Глобальные навигационные системы (ГНС) являются важным инструментом для определения местоположения и навигации в различных условиях. Они используются в авиации, морском и автомобильном транспорте, для научных и военных целей, а также в других областях, где точность и надежность навигации являются критически важными.
Современный мир невозможно представить без глобальных навигационных спутниковых систем, таких как GPS, GLONASS, Galileo и Beidou.
GPS (Global Positioning System) - это система спутниковой навигации, разработанная и управляемая США. Она состоит из 24 спутников, которые вращаются в орбите на высоте около 20 000 км. Орбита GPS-спутников является круговой и наклонена на угол 55 градусов к экватору. GPS использует три спутника для определения местоположения, используя технологию трехмерной трилатерации.
GLONASS (Global Navigation Satellite System) - система спутниковой навигации, разработанная и управляемая Россией. Она состоит из 24 спутников, которые вращаются в орбите на высоте около 19 000 км. Орбита GLONASS-спутников является круговой и наклонена на угол 65 градусов к экватору. GLONASS использует четыре спутника для определения местоположения, используя технологию четырехмерной трилатерации.
Galileo - система спутниковой навигации, разработанная и управляемая Европейским союзом. Она состоит из 30 спутников, которые вращаются в орбите на высоте около 23 000 км. Орбита Galileo-спутников является круговой и наклонена на угол 56 градусов к экватору. Galileo использует четыре спутника для определения местоположения, используя технологию четырехмерной трилатерации.
Beidou - система спутниковой навигации, разработанная и управляемая Китаем , имеет несколько орбит на разных высотах. В общей сложности, система состоит из 35 спутников, которые вращаются на трех орбитах: геостационарной (на высоте около 36 000 км), средней околоземной (на высоте около 21 000 км) и низкой земной (на высоте около 1 500 км). Beidou использует три спутника для определения местоположения, используя технологию трехмерной трилатерации.
Основным принципиальным отличием между этими системами является количество спутников и точность определения местоположения. GPS и GLONASS используют более старые технологии, которые обеспечивают точность определения местоположения до нескольких метров. Galileo и Beidou используют более новые технологии, которые обеспечивают точность определения местоположения до нескольких сантиметров.
Математическое описание движения КА основывается на законах Ньютона и Кеплера. Орбита КА описывается уравнением движения, а для построения орбиты используются формулы, такие как уравнение эллипса и законы Кеплера, которые определяют форму и размер орбиты. Однако, чтобы эти спутниковые системы работали эффективно, необходимо иметь точные данные о движении космических аппаратов, которые их обеспечивают. Именно здесь на помощь приходит имитационная модель движения космических аппаратов.
Имитационная модель – это математическая, а так же графическая модель, которая позволяет имитировать процессы и явления в реальном мире. В случае с космическими аппаратами, имитационная модель позволяет точно определить их положение в любой момент времени.
Для создания имитационной модели движения космических аппаратов ГНС используются следующие данные:
– большая полуось a
– эксцентриситет e
– наклонение орбиты i
– долгота восходящего узла Ω
– аргумент перигея ω
– время прохождения точки перигея tп
Координаты КО в АГСК, соответствующие текущему времени КО вычисляем по следующим формулам:
|
|
(1) |
|
|
(2) |
|
|
(3) |
Рассчитаем аргумент широты и геоцентрическое расстояние
|
|
(4) |
|
|
(5) |
истинная аномалия.
Программа представляет собой среду для построения орбит и космических аппаратов глобальных навигационных спутниковых систем как в виде двухмерной так и в виде трехмерной графики, с возможностью отображения основных характеристик выбранной ГНСС. Она создана на основе многофункциональной среды графического программирования – LabVIEW и может быть установлена на компьютерах с операционными системами Windows.
Рисунок 1. Графическая модель движения ГНСС ГЛОНАСС.
Рисунок 2. Графическая модель движения ГНСС Beidou.
Работа программы заключается в следующем: в специальном поле списка, расположенном на лицевой панели программы мы имеем возможность выбрать одну из четырех доступных ГНСС, также установить масштаб, выбрать один из двух режимов наблюдения за движением ГНСС в околоземном космическом пространстве. После этого запустить программу.
Программа МДГНСС имеет широкий спектр применения. Возможно применение для разработки новых ГНС, тестирования их работы и определения оптимальных параметров. МДГНСС также можно использовать в образовательных целях, например для обучения специалистов в области контроля космического пространства. Таким образом, имитационная модель движения космических аппаратов является важным инструментом для обеспечения точности и надежности работы глобальных навигационных спутниковых систем, планирования и проведения космических миссий, обучения специалистов в области космонавтики и научных исследований космического пространства. Ее развитие и усовершенствование имеют важное значение для дальнейшего развития космической технологии и науки в целом.