textarchive.ru

Главная > Документ


4.2. Дифференциальные подсистемы космических радионавигационных систем

Повышение точности навигационных определений при использовании космических и наземных радионавигационных систем может быть достигнуто применением режима дифференциальных поправок, определяемых в точках, координаты которых известны с высокой точностью.

Дифференциальная подсистема должна состоять:

  • из контрольно-корректирующих станций (ККС), осуществляющих контроль качества сигналов, определение дифференциальных данных (поправок) и их формирование для передачи (в состав ККС может входить геодезически привязанная опорная станция, метеостанция, и стандарт частоты и времени);

  • из аппаратуры передачи дифференциальных данных (поправок);

  • из приемной аппаратуры потребителей, обеспечивающей прием и учет дифференциальных поправок.

Частным случаем дифференциального режима является способ относительной навигации, который позволяет улучшить точностные характеристики штатных режимов РНС наземного или космического базирования. Наибольшее применение этот способ находит при решении задач взаимного координирования объектов, работающих по сигналам одной радионавигационной системы, когда не требуется знание точных абсолютных координат. При взаимном координировании группы объектов (кораблей, самолетов и др.) один из них определяется в качестве опорного, текущие абсолютные координаты которого принимаются за начало системы относительных координат и передаются по связному каналу на другие объекты, где определяются координаты относительно опорного объекта.

В относительных координатах доля систематической погрешности будет существенно сокращаться при уменьшении расстояния до опорного объекта и времени между обсервациями. В предельном случае погрешности относительного местоопределения ограничиваются инструментальными погрешностями приемоиндикаторной аппаратуры потребителей.

Выделение в структуре ЕДС трех иерархических уровней связано с необходимостью удовлетворения требований различных типов потребителей и с особенностями организации соответствующих средств функциональных дополнений. При этом структура и состав ДПС разных уровней существенно различаются, также как и используемые в них способы и средства получения и доставки потребителям корректирующей информации.

СДКМ решает следующие задачи: формирование корректирующей информации; формирование информации о состоянии навигационных полей ГЛОНАСС; оперативная доставка потребителям корректирующей и информации и данных о состоянии навигационных полей ГЛОНАСС и др. (обеспечение целостности). Предполагается, что в состав СДКМ входят центр управления СДКМ, сеть опорных измерительных станций (ОИС), подсистема доведения корректирующей информации до потребителей в рабочей зоне СДКМ, наземные закладочные станции и подсистема информационного обмена. Система должна быть предназначена для широкого круга потребителей. Развернуто 13 ОИС -: Ленинградская обл. (Пулково и Светлое), Москва (ЦДКМ, Менделеево, 32 ГНИИ), Краснодарский край (Геленджик), Ставропольский край (Кисловодск), Красноярский край (Красноярск и Норильск), в Новосибирске, Иркутске, в Петропавловске-Камчатском - в Чукотском автономном округе (Билибино). Планируется расширение состава ОИС, а также создание в рамках СДКМ системы высокоточного позиционирования с точностью определения координат на дециметровом и сантиметровом уровне.

Проводятся предварительные работы по созданию региональных ДПС (РДПС) двух типов:

авиационных РДПС типа GRAS при использовании УКВ станций для передачи дифференциальных поправок и информации контроля целостности,

РДПС типа Еврофикс с использованием для этой цели передающих станций ИФРНС Чайка; эти РДПС могут использоваться всеми потребителями.

Применительно к локальным дифференциальным подсистемам наиболее проработаны вопросы построения морской ДПС (МДПС) для локальных прибрежных районов на базе существующих радиомаяков, работающих в диапазоне средних волн. По ним проводены ОКР и мероприятия по их развертыванию на побережье России и вдоль внутренних водных путей.

Вопросы создания авиационных локальных ДПС (АЛДПС), в отличие от МДПС, до настоящего времени находятся в стадии размещения на отдельных аэродромах.

4.2.1. Морские ДПС

Морские ДПС (МДПС) имеют максимальные дальности действия от контрольно-корректирующих станций (ККС) 250-300 км. МДПС включают одну ККС, аппаратуру удаленного управления и контроля, а также средство передачи данных. Морская ДПС использует в качестве средств линий передачи данных круговые средневолновые радиомаяки (РМ), работающие в диапазоне от 283,5 до 325,0 кГц. При этом функция РМ по обеспечению определения радионаправления отменяется. Применяется манипуляция с минимальным фазовым сдвигом (МSК). Скорость передачи корректирующей информации уcтанавливается в зависимости от объема данных, требуемого времени их обновления и может составлять от 25 до 200 бит/с. В условиях функционирования GPS без селективного доступа Международная Ассоциация маячных служб (МАМС) рекомендует прибрежным странам Европейской морской зоны ограничить дальность действия передающих станций МДПС 200-ми км и установить скорость передачи корректирующей информации 100 бит/с для исключения возможности взаимных помех.

Для помехоустойчивого кодирования используются корректирующие коды Рида-Соломона.

Корректирующая информация МДПС передается в соответствии с общепринятым стандартом RТСМ SС-104, разработанным первоначально для GPS специальным комитетом 104 (Special Commitee 104) Радиотехнической комиссии по мореплаванию (Radio Technical Commission for Maritime) США и поддержанным МАМС. Чтобы учесть использование дифференциального режима ГЛОНАСС, разработана версия 2.2 стандарта. На его основе подготовлен и в 2001 году введен в действие Государственной службой морского флота Минтранса России Стандарт отрасли «Формат передачи дифференциальных поправок по системам ГЛОНАСС/ GPS », ОСТ 31.6.60-01. В настоящее время в Ростехрегулировании готовится к принятию национальный стандарт с тем же названием.

Прием поправок на кораблях и судах осуществляется с помощью приемников корректирующей информации, имеющих соответствующий интерфейс для сопряжения с навигационной аппаратурой потребителей (НАП) ГНС, либо исполненных в едином конструктиве с НАП.

Точность (с вероятностью 0,68) определения координат на краю рабочей зоны МДПС при совместном использовании ГЛОНАСС и GPS составит от 2 до 4,5 м. Надежность обслуживания и доступность составят соответственно более 0,9997 и 0,998 при времени предупреждения об отказе лучше 10 с.

По состоянию на январь 2010 года в составе МДПС России развернута и находится в штатной эксплуатации МДПС Финского залива (маяк Шепелевский).

В опытной эксплуатации находятся МДПС Азово-Черноморского региона, Балтийского, Каспийского, Баренцева, Белого морей и в заливе Петра Великого:

– Новороссийская ККС на мысе Дооб;

– Темрюкская ККС на РЦ ГМССБ Темрюк;

– Туапсинская ККС на мысе Кодош;

– ККС МДПС на подходах к портам Балтийск и Калининград, в порту Балтийск;

– Астраханская ККС, пост №2 Волго-Каспийского канала;

– ККС Каспийского моря, п. Махачкала;

– ККС Баренцева моря, п-ов Рыбачий, маяк Цып-Наволок;

– Архангельская ККС, маяк Мудьюгский.

МДПС Дальневосточного региона:

– Залив Петра Великого, мыс Поворотный;

– ККС на маяке Ван-дер-Линда;

– ККС в п. Петропавловск Камчатский;

– Сахалинская ККС, в п. Корсаков;

МДПС Западного сектора Арктики:

– ККС на острове Олений;

– ККС на р. Енисей, Липатниковский перекат;

– ККС на мысе Стерлигова.

Завершаются монтажные и пуско-наладочные работы на объектах: МДПС в Арктике: о-в. Столбовой, о. Каменка, мыс Андрея.

Для организации оперативного обеспечения поисково-спасательных операций и других специальных работ, выполняемых вне зоны действия стационарных станций МДПС, создаются мобильные дифференциальные станции ГНСС с дальностью обслуживания потребителей до 100 км и сохранением всех установленных для МДПС характеристик.

Наряду с морской ДПС для обеспечения навигационной безопасности плавания по внутренним водным путям (ВВП) в настоящее время создается речная ДПС. Она будет иметь идентичные с «морской» технические характеристики

По состоянию на январь 2010 года на Волго-Балтийском водном пути развернута и находится в опытной эксплуатации первая речная ДПС в п. Шексна.

Завершены монтажные, пуско-наладочные работы и находятся в готовности к опытной эксплуатации речные ККС в Волгограде, Ростове-на-Дону, Нижнем Новгороде, Казане, Саратове, Самаре, Перми, Красноярске, Иркутске, Омске, Ханты-Мансийске, Печоре, Подкаменной Тунгуске.

4.2.2. Авиационные локальные ДПС

К настоящему времени в мире разработано несколько типов авиационных ЛДПС (АЛДПС) посадки (спутниковых систем посадки) типа GBAS.

В состав наземного оборудования АЛДПС посадки в общем случае входят:

антенная система приемников сигналов ГЛОНАСС/GPS и анализаторов электромагнитной обстановки, опорная станция с приемниками ГЛОНАСС/GPS; станция анализа электромагнитной обстановки, станция внешнего мониторинга целостности, станция (модуль) контроля и управления, радиопередающая станция линии передачи данных с дифференциальными поправками и другой информацией, средства сопряжения с аэродромной метеостанцией, система бесперебойного энергоснабжения, устройства для обеспечения сопряжения с каналами передачи данных и взаимодействия между элементами АЛДПС и др.

Состав оборудования и основные характеристики определяются SARPs ИКАО для системы функционального дополнения ГНСС с наземными станциями (GBAS), рассчитанной на посадку воздушного судна в условиях категории I (см. табл. 2.1, 2.3, 2.5). В качестве линии передачи данных GBAS принят радиоканал УКВ диапазона частот 108-118 МГц (VDB).

4.2.3. Авиационные региональные ДПС типа GRAS

Региональные РДПС типа GRAS (региональные системы функционального дополнения наземного базирования) отличаются от ШДПС тем, что для передачи дифференциальных сообщений используются вместо геостационарных КА наземные УКВ станции с каналом передачи данных в стандарте GBAS. Отсюда следуют и сокращенные размеры рабочей зоны подсистемы (по сравнению с ШДПС): например, радиус зоны австралийской GRAS составляет 2000 км. Они также должны удовлетворять требованиям захода на посадку по категории I. Следует отметить, что многие вопросы GRAS остаются непроработанными.

4.2.4. Региональные многоцелевые ДПС на основе ИФРНС

Одним из возможных направлений создания РДПС ГЛОНАСС/GPS является использование импульсно-фазовых радионавигационных систем (ИФРНС) "Чайка" для передачи дифференциальных поправок (ДП) и служебной информации и создание соответствующих региональных ДПС (РДПС).

Это направление предполагает, в частности, использование технических решений проекта Eurofix (Еврофикс) создания региональных спутниковых ДПС ГЛОНАСС/GPS на основе использования передающих станций ИФРНС (радиотехнических систем дальней радионавигации, РСДН) Лоран-С в качестве средств передачи дифференциальных поправок и информации контроля целостности. При этом предполагается, что контрольно-корректирующая станция ГНС ГЛОНАСС/GPS расположена в районе наземной передающей станции ИФРНС.

Отмечается ряд преимуществ такого решения перед другими вариантами создания РДПС:

  1. реализация на основе уже существующей структуры;

  1. охват большой площади при сравнительно невысоких затратах;

  1. обеспечение улучшенной работоспособности и доступности канала передачи данных в городских и горных районах;

  1. обеспечение резервирования при отказе работы систем Лоран-С/Чайка или ГЛОНАСС/GPS.

Сверхточные определения места по ГНС могут использоваться для калибровки показаний РСДН и компенсации погрешностей, обусловленных особенностями распространения радиоволн. В свою очередь, данные Лоран-С/Чайка могут использоваться для контроля целостности СРНС.

Станции ИФРНС Чайка работают в длинноволновом диапазоне радиоволн на частоте 100 кГц. Радиус действия системы с одной стационарной станцией порядка 600…2200 км. Если РДПС создается с помощью нескольких станций ИФРНС одной цепи, то общая рабочая зона является результатом суперпозиции частных зон с учетом возможных наложений одной частной зоны на другую. Это в основном и определяет возможности рабочей зоны РДПС.

Предварительные оценки показали, что линии передачи данных (ЛПД) на основе станций ИФРНС могут обеспечить эффективную скорость передачи данных от 15 до 30 бит/с. Применяется асинхронный DGPS/ДГЛОНАСС формат данных.

Последние проработки основаны на том, что дифференциальные поправки и сигналы контроля целостности формируются на контрольно-корректирующей станции в виде сообщения RTCM типа 9. Они затем кодируются и модулируют сигнал передатчика ИФРНС. Используется трехпозиционная модуляция временного положения импульса (на +1 мкс, 0 мкс, -1 мкс). Модулируются только 6 последних импульсов группы (из 8 импульсов).

Эффективная скорость передачи данных 15…30 бит/с позволяет передать корректирующее сообщение для одного НКА за 2…4 с, а все корректирующее сообщение на 10 НКА примерно за 20…40 с. Проведенная модернизация позволила осуществлять передачу сообщения на один НКА за время 1,2…3 с, а на 10 НКА - за время 12…30 с. Приведенные данные позволяют считать, что сообщение о нарушении целостности может быть выдано с задержкой на уровне 6 с.

Показано, что точность (95%) определения координат такой РДПС может быть не хуже 5 м. Проведены исследования использования технологии Eurofix применительно к европейской сети ИФРНС "Чайка". ККС была создана специалистами Нидерландов и России, установлена и сопряжена с аппаратурой ведущей станции (г. Брянск). Исследования проводились в районе г. Минска в период с 13 по 16 апреля 1999 г. и в районе г. Симферополь - в период с 19 по 21 апреля 1999 г. Отмечается, что измерения проводились в сложной помеховой обстановке, когда в Минске имели место промышленные сетевые и синхронные импульсные помехи, а в Симферополе - сетевые и периодические помехи со сложным спектром. Полученные результаты подтвердили ожидаемые погрешности, свойственные технологии Eurofix; при этом СКО местоопределения составили:

по долготе 1,39 м и по широте 3,37 м на удалениях порядка 1000 км (Симферополь);

по долготе 1,23 м и по широте 2,19 м на удалениях порядка 500 км от ККС (Минск).

При всех последующих рассмотрениях целесообразно иметь в виду следующие провозглашаемые суммарные характеристики РДПС на основе Eurofix (табл. 4.4):

Таблица 4.4. Заявленные характеристики РДПС на основе Eurofix

Параметр

Значение

Доступность (готовность) сигнала в пространстве %:

одна станция

две станции

три станции

99,8

99,9996

99,999999

Точность (95%), м:

по горизонтали

по вертикали

1,5

3

Целостность:

задержка сигнала тревоги, с

6 (соответствует требованиям ЛДПС для посадки по категории I)

Непрерывность (вероятность появления ошибки)

1*10-4 за 150 с

Эти высокие характеристики нуждаются в подтверждениях применительно к конкретным РДПС при их использовании в транспортном комплексе Российской Федерации.

4.4. Интегрирование радионавигационных систем

До настоящего времени наиболее широко используемыми радионавигационными системами (основными и дополнительными) оставались наземные РНС. Это не позволяло удовлетворить возрастающие требования к навигационному обеспечению основных групп потребителей по точности, доступности и целостности.

С внедрением космических радионавигационных систем нового поколения ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) появилась возможность удовлетворения требований большинства потребителей по точности навигационного обеспечения. Однако и в этом случае могут быть не удовлетворены требования потребителей по доступности и целостности в сложных условиях, особенно при наличии непреднамеренных и преднамеренных помех.

Для улучшения таких характеристик навигационного обеспечения как доступность и целостность целесообразно интегрированное использование РНС. Улучшение доступности и целостности интегрированных РНС достигается за счет дублирования радионавигационного покрытия.

