Радионавигационное поле
Навигационные радиосигналы, излучаемые штатными НКА, образуют радионавигационное поле в околоземном пространстве.
В СРНС ГЛОНАСС каждый штатный НКА излучает навигационные радиосигналы 1600 МГц и 1250 МГц в сторону Земли с помощью передающих антенн, рабочая часть диаграммы направленности (ДН) которых имеет ширину 2j 0 =38° и “освещает” диск Земли с избытком до высоты h0 над поверхностью.
Рабочую часть ДН можно представить в виде конусного радиолуча с углом 2j 0 при вершине. Очевидно, что
sinj 0=(h0+r)/(H+r),
где r = 6400 км ¾ радиус Земли; H = 19100 км ¾ высота орбиты НКА.
Подставив j 0=19° , получим h0 = 2000 км.
При полной ОГ (24 штатных НКА) радионавигационное поле на высотах h £ h0 = 2000 км непрерывно в пространстве, т.е. потребитель в любой точке этого пространства “освещается” радиолучами не менее чем от четырех НКА, образующих по отношению к нему удовлетворительное по геометрическому фактору созвездие для оперативного автономного определения координат и вектора скорости.
На высотах h > h0 радионавигационное поле становится дискретным в пространстве. Космические объекты на высотах h0 < h < H “освещены” радиолучами от необходимого для оперативной навигации созвездия (не менее четырех НКА, включая НКА ниже местного горизонта) не везде, а только при нахождении в определенных областях пространства.
Космические объекты на высотах h > H (например, на геостационарной орбите) будут “освещены” на некоторых участках своей орбиты радиолучом от одного или двух НКА (при полной ОГ), и НАП может не оперативно определить орбиту космического объекта на основе обработки результатов приема навигационных радиосигналов на “освещенных” участках орбиты.
Ограничимся рассмотрением непрерывного радионавигационного поля (h £ h0). Основной характеристикой радионавигационного поля для наземного потребителя являются мощности навигационного радиосигнала от околозенитного и пригоризонтного НКА на выходе “стандартной” приемной антенны (без учета отражений от поверхности Земли):
P0 = Pп G(j ) G0(b ) l 2/(4p R)2,
где Pп ¾ мощность излучения передатчика; G(j ) ¾ коэффициент направленности передающей антенны (с учетом потерь в АФУ) в направлении j на приемную антенну; G0(b ) ¾ коэффициент направленности “стандартной” приемной антенны в направлении b на передающую антенну; l ¾ длина волны несущего колебания радиосигнала; R ¾ дальность от приемной антенны до передающей антенны.
В системе ГЛОНАСС передающие антенны для навигационных радиосигналов на НКА имеют круговую правую поляризацию излучения.
Коэффициент направленности G(j ) передающих антенн в рабочем секторе направлений j £ 19° относительно оси антенны составляет
| j , угл.град. | 0° | 15° | 19° |
| G(j ),дБ (1600 МГц) | |||
| G(j ),дБ (1250 МГц) |
В качестве “стандартной” приемной антенны удобно рассматривать изотропную приемную антенну с круговой поляризацией, G0(b ) = 1.
Дальность R от приемной антенны, размещенной на поверхности Земли, до околозенитного (b = 90° ) НКА составит R = H = 19100 км, до пригоризонтного (b =5° ) НКА составит R = 24000 км.
Бюджет мощности P0 узкополосных навигационных радиосигналов на выходе “стандартной” приемной антенны:
| 1600 МГц | 1250 МГц | |||
| b , угл. град. | 90° | 5° | 90° | 5° |
| Pп, дБ Вт | + 1 5 ± 1 | + 9 ± 1 | ||
| G(j ), дБ | +10 | +12 | +9 | +11 |
| (l ¤ 4 p R)2, дБ | - 182 | - 184 | - 180 | - 182 |
| G0(b ), дБ | ||||
| P0, дБ | - 157± 1 | - 157± 1 | - 162± 1 | - 162± 1 |
Отметим, что мощность навигационного радиосигнала, принимаемого наземным потребителем с помощью изотропной антенны, одинакова для околозенитного и пригоризонтного НКА.