Использование лазерно-оптических бортовых систем для повышения точности системы ГЛОНАСС

В. В. Пасынков¹, С. И. Донченко³, В. В. Мурашкин¹, Е. В. Титов²

¹АО «НПК «СПП», г. Москва, Россия

Задачи поддержания, развития и использования системы ГЛОНАСС [1] являются актуальными и непосредственно сопряжены с использованием перспективных лазерно-оптических бортовых систем.

При частотном разделении сигналов ГЛОНАСС возникают межлитерные задержки, влияющие на погрешность навигационных определений потребителя, из-за неравномерности группового запаздывания сигналов на различных частотах в приемном тракте аппаратуры и погрешности калибровки передающего тракта навигационных КА. Этот вид погрешности является значимым для всех одночастотных потребителей системы ГЛОНАСС и двухчастотных, использующих открытые сигналы стандартной точности, что обусловлено особенностями наземного сегмента [2], выполняющего расчет параметров навигационного сообщения по сигналам высокой точности. Для двухчастотного потребителя, использующего эти же сигналы и навигационные сообщения, реализуется эффект взаимной компенсации погрешности. В то же самое время отличие группового запаздывания сигналов в аппаратуре опорной станции наземного сегмента от запаздывания в аппаратуре потребителя проявляется в полной мере, и эффективно парируется с использованием данных системы калибровки из состава Системы высокоточного определения эфемерид и временных поправок [3]. Не охваченными контуром калибровки остались одночастотные потребители (в том числе новых сигналов с кодовым разделением) и двухчастотные потребители сигналов открытого доступа.

При поиске «образцовых» данных для преодоления возникших трудностей был сделан выбор в пользу беззапросного тракта в оптическом диапазоне на базе отечественных квантово-оптических систем с длиной волны 0.532 нм, который получил название беззапросной КОС (БКОС). Элементами этого тракта стала специальная аппаратура регистрации моментов посылки лазерного импульса наземной станцией и его регистрации на борту КА. Как следствие, на всех КА системы ГЛОНАСС нового поколения обеспечивается получение как классических запросных (двухпутевых) измерений, так и беззапросных (однопутевых) измерений с субнаносекундной точностью определения расхождения шкал времени по данным лазерно-оптических систем.

Обработка измерений запросного и беззапросного тракта позволяет получать их разностные комбинации в интересах сравнения шкал времени бортовых и наземных стандартов на ранее не достижимом пикосекундном уровне точности. Точность данных БКОС является достаточной для обеспечения летных испытаний перспективных образцов бортовых стандартов нового поколения с суточной нестабильностью частоты σ на уровне 3×10^-15. Дополнительно поставлена и решена задача сравнения шкал времени удаленных наземных стандартов посредством формирования разностных измерений в режиме пространственно-временной редукции с точностью, не достижимой ранее при использовании ни одной из известных техник (методов). Точность сравнения ШВ удаленных наземных стандартов по данным БКОС оценивается на уровне ~30–50 пс (СКО).

Достигнутый уровень точности данных БКОС является достаточным для калибровки беззапросных измерительных трактов в интересах перспективных КА системы ГЛОНАСС, включая тракты запросных систем, межспутниковых линий, а также ионосферно-свободных линейных комбинаций измерений беззапросных измерительных средств по сигналам с частотным и с кодовым разделением. Полученные результаты соответствуют мировому уровню точности решения задач в области метрологии и обеспечения единства измерений, а созданные БКОС и технологии на основе использования их измерений в полной мере способствуют решению задач метрологического обеспечения космического комплекса системы ГЛОНАСС с перспективными КА серии «Глонасс-К» и наземным сегментом в процессе его летных испытаний и штатной эксплуатации.

Литература

1) Подпрограмма «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС» государственной программы Российской Федерации «Космическая деятельность России» (утв. пост. Правительства Российской Федерации от 20 марта 2021 г. № 422), 2021.

2) ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2010. 800 с.

3) Глобальная навигационная система ГЛОНАСС. Система высокоточного определения эфемерид и временных поправок (СВОЭВП). Интерфейсный контрольный документ (редакция 3.0). М.: «ОАО «НПК «СПП», 2011.