4.4.1. Интегрирование космических и инерциальных навигационных систем

Хотя ГНС ГЛОНАСС и GPS являются практически самыми точными средствами навигации глобального действия, они нуждаются в поддержке в интересах повышения помехозащищенности каналов слежения приемников и обеспечения непрерывности навигационных определений при перерывах в использовании ГНС, вызванных различными причинами: помехами, маневрированием судна, затенением сигналов и т.д.

Такая поддержка обеспечивается системами автономного счисления координат: курсо-воздушного (курсовая система + система воздушных сигналов), на основе данных курсовой системы и лага морских судов, одометрического (курсовая система + одометр), курсо-доплеровского (курсовая система + доплеровский измеритель скорости и сноса), инерциального (инерциальная навигационная систем), инерциально-доплеровского (инерциальная и доплеровская системы).

При перерывах в работе аппаратуры ГНС навигационные определения осуществляются на основе данных этих систем счисления с учетом повышения их точности за счет оценки источников погрешностей автономных систем, осуществляемой в ходе комплексной обработки информации (КОИ) их данных и данных ГНС на этапах работоспособности спутниковой аппаратуры.

Наиболее перспективной автономной системой следует признать инерциальную навигационную систему (ИНС), которая при потенциально высокой точности лишена известных недостатков счисления по воздушной скорости, данным лага и доплеровского измерителя (зависимость от ветра, течений, маневрирования, подстилающей поверхности и др.).

Существуют и разрабатываются ИНС на механических, электростатических, кольцевых лазерных, волоконно-оптических, волновых и микромеханических гироскопах. Наиболее массовыми ИНС (для наземного и морского транспорта, авиации общего назначения) следует в перспективе признать ИНС на микромеханических гироскопах, точность которых может достичь 2…10 км/ч. С такими показателями погрешность (СКП) инерциально-спутниковой системы может составить в автономном режиме 60 м через 5 мин после "отказа" ГНС.

По степени использования инерциальных данных в аппаратуре ГНС различаются следующие основные схемы интегрирования ГНС и ИНС: разомкнутая и слабосвязанная, сильно связанная и глубоко интегрированная. В разомкнутой и слабосвязанной схеме, получившей пока наибольшее распространение, инерциальные данные в приемнике КНС используются в минимальной степени: в лучшем случае для ускорения поиска сигналов. В сильно связанной схеме интегрирования данные ИНС используются также для улучшения качества работы каналов слежения приемника КНС. В глубоко интегрированной схеме будущего работа каналов ГНС и ИНС должна осуществляться практически совместно.

Первичная комплексная обработка информации в сильно связанных и глубоко интегрированных инерциально-спутниковых систем позволяет повысить помехозащищенность каналов приема и измерения ГНС на 15…20 дБ.

Использование информации ИНС позволяет также существенно улучшить характеристики алгоритмов контроля целостности сигналов КНС (RAIM) и повысить надежность навигационных определений.

4.4.2. Интегрирование космических радионавигационныхсистем

Под интегрированием космических радионавигационных систем понимается создание совместного радионавигационного поля, обеспечиваемого этими КНС, при самостоятельном управлении каждой системой.

Одним из наиболее перспективных направлений интегрирования космических радионавигационных систем для отечественных потребителей является интегрирование ГНС ГЛОНАСС, GPS (США) и ГАЛИЛЕО.

Интегрирование космических радионавигационных систем предполагает создание и использование приемоиндикаторной аппаратуры потребителей, способной принимать сигналы двух и более систем и за счет этого повышаются точностные и надежностные характеристики местоопределения.

Для совместного использования навигационных параметров (псевдодальностей и псевдоскоростей) необходимо согласование используемых систем координат и шкал времени систем ГЛОНАСС, GPS, ГАЛИЛЕО.

Интегрирование космических систем ГЛОНАСС, GPS и ГАЛИЛЕО позволит создать основную глобальную радионавигационную систему, удовлетворяющую существующим и перспективным требованиям воздушных, морских, наземных и космических потребителей.

