RU2314232C2 - Способ орбитального построения навигационной спутниковой системы - Google Patents
Способ орбитального построения навигационной спутниковой системы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2314232C2 RU2314232C2 RU2004116947/63A RU2004116947A RU2314232C2 RU 2314232 C2 RU2314232 C2 RU 2314232C2 RU 2004116947/63 A RU2004116947/63 A RU 2004116947/63A RU 2004116947 A RU2004116947 A RU 2004116947A RU 2314232 C2 RU2314232 C2 RU 2314232C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- satellites
- planes
- orbits
- plane
- earth
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 230000006735 deficit Effects 0.000 abstract 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/242—Orbits and trajectories
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
- B64G1/1014—Navigation satellites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
- B64G1/1085—Swarms and constellations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/02—Details of the space or ground control segments
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании спутниковых систем позиционирования объектов на земной поверхности. Предлагаемый способ заключается в выведении на круговые или иные орбиты N искусственных спутников Земли, работающих в n плоскостях (где n - целое число, большее 2) по mi (i=1, ... n) спутников (где n - целое число) в каждой плоскости. Спутники располагают на орбитах базовой плоскости и в плоскостях, расположенных симметрично-попарно относительно базовой плоскости. При этом указанные плоскости орбит располагают неравномерно вдоль экватора Земли относительно базовой плоскости через углы, априори не равные 360°/n. Искусственные спутники Земли на орбитах в плоскостях располагают неравномерно симметрично-попарно относительно базового спутника. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении числа искусственных спутников Земли в навигационной системе без ухудшения параметров системы при позиционировании наземных объектов. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при создании спутниковых систем позиционирования объектов на земной поверхности.
Известен способ наблюдения земной поверхности из космоса, включающий выведение искусственных спутников на кратные геосинхронные орбиты с наклонением
где m, n соответственно числа драконических периодов обращения каждого из спутников и эффективных периодов вращения Земли в одном периоде повторяемости трассы спутника, получение на борту изображений наземных объектов в полосах обзора, пропорциональных по ширине (180°/m).
Известный способ обеспечивает беспропускной обзор поверхности Земли с пониженным потребным числом искусственных спутников при заданной ширине полосы обзора.
Недостатком известного способа является относительно большая потребная ширина полосы обзора, которая может быть уменьшена при сохранении прочих преимуществ способа лишь специальным расположением спутников на орбитах (Авторское свидетельство СССР N297930, кл. В64G 1/10, 1988.).
Известен также способ наблюдения земной поверхности из космоса, включающий выведение искусственных спутников на кратные геосинхронные орбиты с наклонением
где m, n соответственно числа драконических периодов обращения каждого из спутников и эффективных периодов вращения Земли в одном периоде повторяемости трассы спутника, получение на борту изображений наземных объектов в полосах обзора, пропорциональных по ширине (180°/m), отличающийся тем, что, с целью уменьшения пропорционально общему числу N искусственных спутников потребной для каждого из них полосы обзора при обеспечении беспропускного режима наблюдения поверхности Земли, спутники выводят на орбиты, характеризующиеся одновременным прохождением экватора Земли всеми спутниками на расстояниях друг от друга, равных
180°/(mN) при N 2К, 360°/(mN) при N2K+1,
где К натуральное число (см. RU 2058917, кл. В64G 1/10, 1996).
Известны также системы расположения спутников на орбитах для позиционирования наземных объектов (US 6727850, G01S 5/14, 27.04.2004, СА 2439014, B60R 11/02, 11.03.2004, WO 200431909, G06F, 15.04.2004, TW 539865, G01S 1/00, 2003).
Наиболее близким по технической сути к предложенному способу является способ построения орбитальной системы Галилео (общеевропейская система), при котором осуществляют запуск искусственных спутников Земли в трех орбитальных плоскостях по 10 спутников в каждой плоскости - из них 9 спутников являются активными и 1 является резервным. Активные спутники размещают через 40 градусов по орбите, в то время как резервный спутник может находиться где угодно на данной орбите. При этом орбитальные плоскости располагаются равномерно вдоль экватора (через 120 градусов). (Разумный Ю.Н. Синтез орбитальных структур спутниковых систем периодического обзора, М., Изд. МГТУ, 2000, 104 с.).
