разности псевдодальностей до навигационных КА [5] и вычисления поправок к измеренным псевдодальностям до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, которые закладываются в процессоры эфемериды навигационных КА низкоорбитального эшелона 14. Differential stations 6 are designed to receive signals from navigation satellites of the middle orbit 1 and high orbit 15 echelons, extract navigation messages from them, measure radio navigation parameters (pseudorange to navigation satellites), process the received data in order to determine corrections to the measured pseudoranges to navigation satellites necessary for error correction determining the coordinates of the location of consumers of navigation information caused by errors in determining the predicted ephemeris navigation satellites of the middle orbit 1 and high orbit 15 echelons and the departure of their onboard time scales relative to the system time, and transferring these corrections to the equipment of consumers of navigation information 7. Differential stations 6 also transmit the measured pseudorange to the navigation satellites of the middle orbit 1 and high orbit 15 echelons to the control center of system 2 to determine the current ephemeris of the navigation satellites of the high-altitude echelon 15 by the method of phase interferometry with extra-long bases, calculating their predicted ephemeris and for determining high-precision corrections to the measured pseudoranges to the navigation satellites of the mid-orbital 1 and high-orbit 15 echelons using the method of calculating the first and second difference of the pseudoranges to the navigation satellites. The location of each differential station on the terrain is determined with an accuracy of the order of fractions of a meter using topographic surveying methods, and the ground-level echelon of differential stations 6 is implemented on the basis of transmitting radio navigation stations of the ultra-long-wave (SDV) range of the Loran-S type, which allows the transmission of corrections to the measured pseudorange up to navigation satellites in the long wavelength (LW) range to all consumers of navigation information, including those that are outside the direct-visible zone and differential stations. At each differential station, high-precision equipment for consumers of navigation information, a highly stable frequency standard with a timeline forming device, a computer processor, and a radio transmitting device are installed. The equipment for consumers of navigation information receives signals from navigation satellites of the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons, extracts navigation messages from them, and measures pseudorange to navigation satellites. Based on the exact location of the differential station and the measured pseudoranges to the navigation satellites, the processor of the calculator determines the errors in the measured pseudoranges to the navigation satellites of the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons and transmits these corrections to the measured pseudo-ranges to the consumers of navigation information via the DV transmitting device. The measured pseudoranges to the navigation spacecraft from differential stations 6 go to the control center of system 2, where the phase ephemeris of the navigation spacecraft of the high-orbit echelon 15 are determined by phase interferometry with ultra-long bases [4], their predicted ephemeris are calculated, and the ephemeris of the navigation ephemeris of the spacecraft of the high-altitude echelon 15 are calculated. In addition, the measured pseudorange to the navigation satellites of the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons transmitted from the differential stations 6 to the control center of system 2, they are used for high-precision determination of the current ephemeris of these spacecraft by calculating the first and second difference of pseudorange to navigation spacecraft [5] and calculating the corrections to the measured pseudorange to navigation spacecraft of medium orbit 1 and high orbit 15 echelons, which are placed in the ephemeris processors of navigation spacecraft low orbit echelon 14.

Аппаратура потребителей навигационной информации 7 предназначена для приема сигналов навигационных КА системы и дифференциальных станций 6 с целью выделения из них навигационных сообщений, измерения радионавигационных параметров (псевдодальностей до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов) и поправок к измеренным псевдодальностям, обработки результатов измерений для определения координат местоположения потребителя навигационной информации и составляющих вектора скорости его движения, а также поправок по скорости и по частоте к местному хранителю времени и опорному генератору. The equipment for consumers of navigation information 7 is designed to receive signals from navigation satellite systems and differential stations 6 with the aim of extracting navigation messages from them, measuring radio navigation parameters (pseudorange to navigation satellites of medium orbit 1 and high orbit 15 echelons) and corrections to measured pseudoranges, processing measurement results to determine coordinates of the location of the consumer of navigation information and the components of the vector of speed of its movement, as well as corrections to the speed and frequency to the local custodian of time and reference oscillator.

