سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS

مطالعه این نوشته در 14 دقیقه

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS، دومین سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای قابل استفاده و جهانی از GNSS می باشد. در این نوشته به مروری بر GLONASS به صورت خلاصه می پردازم.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS

تاریخچه GLONASS

سیستم GLONASS که توسط دولت روسیه ایجاد شده است، در ادامه سیستم های ناوبری و ارتباطی Tsyclon/Tsikada ایجاد شده است. این سیستم ها که از سال 1976 شروع به کار کردند، در ابتدا با دقتی در حدود 80 تا 100 متر و با تاخیری در حدود 2 ساعت در دسترس عموم قرار داشتند. همزمان با این سیستم ها، تحقیق بر روی GLONASS به عنوان سیستمی آنی و جهانی نیز انجام می شد.

اولین ماهواره سیستم GLONASS با نام Uragan در سال 1982 به فضا پرتاب شد. پس از آن با پرتاب ماهواره های دیگر، در سال 1995 و با 24 ماهواره، این سیستم، قابل استفاده شد.

به دلیل عمر کم ماهواره های این سیستم و نیز کمبود منابع جایگزین، تعداد این ماهواره ها در سال 2001 به 7 ماهواره کاهش پیدا کرد و استفاده از این سیستم عملا از دسترس عموم خارج شد. پس از مدتی، با تزریق منابع مالی و نیز تدوین یک برنامه برای راه اندازی مجدد سیستم، پرتاب ماهواره های جدید با عمر طولانی تر و نیز پشتیبانی مالی و فنی آغاز شد. تا اینکه در سال 2011 GLONASS با تعداد 24 ماهواره مجددا در دسترس عموم قرار گرفت.

طبق برنامه ریزی های تدوین شده، تا سال 2020، سیستم GLONASS با بهبود قسمت زمینی و فضایی، مدرن خواهد شد. همچنین با راه اندازی پروژه IGEX توسط سرویس IGS، افمریز دقیق ماهواره های این سیستم نیز در اختیار کاربران قرار گرفته است.

پیکر بندی مدارهای GLONASS

همانطور که در بالا اشاره شد، سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS از 24 ماهواره در سه مدار تشکیل شده است. زاویه بین هر مدار 60 درجه و در هر مدار 8 ماهواره قرار گرفته است. ماهواره های این سیستم توسط Slot Number نامگذاری می شوند. Slot Number از صفحه مداری و شماره ماهواره در آن مدار تشکیل شده است. یعنی مثلا در مدار شماره 1 ماهواره های 1 تا 8 قرار دارند. در مدار شماره 2 ماهواره های 9 تا 16 و در مدار شماره 2 ماهواره های 17 تا 24 قرا دارند.

طراحی مدار ماهواره های GLONASS به گونه ای است که هر 8 روز یک بار، هر ماهواره از نقطه یکسانی از زمین می گذرد.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS

سیستم مرجع GLONASS

سیستم مختصات مرجع مورد استفاده در GLONASS، برای محاسبه مختصات ماهواره ها و افمریز آن ها، سیستم PZ90 می باشد. مرکز این سیستم منطبق بر مرکز جرم زمین (شامل جرم اقیانوس ها و اتمسفر) می باشد. محور Z ان به سمت قطب قراردادی و محور X آن حاصل از محل برخورد صفحه استوایی و نصف النهار مبدا می باشد. این سیستم به بهترین نحو بر WGS-84 و نیز ITRS منطبق می باشد. برای تبدیل مختصات از هرکدام از سیستم ها به سیستم دیگر از تبدیل هفت پارامتری هلمرت استفاده می کنند.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS
ایستگاه های دائم مورد استفاده برای تطابق PZ-90 و ITRS (شکل از کتاب Handbook of GNSS می باشد)

سیستم زمانی GLONASS

همانطور که در نوشته زمان در GNSS اشاره کردم، سیستم زمانی مورد استفاده در GLONASS یا GLST، به صورت زیر تعریف می شود:

مبدا سیستم زمانی GLONASS، اول ژانویه 1996 می باشد. این زمان بر اساس زمان UTC شهر مسکو تعیین شده است. در نتیجه همواره اختلافی 3 ساعته با زمان استاندارد UTC دارد. این سه ساعت به دلیل تفاوت زمانی UTC در گرینویچ و زمان شهر مسکو می باشد.

t (GLONASS) = UTC + 3 h

زمان GLONASS بر اساس زمان اتمی حاصل از ساعت های اتمی هیدروژن-میزر در قسمت زمینی GLONASS و هم زمان سازی این مقیاس زمانی با زمان UTC به دست می آید. این همزمان سازی در ابتدا با خطای زیادی انجام می شد (در حدود چند صد نانومتر). ولی از اوایل سال 2014 دقت این همزمان سازی بهبود چشمگیری داشت (به چند ده نانومتر رسید).

سرویس های ارائه شده توسط GLONASS

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS، دو نوع سرویس به کاربران ارائه می دهد:

  1. سرویس آزاد که تمامی کاربران می توانند از آن استفاده کنند. این سرویس از سیگنال های L1، L2 و L3 استفاده کرده و به صورت جهانی و بدون هیچ گونه محدودیتی برای همه کاربران در دسترس می باشد.
  2. سرویس مخصوص کاربران مجاز که از سیگنال های کد گذاری شده که بر روی امواج L1 و L2 وجود دارند استفاده می کند.