Недостатками указанных выше технических решений является необходимость иметь на орбитах значительное число искусственных спутников Земли (ИСЗ).
Технический результат предложенного изобретения заключается в уменьшении числа искусственных спутников Земли без ухудшения параметров системы позиционирования наземных объектов.
Для этого предлагается способ орбитального построения навигационной спутниковой системы, заключающийся в выведении на круговые или иные орбиты N искусственных спутников Земли, работающих в n плоскостях (где n - целое число больше 2) по mi i=1, ... n спутников (где n - целое число) в каждой плоскости, отличающийся тем, что искусственные спутники Земли располагают на орбитах базовой плоскости и плоскостях, расположенных симметрично-попарно относительно базовой плоскости, при этом указанные плоскости орбит искусственных спутников Земли располагают относительно базовой плоскости через углы, априори не равные 360°/n, а искусственные спутники Земли на орбитах в плоскостях располагают неравномерно симметрично-попарно относительно базового искусственного спутника Земли.
Поясним особенности способа построения глобальной навигационной системы.
Современные системы в основном строятся по правилу (способу) кинематически правильных систем, когда в начальный момент времени ИСЗ располагаются в вершинах некоторой симметричной кристаллической решетки - системы ГЛОНАСС, Галилео. Теоретически при увеличении числа ИСЗ характеристики такой системы должны улучшаться, однако имеют место примеры, когда при увеличении числа ИСЗ, 0,0 С 11 до 12, с 14 до 15 и с 20 до 21 характеристики системы ухудшаются. Таким образом, оптимизация орбитального построения, производимая на ограниченном множестве в пределах выбранного класса структур, не приводит к оптимизации построения систем.
Заявленный способ построения навигационной системы основан на идеях дифференциального исчисления и математического программирования, заключающихся в последовательном определении таких приращений начального положения одного или нескольких ИСЗ системы, чтобы в конечном итоге обеспечить лучшие показатели качества функционирования системы.
Из теории известно, что для обеспечения баллистической устойчивости орбиты всех ИСЗ системы должны быть равной высоты и одинакового наклонения. В противном случае вследствие влияния нецентральности гравитационного поля Земли плоскости орбит будут прецессировать вдоль экватора с разными скоростями. Это приведет к тому, что относительное угловое положение плоскостей орбит будет постоянно изменяться и система не сможет выполнить целевую задачу.
Согласно предложенному способу предлагается выводить ИСЗ на орбиты, расположенные в плоскостях, отстоящих от базовой плоскости на углы, не равные 360°/n, и расположенные симметрично (например, при трех плоскостях две плоскости отстоят от базовой плоскости на одинаковые углы, не равные 120°, в отличие от системы Галилео, где ИСЗ располагаются в плоскостях, отстоящих одна от другой на 120°, т.е. плоскости распределены равномерно). Заявленный способ предполагает не равномерное вдоль экватора Земли расположение плоскостей орбит, а попарно симметричное. Для выполнения целевой задачи по позиционированию наземных объектов при неравномерном расположении плоскостей орбит расположение ИСЗ в пределах каждой плоскости орбит также должно быть неравномерным. Согласно заявленному способу предлагается располагать ИСЗ попарно-симметрично относительно базового ИСЗ. Для уточнения используемых терминов "базовая плоскость" и "базовый спутник" необходимо сделать терминологическое разъяснение.
Базовая плоскость - произвольно расположенная плоскость орбиты ИСЗ, относительно которой располагаются другие плоскости орбит попарно-симметрично. Если количество плоскостей орбит n является четным, то базовая плоскость является виртуальной, т.е. плоскостью, не содержащей ни одного спутника и служащей центром симметрии для остальных пар плоскостей орбит.
Базовый спутник - один из спутников на орбите, относительно которого остальные спутники системы ИСЗ в начальный момент времени располагается попарно-симметрично. Базовый спутник может быть виртуальным, т.е. представлять собой некоторую точку плоскости орбиты, которая движется по орбите аналогично всем ИСЗ системы и относительно которой остальные спутники в начальный момент времени расположены попарно-симметрично. Базовый спутник обязательно является виртуальным, если центральная плоскость является виртуальной, т.е. если количество плоскостей орбит четное. Кроме того, базовый спутник может быть виртуальным, если число спутников в плоскости четное.
На фиг.1 отображено расположение соответственно ИСЗ на орбитах в трех плоскостях. Метод оптимизации орбитального построения глобальных спутниковых систем (математический аппарат) приведен в журнале "Полет" №12, 2001, с.20-26.
В таблице приведены сравнительные данные системы Галилео и системы по заявленному способу.
Таблица | ||
Наименование | Штатный вариант | Новый вариант |
Количество спутников | 30 | 28 |
Количество пусков ракет-носителей | 6 | 5 |
Количество плоскостей орбит | 3 | 3 |
Количество спутников в плоскости орбит | 10+10+10 | 10+10+8 |
Количество резервных спутников в плоскости | 1+1+1 | 1+1+1 |
Затраты на создание системы | 100% | 93,33% |
Относительные точностные характеристики | 100% | 96-97% |
Относительные показатели надежности системы | 100% | 109,5% |
Как показывают результаты исследований, система по заявленному способу требует меньших финансовых затрат, более надежна и обеспечивает заданный уровень качества (т.е. превосходит известную систему по показателю цена - качество).
Claims (1)
- Способ орбитального построения навигационной спутниковой системы, заключающийся в выведении на круговые или иные орбиты N искусственных спутников Земли, работающих в n плоскостях (где n - целое число больше 2) по mi i=1/... n спутников (где n - целое число) в каждой плоскости, отличающийся тем, что искусственные спутники Земли располагают на орбитах базовой плоскости и плоскостях, расположенных симметрично-попарно относительно базовой плоскости, при этом указанные плоскости орбит искусственных спутников Земли располагают неравномерно вдоль экватора Земли относительно базовой плоскости через углы, априори не равные 360°/n, а искусственные спутники Земли на орбитах в плоскостях располагают неравномерно симметрично-попарно относительно базового искусственного спутника Земли.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004116947/63A RU2314232C2 (ru) | 2004-10-27 | 2004-10-27 | Способ орбитального построения навигационной спутниковой системы |
CNA2005800180639A CN1964889A (zh) | 2004-06-04 | 2005-04-28 | 在轨导航卫星系统构造的方法 |
PCT/RU2005/000232 WO2005118395A1 (fr) | 2004-06-04 | 2005-04-28 | Procede de formation orbitale d'un systeme de navigation par satellite |
EP05745427A EP1795445A4 (en) | 2004-10-27 | 2005-04-28 | METHOD FOR FORMING AN ORBITAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004116947/63A RU2314232C2 (ru) | 2004-10-27 | 2004-10-27 | Способ орбитального построения навигационной спутниковой системы |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004116947A RU2004116947A (ru) | 2006-04-10 |
RU2314232C2 true RU2314232C2 (ru) | 2008-01-10 |
Family
ID=35462832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004116947/63A RU2314232C2 (ru) | 2004-06-04 | 2004-10-27 | Способ орбитального построения навигационной спутниковой системы |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1795445A4 (ru) |
CN (1) | CN1964889A (ru) |
RU (1) | RU2314232C2 (ru) |
WO (1) | WO2005118395A1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461016C1 (ru) * | 2011-04-04 | 2012-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Способ отображения баллистического состояния орбитальной группировки космических аппаратов |
RU2659351C1 (ru) * | 2017-09-22 | 2018-06-29 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Модернизированная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102880749B (zh) * | 2012-09-07 | 2014-12-17 | 中国空间技术研究院 | 一种通信卫星2d-3d联合布局方法 |
CN105973232B (zh) * | 2016-07-19 | 2018-10-16 | 上海航天控制技术研究所 | 低轨卫星星座自主导航方法及其系统 |
WO2019106591A1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | D-ORBIT S.p.A. | Method of releasing artificial satellites in earth's orbit |
WO2021182427A1 (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-16 | 三菱電機株式会社 | 衛星コンステレーション形成システム、衛星コンステレーション形成方法、衛星コンステレーション形成プログラム、地上設備、および事業装置 |
CN117508648B (zh) * | 2024-01-05 | 2024-04-26 | 北京航天驭星科技有限公司 | 同一轨道面星座卫星的轨控方法、装置、设备和介质 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2059540C1 (ru) * | 1987-10-08 | 1996-05-10 | Разумный Юрий Николаевич | Способ формирования системы локального обзора поверхности планеты |
RU2058917C1 (ru) | 1991-04-01 | 1996-04-27 | Разумный Юрий Николаевич | Способ наблюдения земной поверхности из космоса |