Навигационные КА низкоорбитального эшелона 14 предназначены для навигационного оборудования ближнего космоса с целью повышения прецезионности навигационного поля, создаваемого навигационными КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, в глобальном масштабе, чего нельзя достичь использованием только наземных дифференциальных станций. Низкоорбитальный эшелон навигационных КА 14 представляет собой многоплоскостную систему с одним навигационным КА в каждой из 27 наклонных орбитальных плоскостей. Все орбиты круговые с высотой порядка 1300 км. Плоскости орбит разнесены по долготе восходящего узла на 13,33 град. друг относительно друга и наклонены к плоскости экватора на 58,2 град. Фазовый сдвиг по аргументу широты навигационных КА, лежащих в соседних орбитальных плоскостях увеличивается на 240 град. от одной плоскости к другой, лежащей восточное. При этом обеспечивается наблюдение в любой точке земной поверхности, воздушного и околоземного космического пространства одновременно не менее 2-х навигационных КА низкоорбитального эшелона 14. На каждом таком КА установлены высокоточная аппаратура потребителя навигационной информации, высокостабильный стандарт частоты с устройством формирования временной шкалы, процессор вычислителя и радиопередающее устройство. Аппаратура потребителя навигационной информации, представляющая собой мультиплексный приемник навигационных сообщений, предназначена для приема сигналов всех навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, находящихся в зоне радиовидимости навигационного КА низкоорбитального эшелона, с целью выделения из них навигационных сообщений, измерения псевдодальностей до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов и определения координат местоположения навигационного КА низкоорбитального эшелона на орбите, составляющих вектора скорости его движения, а также поправок по времени и по частоте к бортовому хранителю времени и опорному генератору с учетом поправок к измеренным псевдодальностям до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, поступающих из центра управления системой 2. Процессор вычислителя на основании известных текущих эфемерид навигационного КА низкоорбитального эшелона рассчитывает его прогнозируемые эфемериды на весь последующий виток по орбите. Высокоточное определение местоположения навигационных КА низкоорбитального эшелона 14 на орбите позволяет использовать их в качестве орбитальных дифференциальных станций, для чего аппаратура потребителя навигационной информации, расположенная на навигационном КА низкоорбитального эшелона, принимает сигналы навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, выделяет из них навигационные сообщения и измеряет псевдодальности до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов. Процессор вычислителя на основании точно известного положения на орбите навигационного КА низкоорбитального эшелона и измеренных псевдодальностей до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов определяет погрешности в измеренных псевдодальностях и через радиопередающее устройство передает поправки к измеренным псевдодальностям до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов в аппаратуру потребителей навигационной информации 7, находящихся в зоне радиовидимости навигационного КА низкоорбитального эшелона. Таким образом, использование навигационных КА низкоорбитального эшелона в качестве орбитальных дифференциальных станций позволяет повысить прецезионность навигационного поля, создаваемого среднеорбитальным 1 и высокоорбитальным 15 эшелонами навигационных КА, в глобальном масштабе. The navigation satellites of the low-orbit echelon 14 are intended for navigation equipment of near space with the aim of increasing the precision of the navigation field created by the navigation satellites of the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons on a global scale, which cannot be achieved using only ground-based differential stations. The low-orbit echelon of the navigation spacecraft 14 is a multi-plane system with one navigation spacecraft in each of the 27 inclined orbital planes. All orbits are circular with a height of about 1300 km. The orbital planes are separated in longitude of the ascending node by 13.33 degrees. relative to each other and tilted to the equatorial plane at 58.2 degrees. The phase shift with respect to the latitude argument of the navigation spacecraft lying in adjacent orbital planes increases by 240 degrees. from one plane to another, lying east. At the same time, at least 2 navigation satellites of the low-orbit echelon 14 are monitored at any point on the earth’s surface, in the air and near-Earth space 14. At each of these satellites, high-precision equipment for the consumer of navigation information, a highly stable frequency standard with a timeline forming device, a computer processor, and radio transmitting device. The navigation information consumer equipment, which is a multiplex receiver of navigation messages, is designed to receive signals from all navigation satellites of the mid-orbit 1 and high orbit 15 echelons located in the radio-visibility zone of the navigation satellites of the low orbit echelon, with the aim of extracting navigation messages from them, measuring pseudorange to navigation satellites of the middle orbit 1 and high-orbit 15 echelons and determining the coordinates of the location of the navigation spacecraft low-orbit about the echelon in orbit constituting the velocity vector of its movement, as well as the corrections in time and frequency to the on-board time keeper and the reference generator, taking into account the corrections to the measured pseudo-ranges to the navigation satellites of the average orbital 1 and high-orbit 15 echelons coming from the control center of the system 2. Processor the calculator, based on the known current ephemeris of the navigation spacecraft of the low-orbit echelon, calculates its predicted ephemeris for the entire subsequent orbit. High-precision location of the navigation satellites of the low-orbit echelon 14 in orbit makes it possible to use them as orbital differential stations, for which the navigation information consumer equipment located on the navigation satellites of the low-orbit echelon receives signals from navigation satellites of the middle orbit 1 and high-orbit 15 echelons, extracts navigation messages and measures pseudorange to navigation satellites of the mid-orbital 1 and high-orbital 15 echelons. Based on the exact known orbital position of the low-orbit echelon navigation satellite and measured pseudoranges to the mid-orbital 1 and high-orbital 15 echelons, the processor of the calculator determines the errors in the measured pseudo-ranges and transmits corrections to the measured pseudo-ranges to the high-orbital 1 and 15 orbital 1 navigation orbital satellites through a radio transmitter consumers of navigation information 7 located in the radio visibility zone of the navigation A LEO tier. Thus, the use of low-orbit echelon navigation satellites as orbital differential stations makes it possible to increase the precision of the navigation field created by the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons of navigation satellites on a global scale.