GLONASS در گذشته از مدولاسیون فرکانس یا FDMA برای ارسال سیگنال ها استفاده می کرده است. اما در موج L3 اقدام به استفاده از مدولاسیون کد یا CDMA، شبیه به سیستم GPS، در ارسال سیگنال های خود نموده است. در سال 2020 پس از مدرن شدن سیستم GLONASS، از این مدولاسیون در سایر امواج (L2, L2) نیز استفاده می شود. دلیل این کار، امکان همکاری با سایر سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای GNSS می باشد. در شکل زیر سیگنال های ارائه شده توسط GLONASS را مشاهده می کنید. (O مربوط به سرویس های آزاد و S مربوط به کاربران مجاز می باشد.)

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS

ماهواره های GLONASS

ماهواره های این سیستم در سه دوره به فضا پرتاب شده اند. دوره اول که با نام ماهواره های GLONASS شناخته می شوند در سال 1982 پرتاب شده اند. دوره دوم که معروف به ماهواره های GLONASS-M می باشند از سال 2003 پرتاب شده اند. پرتاب ماهواره های دوره سوم با نام GLONASS-K نیز از سال 2011 شروع شده است. ماهواره های سری چهرم با عنوان GLONASS-KM نیز از سال 2025 به فضا پرتاب خواهد شد.

ماهواره های هر دوره نسبت به دوره قبلی، کارایی بهتر و عمر طولانی تری دارند. تمامی این ماهواره ها توسط کمپانی فضایی Reshetnev به فضا پرتاب شده اند.

ماهواره های سری اول GLONASS در 4 بلوک به نام های GLONASS I/IIa/IIb/IIv به فضا پرتاب شده اند. وزن این ماهواره ها در حدود 1.4 تن و طول آن ها 3.3 متر می باشد. این ماهواره ها از دو پنل خورشیدی، منشورهای لیرزی برای فاصله یابی لیزری ماهواره ای Satellite Laser Ranging یا SLR و ساعت های اتمی  روبیدیوم و سزیوم تشکیل شده اند.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS
سری اول ماهواره های GLONASS (عکس از کتاب Handbook of GNSS)

ماهواره های GLONASS-M عمری در حدود 7 سال داشته و پنل های خورشیدی بزرگتری دارند. همچنین این ماهواره ها دارای یک سیستم رادیویی بین ماهواره ای برای بهبود دقت افمریز و ساعت ماهواره ها می باشند. در واقع با این سیستم، فاصله بین ماهواره ها قابل محاسبه می باشد. آخرین ماهواره های این سری، دارای سیستم لیزری و ناوبری بین ماهواره ای می باشند. با استفاده از این سیستم، فاصله بین ماهواره ها با دقت 3 سانتی متری اندازه گیری می شوند.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS
ماهواره GLONASS-M

ماهواره های سری سوم به دو بلوک طبقه بندی می شوند: GLONASS-K1 و GLONASS-K2. وزن این ماهواره های در حدود 935 کیلوگرم بوده و با وجود پنل های خورشیدی کوچکتر،  قدرت الکتریکی بالاتری دارند. عمر این ماهواره ها در حدود 10 سال می باشد. این ماهواره ها از 4 ساعت اتمی تشکیل شده اند. تمامی این ماهواره ها سیگنال L3OC راعلاوه بر L1 و L2، ارسال می کنند. این ماهواره ها علاوه بر سیستم های رادیویی و لیزری، مجهز به سیستم های اپتیکی برای چک کردن سیستم نیز می باشند.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS
ماهواره GLONASS-K

قسمت کنترل GLONASS

وظیفه اصلی این قسمت از سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS عبارت است از:

  • کنترل و هدایت عملیات پرتاب و راه اندازی ماهواره ها در مدارشان
  • برنامه ریزی و نگه داری از سیستم و نیز از بین بردن ماهواره ها پس از اتمام ماموریت
  • نظارت بر شرایط ایستگاه های زمینی و بهبود مدل دینامیکی ماهواره ها
  • تولید اطلاعات مداری و ساعت و آپلود کردن اطلاعات ناوبری به ماهواره ها
  • نظارت بر عملکرد تعیین موقعیت، ناوبری و تعیین زمان توسط GLONASS
  • برقراری ارتباط با موسسات علمی

در شکل زیر ایستگاه های اصلی این قسمت را مشاهده می کنید که همگی در روسیه قرار دارند. از سال 2014 تعدادی ایستگاه در منطقه قطب جنوب و برزیل ایجاد شده است.

سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS
ایستگاه های کنترل GLONASS (شکل از کتاب Handbook of GNSS می باشد)

در این نوشته سعی کردم به صورت خلاصه سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای GLONASS را معرفی کنم. برای دریافت اطلاعات تخصصی تر می توانید به منابع مرجع مراجعه نمایید.


امیر اللهویردی زاده
دانشجوی دکترای GNSS دانشگاه Curtin، کارشناس ارشد ژئودزی از دانشگاه اصفهان، مدرس دانشگاه، علاقه مند به سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای، مدیریت پروژه، برنامه نویسی
LinkedinTelegram

متوسط امتیاز / 5. تعداد رای

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *