Заместитель генерального директора, заместитель генерального конструктора ОАО «Российские космические системы», профессор Ступак Г.Г., доктор технических. - презентация

1 Заместитель генерального директора, заместитель генерального конструктора ОАО «Российские космические системы», профессор Ступак Г.Г., доктор технических наук 5-я Всероссийская конференция «Фундаментальное и прикладное координатно- временное и навигационное обеспечение» (КВНО-2013) Институт прикладной астрономии РАН г. Санкт-Петербург, Развивающаяся система ГЛОНАСС и проблемные вопросы гарантированного координатно-временного и навигационного обеспечения Генеральный директор ОАО «Российские космические системы» профессор Райкунов Г.Г., доктор технических наук

2 Основная задача Программы выполнена. Система ГЛОНАСС получила мировое признание. Россия (наряду с США) обладает реальным стратегическим глобальным средством решения координатно-временных и навигационных задач в интересах всех категорий потребителей. «…К концу прошлого года мы сумели развернуть штатную орбитальную группировку: глобальная навигационная система состоялась... это большой, хороший результат. По сути, в мире это вторая такая глобальная система после американской GPS. За последние пять лет точность ГЛОНАСС улучшена на порядок – с 35 метров до 2,8 метров. У GPS пока чуть-чуть получше, но уже абсолютно сопоставимые параметры…» В.В. Путин, Заседание президиума Правительства Российской Федерации ФЦП «Глобальная навигационная система» 2

3 Роль и значимость ГЛОНАСС ГЛОНАСС - если не надолго, то НАВСЕГДА! Россия с развертыванием и широкомасштабным внедрением ГЛОНАСС обретает навигационную независимость, приобретает высокотехнологическое стратегическое средство экономического и политического влияния, при этом попадает в зависимость от ГЛОНАСС ГЛОНАСС объединил не только колоссальную кооперацию научных, производственных, испытательных, образовательных организаций и учреждений, но и миллионы – сотни миллионов потребителей в мире ГЛОНАСС - непрерывно развивающаяся система ГЛОНАСС – основа КВНО России ГЛОНАСС – достояние и гордость России

4 ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на годы» 4 Система ГЛОНАСС является навигационной системой двойного назначения, обеспечивает решение навигационных и координатно-временных задач в интересах как специальных, так и гражданских потребителей Поддержание системы ГЛОНАСС с гарантированными характеристиками навигационного поля на конкурентоспособном уровне Улучшение тактико-технических характеристик системы ГЛОНАСС с целью обеспечения ее паритета с зарубежными системами, лидирующих позиций Российской Федерации в области спутниковой навигации Обеспечение использования системы ГЛОНАСС как на территории Российской Федерации, так и за рубежом (Федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на годы» утверждена Постановлением Правительство Российской Федерации ) Федеральная целевая программа на период гг. является основой для поддержания, развития и эффективного использования системы ГЛОНАСС

5 Состав системы ГЛОНАСС 5 Наземный комплекс управления Орбитальная группировка навигационных космических аппаратов Космический комплекс ГЛОНАСС Средства фундаментального обеспечения системы ГЛОНАСС Комплекс аппаратуры потребителей навигационной и временной информации гражданского назначения Click to add Title Комплекс средств уточнения фундаментальных астрономических и геодезических параметров Click to add Title Комплекс средств определения и прогнозирования параметров вращения Земли Click to add Title Комплекс средств формирования UTC (SU) Система апостериорного высокоточного определения эфемерид и временных поправок Комплекс функциональных дополнений системы ГЛОНАСС Click to add Title Широкозонная система дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ) Click to add Title Комплекс средств обеспечения взаимодополняемости СДКМ с наземными радиотехническими средствами Click to add Title Региональные и локальные дифференциальные системы Глобальная навигационная система ГЛОНАСС Ракетно-космические комплексы – состав системы ГЛОНАСС до 2008 г.