Навигационные КА высокоорбитального эшелона 15 предназначены для создания на земной поверхности, в воздушном и околоземном космическом пространстве навигационно-временного поля с заданными характеристиками, обеспечивающими возможность решения различных навигационно-временных задач потребителями навигационной информации, таких как определения координат местоположения потребителя и составляющих вектора скорости его движения в глобальном масштабе, в случае вывода из строя полностью или частично среднеорбитального эшелона навигационных КА 1. Высокоорбитальный эшелон навигационных КА 15 представляет собой многоплоскостную систему с одним навигационным КА в каждой из 13-ти наклонных орбитальных плоскостей. Все орбиты круговые с высотой порядка 200000 км. Плоскости орбит разнесены по долготе восходящего узла на 27,51 град. друг относительно друга и наклонены к плоскости экватора на 57,64 град. Фазовый сдвиг по аргументу широты навигационных КА, лежащих в соседних орбитальных плоскостях увеличивается на 137,6 град. от одной плоскости к другой, лежащей восточнее. При этом обеспечивается наблюдение в любой точке земной поверхности, воздушного и околоземного космического пространства одновременно не менее 5-ти навигационных КА высокоорбитального эшелона 15. Аппаратура навигационного КА высокоорбитального эшелона позволяет поддерживать высокую точность бортовой шкалы времени за счет использования цезиевых и рубидиевых стандартов частоты, записывать данные, поступающие из центра управления системой 2 для формирования навигационного сообщения, в процессор КА, корректировать бортовую шкалу времени по командам с Земли, формировать навигационные сообщения и излучать их в направлении потребителей навигационной информации, а также определять положение на орбите навигационного КА высокоорбитального эшелона по астроориентирам с использованием бортовых астродатчиков, в случае вывода из строя наземного комплекса управления или при функционировании навигационного КА высокоорбитального эшелона в режиме радиомолчания. Навигационное сообщение каждого навигационного КА высокоорбитального эшелона содержит информацию о точных отсчетах времени системы и точных координатах навигационного КА в эти моменты времени, что позволяет создать пространственное навигационно-временное с заданными характеристиками в глобальном масштабе. High-orbit echelon 15 navigation satellites are designed to create a navigational-temporal field on the earth’s surface, in the air and near-Earth outer space with given characteristics that provide the possibility of solving various navigational-temporal problems by users of navigational information, such as determining the coordinates of the consumer’s location and the components of the velocity vector of his movement on a global scale, in the event of a failure of the fully or partially mid-orbit navigation layer spacecraft 1. The high-orbit echelon of navigation spacecraft 15 is a multi-plane system with one navigation spacecraft in each of 13 inclined orbital planes. All orbits are circular with a height of about 200,000 km. The orbit planes are separated by the longitude of the ascending node at 27.51 degrees. relative to each other and inclined to the equatorial plane at 57.64 degrees. The phase shift with respect to the latitude argument of the navigation spacecraft lying in adjacent orbital planes increases by 137.6 degrees. from one plane to another, lying east. At the same time, at least 5 navigation satellites of the high-orbit echelon 15 can be observed at any point on the earth’s surface, air and near-Earth space 15. The equipment of the navigation high-altitude echelon satellites can maintain high accuracy of the onboard time scale by using cesium and rubidium frequency standards, record data coming from the control center of system 2 to form a navigation message to the spacecraft processor, adjust the on-board time scale by commands from the Earth, to generate navigation messages and emit them in the direction of consumers of navigation information, as well as to determine the position in orbit of the navigation satellite of the high-altitude echelon according to astro-sensors using on-board astro sensors, in case of failure of the ground-based control system or when the navigation spacecraft of the high-orbit echelon in radio silence mode. The navigation message of each navigation spacecraft of the high-orbit echelon contains information about the exact time counts of the system and the exact coordinates of the navigation spacecraft at these points in time, which allows you to create a spatial navigation-time with the specified characteristics on a global scale.

Космические аппараты-ретрансляторы на геостационарной орбите 16 предназначены для закладки в процессоры навигационных КА низкоорбитального эшелона 14 сообщений, поступающих через станцию закладки информации на космические аппараты 3 из центра управления системой 2, и представляют собой спутниковую систему, состоящую из двух КА-ретрансляторов, расположенных на геостационарной орбите и максимально разнесенных друг относительно друга при условии их одновременного наблюдения со станции закладки информации на космические аппараты 3. Repeater spacecraft in geostationary orbit 16 are intended for laying into the processors of navigation spacecraft low-echelon echelon 14 messages coming through the station for bookmarking information to spacecraft 3 from the control center of system 2, and are a satellite system consisting of two spacecraft repeaters located on geostationary orbit and maximally spaced relative to each other under the condition of their simultaneous observation from the station to bookmark information on spacecraft 3.

Линии связи 8 между навигационными КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов с одной стороны и контрольными станциями 4, дифференциальными станциями 6, навигационными КА низкоорбитального эшелона 14 и аппаратурой потребителей навигационной информации 7 с другой стороны предназначены для передачи навигационных сигналов и представляют собой радиолинии, работающие на двух несущих частотах L1=1575 МГц и L2=1227,6 МГц. Communication lines 8 between navigation satellites of the middle orbit 1 and high orbit 15 echelons on the one hand and control stations 4, differential stations 6, navigation satellites of the low orbit echelon 14 and equipment of consumers of navigation information 7 on the other hand are designed to transmit navigation signals and are radio links operating on two carrier frequencies L1 = 1575 MHz and L2 = 1227.6 MHz.

Линии связи 9 между станцией закладки информации на КА 3 с одной стороны и КА-ретрансляторами на геостационарной орбите 16, навигационными КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов с другой стороны предназначены для закладки данных в процессоры навигационных КА системы и представляют собой радиолинии, работающие в диапазоне частот S1=1750-1850 МГц. The communication lines 9 between the information bookmark station on the spacecraft 3 on the one hand and satellite transponders in the geostationary orbit 16, the navigation satellites of the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons, on the other hand, are designed to store data in the processors of the navigation spacecraft of the system and represent radio links operating in the range frequencies S1 = 1750-1850 MHz.

Линии связи 10 между центром управления КА 5 с одной стороны и навигационными КА низкоорбитального эшелона 14, среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов с другой стороны предназначены для резервной закладки сообщений в процессоры навигационных КА системы и представляют собой радиолинии, работающие в диапазоне частот S1=1750-1850 МГц. Communication lines 10 between the control center of the spacecraft 5 on the one hand and the navigation spacecraft of the low-orbit echelon 14, the medium-orbit 1 and high-orbit 15 echelons on the other hand are designed to back up messages to the processors of the navigation spacecraft of the system and are radio links operating in the frequency range S1 = 1750- 1850 MHz.

Линии связи 11 между навигационными КА низкоорбитального эшелона 14, среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов с одной стороны и центром управления КА 5 с другой стороны предназначены для приема данных с навигационных КА системы и представляют собой радиолинии, работающие в диапазоне частот S2=2200-2300 МГц. The communication lines 11 between the navigation satellites of the low-orbit echelon 14, mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons on the one hand and the control center of the spacecraft 5 on the other hand are designed to receive data from the navigation satellites of the system and are radio links operating in the frequency range S2 = 2200-2300 MHz .

Линии связи 12 между дифференциальными станциями 6 и аппаратурой потребителей навигационной информации 7 предназначены для передачи поправок к измеренным псевдодальностям до навигационных КА и представляют собой радиолинии, работающие в СДВ диапазоне. Communication lines 12 between differential stations 6 and equipment of consumers of navigation information 7 are intended for transmitting corrections to the measured pseudo-ranges to navigation spacecraft and are radio links operating in the SDV range.

