Европейская космическая радионавигационная система "Галилей" ч.2 (2003)
Майор Ю. Питерский,
кандидат технических наук
Окончание. Начало см.: Зарубежное военное обозрение. - 2003. - No 9. - С. 48-55.
Основные характеристики системы. В космическом элементе КРНС "Галилей" будут использоваться 27 (плюс три резервных) ИСЗ на средних орбитах высотой 23 616 км, наклонением 56° и периодом обращения 14 ч 4 мин в трех орбитальных плоскостях (разнесенных на 120° по долготе восходящих узлов), в каждой из которых спутники расположены равномерно (с интервалом 40°).
В этой системе будут использоваться частоты в нижнем (Е5А и Е5В: 1 164-1 215 МГц, этот участок выделен службам обеспечения безопасности жизнедеятельности, и Е6: 1 260-1300 МГц, этот участок изучается для принятия решения на Всемирной радиоконференции 2003 года) и верхнем (Е2, L1 и Е1: 1 559-1 591 МГц, этот участок выделен службам обеспечения безопасности жизнедеятельности) участках L-диапазона частот.
В участке Е5А будут передаваться два навигационных сигнала (в квадратуре) на частоте 1 176,45 МГц, в участке Е5В - также два навигационных сигнала (в квадратуре) на частоте 1 207,14 МГц (значение несущей в принципе может изменяться дискретно с шагом 1,023 МГц в сторону увеличения до 1 196,91 МГц в зависимости от конструкции полезной нагрузки), в участке Е6 - три навигационных сигнала (один на поднесущей и два квадратурных) на частоте 1 278,75 МГц, в участке Е2, L1 и Е1 - три навигационных сигнала (на одной поднесущей и два квадратурных на другой поднесущей) на частоте 1 575,42 МГц. Очевидно, что возможна взаимозаменяемость с системой NAVSTAR: участок Е5А соответствует частоте L5, а участки Е2, L1 и Е1 - частоте L1 системы NAVSTAR.
На каждом из спутников системы будут использоваться пять различных, уникальных для каждого ИСЗ дальномерных кодов (CI, CQ, CA, CB и CC) Голда.
На частоте 1 176,45 МГц в качестве дальномерного кода CI синфазного сигнала используется код с кратной 20 мс длиной, необходимой для однозначной идентификации символа и информационного бита, и тактовой частотой 10,23 Мцикл/с.
Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CI, манипулируемый по фазе (на 180°) цифровым потоком символов (представляет собой навигационное сообщение NAVE5a, подвергнутое помехоустойчивому кодированию, блоковому перемежению и вставке уникального слова) со скоростью 25 бит/с, и передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на 180°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной несущей частотой (сигнал No 1 - CI (E5a)). Шифрование дальномерного кода и данных не применяется.
На частоте 1 176,45 МГц в качестве дальномерного кода CQ квадратурного сигнала используется код с длиной 10 230 символов, необходимой для однозначной идентификации символа, и тактовой частотой 10,23 Мцикл/с. Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CQ, передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на ±90°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной несущей частотой (сигнал No 2 - CQ (E5a)). Этот сигнал является пилотным, необходимым для восстановления данных на приеме и обеспечения устойчивого слежения за синфазным сигналом.
Шифрование дальномерного кода и данных не применяется.
На частоте 1 207,14 МГц в качестве дальномерного кода CI синфазного сигнала используется код с длиной, равной 10 230 х 2N символов (N - значение, которое будет зависеть от окончательного выбора скорости передачи данных, необходимой для однозначной идентификации символа и информационного бита), и тактовой частотой 10,23 Мцикл/с (выбор значения тактовой частоты будет сделан позже). Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CI, манипулируемый по фазе (на 180°) цифровым потоком символов (представляет собой навигационное сообщение NAVE5b, подвергнутое помехоустойчивому кодированию, блоковому перемежению и вставке уникального слова) со скоростью 150 бит/с (выбор значения скорости потока будет сделан позже), и передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на 180°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной несущей частотой (сигнал No 3 - CI (E5b)). Шифрование дальномерного кода и данных не применяется.
