نظام وخصائص محطات الإرسال الفضائية للنظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS)

نظام وخصائص محطات الإرسال الفضائية للنظام العالمي
للملاحة الساتلية (GLONASS)
يتألف النظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS) من 24 ساتلاً مع المباعدة المتساوية بين هذه السواتل المتموقعة في ثلاثة مستويات مدارية والموزعة على أساس ثمانية سواتل في كل مستوى. أما زاوية ميل المدار فهي °64,8. ويُرسِل كل ساتل إشارات ملاحية في ثلاثة نطاقات للترددات وهي: L1 (GHz 1,6)، وL2 (GHz 1,2)، و L3(GHz 1,1). ويجري التمييز بين هذه السواتل بواسطة التردد الحامل؛ ويمكن أن يُستعمَل نفس التردد الحامل من السواتل المُتَقَاطرات المتموقعة في نفس المستوى. ويتم تشكيل الإشارات الملاحية بواسطة قطار متواصل للبتات (يتضمن معلومات تقويمية فلكية وتوقيتية للساتل)، وكذلك بواسطة شفرة شبه عشوائية لقياسات أشباه الأمدية. وبوسع مستعمِلٍ يستقبل إشارات من أربعة سواتل أو أكثر القيام بتحديد الإحداثيات الثلاث للموقع والمكونات الثلاث لمتجهات السرعة بدقة عالية. وتكون التحديدات الراديوية للموقع ممكنة عندما يكون المستعمل على سطح الأرض أو قريباً منه.
1.1   متطلبات التردد
تم تحديد متطلبات التردد للنظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS) على أساس شفافية غلاف التأين (أو الأيونوسفير)، وميزانية الوصلة الراديوية، وبساطة هوائيات المستعمِل، وكبت تعدد المسيرات، وتكلفة التجهيزات، وأحكام لوائح الراديو. وتتباين الترددات الحاملة طبقاً لعدد صحيح مضاعفٍ للقيمة MHz 0,5625 في نطاق الترددات L1، ولعدد صحيح مضاعفٍ للقيمة MHz 0,4375 في نطاق الترددات L2، ولعدد صحيح مضاعفٍ للقيمة MHz 0,423 في نطاق الترددات L3.
وتَستعمِل السواتل الجديدة في النظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS)، منذ عام 2006، من 14 إلى 20 تردداً من الترددات الحاملة في النطاقات المختلفة. وتُستعْمَل الترددات من MHz 1 598,0625 (أدنى تردد) إلى MHz 1 605,3750 (أعلى تردد) في نطاق الترددات L1، وتُستعْمَل الترددات من MHz 1 242,9375 (أدنى تردد) إلى MHz 1 248,6250 (أعلى تردد) في نطاق الترددات L2، وتُستعْمَل الترددات من MHz 1201,7430 (أدنى تردد) إلى MHz 1209,7800 (أعلى تردد) في نطاق الترددات L3. ويُقدِّم الجدول 1 القيم الاسمية للترددات الحاملة لإشارات الملاحة الراديوية المستعمَلَة في النظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS).
القيم الاسمية للترددات الحاملة لإشارات الملاحة الراديوية المستعمَلَة في النظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS) ويتم إرسال إشارات الملاحة المُشكَّلَة بواسطة الإبراق بزحزحة طورين (بزاوية الطور °180) والمزحزَحَة الطور بزاوية °90 (في التشكيل التربيعي) عند كل تردد حامل. وهي إشارات من نوعين، إشارة معيارية الدقة (SA) وأخرى عالية الدقة (HA).
2      عرض عام للنظام
يُتِيح النظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS) معطيات الملاحة وإشارات الوقت الدقيقة لمستعملي هذه المعطيات الأرضية والبحرية والجوية والفضائية.
ويعمل هذا النظام على أساس مبدأ التثليث المنفعل. وتقوم تجهيزات المستعمِل للنظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS) بقياس أشباه الأمدية وأشباه السرعات القطرية من كل السواتل المرئية ويستقبل المعلومات بشأن المعلمات التقويمية الفلكية ومعلمات الميقاتية للسواتل. وعلى أساسٍ من هذه المعطيات، تُحسَب الإحداثيات الثلاث لموقع المستعمِل والمكونات الثلاث لمتجهات السرعة ثم يجري تصحيح ميقاتية المستعمِل وتردده. ويستعمل النظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS) نظام الإحداثيات لمعلمات الأرض PE 90.
3      وصف النظام
يتألف النظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS) من ثلاثة أجزاء رئيسية: الجزء الفضائي، وجزء التحكم، والجزء الخاص بالمستعمِل.
1.3   الجزء الفضائي
يتألف النظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS) من 24 ساتلاً من السواتل المتموقعة في ثلاثة مستويات مدارية والموزعة على أساس ثمانية سواتل في كل مستوى. وهذه المستويات منفصلة عن بعضها البعض بزاوية 120 على خط الطول. أما زاوية ميل المدار فهي °64,8. أما المباعدة فهي متساوية بين السواتل بزاوية العرض °45في كل مستوى. ويبلغ طول مدة الدوران لكل ساتل 11 ساعة و15 دقيقة. ويبلغ ارتفاع المدار 19 100 km.
2.3   جزء التحكم
يتكون جزء التحكم من مركز التحكم للنظام وشبكة محطةٍ للمراقبة. وتقيس محطات المراقبة المعلمات المدارية وزحزحة الميقاتية نسبةً إلى الميقاتية الرئيسية للنظام. ويتم إرسال هذه المعطيات إلى مركز تحكم النظام. ويحسب هذا المركز المعطيات التقويمية الفلكية ومعلمات تصحيح الميقاتية ثم يقوم بتحميل الرسائل إلى السواتل عن طريق محطات المراقبة على أساس يومي.
3.3   الجزء الخاص بالمستعمِل
يتألف الجزء الخاص بالمستعمِل من عدد كبير من مطاريف المستعمِل متعددة الأنواع. ويتكون مطراف المستعمِل من هوائي، ومستقبِل، ومعالج، وجهاز دخل/خرج. ويُمكن الجمع بين هذه التجهيزات وأجهزة ملاحية أخرى من أجل زيادة الدقة والاعتمادية الملاحيتين. ويمكن أن يكون هذا الجمع مجدياً على وجهٍ خاص بالنسبة للمنصات عالية الدينامية.
4      بنية إشارة الملاحة
إن بنية الإشارة معيارية الدقة هي نفسها لكل من نطاقي الترددات L1 وL2 ولكنها تختلف بالنسبة لنطاق الترددات L3. وهي سلسلة شبه عشوائية تُضاف باستخدام المقياس Modulo-2 إلى قطار متواصل للمعطيات الرقمية يتم إرساله بمعدل bit/s 50 (بالنسبة للنطاقين L1 وL2) وبمعدل bit/s 125 (بالنسبة للنطاق L3). ويبلغ معدل نبضات السلسلة شبه العشوائية MHz 0,511 (بالنسبة للنطاقين L1 وL2) وMHz 4,095 (بالنسبة للنطاق L3)، أما دور هذه السلسلة فهو ms 1.
أما الإشارة عالية الدقة، في النطاقات L1 وL2 وL3، فهي أيضاً سلسلة شبه عشوائية تُضاف باستخدام المقياس Modulo 2 إلى قطار متواصل للمعطيات. ويبلغ معدل نبضات السلسلة شبه العشوائية MHz 5,11 في النطاقين L1 وL2 ويبلغ MHz 4,095 في النطاق L3.
وتتضمن المعطيات الرقمية معلومات بشأن المعلمات التقويمية الفلكية ووقت الميقاتية، وما إلى ذلك من المعلومات المفيدة.
5      قدرة الإشارة وأطيافها
تكون الإشارات المرسَلَة مستقطَبة إهليلجيّاً مُيَامِنة مع عامل إهليلجية لا يكون أسوأ من 0,7 بالنسبة للنطاقات L1 وL2 وL3. وتُحَدد أدنى قدرة مضمونة للإشارة عند دخل مستقبِلٍ ما (مع افتراض كسب للهوائي بقيمة 0 dBi) بالقدر dBW 161− (dBm 131−) بالنسبة للإشارتين معيارية الدقة وعالية الدقة في النطاقات L1 وL2 وL3.
وتُستعْمَل ثلاثة أصناف من البث في النظام العالمي للملاحة الساتلية (GLONASS) وهي: 8M19G7X و1M02G7X و10M2G7X. ويُقدِّم الجدول 2 خصائص هذه الإشارات.
وتُتيح الدالة الجيبية: (sin x/x)2 وصف غلاف التوزيع لطيف قدرة الإشارة الملاحية، حيث:

وحيث تكون المعلمات أدناه كالتالي:
:    التردد قيد النظر
c:  التردد الحامل للإشارة
t:   معدل نبض الإشارة.
ويُشكِّل الفص الرئيسي للطيف الطيفَ التشغيلي للإشارة. ويَشغَل عرض نطاق مساوٍ للدالة 2t. وللفصوص عرض نطاق مساوٍ للدالة t.
الملحق 2