Линии связи 13 между центром управления системой с одной стороны и станции закладки информации на космические аппараты 3, контрольными станциями 4, между центром управления КА 5 и дифференциальными станциями 6 с другой стороны предназначены для обмена данными, передачи команд управления и представляют собой стандартные каналы передачи данных. Communication lines 13 between the system control center on the one hand and the information bookmark station for spacecraft 3, control stations 4, between the spacecraft control center 5 and differential stations 6 on the other hand are designed for data exchange, transmission of control commands and represent standard data transmission channels .

Линии связи 17 между навигационными КА среднеорбитального эшелона 1, КА-ретрансляторами на геостационарной орбите 16 с одной стороны и навигационными КА низкоорбитального эшелона 14 с другой стороны предназначены для закладки данных в процессоры навигационных КА низкоорбитального эшелона 14, поступающих из центра управления системой 2 через станцию закладки информации на КА 3, и представляют собой радиолинии, работающие в диапазоне частот S1=1750-1850 МГц. The communication lines 17 between the navigation satellites of the middle orbit echelon 1, the spacecraft-relays in the geostationary orbit 16 on the one hand and the navigation satellites of the low-orbit echelon 14 on the other hand are designed to store data into the processors of the navigation satellites of the low-orbit echelon 14, coming from the control center of the system 2 through the bookmark station information on the spacecraft 3, and are radio links operating in the frequency range S1 = 1750-1850 MHz.

Линия связи 18 между навигационными КА низкоорбитального эшелона 14 и аппаратурой потребителей навигационной информации 7 предназначена для передачи поправок к измеренным псевдодальностям до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов и представляет собой радиолинию, работающую на несущей частоте L1=1575,42 МГц. The communication line 18 between the navigation satellites of the low-orbit echelon 14 and the equipment of consumers of navigation information 7 is intended to transmit corrections to the measured pseudorange to the navigation satellites of the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons and is a radio link operating at a carrier frequency L1 = 1575.42 MHz.

Взаимосвязь элементов спутниковой радионавигационной системы показана на фиг. 2. Центр управления системой 2 осуществляет обмен данными по линиям связи 13 с контрольными станциями 4, центром управления КА 5 и дифференциальными станциями 6. Выход центра управления системой 2 через линию связи 13 подключен к входу станции закладки информации на КА 3, выход которой через линии связи 9 подключен к входам бортовой аппаратуры КА-ретрансляторов на геостационарной орбите 16 и первым входам бортовой аппаратуры навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов. Выход центра управления КА 5 через линии связи 10 подключен ко вторым входам бортовой аппаратуры навигационных КА низкоорбитального эшелона 14, среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, а ее первые выходы через линии связи 11 подключены к входу центра управления КА 5. Вторые входы бортовой аппаратуры навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов через линии связи 8 подключены к первому и второму входам дифференциальных станций 6, первому и второму входам аппаратуры потребителей навигационной информации 7, к третьему и четвертому входам бортовой аппаратуры навигационных КА низкоорбитального эшелона 14. Вторые выходы бортовой аппаратуры навигационных КА среднеорбитального эшелона 1 через линию связи 8 подключены также к входу контрольных станций 4. Выход дифференциальных станций 6 через линию связи 12 подключен к третьему входу аппаратуры потребителей навигационной информации 7. Выходы бортовой аппаратуры КА-ретрансляторов на геостационарной орбите 16 и третьи выходы бортовой аппаратуры навигационных КА среднеорбитального эшелона 1 через линию связи 17 подключены соответственно к первым и пятым входам бортовой аппаратуры навигационных КА низкоорбитального эшелона 14, вторые выходы которой через линию связи 18 подключены к четвертому входу аппаратуры потребителей навигационной информации 7. The interconnection of the elements of the satellite radio navigation system is shown in FIG. 2. The control center of system 2 exchanges data on the communication lines 13 with control stations 4, the control center of the spacecraft 5 and differential stations 6. The output of the control center of the system 2 through the communication line 13 is connected to the input of the information bookmark station on the spacecraft 3, the output of which is through the lines Communication 9 is connected to the inputs of the onboard equipment of the spacecraft-transponders in geostationary orbit 16 and the first inputs of the onboard equipment of the navigation spacecraft of the middle orbit 1 and high orbit 15 echelons. The output of the spacecraft control center 5 through communication lines 10 is connected to the second inputs of the onboard equipment of the navigation spacecraft low-level echelon 14, the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons, and its first outputs through the communication lines 11 are connected to the input of the spacecraft control center 5. The second inputs of the onboard equipment of the navigation spacecraft medium-orbit 1 and high-orbit 15 echelons through communication lines 8 are connected to the first and second inputs of differential stations 6, the first and second inputs of the equipment of consumers of navigation information 7, to the third and fourth inputs of the on-board equipment of the navigation satellites of the low-orbit echelon 14. The second outputs of the on-board equipment of the navigation satellites of the mid-orbit echelon 1 are also connected through the communication line 8 to the input of the monitoring stations 4. The output of the differential stations 6 through the communication line 12 is connected to the third input of the navigation information consumer equipment 7. The outputs of the onboard equipment of the spacecraft-repeaters in the geostationary orbit 16 and the third outputs of the onboard equipment of the navigation spacecraft of the mid-orbit echelon 1 through iniyu connection 17 are respectively connected to first and fifth inputs of navigation equipment onboard the spacecraft LEO tier 14, which exits through the second connection line 18 connected to the fourth input of the navigation apparatus 7, information consumers.