На частоте 1 207,14 МГц в качестве дальномерного кода CQ квадратурного сигнала используется код с длиной 10 230 символов, необходимой для однозначной идентификации символа, и тактовой частотой 10,23 Мцикл/с. Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CQ, передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на ±90°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной несущей частотой (сигнал No 4 - CQ (E5b)). Этот сигнал является пилотным, необходимым для восстановления данных на приеме и обеспечения устойчивого слежения за синфазным сигналом.
Шифрование дальномерного кода и данных не применяется.
Сигналы No 1 - 4 - CI (E5a), CQ (E5a), CI (E5b) и CQ (E5b) - являются когерентными и могут обрабатываться в АП либо совместно, либо независимо, причем мощности синфазных и квадратурных сигналов одинаковы.
На частоте 1 278,75 МГц в качестве дальномерного кода CB первого сигнала используется код с тактовой частотой 5,115 Мцикл/с, передаваемый на поднесущей частоте 10,23 МГц (аналогичен перспективному сигналу для военных потребителей системы NAVSTAR). Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CA, манипулируемый по фазе (на 180°) цифровым потоком символов (представляет собой навигационное сообщение NAVE6a, подвергнутое помехоустойчивому кодированию, блоковому перемежению и вставке уникального слова) со скоростью 125 бит/с, и передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на 180°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной поднесущей частотой (сигнал Е6 со смещенной несущей частотой ВОС (10,23; 5,115) или ВОС (10, 5), обозначается как сигнал No 5 - Е6 ВОС 10, 5)). Применяется шифрование дальномерного кода (шифр - правительственный) и данных.
На частоте 1 278,75 МГц в качестве дальномерного кода CB синфазного сигнала используется код с длиной 10 230 символов и тактовой частотой 5,115 Мцикл/с.
Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CB, манипулируемый по фазе (на 180°) цифровым потоком символов (представляет собой навигационное сообщение NAVE6b, подвергнутое помехоустойчивому кодированию, блоковому перемежению и вставке уникального слова) со скоростью 500 бит/с, и передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на 180°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной несущей частотой (сигнал No 6 - CB (Е6а)). Применяется шифрование дальномерного кода (шифр - коммерческий) и данных.
На частоте 12 78,75 МГц в качестве дальномерного кода CC квадратурного сигнала используется код, аналогичный коду сигнала CB (Е6а). Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CC, передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на ±90°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной несущей частотой (сигнал No 7 - CC (Е6b)). Этот сигнал является пилотным, необходимым для восстановления данных на приеме и обеспечения устойчивого слежения за синфазным сигналом. Применяется шифрование дальномерного кода (шифр - коммерческий).
Мощность излучения на этой частоте делится поровну между сигналом Е6 ВОС (10, 5) и двумя другими сигналами, причем мощности синфазного CB (Е6а) и квадратурного CC (Е6b) сигналов одинаковы.
На частоте 1 575,42 МГц в качестве дальномерного кода CA первого сигнала используется код с тактовой частотой m x 1,023 Мцикл/с, передаваемый на поднесущей частоте n x 1,023 МГц (значения и тип планируется определить позже, сигнал также аналогичен перспективным сигналам для военных потребителей системы NAVSTAR). Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CA, манипулируемый по фазе (на 180°) цифровым потоком символов (представляет собой навигационное сообщение NAVL1A, подвергнутое помехоустойчивому кодированию, блоковому перемежению и вставке уникального слова) со скоростью 125 бит/с, передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на 180°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной поднесущей частотой (сигнал No 8 - E2-L1-E1 ВОС (n, m)).
Применяется шифрование дальномерного кода (шифр - коммерческий) и данных.
На частоте 1 575,42 МГц в качестве дальномерного кода CB синфазного сигнала используется код с тактовой частотой 2,046 Мцикл/с, передаваемый на поднесущей частоте 2,046 МГц (также аналогичен перспективным сигналам для военных потребителей КРНС NAVSTAR).
Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CB, манипулируемый по фазе (на 180°) цифровым потоком символов (представляет собой навигационное сообщение NAVL1B, подвергнутое помехоустойчивому кодированию, блоковому перемежению и вставке уникального слова) со скоростью 100 бит/с, и передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на 180°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной поднесущей частотой (сигнал No 9 - CB E2-L1-E1 ВОС (2, 2)).
Шифрование дальномерного кода и данных не применяется.
На частоте 1 575,42 МГц в качестве дальномерного кода CC квадратурного сигнала используется код, аналогичный коду сигнала CB E2-L1-E1 ВОС (2, 2).
Сигнал на этой частоте представляет собой дальномерный код CC, передаваемый с борта ИСЗ посредством фазовой манипуляции (на ± 90°) излучений круговой поляризации правого вращения с указанной несущей частотой (сигнал No 10 - CC E2-L1-E1 ВОС (2, 2)). Этот сигнал является пилотным, необходимым для восстановления данных на приеме и обеспечения устойчивого слежения за синфазным сигналом. Шифрование дальномерного кода не применяется.
Мощность излучения на этой частоте делится поровну между сигналом E2 L1-E1 ВОС (n, m) и двумя другими сигналами, причем мощности синфазного CB E2-L1-E1 ВОС (2, 2) и квадратурного CC E2-L1-E1 ВОС (2, 2) сигналов одинаковы.
Минимальный уровень мощности при приеме любого из указанных сигналов в АП с ненаправленной антенной при угле места 10° составит около - 152 дБВт.
В качестве помехоустойчивого кодирования при передаче навигационных сообщений предполагается использовать свёрточные коды, причем с длиной кодового ограничения 7 и скоростью 1/2 (вместе с тем возможно применение кодов со скоростью 1/4).
В глобальном масштабе система "Галилей" будет предоставлять пять независимых видов обслуживания потребителей:
- обслуживание с бесплатным доступом (OS - Open Service), точность навигационных определений с помощью двухчастотной (одночастотной) АП составит 4 (15) и 8 (35) м на плоскости и по высоте соответственно, точность временных определений - 30 нс, в качестве АП будут использоваться совмещенные приемники (систем NAVSTAR и "Галилей"); здесь будут применяться сигналы No 1 - 4, 9 и 10;
- обслуживание, связанное с обеспечением безопасности жизнедеятельности потребителей (SoL - Safety of Life service), при котором предупреждение о нарушении целостности данных с точностью навигационных определений 12 и 20 м на плоскости и по высоте соответственно будет поступать в течение 6 с (для критичных случаев), а данных с точностью навигационных определений 556 м на плоскости - в течение 10 с (для некритичных случаев), причем точность навигационных определений с помощью трехчастотной АП составит 4 и 8 м на плоскости и по высоте соответственно для критичных случаев и 220 м на плоскости для некритичных случаев, при этом гарантируется круглосуточное предоставление данных на основе совместного использования систем "Галилей" и EGNOS; здесь будут использоваться сигналы No 1-4, 9 и 10;
- коммерческое обслуживание (CS - Commercial Service) на двух уровнях с контролируемым доступом через провайдеров таких услуг при гарантии непрерывного круглосуточного поступления данных; точность навигационных определений составит в глобальном масштабе 4-10 м, а в локальном - 0,1-1 м на плоскости; здесь будут использоваться сигналы No 1 - 7, 9 и 10;
возможно использование шифрованных дальномерных сигналов No 6 и 7;
- обслуживание, регламентируемое общественными интересами (PRS - Public Regulated Service), при гарантии непрерывного круглосуточного поступления данных для полиции, служб защиты граждан, скорой помощи, а также в стратегических отраслях, таких как энергетика, связь и другие; точность навигационных определений с помощью двухчастотной АП составит 6,5 и 12 м на плоскости и по высоте соответственно, а предупреждение о нарушении целостности данных с точностью навигационных определений 20 и 35 м на плоскости и по высоте соответственно будет поступать в течение 10 с, точность временных определений составит 100 нс; здесь будут использоваться сигналы No 5 и 8;
возможно применение шифрованных дальномерных сигналов No 5 и 8;
- обслуживание, связанное с обеспечением поиска и спасения (SAR - Search and Rescue Service), коордированное со службой COSPAS-SARSAT и дающее по сравнению с этой службой более высокую точность местоопределения передатчиков сигналов бедствия; будут использоваться сигналы на частотах 1 544/406 МГц на передачу/прием, обеспечивается одновременная ретрансляция до 150 сигналов бедствия (за 1 мин - шесть сообщений длиной 100 бит), время местоопределения передатчика сигнала бедствия составит менее 10 мин.
Кроме того, система позволит предоставлять локальные услуги с повышенной точностью навигационно-временных определений внутри помещений, причем элементы оборудования будут выполнены по единому системному проекту. Система обеспечит также предоставление совмещенных услуг, когда будут использоваться данные не только системы "Галилей", но и других систем (NAVSTAR, "Глонасс" и их расширений), других навигационных систем (в частности, инерциалъных) и систем связи. В состав системы "Галилей" вошли:
- глобальная компонента, которая содержит космический элемент (30 ИСЗ) и наземный элемент в составе сети станций L-диапазона частот GSS (Galileo Sensor Station), пяти станций закладки сообщений С-диапазона частот MUS (Mission Uplink Station), пяти станций передачи команд и приема телеметрии S-диапазона частот GUS (Galileo Uplink Station), причем рядом с последними расположены по одной станции сети GSS и MUS, а также основной и резервный центры управления системы GCC (Galileo Control Centre), которые обеспечат управление спутниковой системой, контроль навигационных данных (в том числе их целостности) и будут поддерживать системное время (связь центров GCC с составляющими наземного элемента будет осуществляться по специальной сети, обеспечивающей прием данных о сети станций GSS и передачу данных на станции MUS и GUS);
- сегмент потребителей, получающих навигационно-временные сообщения системы "Галилей" и других космических радионавигационных систем и их расширений в L-диапазоне частот, передающих аварийные сигналы системы поиска и спасения в УВЧ-диапазоне частот и принимающих данные от провайдеров локальных услуг и услуг системы EGNOS по соответствующим каналам передачи данных;
- внешние провайдеры услуг системы, получающие навигационно-временные сообщения системы "Галилей" и сигналы системы поиска и спасения в L-диапазоне частот и включающие в свой состав провайдеров локальных услуг (Local Service Provider), провайдеров услуг системы EGNOS (EGNOS Service provider), региональных провайдеров услуг наземной системы контроля целостности данных (Regional IDS Provider), провайдеров услуг системы поиска и спасения (SAR Provider) и (NRS Provider), причем три последних обслуживают потребителей с использованием навигационных сигналов системы "Галилей", а также провайдеров других услуг.
Центры управления системой будут связаны служебными интерфейсами с внешними провайдерами услуг системы, а также с провайдерами данных о международном времени и геодезических координатах.
Ход создания системы в 2002-2003 годах. В начале августа 2002 года британская фирма "Рэйтеон системз" - европейский филиал американской фирмы "Рэйтеон" - получила контракт на 0,45 млн долларов на разработку прототипа АП для систем "Галилей" и NAVSTAR.
Кроме того, в работах по прототипу АП принимают участие британские фирмы "Рэук мэне рисёч" и "Гелиос текнолоджи", а также университет Лидса.
В августе 2002 года совет национальной безопасности США направил участникам переговоров меморандум, в котором рекомендует сотрудничать с европейцами по вопросам проектирования перспективной европейской навигационной системы.
Внутри ЕС имелись противоречия, влияющие на сроки начала создания системы. В частности, Германия настаивала на распределении заказов строго в соответствии с размерами выделяемых каждым государством финансовых средств. Так, из запланированных расходов в 1,1 млрд евро половина приходится на ESA, а оставшуюся часть Германия предлагала разделить между участниками проекта в соответствии с размерами их внутреннего валового продукта (в этом случае ФРГ должна получить 24 % всех заказов, а Италия - 14 %). Однако Италия настаивала на равных долях для всех участников проекта. Кроме того, к концу октября 2002 года так и не был решен вопрос о финансировании системы после 2006-го, так как европейские компании отказывались от участия в инвестициях. Германия предлагала передать управление работами по этой КРНС новой международной общественной структуре, а Франция и Италия хотели поставить систему на баланс ЕС, против чего выступал Берлин.
Кроме того, юридически не был решен вопрос о возможности применения системы в военных целях, так как такое применение системы противоречило бы статусу ESA, которое работает исключительно по гражданским проектам.
Очередная встреча американских и европейских экспертов, состоявшаяся в октябре 2002 года, была направлена на уточнение взаимного влияния систем "Галилей" и NAVSTAR.
В ноябре 2002 года на расширенном совете руководства проекта в Страсбурге было объявлено о том, что руководителям программы не удается изыскать необходимые 1,1 млрд евро на первый этап работ. Кроме того, возникли разногласия по вопросу расположения наземного центра управления (претендентами являлись Франция и Германия).
В июне 2002 года в Пекине состоялись переговоры представителей министерства науки и техники Китая и ESA по вопросу участия КНР в программе создания КРНС "Галилей". В ноябре 2002 года китайское руководство подтвердило готовность участвовать в финансировании этой программы в обмен на полное участие в ней (размер финансирования может составить более 200 млн долларов).
Контракт консорциума "Галилей индастриз" на изготовление первого экспериментального навигационного спутника системы "Галилей" в размере 60 млн евро в ноябре 2002 года получила фирма "Суррей сателлайт текнолоджи" (Великобритания). Запуск спутника запланирован на 2004 год.
На заседании совета министров ESA 12 декабря 2002 года намечалось достичь соглашения, которое бы позволяло определить степень участия каждой страны в создании системы. Франция, Германия, Италия и Великобритания должны были получить 17,5 % заказов, Испания - 11,5 %, а Бельгия - 4,5 % Тем самым предполагалось завершить конфликт интересов Германии и Италии по этому вопросу.
ESA бы гарантировало, что каждая страна получит не менее 90 % заказов от установленной доли своего участия. Однако итальянцы заявили, что не намерены отказываться в пользу Германии от роли ответственных за систему в целом, хотя последняя настаивала не только на этом, но и на разработке спутников в Германии (фирмой "Астриум") и создании центра управления системы в Оберпфаффенхоффен (район г. Мюнхен). Эти вопросы планировалось обсудить на заседании совета министров ESA в мае 2003 года.
В начале апреля 2003 года в Берлине было подписано германо-итальянское соглашение, в соответствии с которым ФРГ будет осуществлять общее руководство промышленной реализацией программы создания европейской навигационной системы "Галилей", а также получать в долевом отношении больше заказов, чем другие участники. В г. Мюнхен предполагается создать совместное предприятие, директор которого назначается по согласованию между правительством ФРГ и гендиректором фирмы "Астриум", а заместитель директора - итальянским правительством.
На встрече министров стран - участниц ESA 27 мая 2003 года в Париже были определены доли участия в создании системы: Франция, Германия, Италия и Великобритания получили 17,31 % заказов, Испания - 10,13 %, Бельгия - 4,79 %