FR2749996B1 (fr) * | 1996-06-18 | 1998-07-24 | Alcatel Espace | Constellation de satellites non geostationnaires a couverture permanente |
US6050525A (en) * | 1997-04-29 | 2000-04-18 | Lockheed Martin Corporation | Asymmetric open rosette constellations |
US6502790B1 (en) * | 2001-11-20 | 2003-01-07 | Northrop Grumman Corporation | Inclined non-uniform planar spaced constellation of satellites |
TW539865B (en) | 2002-04-08 | 2003-07-01 | Strong Engineering Consulting | Positioning method for unmanned surface vehicle |
KR100450954B1 (ko) | 2002-06-12 | 2004-10-02 | 삼성전자주식회사 | 전세계위치확인 시스템에서 최적 위성의 선택방법 및 장치 |
JP4363559B2 (ja) | 2002-09-11 | 2009-11-11 | 本田技研工業株式会社 | ナビゲーションシステム搭載鞍乗り型車両 |
EP1586015A4 (en) | 2002-10-01 | 2009-07-29 | Argo Tech Corp | FUEL PUMP MONITORING SYSTEM AND METHOD THEREOF |
-
2004
- 2004-10-27 RU RU2004116947/63A patent/RU2314232C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-04-28 CN CNA2005800180639A patent/CN1964889A/zh active Pending
- 2005-04-28 WO PCT/RU2005/000232 patent/WO2005118395A1/ru active Application Filing
- 2005-04-28 EP EP05745427A patent/EP1795445A4/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461016C1 (ru) * | 2011-04-04 | 2012-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Способ отображения баллистического состояния орбитальной группировки космических аппаратов |
RU2659351C1 (ru) * | 2017-09-22 | 2018-06-29 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Модернизированная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1964889A (zh) | 2007-05-16 |
EP1795445A1 (en) | 2007-06-13 |
EP1795445A4 (en) | 2008-01-16 |
WO2005118395A1 (fr) | 2005-12-15 |
RU2004116947A (ru) | 2006-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
King | Inertial navigation-forty years of evolution | |
Hofmann-Wellenhof et al. | Global positioning system: theory and practice | |
Parkinson et al. | A history of satellite navigation | |
Logsdon | The Navstar global positioning system | |
Hofmann-Wellenhof et al. | GNSS–global navigation satellite systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more | |
Roßbach | Positioning and navigation using the Russian satellite system GLONASS | |
Lestrade et al. | VLBI astrometric identification of the radio emitting region in Algol and determination of the orientation of the close binary | |
RU2314232C2 (ru) | Способ орбитального построения навигационной спутниковой системы | |
Walchko et al. | Embedded low cost inertial navigation system | |
Zehentner | Kinematic orbit positioning applying the raw observation approach to observe time variable gravity | |
Peshekhonov | High-precision navigation independently of global navigation satellite systems data | |
Ashour et al. | Performance of global navigation satellite systems (GNSS) in absence of GPS observations | |
Schleppe | Development of a real-time attitude system using a quaternion parameterization and non-dedicated GPS receivers. | |
CN109683208B (zh) | 一种适应空间x射线源定位精度分析方法 | |
Chory et al. | Autonomous navigation-where we are in 1984 | |
Ros et al. | High precision difference astrometry applied to the triplet of S5 radio sources B1803+ 784/Q1928+ 738/B2007+ 777 | |
RU2339000C2 (ru) | Устройство для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального космического аппарата | |
Lestrade et al. | Mark III very long baseline interferometry positions of eight stellar systems and astrometric comparisons | |
Gray | An Integrated GPS-INS-BARO and Radar Altimeter System for Aircraft Precision Approach Landings | |
RU2420714C2 (ru) | Устройство для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального космического аппарата | |
Stark et al. | The reference frames of Mercury after the MESSENGER mission | |
Grimm | GNSS antenna orientation based on modification of received signal strengths | |
Axelrad et al. | Performance testing of a GPS based attitude determination system | |
Kaplan | Current Directions in Navigation Technology | |
Kiernan | Guidance From Above in the Gulf War: A satellite system for determining precise locations performed well in its first battlefield tryout—2 years before it was supposed to be fully operational |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171028 |