Спутниковая радионавигационная система функционирует следующим образом (см. фиг. 2). Навигационные КА среднеорбитального эшелона 1 излучают навигационные сигналы по линиям связи 8, содержащие информацию о точных отсчетах времени системы и точном положении навигационных КА на орбите в эти моменты времени. Контрольные станции выделяют из этих сигналов навигационные сообщения, измеряют псевдодальности до навигационных КА среднеорбитального эшелона 1, обрабатывают полученные данные и, на известного своего местоположения и известного текущего времени системы, определяют текущие эфемериды навигационных КА среднеорбитального эшелона 1 и уход их бортовой шкалы времени относительно времени системы. Эти данные накапливаются на контрольных станциях 4 и по запросу выдаются через линию связи 13 в центр управления системой 2, где определяются прогнозируемые эфемериды навигационных КА среднеорбитального эшелона 1 и параметры модели их бортовых часов. Эти данные по линии связи 13 поступают из центра управления системой 2 на станцию закладки информации на КА 3, а с нее по линии связи 9 закладываются в процессоры навигационных КА среднеорбитального эшелона 1 и используются там при формировании навигационных сообщений. Satellite radio navigation system operates as follows (see Fig. 2). The navigation satellites of the mid-orbit echelon 1 emit navigation signals along the communication lines 8, containing information about the exact time counts of the system and the exact position of the navigation satellites in orbit at these points in time. The control stations extract navigation messages from these signals, measure the pseudorange to the navigation satellites of the mid-orbit echelon 1, process the received data and, at their known location and the known current time of the system, determine the current ephemeris of the navigation satellites of the mid-orbit echelon 1 and the departure of their onboard time scale relative to the system time . These data are accumulated at control stations 4 and, upon request, are transmitted through communication line 13 to the control center of system 2, where the predicted ephemeris of the navigation spacecraft of the mid-orbit echelon 1 and the model parameters of their onboard clocks are determined. These data on the communication line 13 are received from the control center of the system 2 to the station for bookmarking information on the spacecraft 3, and from it on the communication line 9 they are laid down in the processors of the navigation spacecraft of the mid-orbit echelon 1 and are used there in the formation of navigation messages.

Навигационные КА высокоорбитального эшелона 15 развертываются заблаговременно и в мирное время функционируют в режиме радиомолчания. В угрожаемый период и военное время, навигационные КА высокоорбитального эшелона 15 излучают навигационные сигналы по линиям радиосвязи 8, содержащие информацию о точных отсчетах времени системы и о положении на орбите данных КА в эти моменты времени. Дифференциальные станции 6 выделяют из этих сигналов навигационные сообщения, измеряют псевдодальности до навигационных КА высокоорбитального эшелона 15 и передают эту информацию по линии связи 13 в центр управления системой 2. Центр управления системой 2 обрабатывает эту информацию и, используя метод фазовой интерферометрии со сверхдлинными базами, определяет текущие эфемериды навигационных КА высокоорбитального эшелона 15 и уход их бортовой шкалы времени относительно времени системы. На основе этих данных рассчитываются прогнозируемые эфемериды навигационных КА высокоорбитального эшелона 15 и параметры модели их бортовых часов, которые по линии связи 13 поступают из центра управления системой 2 на станцию закладки информации на КА 3, а с нее по линии связи 9 закладываются в процессоры навигационных КА высокоорбитального эшелона 15 и используются там при формировании навигационных сообщений. В мирное время, при функционировании в режиме радиомолчания, и в военное время при выводе из строя средств наземного комплекса управления, навигационные КА высокоорбитального эшелона 15 определяют свое положение на орбите по астроориентирам с использованием бортовых астродатчиков. High-orbit echelon 15 navigation satellites are deployed in advance and in peacetime operate in radio silence mode. In the endangered period and wartime, the navigation satellites of the high-orbit echelon 15 emit navigation signals via radio links 8 containing information about the exact time counts of the system and about the position of the spacecraft data in orbit at these times. Differential stations 6 extract navigation messages from these signals, measure the pseudorange to the navigation satellites of the high-altitude echelon 15 and transmit this information via communication line 13 to the control center of system 2. The control center of system 2 processes this information and, using the phase interferometry method with extra-long bases, determines the current ephemeris of the navigation spacecraft of the high-orbit echelon 15 and the departure of their onboard time scale relative to the system time. Based on these data, the predicted ephemeris of the navigation satellites of the high-altitude echelon 15 and the model parameters of their onboard clocks, which are transmitted via the communication line 13 from the control center of the system 2 to the station for bookmarking information on the spacecraft 3, and from it via the communication line 9 are placed in the processors of the navigation satellites, are calculated high-orbit echelon 15 and are used there in the formation of navigation messages. In peacetime, when operating in the radio silence mode, and in wartime, when the means of the ground-based control complex are disabled, the navigation satellites of the high-orbit echelon 15 determine their position in orbit from astro-landmarks using on-board astro sensors.

Дифференциальные станции 6 принимают сигналы навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, выделяют из них навигационные сообщения, измеряют псевдодальности до навигационных КА и обрабатывают полученные данные с целью определения погрешностей измеренных псевдодальностей. Полученные поправки к измеренным псевдодальностям до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов дифференциальные станции 6 передают по линии связи 12 потребителям навигационной информации 7. Дифференциальные станции 6 передают также информацию об измеренных псевдодальностях до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов по линии связи 13 в центр управления системой 2, где, с использованием методов вычисления первой и второй разности псевдодальностей, определяются текущие эфемериды навигационных КА и вычисляются поправки к измеренным псевдодальностям до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, которые по линии связи 13 поступают на станцию закладки информации на КА 3, а с нее по линии связи 9 закладываются в процессоры навигационных КА низкоорбитального эшелона 14 через навигационные КА среднеорбитального эшелона 1 или КА-ретрансляторы на геостационарной орбите 16 и линию связи 17. Differential stations 6 receive signals from the navigation satellites of the mid-orbit 1 and high orbit 15 echelons, extract navigation messages from them, measure the pseudorange to the navigation satellites and process the data to determine the errors of the measured pseudorange. The received corrections to the measured pseudoranges to the navigation satellites of the mid-orbit 1 and high orbit 15 echelons, the differential stations 6 transmit via the communication line 12 to the consumers of navigation information 7. Differential stations 6 also transmit information about the measured pseudoranges to the navigation satellites of the middle orbit 1 and high-orbit 15 echelons via the 13th communication link system control center 2, where, using methods for calculating the first and second difference of pseudorange, the current ephemeris are determined navigation spacecraft and computes corrections to the measured pseudorange to the navigation spacecraft of the middle orbit 1 and high orbit 15 echelons, which are sent via the communication line 13 to the station for bookmarking information to the spacecraft 3, and from it via the communication line 9 are put into the processors of the navigation spacecraft of the low-orbit echelon 14 through the navigation spacecraft mid-orbit echelon 1 or satellite transponders in geostationary orbit 16 and a communication line 17.

Навигационные КА низкоорбитального эшелона 14 развертываются в угрожаемый период. Они принимают сигналы от навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, выделяют из них навигационные сообщения, измеряют псевдодальности до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов и, с учетом поправок к измеренным псевдодальностям до навигационных КА, поступающих из центра управления системой 2, определяют координаты своего местоположения на орбите, составляющие вектора скорости своего движения, а также поправки по времени и по частоте к бортовому хранителю времени и опорному генератору. Процессор вычислителя каждого навигационного КА низкоорбитального эшелона на основе текущих эфемерид КА вычисляет прогнозируемые эфемериды КА на весь последующий виток. Зная свое местоположение на орбите в течение всего периода обращения по орбите с высокой точностью, каждый навигационный КА низкоорбитального эшелона выполняет роль орбитальной дифференциальной станции, для чего он принимает сигналы навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, выделяют из них навигационные сообщения, измеряют псевдодальности до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов и, на основании знания своего точного положения на орбите, определяет погрешности в измеренных псевдодальностях до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, которые по линии радиосвязи 18 передаются потребителям навигационной информации 7. Navigation spacecraft low-echelon echelon 14 are deployed in the threatened period. They receive signals from the navigation satellites of the mid-orbit 1 and high orbit 15 echelons, extract navigation messages from them, measure the pseudorange to the navigation satellites of the middle orbit 1 and the high-orbit 15 echelons, and, taking into account the amendments to the measured pseudo-ranges to the navigation satellites coming from the control center of the system 2, determine the coordinates of its location in orbit, the components of the velocity vector of its movement, as well as corrections in time and frequency to the on-board time keeper and the reference gene Rathore. The processor of the calculator for each navigation spacecraft of the low-orbit echelon, based on the current spacecraft ephemeris, calculates the predicted spacecraft ephemeris for the entire subsequent turn. Knowing its location in orbit during the entire period of orbiting with high accuracy, each navigation satellite of the low orbit echelon acts as an orbital differential station, for which it receives signals from the navigation satellites of the medium orbit 1 and high orbit 15 echelons, extract navigation messages from them, measure pseudorange to navigation satellites of the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons and, on the basis of knowledge of its exact position in orbit, determines the errors in the measured pseudo-range to the navigation satellites of the mid-orbit 1 and high-orbit 15 echelons, which are transmitted via the radio link 18 to consumers of navigation information 7.

Аппаратура потребителей навигационной информации 7 по линии связи 8 принимает сигналы навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, выделяют из них навигационные сообщения, измеряют псевдодальности до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов и, с учетом поправок к измеренным псевдодальностям до навигационных КА среднеорбитального 1 и высокоорбитального 15 эшелонов, поступающих от дифференциальных станций 6 по линии связи или от навигационных КА низкоорбитального эшелона 14 по линии радиосвязи 18, определяет координаты местоположения потребителя навигационной информации, составляющие вектора скорости его движения, а также поправки по времени и по частоте к местному хранителю времени и опорному генератору. The equipment of consumers of navigation information 7 via communication line 8 receives signals from navigation satellites of the middle orbit 1 and high orbit 15 echelons, extracts navigation messages from them, measures the pseudorange to navigation satellites of the middle orbit 1 and high orbit 15 echelons and, taking into account amendments to the measured pseudoranges to navigation satellites of the middle orbital 1 and high-orbit 15 echelons arriving from differential stations 6 on the communication line or from navigation satellites of the low-orbit echelon 14 on the line radio 18, determines the coordinates of the location of the consumer of navigation information, components of the velocity vector of its movement, as well as corrections in time and frequency to the local time keeper and the reference generator.

Центр управления КА 5 осуществляет закладку в процессоры навигационных КА системы по линии связи 10 сообщений, поступающих из центра управления системой 2, в случае неисправности станции закладки информации на КА 3, а также закладывает на борт навигационных КА системы рабочие программы и принимает от них по линии радиосвязи 11 телеметрическую и телесигнализационную информацию, квитанции о прохождении рабочих программ на борт КА. The spacecraft control center 5 lays in the processors of the navigation spacecraft of the system via the communication line 10 messages coming from the control center of the system 2, in case of a malfunction of the station, the information is stored on the spacecraft 3, and also lays the work programs on board the navigation spacecraft of the system and receives from them on the line radio communications 11 telemetry and television signaling information, receipts on the passage of work programs on board the spacecraft.

Использование в данной спутниковой радионавигационной системе высокоорбитального эшелона навигационных КА и выбор определенных вариантов орбитального построения навигационных КА среднеорбитального и высокоорбитального эшелонов позволяют повысить живучесть орбитальной группировки навигационных КА системы. Высокоорбитальный эшелон навигационных КА представляет собой многоплоскостную систему с одним навигационным КА в каждой из 13-ти наклонных орбитальных плоскостей. Все орбиты круговые с высотой порядка 200000 км. Плоскости орбит разнесены по долготе восходящего узла на 27,51 град. друг относительно друга и наклонены к плоскости экватора на 57,64 град. Фазовый сдвиг по аргументу широты навигационных КА, лежащих в соседних орбитальных плоскостях увеличивается на 137,6 град. от одной плоскости к другой, лежащей восточнее. При этом обеспечивается наблюдение в любой точке земной поверхности, воздушного и околоземного космического пространства одновременно не менее 5-ти навигационных КА высокоорбитального эшелона, что позволяет производить навигационные измерения потребителями навигационной информации при выводе из строя любого из 13 космических аппаратов, так как в зоне радиовидимости потребителей будут находиться не менее 4-х навигационных КА высокоорбитального эшелона. Выбор высоты орбиты порядка 200000 км не позволит системе контроля космического пространства вероятного противника обнаруживать и сопровождать навигационные КА высокоорбитального эшелона, а противокосмическим системам противника выводить их из строя. Среднеорбитальный эшелон навигационных КА 1 представляет собой многоплоскостную систему с одним навигационным КА в каждой из 18 наклонных плоскостей. Все орбиты круговые с высотой порядка 20000 км. Плоскости орбит разнесены по долготе восходящего узла на 20 град. друг относительно друга и наклонены к плоскости экватора на 55 град. Фазовый сдвиг по аргументу широты навигационных КА, лежащих в соседних орбитальных плоскостях, увеличивается на 280 град. от одной плоскости к другой, лежащей восточное. При этом обеспечивается наблюдение в любой точке земной поверхности, воздушного и околоземного космического пространства одновременно не менее 5-ти навигационных КА среднеорбитального эшелона, что позволяет производить навигационные измерения потребителями навигационной информации при выводе из строя любого из 18 космических аппаратов. В указанных вариантах орбитального построения навигационных КА среднеорбитального и высокоорбитального эшелонов выбор наклонения орбитальных плоскостей и величины фазового сдвига по аргументу широты между КА, лежащими в соседних плоскостях, производился из условий обеспечения максимального удаления друг от друга сближающихся КА в течение всего периода обращения их по орбитам, т.е. условия максимизации минимального расстояния между сближающимися КА. В результате чего навигационные КА высокоорбитального эшелона не подходят друг к другу ближе чем на 170000 км, а среднеорбитального эшелона - ближе чем на 9000 км, что делает практически невозможным поражение более одного КА одним противоспутниковым средством вероятного противника, в том числе ядерным оружием третьего поколения. The use of a high-orbit echelon of navigation spacecraft in this satellite radio navigation system and the choice of certain options for the orbital construction of navigation spacecraft of the middle orbit and high-orbit echelons can increase the survivability of the orbital grouping of the navigation spacecraft of the system. The high-orbit echelon of the navigation spacecraft is a multi-plane system with one navigation spacecraft in each of 13 inclined orbital planes. All orbits are circular with a height of about 200,000 km. The orbit planes are separated by the longitude of the ascending node at 27.51 degrees. relative to each other and inclined to the equatorial plane at 57.64 degrees. The phase shift with respect to the latitude argument of the navigation spacecraft lying in adjacent orbital planes increases by 137.6 degrees. from one plane to another, lying east. At the same time, at least 5 navigation satellites of a high-orbit echelon can be observed at any point on the earth’s surface, air and near-Earth space, which allows navigation measurements by consumers of navigation information when any of 13 spacecraft is out of order, since in the radio visibility zone of consumers There will be at least 4 navigation satellites of the high-orbit echelon. Choosing an orbit altitude of the order of 200,000 km will not allow the probable enemy’s space monitoring system to detect and track high-orbit echelon navigation satellites, and the enemy’s anti-space systems to disable them. The mid-orbit echelon of the navigation spacecraft 1 is a multi-plane system with one navigation spacecraft in each of the 18 inclined planes. All orbits are circular with a height of about 20,000 km. The orbital planes are separated by the longitude of the ascending node by 20 degrees. relative to each other and inclined to the equatorial plane by 55 degrees. The phase shift with respect to the latitude argument of the navigation spacecraft lying in adjacent orbital planes increases by 280 degrees. from one plane to another, lying east. At the same time, at least 5 navigation satellites of the mid-orbit echelon can be observed at any point on the earth’s surface, air and near-Earth space, which allows navigation measurements by consumers of navigation information when any of the 18 spacecraft is out of order. In the indicated variants of the orbital construction of the navigation spacecraft of the middle orbital and high-orbit echelons, the inclination of the orbital planes and the phase shift in terms of the latitude argument between the spacecraft lying in adjacent planes were made from the conditions of ensuring the maximum distance from each other converging spacecraft during the entire period of their rotation in orbits, those. conditions for maximizing the minimum distance between approaching spacecraft. As a result, the navigation satellites of the high-orbit echelon are not closer to each other than 170,000 km, and the mid-orbit echelon is closer than 9,000 km, which makes it almost impossible to defeat more than one spacecraft with one anti-satellite weapon of a likely enemy, including third-generation nuclear weapons.

Возможности спутниковой радионавигационной системы при реализации дифференциального метода определения координат расширяются в связи с использованием дополнительно к наземному эшелону дифференциальных станций навигационных КА низкоорбитального эшелона, выполняющих роль дифференциальных станций и обеспечивающих глобальную зону обслуживания потребителей навигационной информации, что позволяет потребителям навигационной информации производить навигационные определения повышенной точности, с использованием дифференциального метода, в любой точке земной поверхности, воздушного и околоземного космического пространства. The capabilities of the satellite radio navigation system when implementing the differential method of determining coordinates are expanded in connection with the use of a low-orbit echelon navigation stations in addition to the ground-level echelon of differential stations, which serve as differential stations and provide a global service area for consumers of navigation information, which allows users of navigation information to make navigation definitions of increased accuracy, using differential METHODS, at any location on earth, air and near space.

Таким образом, с помощью предлагаемой спутниковой радионавигационной системы реализуется повышение живучести орбитальной группировки навигационных КА и точности определения местоположения потребителей навигационной информации в глобальном масштабе. Thus, using the proposed satellite radio navigation system, an increase in the survivability of the orbital grouping of navigation spacecraft and the accuracy of determining the location of consumers of navigation information on a global scale are realized.

Источники информации
1. Волынкин А.И., Волосов П.С., Мищенко И.Н. Спутниковые радионавигационные системы. Зарубежная радиоэлектроника, 1977, 3, с. 90-105.Sources of information
1. Volynkin A.I., Volosov P.S., Mishchenko I.N. Satellite radio navigation systems. Foreign Radio Electronics, 1977, 3, p. 90-105.

2. Мищенко И.Н., Волынкин А.И., Волосов П.С., Григорьев М.И. Глобальная навигационная система NAVSTAR, Зарубежная радиоэлектроника, 1980, 8, с. 52-79. 2. Mishchenko I.N., Volynkin A.I., Volosov P.S., Grigoriev M.I. Global Navigation System NAVSTAR, Foreign Electronics, 1980, 8, p. 52-79.

3. Бортовые устройства спутниковой радионавигации. Под ред. Шебшаевича. М., 1988, 200 с - прототип. 3. On-board devices of satellite radio navigation. Ed. Shebshaevich. M., 1988, 200 s - prototype.

4. Ellis J.F., Creswell G.A. Interferometric attitude determination with the Global Positioning System, USA, AIAA, 1978, 78 - 1250, р. 96-102. 4. Ellis J.F., Creswell G.A. Interferometric attitude determination with the Global Positioning System, USA, AIAA, 1978, 78-1250, p. 96-102.

5. Boucher С. Le systeme NAVSTAR/GPS et ses applications geodesiques, France, Navigation, 1984, 129, p. 17-30. 5. Boucher C. Le systeme NAVSTAR / GPS et ses applications geodesiques, France, Navigation, 1984, 129, p. 17-30.

Claims

1. A satellite radio navigation system containing navigation spacecraft (SC) of the mid-orbit echelon, a system control center, a station for storing information on spacecraft, control stations, a spacecraft control center, differential stations and navigation information consumer equipment, the first outputs of the control stations and the control center SC are connected to the first and second inputs of the control center of the system, respectively, the output of which is connected to the input of the station information tab on the SC, the output which is connected by radio lines to the first inputs of the onboard equipment of the k-th navigation spacecraft of the mid-orbit echelon (k = 1, K), the first outputs of which are connected by radio lines to the inputs of the control stations, differential stations and the first input of the equipment of consumers of navigation information, the second outputs of the on-board equipment of the k-th navigation satellites of the mid-orbit echelon (k = 1, K) are connected by radio lines to the input of the spacecraft control center, the second output of which is connected by radio lines to the second inputs of the on-board equipment of the k-th navigation The spacecraft of the mid-orbit echelon (k = 1, K), and the output of the differential stations is connected to the second input of the navigation information consumer equipment, characterized in that it additionally includes navigation spacecraft of the low-orbit and high-orbit echelons, spacecraft-relays in geostationary orbit, with the first outputs control stations, the spacecraft control center and differential stations are connected respectively to the first, second and third outputs of the system control center, the output of which is connected to the input of the station information on the spacecraft, the output of which is connected by radio lines to the first inputs of the onboard equipment of the i-th navigation spacecraft of the high-orbit echelon (i = 1, I), k-th navigation spacecraft of the medium-orbital echelon (k = 1, K) and n-th space relay in the geostationary orbit (n = 1, N), the outputs of the on-board equipment of the n-th spacecraft-relays in the geostationary orbit (n = 1, N) are connected by radio links to the first inputs of the on-board equipment of the j-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (j = 1, J ), the second output of the spacecraft control center is connected by radio links to the second inputs of the spacecraft equipment of the i-th navigation spacecraft of the high orbit echelon (i = 1, I), the k-th navigation spacecraft of the middle orbit echelon (k = 1, K) and the j-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (j = 1, J), the first outputs of which connected by radio lines to the input of the spacecraft control center, the second outputs of the on-board equipment of the i-th navigation spacecraft of the high orbit echelon (i = 1, I) and the k-th navigation spacecraft of the middle-orbit echelon (k = 1, K) are connected by radio lines, respectively, to the first and second inputs of differential stations and equipment of navigation consumers information, the third and fourth inputs of the onboard equipment and the j-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (j = 1, J), the second outputs of the on-board equipment of the k-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (k = 1, K) are also connected by radio links to the input of the control stations, the third outputs of the onboard equipment of the k-th navigation spacecraft of the mid-orbit echelon (k = 1, K) are connected by radio links to the fifth inputs of the on-board equipment of the j-th navigation spacecraft of the low-orbit echelon (j = 1, J), the second outputs of which are connected to the fourth input of the equipment Ithel navigation information, and the second differential output stations connected to the third input of navigation information consumer equipment.

2. The satellite radio navigation system according to claim 1, characterized in that the high-orbit and mid-orbit echelons of the navigation spacecraft are made in the form of a set of navigation spacecraft located in several orbital planes, one spacecraft in each, with the inclination of the orbital planes and the phase angle between the spacecraft lying in adjacent planes, selected from the condition of maximizing the minimum distance between the approaching spacecraft for the entire period of their orbit, and the high-orbit echelon of the navigation spacecraft is placed on circular inclined orbits with a height of more than 100,000 km.