6 Текущее состояние системы ГЛОНАСС 6 Обозначения: – КА «Глонасс-М», использующиеся по ЦН – КА «Глонасс-М», не используются по ЦН – КА «Глонасс-К» 11Л 1 плоскость 2 плоскость 3 плоскость Л – КА «Глонасс-М» орбитального резерва Всего в составе ОГ 29 КА - используются по ЦН …………......…… на техническом обслуживании (на исследовании) КА - 1 КА - 3 КА - 1 КА - орбитальный резерв (ОР ) …… по программе летных испытаний (ПЛИ)

7 Развитие спутниковых навигационных систем 7 Система ГЛОНАСС развивается непрерывно Пользователи Региональные навигационные спутниковые системы - IRNSS (Индия) - QZSS (Япония) - Compass (G) (КНР) - Compass (I) (КНР) Функциональные дополнения СДКМ (РФ) WAAS (США) EGNOS (ЕС) MSAS (Япония) GAGAN (Индия) Глобальные навигационные спутниковые системы - ГЛОНАСС (Российская Федерация) - GPS (США) - Galileo (ЕС) - Compass (M) (КНР)

8 Стратегия развития системы ГЛОНАСС 8 Основные задачи Доведение характеристик ГЛОНАСС до конкурентоспособ- ного уровня и обеспечение их стабильности Дальнейшее улучшение характеристик ГЛОНАСС, развитие ее орбитальной группировки, расширение областей применения Сертификация системы ГЛОНАСС Развитие функциональных дополнений Развитие средств фундаментального обеспечения Обеспечение совместимости и взаимодополняемости ГНСС Создание опережающего научно-технического задела для развития ГЛОНАСС Расширение функциональных возможностей ГЛОНАСС (навигация, связи, ДЗЗ), использование «интеллектуаль- ного» ресурса орбитального построения Разработка технологий и средств навигации для освоения дальнего космоса (Луны,...) Разработка новых принципов построения систем навигации Развитие космического сегмента системы ГЛОНАСС КА «Глонасс-КМ» КА «Глонасс-К» КА «Глонасс-М»

9 Уязвимость ГНСС 9 Уязвимость ГНСС это свойство системы, обусловленное особенностями ее построения и определяющее зависимость качества функционирования системы от дестабилизирующих воздействий и изменения условий работы потребителя Степень уязвимости ГНСС, прежде всего, должна определяться уязвимостью (незащищенностью) потребителя от дестабилизирующих преднамеренных и непреднамеренных воздействий и изменений условий его работы Доступность услуги - мера степени уязвимости ГННСС и мера гарантии координатно-временного и навигационного обеспечения потребителя

10 ГЛОНАСС – велик, но не всемогущ 10 Гарантированное координатно-временное и навигационное обеспечение это - предоставление в течение приемлемого времени потребителям заданной группы необходимой координатно-временной и навигационной информации требуемого качества с вероятностью не хуже заданной. Главной целью развития ГЛОНАСС является достижение гарантированного координатно-временного и навигационного обеспечения широкого круга потребителей - отклонения оценки i-й компоненты вектора положения и скорости потребителя j-ой группы, соответственно, от реальных; - отклонение оценки времени потребителем j-ой группы от системного; - интервал времени получения решения навигационной задачи потребителем j -ой группы; - допустимые отклонения оценки компонентов вектора положения и скорости потребителя j -ой группы; - допустимое отклонение оценки времени потребителя j-ой группы; - ограничение времени решения навигационной задачи потребителем j-ой группы. Результаты решения навигационной задачи должны удовлетворять с заданной вероятностью допустимым ограничениям вида: где: при условии

11 Направления обеспечения гарантированного обслуживания потребителей ГЛОНАСС Снижение уязвимости системы ГЛОНАСС: повышение надежности функционирования системы ГЛОНАСС; улучшение целевых характеристик ГЛОНАСС (модернизация орбитального построения КА системы ГЛОНАСС, совершенствование технологии ЭВО системы,...). 2. Использование (создание): дополняющих ГНСС систем, повышающих надежность, точность, устойчивость КВНО при штатном функционировании ГЛОНАСС; ассистирующих (резервных) ГЛОНАСС систем (технологий) КВНО, используемых при отсутствии сигналов ГНСС; технологий, интегрирующих системы позиционирования, навигации и синхронизации в единый эффективный комплекс;...

12 Поля точности ГНСС 12 ОГ ГЛОНАСС ОГ GALILEO Средний PDOP = 1,91 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 Средний PDOP = 1,67 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 ОГ GPS Средний PDOP = 1,59 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 ОГ COMPASS Средний PDOP = 1,70 (Р= 0,95) Доступность = 1,0

13 Сравнительная оценка навигационных характеристик ГНСС 13 ГНСС Навигационные характеристики Доступность * (PDOP 6, γ 5 о ) Доступность * (PDOP 6, γ 25 о ) Доступность * (PDOP 2, γ 5 о ) Среднее значение PDOP * (γ 5 о ) ГЛОНАСС1 / / / / 1.77 GPS1 / / / / 1.60 GALILEO1 / / / / 1.63 COMPASS1 / / / / 1.66 * глобально / на территории Российской Федерации

14 Основные цели модернизации орбитального построения системы ГЛОНАСС 14 1.пПовышение точности (уменьшение геометрического фактора) и доступности навигационных услуг за счет увеличения общего количества КА и рационального их размещения в ОГ системы. 2.рОбеспечение конкурентоспособности ГЛОНАСС глобально и на территории Российской Федерации. 3.рНа начальном этапе эффективное использование КА орбитального резерва. 4.рЭффективное проведение летных испытаний КА новых поколений и создание условий смены поколений КА (без нарушения штатного функционирования системы).

15 Основные принципы модернизации орбитального построения системы ГЛОНАСС 15 1.рЭволюционное развитие ОГ системы ГЛОНАСС и преемственность существующими потребителями. Сохранение существующей структуры ОГ и использование ее как базовой, в том числе для обеспечения функционирования существующего парка НАП специального и массового назначения. 2.рОткрытая перспектива: приведение ОГ системы ГЛОНАСС к открытой и незамкнутой структуре. Обеспечение эффективного применения по целевому назначению "произвольного" коли- чества КА, в том числе проведения летных испытаний. 3. Антиподность размещения КА в плоскостях. Обеспечение оптимального использования ограниченного ресурса литерных частот, всего 15 (-7,....+7). 4.рУстойчивость структуры ОГ расширенного состава в течение срока активного существования КА (~ 10 лет). Минимизация затрат рабочего тела и соответствующих запасов характеристической скорости на построение и поддержание орбитальной структуры системы. 5.рМинимизация сроков и затрат на модернизацию орбитального построения системы ГЛОНАСС, а также возможных рисков при модернизации. 6.рПовышение (не снижение) эффективности функционирования систем, базирующихся на КА ГЛОНАСС (КОСПАС-САРСАТ, «Лира» и др.).

16 Область выбора оптимальной (рациональной) структуры орбитального построения системы ГЛОНАСС 16 Кинематически симметричная (правильная) структура (группировка Уолкера (J.Walker)): I: T/P/F 48/6/1, где T = 48 – количество слот (потенциальных рабочих точек) в орбитальной структуре; P = 6 – число орбитальных плоскостей; F = 1 – параметр смещения. Угол расфазировки между слотами в соседних плоскостях: Δu = (F х 360 о ) /T. Для рассматриваемой орбитальной структуры Δu = 1 х 360 о /48 = 7,5 о.

17 Дополнения среднеорбитальной составляющей системы ГЛОНАСС Глобальная среднеорбитальная группировка Региональная высокоорбитальная группировка Функциональные дополнения Ассистирующие системы Погрешность навигационных определений – в абсолютном режиме 0,6 м – при использовании функци- ональных дополнений 0,06 м Погрешность навигационных определений – в абсолютном режиме 0,6 м – при использовании функци- ональных дополнений 0,06 м Доступность навигационных услуг в плотной городской застройке 95% времени Предупреждение о нарушении целостности при заходе на посадку и маневрировании самолетов в портах Навигации в закрытых помещениях, подводных и подземных пространствах Мировой уровень навигационных услуг 17

18 Состав сети станций сбора измерений СДКМ Терминал голосовой связи 2. Устройство защиты информации (VPN) 3. Компьютер управления 4. Компютер 5. Навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS 6. Водородный стандарт частоты 7. Бесперебойный источник питания 19 станций сбора измерений на территории России: Пулково и Светлое (Ленинградская обл.), Менделеево, ГЦ ШСДКМ, Геленджик, Кисловодск, Новосибирск, Иркутск, Петропавловск-Камчатский, Тикси (Республика Саха), Владивосток, Магадан, Южно-Сахалинск, Якутск, Ловозеро (Мурманская обл.), Екатеринбург, Норильск, Билибино (Чукотский автономный округ), Ноябрьск (Тюменская обл.), 6 станций за рубежом: Судак (Украина), Актау (Казахстан), «Беллинсгаузен» (Антарктида), «Новолазаревская» (Антарктида), «Прогресс» (Антарктида), г. Бразилиа (Бразилия) Одновременное слежение за КА с нескольких станций

19 Состав сети станций сбора измерений (ССИ) за пределами Российской Федерации 19 п/п Место расположения Страна 1 БрисбенАвстралия 2 ПертАвстралия 3 Тасмания, ХобартАвстралия 4 ст. БеллинсгаузенАнтарктида 5 ст. НоволазаревскаяАнтарктида 6 ст. ПрогрессАнтарктида 7 ст. РусскаяАнтарктида 8 Фальда-дель-КарменАргентина 9 БразилиаБразилия 10 КаракасВенесуэла 11 ХошиминВьетнам 12 БрауншвайгГермания – уже размещены п/п Место расположения Страна 38 Лос-АнжелесСША 39 ГринбелтСША 40 Фэрбэнкс, АляскаСША 41 НурекТаджикистан 42 СудакУкраина 43 СуваФиджи 44 о. ТаитиФранция 45 ТулузаФранция 46 о. ПасхиЧили 47 КирунаШвеция 48 КейптаунЮАР 49 СаппороЯпония п/п Место расположения Страна 13 ЛусакаЗамбия 14 Тель-АвивИзраиль 15 БангалорИндия 16 ДжакартаИндонезия 17 РейкьявикИсландия 18 МаспаломасИспания 19 ПраяКабо-Верде 20 АккольКазахстан 21 АктауКазахстан 22 ВикторияКанада 23 ЧанчунКитай 24 УрумчиКитай 25 ШанхайКитай п/п Место расположения Страна 26 ГаванаКуба 27 о. МаврикийМаврикий 28 Улан-БаторМонголия 29 ЛагосНигерия 30 МанагуаНикарагуа 31 ОклендНовая Зеландия 32 ЛимаПеру 33 Орта, Азорские о-ваПортугалия 34 о. ПраслинСейшелы 35 Гонолулу, ГавайиСША 36 о. ГуамСША 37 Денвер, КолорадоСША 38 Лос-АнжелесСША – размещаются до 2015 года Размещение ССИ – уже размещены – будут размещены в 2013 г. – будут размещены к 2020 г. Размещение КОС – будут размещены к 2015 г. – будут размещены к 2020 г.

20 Изменения навигационного поля (геометрического фактора) системы при дополнении ГЛОНАСС КА на околокруговых геосинхронных орбитах 20 Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) с дополнением 6 КА на околокруговых геосинхронных орбитах Орбита околокруговая геосинхронная Число КА – 6; Большая полуось – м; Период обращения – с; Наклонение орбит – 43 градуса; Аргумент перигея – 270 градусов; Эксцентриситет – 0,075.

21 Изменения навигационного поля (геометрического фактора) системы при дополнении ГЛОНАСС КА на орбитах типа «Молния» 21 Орбита типа «Молния» Число КА – 6; Большая полуось – м; Период обращения – с; Наклонение орбит – 63,5 градусов; Аргумент перигея – 270 градусов; Высота перигея – м; Высота апогея – м; Эксцентриситет – 0,74. Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) > 2.1 Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) с дополнением 6 КА на орбитах типа «Молния»

22 Изменения навигационного поля (геометрического фактора) системы при дополнении ГЛОНАСС КА на околокруговых геосинхронных орбитах и КА на орбитах типа «Молния» Орбита околокруговая геосинхронная Число КА – 6; Большая полуось – м; Период обращения – с; Наклонение орбит – 43 градуса; Аргумент перигея – 270 градусов; Эксцентриситет – 0,075. Орбита типа «Молния» Число КА – 6; Большая полуось – м; Период обращения – с; Наклонение орбит – 63,5 градусов; Аргумент перигея – 270 градусов; Высота перигея – м; Высота апогея – м; Эксцентриситет – 0,74. Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) Навигационное поле системы ГЛОНАСС (24 КА) с дополнением 6 КА на околокруговых геосинхронных орбитах и 6 КА на орбитах типа « Молния »

23 Интеграция глобальных навигационных спутниковых систем 23 Интеграция ГНСС (совместимость, взаимодополняемость,…) является одной из основных целей международного сотрудничества по спутниковой навигации. Уровни интеграции ГНСС ОГ GPS Средний PDOP = 1,59 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 Средний PDOP = 1,13 (Р= 0,95) Доступность = 1,0 ОГ ГЛОНАСС+GPS Взаимозаменяемость Взаимодополняемость Совместимость Единая мировая ГНСС РЕГЛАМЕНТАЦИЯ КООРДИНАЦИЯ ВЗАИМНОЕ СОГЛАСИЕ ВСЕОБЩЕЕ СОГЛАСИЕ Единая мировая ГНСС

24 И все-таки, 24 ГЛОНАСС – велик !

25 Спасибо за Ваше внимание !

26 Справочный материал

27 Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС 27 КА «Глонасс-К» С в системе ГЛОНАСС используются по целевому назначению 24 КА Обозначения: КА МКСР «Луч», в том числе: КА «Луч-5А», запущен ; КА «Луч-5Б», запущен ; КА «Луч-5В», запланирован на1 кв. 2014г. зона обслуживания КА «Луч-5А» в орбитальной позиции 167 о в.д. зона обслуживания КА «Луч-5Б» в орбитальной позиции 16 о з.д. зона обслуживания КА «Луч-5В» в орбитальной позиции 95 о в.д. КА «Луч-5» КА «Глонасс-М» КА СДКМ Справочные данные по орбитальному построению ОГ Тип орбиты средневысотная, круговая Высота (H) км. Наклонение (i)64,8 О

28 Спутниковая навигационная система США 28 Обозначения: КА WAAS, в том числе: КА для EGNOS КА для MSAS, GAGAN зона обслуживания системы WAAS КА GPS в 6 плоскостях 66 КА «Iridium» Базовые услуги навигационно-временного обеспечения потребителей США обеспечивает система GPS в составе 30 КА. Повышение точности и контроль целостности GPS осуществляет система WAAS с КА на геостационарной орбите, излучающих навигационные сигналы. Всего 4 КА. Дополнительный канал информационной поддержки потребителей предоставляет система IRIDIUM с КА на низких орбитах (в состоянии проработки). Система IRIDIUM в составе 66 КА «Iridium», на круговых квазиполярных орбитах, размещенных в 6 орбитальных плоскостях, i = 86,4 о, Н = 780 км. Справочные данные по орбитальному построению ОГ Тип орбиты средневысотная, круговая Высота (H) км. Наклонение (i)55,0°

29 Спутниковая навигационная система Евросоюза 29 Обозначения: КА EGNOS зона обслуживания системы EGNOS КА Galileo Спутниковая навигационная система Евросоюза включает среднеорбитальную группировку из 27 КА Galileo и широкозонную дифференциальную систему EGNOS с 3 КА на геостационарных орбитах. EGNOS, также как и WAAS (США), MSAS (Япония), GAGAN (Индия) и СДКМ (РФ), обеспечивает потребителей услугами повышенной точности и контроль целостности навигационного поля. Справочные данные по орбитальному построению ОГ КА «Galileo» Тип орбиты средневысотная, круговая Высота (H) км. Наклонение (i)56,0° На в системе 4 КА «Galileo»

30 Спутниковая навигационная система КНР COMPASS (Beidou-2) Обозначения: КА Compass-М зона обслуживания системы COMPASS (BeiDou-2) текущего состава КА Compass-G КА Compass-I 30 подспутниковые точки: Спутниковая навигационная система COMPASS (Beidou-2) включает три орбитальные группировки КА: – 5 навигационно-связных КА «Compass-G» на геостационарных орбитах, всего запущено 6 КА; – 5 КА «Compass-I» на круговых геосинхронных орбитах (i-55 o, H (h) = км), всего запущено 5 КА; – 27 КА «Compass-М», запущено 5 КА. Всего в системе COMPASS планируется иметь 37 навигационных КА (27+5+5) ГНСС и РНСС. Справочные данные по орбитальному построению ОГ КА «Compass-М» Тип орбиты средневысотная, круговая Высота (H) км. Наклонение (i)55,0° КА «Compass-M» КА «Compass-G» КА «Compass-I»

31 Улучшение характеристик системы ГЛОНАСС 31 Ввод перспективных КА, модернизация НКУ системы ГЛОНАСС Повышение точности навигационно-временных определений Завершение испытаний и ввод в эксплуатацию космического сегмента СДКМ на базе КА «Луч-5А» и «Луч-5Б» Повышение точности навигационно-временных определений Внедрение сигналов с кодовым разделением Повышение помехозащищенности и точности навигационно-временных определений Эфемеридно - временное обеспечение более 24 КА (до 30 КА) средствами модернизированного НКУ системы ГЛОНАСС Эффективное использование КА орбитального резерва Развертывание сети измерительных средств за рубежом Повышение точности навигационно-временных определений Модернизация орбитального построения системы ГЛОНАСС, обеспечивающая эффективное использование по целевому назначению более 24 КА Повышение точности навигационно-временных определений, доступности в условиях городской застройки Реализация технологии сокращения периодичности "обновления" ЭВИ на КА систем ГЛОНАСС (до 8 часов НКУ, до 1-2 часов БАМИ, МЛНСС) Повышение точности навигационно-временных определений