4.4.3. Интегрирование наземных и космических радионавигационных систем

Интегрирование наземных и космических радионавигационных систем позволит в отдельных зонах создать интегрированную радионавигационную систему, превосходящую по своим техническим характеристикам каждую из входящих в нее систем.

Как и при интегрировании космических радионавигационных систем, создание интегрированных наземных и космических систем предполагает интеграцию на уровне приемоиндикаторной аппаратуры потребителей и требует согласования имеющихся расхождений в используемых системах координат, шкалах времени и структуры передаваемых радиосигналов.

Одним из путей интегрирования отечественных наземных и космических радионавигационных систем является интегрирование систем типа "Чайка" и ГЛОНАСС.

Интегрирование указанных систем позволит улучшить доступность и целостность в географических районах, определяемых пределами покрытия, которое создается цепочками станций наземных РНС. При доступности и целостности наземной и космической систем каждой в пределах 0,997...0,998 эти характеристики интегрированных РНС будут близки к 1,0.

Интегрированные радионавигационные системы типа "Чайка"/ГЛОНАСС смогут в дальнейшем использоваться в качестве основных систем для маршрутных этапов навигации.

4.5. Информационные системы для радионавигации

Информационные системы для радионавигации (ИСР) должны быть предназначены для информирования потребителей о состоянии и основных характеристиках ГНС и их функциональных дополнений (МДПС, АЛДПС и др.). Такая информация необходима потребителям для планирования навигационного обеспечения на маршруте, в терминальных зонах (зоны аэропортов), при судовождении в проливных зонах и узкостях и т.д. ИСР должны получать информацию о состоянии ГЛОНАСС от ЦУС и средств мониторинга ГЛОНАСС, а также информацию о состоянии зарубежных ГНС и их дополнений от зарубежных ИСР и собственных средств мониторинга. Подробную информацию о состоянии и реальных точностных характеристиках ГНСС ГЛОНАСС и GPS можно получить на WEB-сайте Информационно-аналитического центра координатно-временного и навигационного обеспечения (ИАЦ КВНО) ЦУП ЦНИИМАШ (/).

Информирование потребителей ГА предполагается обеспечивать посредством использования Центра аэронавигационной информации и создания Аэронавигационной информационной системы.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Концепция формирования и развития сети международных транспортных коридоров на территории государств содружества

    Документ
    ... других, согласованных государствами - участникамиСодружестваНезависимыхГосударств, документах 1. ... мультимодальных планов (программ ... радионавигационных системах и различных системах ближней навигации. Основной задачей для государств-участников ...
  2. Комментарий к Федеральному закону " О статусе военнослужащих" Содержание

    Закон
    ... с учебным планом обучающимся в ... государств - участниковСодружестваНезависимыхГосударств в соответствии с Соглашением между государствами - участникамиСодружестваНезависимыхГосударств ... Аппаратура радиолокационная, радионавигационная, запасные части ...
  3. Комментарий к Федеральному закону " О статусе военнослужащих" Содержание

    Закон
    ... с учебным планом обучающимся в ... государств - участниковСодружестваНезависимыхГосударств в соответствии с Соглашением между государствами - участникамиСодружестваНезависимыхГосударств ... Аппаратура радиолокационная, радионавигационная, запасные части ...
  4. Республики казахстан классификатор занятий

    Документ
    ... защите населения государств-участниковСодружестваНезависимыхГосударств для стран Содружества. Учитывая происходящие ... 3113 Электромеханик радионавигационной системы 3113 ... графической документации (погоризонтальных планов, планов поверхности и другое); ...
  5. Республики казахстан классификатор занятий

    Автореферат диссертации
    ... защите населения государств-участниковСодружестваНезависимыхГосударств для стран Содружества. Учитывая происходящие ... 3113 Электромеханик радионавигационной системы 3113 ... графической документации (погоризонтальных планов, планов поверхности и другое); ...

Другие похожие документы..