Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Навигация и лоция.pdf
Скачиваний:
8207
Добавлен:
08.02.2016
Размер:
9.95 Mб
Скачать

23.5. Структура глобальных навигационных спутниковых систем

А. Общие сведения

Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) предназначена для непрерывного и высокоточного определения координат места различных подвижных объектов, их курса и скорости в любой точке Земли или околоземного пространства, в любое время суток и в любую погоду.

В настоящее время навигационные спутниковые системы нашли самое широкое применение в различных сферах человеческой деятельности, но особое место в силу своих положительных свойств (глобальность, высокая точность, независимость от погодных условий, времени суток и сезона) они нашли на транспорте.

Качественный облик (структура, способы функционирования и эксплуатационные характеристики) ГНСС во многом обусловлены требованиями потребителей к точности навигационного обеспечения и методам навигационных измерений. Для достижения непрерывности определения места судна в любом районе Мирового океана вне зависимости от погоды, сезона и времени суток в составе современных ГНСС второго поколения ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США) функционируют три основные подсистемы:

навигационных космических аппаратов (НКА) – космический сегмент;

контроля и управления – наземный командно-измерительный комплекс (КИК) или сегмент управления;

навигационной аппаратуры потребителей (НАП) – судовые приемоиндикаторы (ПИ).

Основной задачей, решаемой ГНСС, является определение пространственных координат местоположения подвижного объекта и времени. Эта задача реализуется путем вычисления искомых навигационных параметров непосредственно в приемоиндикаторе на основе беззапросных (пассивных) дальномерных измерений по сигналам нескольких видимых НКА с известными координатами. Применение беззапросных измерений обеспечили возможность достижения неограниченной пропускной способности ГНСС.

Для определения места судна одновременно принимают данные не менее чем от трех НКА (рис. 23.9). При пересечении линий положения I–I, II–II, III–III может получиться фигура погрешностей (треугольник).

В этом случае вероятнейшее место судна будет находиться в точке пересечения биссектрис вершин (внутренних углов) треугольника погрешности (рис. 23.10).

Рис. 23.9. Принцип определения места судна по ГНСС

Рис. 23.10. Треугольник погрешностей при определении места судна по ГНСС

Треугольник погрешностей получается из-за присутствия в измеренных расстояниях D1,2,3 постоянных погрешностей сδt. Найдя место судна (φ0 λ0) методом биссектрис можно найти и постоянную погрешность сδt, возникающую из-за расхождения временны´х шкал НКА и ПИ.

Геометрия орбитальной группировки позволяет обеспечивать одновременную радиовидимость в любой точке земного шара и в любое время суток не менее четырех НКА. Все НКА работают в одной полосе частот и передают навигационные сигналы одинаковой структуры, позволяющие в аппаратуре потребителей измерять псевдодальность системы «объект-НКА». Кроме того, измеряется доплеровский сдвиг частоты сигнала НКА, который используется для измерения скорости объекта. Псевдодальности используются для определения координат места и вычисляются путем измерения времени прохождения сигнала на трассе «НКА-объекта».

Наиболее точное определение места обеспечивается при углах между направлениями «НКАобъект» близких к 90°.

Б. Подсистема навигационных космических аппаратов

Основная функция подсистемы состоит в формировании и излучении радиосигналов, которые необходимы для навигационных определений подвижных объектов, контроля бортовых систем спутника подсистемой контроля и управления. Для этого в состав аппаратуры НКА включают:

→ радиотехническое оборудование (передатчики навигационных сигналов и телеметрической информации, приемники данных и команд от КИК, антенны, блоки ориентации);

→ ЭВМ;

→ бортовой эталон времени и частоты;

→ солнечные батареи и др.

Бортовые эталоны времени и частоты обеспечивают синхронное излучение навигационных сигналов всеми спутниками орбитальной группировки, что необходимо для реализации дальномерных измерений в ПИ.

Навигационные системы НКА содержат дальномерные компоненты и компоненты служебных сообщений. Дальномерные компоненты используют для определения в ПИ навигационных параметров. Компоненты служебных сообщений предназначены для передачи на подвижные объекты координат спутников, векторов их скоростей, времени и др.

Выбор состава и конфигурации орбитальной группировки НКА влияют на площадь рабочей зоны, возможность реализации различных методов навигационных определений, их непрерывность и точность.

В. Подсистема контроля и управления

Эта подсистема представляет собой комплекс наземных средств (командно-измерительный комплекс), которые обеспечивают наблюдение и контроль за траекториями движения НКА, качеством функционирования их аппаратуры, управление режимами их работы и параметрами спутниковых радиосигналов, а также составом, объемом и дискретностью передаваемой со спутников навигационной информации, стабильностью бортовой шкалы времени и др.

Как правило, КИК состоит из координационно-вычислительного центра (КВЦ), станций траекторных измерений (СТИ) и управления, системного (наземного) эталона времени и частоты.

При полете НКА в зоне радиовидимости СТИ происходит наблюдение за ним. Это позволяет с помощью КВЦ определять и прогнозировать координатную и другую необходимую информацию. Затем эти данные закладываются в бортовую ЭВМ и передают на подвижные объекты в служебном сообщении.

Г. Подсистема навигационной аппаратуры потребителей

Эта подсистема включает в себя:

антенну, способную принимать сигналы ГЛОНАСС/GPS;

приемоиндикатор, состоящий из приемника ГЛОНАСС/GPS и процессора, приемника корректирующей информации, устройства ввода-вывода информации, сетевого адаптера.

Приемоиндикатор ГНСС предназначен для решения следующих задач:

→ одновременной обработки сигналов спутников ГЛОНАСС/GPS, находящихся в зоне радиовидимости;

→ автоматической непрерывной выработки пространственных координат;

→ приема и обработки от приемника корректирующей информации;

→ отображения необходимой информации с индикацией вычисленных географических координат (в градусах, минутах и тысячных долях минуты) и времени обсерваций;

→ оценки точности определения координат и скорости;

→ расчета среднего значения и СКП координат и скорости по серии наблюдений;

→ выдачи на индикацию результатов решения навигационной задачи;

→ приема, хранения и обновления альманахов ГЛОНАСС/GPS;

→ расчета геометрического фактора ухудшения точности определения двухмерных координат рабочего созвездия спутников;

→ работы по спутникам ГЛОНАСС/GPS раздельно и по смешанному созвездию;

→ автоматического контроля функционирования;

→ возможности ввода календарной даты;

→ отображения режима работы и индикации работы в дифференциальном режиме.

Кроме того ПИ решает вспомогательные задачи:

автоматический выбор созвездия спутников для определения места с учетом их технического состояния;

выдачу внешним потребителям метки времени с оцифровкой относительно шкалы времени системы ГЛОНАСС;

определение навигационных параметров в географической или квазигеографической системе координат;

прием, хранение и обновление альманахов ГЛОНАСС и GPS;

поиск сигналов НКА и вхождение в связь при отсутствии альманахов системы;

автоматический контроль функционирования аппаратуры, индикацию неисправностей;

прием, учет и коррекцию информации при работе в дифференциальном режиме;

расчет времени прихода в точку с заданными координатами с заданной скоростью;

расчет скорости движения в заданную точку по времени прихода;

расчет пройденного расстояния;

ввод координат до 500 маршрутных точек;

ввод 20 маршрутов или фарватеров (до 50 маршрутных точек в каждом маршруте);

расчет расстояния и направления от текущей точки до любой из маршрутных точек или между двумя любыми выбранными точками;

запоминание текущих координат в качестве маршрутной точки;

сигнализацию о подходе на заданное расстояние к точке с заданными координатами;

выработку параметров отклонения от маршрута;

световую и звуковую сигнализацию о выходе за пределы выбранной ширины фарватера.

ПИ должен удовлетворять следующим минимальным эксплуатационно-техническим требованиям:

1.→ точность определения координат места в статическом и динамическом режимах работы должна быть:

в пределах 100 м для вероятности 0,95 и геометрического фактора ухудшения точности определения двухмерных координат (НDOP) меньше 4 по GPS;

в пределах 45 м для вероятности 0,95 и НDOP меньше 4 по ГЛОНАСС (при 24-х КНА);

2.→ точность определения координат в статическом и динамическом режимах работы при приеме

иобработке сигналов дифференциальных поправок должна быть в пределах 10 м для вероятности 0,95;

3.→ ПИ должен обеспечивать расчет обсервованных координат и выдачу данных на дисплей и в другие радио- и навигационные устройства с дискретностью не более 2с. Минимальное разрешение отображаемых географических координат должно быть до 0,001 дуг.мин.;

4.→ после включения ПИ в режим «работа» должна быть обеспечена возможность получения первого отсчета координат с требуемой точностью в течение:

30 мин. при отсутствии в памяти ПИ соответствующей базы данных;

5 мин. при наличии в памяти ПИ соответствующей базы данных;

5.→ ПИ должен выполнять повторный поиск сигналов и расчет обсервованных координат с требуемой точностью:

в пределах 5 мин., если без прекращения подачи питающего напряжения прием сигналов прерывался на период до 24 часов;

в пределах 2 мин., если подача питающего напряжения прерывалась на время до 60 с;

6.→ оборудование должно обеспечивать предупреждение о невозможности определения координат или индикацию в пределах 5 с, если:

величина геометрического фактора ухудшения точности определения двухмерных координат превысила установленный предел (более 4);

новые координаты рассчитаны за время, превышающее 2 с.

В этих случаях, до восстановления нормальной работы, на дисплее должны отображаться время и координаты последней обсервации с визуальной индикацией причины прекращения обсерваций;

7.→ ПИ должен обеспечивать индикацию дифференциального режима работы в случае:

приема сигналов дифференциальных поправок;

использования дифференциальных поправок в отображаемых координатах места судна.

Внастоящее время в Мире насчитывается более 200 фирм, занимающихся разработкой и производством НАП СНС. Наибольшую известность получили образцы фирм «Trimble», «Garmin» (США), «Furuno» (Япония), «Sersel» (Франция), «НАВИС», «РИРВ» (РФ). Среди отечественных производителей широкую известность получили НАП ГП «Оризон-Навигация».

Д. Информация на дисплее судового приемоиндикатора

На судах морского флота чаще всего применяются специальные и модернизированные ПИ СНС «Транзит» (США) дополненные платами для приема и обработки сигналов СНС GPS (США).

Вид информации на дисплее зависит от типа ПИ, но основными данными являются:→ Всемирное (Гринвичское) время ТГР; → обсервованные координаты (φ0, λ0); → геометрический фактор Г; → путь судна ПУ; → путевая скорость VПУ (рис. 23.11).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]