Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния использования спутниковых навигационных систем и их функциональных дополнений на ВВП РФ 13
1.1 Спутниковая навигационная система ГЛОНАСС 13
1.2 Спутниковая навигационная система GPS 19
1.3 Спутниковая навигационная Европейская система GALILEO 27
1.4 Состояние и перспективы развития функциональных дополнений спутниковых навигационных систем на ВВП 34
1.5 Перспективная.навигационная аппаратура'потребителей (НАЛ) для речного транспорта удовлетворяющая требованиям автоматизированных систем управления движением судов (АСУДС) на ВВП и рекомендации по ее техническим возможностям 44
Выводы 48
2. Математическое и картографическое обеспечение автоматизированных систем управления движением судов с системами (д)ГЛОНАСС/(d)GPS НА ВВП 50
2.1 Анализ картографического обеспечения внутренних водных путей Российской Федерации 50
2.2 Анализ международных, национальных требований и стандартов по оснащению судов приемной аппаратурой ГНСС 71
2.3 Метод математического создания маршрутных точек НАП (Д)ГНСС ГЛОНАСС/GPSHaBBn 90
Выводы 100
3. Алгоритмическое и програмное обеспечение проводки судна в автономном режиме и в зоне ответственности СУДС 103
3.1 Система управления движением судов на ВВП 103
3.2 Математическое моделирование работы системы автоматического управления движением судна 106
Выводы 120
4. Исследование результатов натурных испытаний НАП ct)HIOHACC/(d)GPS с картографическим обеспечением на ВВП 122
4.1 Влияния поликомпонентной подстилающей поверхности Земли на качество приема дифференциальных поправок НАП ГЛОНАСС/GPS в Европейской части ВВП РФ 122
4.2 Определения дальности действии высокоточного дифференциального поля и точности определения в интересах пользователей НАП (Д)ГЛОНАСС/ (D)GPSHaBBn 134
Выводы 141
Заключение 143
Список использованных источников 144
- Спутниковая навигационная система GPS
- Анализ картографического обеспечения внутренних водных путей Российской Федерации
- Математическое моделирование работы системы автоматического управления движением судна
- Влияния поликомпонентной подстилающей поверхности Земли на качество приема дифференциальных поправок НАП ГЛОНАСС/GPS в Европейской части ВВП РФ
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Речной транспорт России является составной частью единого транспортно-дорожного комплекса страны, обеспечивающего внутрироссийские и внешнеэкономические транспортные связи страны. Внутренние водные пути Российской Федерации являются важным и ответственным звеном транспортной системы с особым значением для обеспечения перевозок в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока, где другие виды транспорта пока еще не получили необходимого развития.
На деле, в силу экономических причин последних лет, существует значительная диспропорция между уровнем оснащения флота и» оснащением береговых службу отвечающих за управление движением и обеспечение безопасности судоходства. Этот технологический разрыв имеет тенденцию к увеличению.
Известно также принципиальное намерение Правительства Российской Федерации открыть внутренние водные пути России для прохода иностранного флота, что потребует поднять на качественно новый уровень систему управления движением флота, обеспечить международные стандарты' безопасности судоходства. Существующая на сегодняшний день, система не отвечает таким стандартам с точкизрения технической оснащенности и применяемых технологий управления.
Еще, с 90-х годов прошлого века решение проблем судоходства и управления движением* неразрывно связано с применением Глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и их функциональных дополнений - дифференциальных подсистем (ДГНСС) для точного место определения подвижных и неподвижных объектов.
В соответствии с Постановлением Правительства Р.Ф. №365 от 9 июня 2005г. «Об оснащении космических, транспортных средств, а также средств, предназначенных для выполнения геодезических и кадастровых работ, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS», не только мор-
ские и смешанного "река — море" плавания, но и суда внутреннего речного транспорта, должны быть оснащены указанной аппаратурой. Сроки выполнения данного Постановления весьма ограничены: для судов вводимые в эксплуатацию, начиная с 1 января 2006 г., а для судов находящиеся* вэксшгуатации до 1 января 2009 г.
25 августа 2008 г. председатель правительства-' РФ В.В. Путин- подписал постановление № 641 «Об оснащении транспортных, технических средств, и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» с поправками к постановлению №365'от 9 июня-2005г. Суть поправок в том, что российской навигационной системой должен1 быть оснащен весь государственный транспорт. Сделано это должно быть к 1 январю 20 Юг., а не в 2009 г., как сказано в старом постановлении.
Особенно остро проблема перехода с лоцманских методов проводки к инструментальным» методам судовождения с использованием спутниковых технологий и их функциональных дополнений встает при* плавании на внутренних водных путях (ВВП), картографическое обеспечение которых практически не готово к выполнению данной задачи.
При существующем состоянии картографического обеспечения ВВП использование навигационной аппаратуры потребителя (НАП) ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS представляется* возможным только в. комплексе с установкой системы отображения электронных навигационных карт и информации (СОЭНКИ), которая также должна быть обеспечена, коллекцией электронных навигационных карт (ЭНК). Однако в настоящее время ЭНК охвачено весьма ограниченное количество районов ВВП единой глубоководной системы Европейской части Российской Федерации (ЕГС ЕЧ РФ). Следует также отметить, что для подавляющего числа малотоннажных речных судов установка СОЭНКИ представляется экономически нецелесообразной.
Содержание водных путей и управление движением флота Северо-Западного региона России обеспечивается Государственным учреждением «Волго—Балтийское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства (ГБУ "Волго-Балт")» через свои региональные филиалы,— районы водных путей и судоходства.
Данная работа признана обеспечить использования инструментальных методов судовождения на ВВП РФ с применением информации дифференциального режима ГНСЄ ((Д)ГЛОНАСС/(Б)СР8) и электронной картографии в автоматизированных системах управления движением судов (АСУДС).
Цели и задачи исследований.
> Анализ» современного состояния использования спутниковых навигаци-
онных систем и-их функциональных дополнений на ВВП РФ.
Новое решение разработки и обоснования, актуальной научной^задачи по
вышения безопасности судоходства в* районах АСУДС ВВП на основе
высокоточного радионавигационного спутникового оборудования- и их
функциональных дополнений.
- Анализ картографического'обеспечения на ВВП РФ с целью определения возможности использования инструментальных методов судовождения и повышения уровня безопасности^эксплуатации судов на ВВП.
Оценка точности определения координат НАЛ ГНСС ГЛОНАСС/GPS с
учетом дифференциальных поправок контрольно-корректирующих стан
ций (ККС) в статическом* и динамическом режимах позиционирования
судов на ВВП.
Исследование результатов натурных экспериментальных измерений с ма
тематическим расчетом* навигационного поля, создаваемого ККС в зоне
ответственности систем управления движением судов (СУДС) на ВВП.
Объектом,исследования является применение существующих и перспек
тивных спутниковых навигационных систем и их функциональных дополнений
на участках АСУДЄ ВВП, позволяющие повысить безопасность и эффективность судоходства.
Предметом исследования являются использование спутниковых навигационных систем и их функциональных дополнений: в АЄУДС на ВВП EFG Европейской Части РФ;
Методологической. основой исследований являются' принципы системного анализа; методы теории решений:, методы.теории алгоритмов, в том числе,. алгоритмов?математического моделирования*движениясудна:как динамического объекта, планирование эксперимента, методы; математической^ статистики;. для обработкифезультатов экспериментальных испытаний:
Научная новизна и положения, выносимые на защиту:
V., Оценка современного состояния т перспектив развития* спутниковых навигационных систем и их функциональных дополнению в АЄУДС на; внутренних водных путях России:
Метод создания* наборов;; путевых точекі для мониторинга и автоматизированного управленияша маршрутах плаванияша ВВП! РФ, и оценкшточ-ности координат в динамическом; и статическом* режимах позициониро-ваниясудна. .
Алгоритмы, математического?моделирования работы- системы автоматического управления; движением-, судна; в зоне ответственности- ЄУДЄ на ВВП,
Методика: статистической обработки; результатов натурных экспериментальных измерений с математическим расчетом? навигационного поля, создаваемого ККС в зоне ответственности СУДЄ на ВВП'. Практическая* ценность работы; состоит вьтом; что сформулированные
выводы и рекомендации могут быть использованы;при реализации на ВВП Постановления, Правительства РІФ* №365 от 9 июня; 2005г., с поправками к постановлению от 25 августа 2008 г. № 641 «06 оснащении транспортных техни-
ческих средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS».
Реализация научных результатов. Отдельные положения диссертационной работы реализованы в Санкт-Петербургском Государственном университете водных коммуникаций, в ГБУ «Волго-Балт» и «Азово-Донском» ГБУВ-ПиС при оценке точности позиционирования в зоне первой на ВВП ККС "Шексна" в п. Иванов Бор и ККС «Ростов-на-Дону» в Кочетовском гидроузле.
Публикации работы. Основные результаты работы опубликованы в семи научных изданиях, в том числе, в трех изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.
Апробация работы осуществлена на международной научно-практической конференции «Перспективы внедрения ГНСС ГЛОНАСС/GPS в целях картографического обеспечения ВВП» (СПб, СПГУВК, 2005г.) и международном научно-техническом семинаре «Современное состояние электронной картографии для морской и речной навигации» (СПб, ГМА им. адм. СО. Макарова, 06 - 07 февраля 2008г.).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка опубликованных источников, содержащего 106 отечественных и зарубежных работ, включает в себя 166 страниц текста, 51 рисунка, 16 таблиц и графиков, 1 приложение.
Спутниковая навигационная система GPS
Спутники системы двигаются по точной орбите с периодом обращения 12 часов и передают кодированную информацию на землю. Каждый спутник излучает специальные навигационные сигналы в виде фазоманипулированной псевдослучайной последовательности в двух частотных диапазонах L1 и L2. В-системе используются два кода, один из которых, так называемый С/А код (coarse/acquisition или clear/acquisition), доступен широкому кругу гражданских пользователей. Этот код позволяет получать, приближенную оценку местоположениями поэтому называется грубым кодом. Точный код, известный" как Р код (precision code), позволяет более точно вычислять координаты, но доступ к нему ограничен провайдером услуг GPS. В основном этот код предоставляется военным и федеральным службам США . Кроме двух вышеуказанных кодов, в GPS- может использоваться так называемый Y код, являющийся шифрованной версией Р кода. Передача С/А кода осуществляется на частоте диапазона L1 с использованием фазовой манипуляции псевдослучайной последовательности длиной 1023 символа. Защита от ошибок обеспечивается, с помощью Gold — кода. Период повторения С/А,кода— 1 мс. Тактовая частота- 1,023Мїїц. Р код передается, на частоте диапазона L2.c использованием сверхдлинной псевдослучайной последовательности с периодом повторения 267 дней. Тактовая частота равна 10,23 МГц. Кроме С/А и Р кода с навигационного спутника.регулярно передается специальное сообщение, которое содержит дополнительные сведения, информирующие пользователя о состоянии самого спутника и его параметрах: системном времени, эфемеридах, прогнозе ионосферной задержки,и показателях работоспособности. Передача навигационного сообщения осуществляется со скоростью 50 бит/с на частоте диапазонов Ы и (или) L2. Длина навигационного сообщения - 1500 бит. Приемники GPS принимают эту информацию и, используя триангуляцию (разбивку на.треугольники); вычисляют точное местоположение пользователя. По существу, приемник GPS сравнивает время, переданное спутником со вре менем, когда это время» было отправлено. Разница во времени говорит приемнику о том, как далеко находится спутник. Измерив, такое расстояние еще до нескольких спутников, приемник может определить положение пользователя и показать ее на электронной карте модуля (блока). Приемник (GPS навигатор) должен быть привязан к сигналам, по крайней мере, трех спутников для определения двух координат (широта и долгота). Имея четыре или больше спутников в поле зрения; приемник может определить три координаты пользователя (широта, долгота и высота). Как только положение пользователя будет определено, система может вычислить другую информацию, типа скорости, курса, пройденного расстояния, расстояния до точки назначения, восхода солнца и времени заката и т.д. 1.2.2. Факторы снижения точности и основные источники погрешностей определения местоположения с помощью СНС Существует ряді факторов, влияющих на степень неопределенности вычисления координат, зависящих от параметров процедуры их определения. Эти факторы принято называть факторами снижения точности. Как правило, при вычислении координат с помощью системы GPS применяются следующие стандартные составляющие фактора снижения точности. Геометрический фактор снижения точности (GDOP), описывающий степень влияния неопределенности псевдодальности и показаний часов на неточность вычисления координат, который зависит от положения спутника относи-тельно-GPS приемниками от смещения GPS часов. Горизонтальный фактор снижения точности- (HDOP), описывающий степень влияния неопределенности в горизонтальной плоскости на погрешность определения координат. Фактор снижения точности положения (PDOP), описывающий как неопределенность псевдодальности влияет на погрешность определения координат - (безразмерный показатель). Относительный фактор снижения точности (RDOP), который, по сути, равен фактору снижения точности, нормализованному за период, равный 60 сек. Временной фактор снижения точности (TDOP), описывающий степень влияния неопределенности показаний часов на погрешность определения-координат. Вертикальный фактор снижения точности (VDOP), описывающий степень влияния-неопределенности в вертикальной плоскости на погрешность определения координат. Основными источниками ошибок, влияющими на точность навигационных определений, являются следующие [1]: Погрешности, обусловленные режимом селективного доступа (Selective availability, S/A) (С/А-код - 24, Р-код — 0). Реализуя этот режим, провайдер услуг GRS (МО США) преднамеренно снижает точность, предоставляемую системой GPS гражданским пользователям. В режиме S/A формируются ошибки искусственного происхождения, вносимые в сигнал на борту GPS спутников с целью загрубения навигационных измерений: Величина среднеквадратической ошибки из-за влияния этого фактора составляет примерно 30 - 100 м. С 1 мая 2000 года режим "ограниченного доступа" был отключен [2].
Анализ картографического обеспечения внутренних водных путей Российской Федерации
Европейское космическое агентство 8 мая 2006 г. выбрало фирму LogicaCMG в Кимберли, Великобритания, для трех контрактов на разработку стоимостью 20 млн. евро. LogicaCMG будет разрабатывать оборудование, которое управляет большинством элементов быстрого реагирования программы безопасности Galileo, для того, чтобы1 гарантировать непрерывное и точное обслуживание авторизованных пользователей. «LogicaCMG доказала на ранней стадии работы по Galileo, что она имеет правильное понимание необходимости оборудования для управления 30 спутниками системы Galileo и имеет прогрес-сивные и практические подходы к решению многих технических проблем», — прокомментировал Силвейн Лоддо, управляющий наземным сегментом Galileo и производством. Фирма LogicaCMG должна быть вовлечена в Galileo более, чем на 10 лет, включая обслуживание в качестве первого подрядчика для проектирования наземного сегмента (Фаза СО). LogicaCMG теперь начнет процесс выбора субподрядчиков по всей Европе, чтобы обеспечить себя компонентами, необходимыми для создания оборудования.
Шведская аэрокосмическая корпорация Swedish Space оборудует наземный центр управления Esrange Space Center вблизи г. Кируна в Северной Швеции. Swedish Space Corp. поставит системы сбора телеметрической информации, слежения и управления спутниками глобальной европейской навигационной системы. Как сообщает Space Daily, Шведский центр управления системой Galileo станет ключевым пунктом управления орбитальной группировкой спутников системы Galileo, а также основой глобальной инфраструктуры навигации"и позиционирования на основе спутниковых данных. Для сбора телеметрической информации, определения параметров орбиты спутников и передачи команд в,центре будет установлена антенна диаметром 13 метров. Вторая аналогичная антенна будет установлена на космодроме Куру. во Французской Гвиане [4, 5]. 23 мая 2006 года был введен в действие интерфейсный контрольный документ (ИКД), разработанный европейской организацией, Galileo. Joint Undertaking по сигналам режима открытого доступа системы- Galileo (OS SIS ISD). ИКД OS SIS ICD в настоящее время является предметом модификаций, обновлений.и изменений. Более того, использование информации, содержащейся в OS SIS ICD, включая информацию о кодах с расширенными (spreading) возможностями, так называемых расширенных кодах, сталкивается с вопросом защиты прав интеллектуальной собственности. Поэтому оно допускается только для целей исследования, разработки или стандартизации. OS SIS ICD включает следующие разделы: 1. Частотный план Galileo: частотные диапазоны, несущие частоты и полосы частот; способ разделения каналов; 2. Сигналы Galileo и описание служб; 3. Характеристики сигналов Galileo: модуляция, логические уровни (logic levels), фазовые шумы передаваемого сигнала, когерентность кодов и передаваемых последовательностей данных, полезная нагрузка (payload) и потери в приемнике по компонентам; 4. Характеристики расширенных кодов Galileo: описание кодов, генерация расширенных кодов, первичные (primary) коды, вторичные коды, обозначения кодов для спутников; 5. Структура информационного сообщения Galileo: спецификация общего формата сообщения, описание сообщения F/NAV (свободно доступного навигационного сообщения, обеспечиваемого сигналом Е5а), описание сообщения I/NAV (навигационного сообщения для передачи информации о целостности, обеспечиваемого сигналами Е5Ь и Е1-В; это сообщение поддерживает функционирование служб с повышенным риском для жизни (Safety-of-life Services, SoL) и обеспечивает расширенную информацию о целостности системы;
6. Содержание информационных сообщений (навигационные данные). В приложении дано описание псевдослучайных последовательностей (ПСП) [4].
В 2006 году сигналам открытой службы Galileo был посвящен ряд статей, опубликованных в журналах "GPS World" и "Inside GNSS". В основном, они касаются планов реализации формы общего для Европы и США гражданского сигнала на диапазоне частоты. L1. В [8] рассматриваются технические аспекты совместного использования М-кода и. PRS (сигналы службы государственного управления). Основным условием совместного использования является наличие общих центральных частот. В.статье оцениваются характеристики двух служб с использованием одинаковых допущений. Для» этого предлагается уточненная методология для оценки различных источников погрешностей, особенно по грешности по дальности, обусловленной многолучевостью. Были также исследованы атмосферная погрешность, погрешность часов, погрешности слежения за кодом и фазой, обусловленные тепловым шумом, а также необходимые поправки. В заключение представлены теоретически ожидаемые характеристики позиционирования и навигации при использовании PRS и М-кода как по отдельности, так и в рамках совместной службы. В [8] обсуждаются структура и спектральные характеристики ГНСС, в том числе приведены и результаты обсервации первого тестирующего спутника GIOVE-A. В [9, 10] рассматриваются возможные выгоды от введения МВОС — нового оптимизированного метода расширяющей модуляции. Прежде всего, это улучшенные характеристики слежения за кодом в условиях многолучевости. Кроме того, недорогие приемники, использующие модуляцию ВОС (1,1), смогли бы использовать МВОС только за счет уменьшения мощности принимаемого сигнала. Вокруг этой проблемы развернулась дискуссия, в которой приняли участие разработчики приемников. Выбор метода модуляции важен для фирм - производителей определенного вида продукции как с точки зрения технических, так и коммерческих выгод.
Математическое моделирование работы системы автоматического управления движением судна
В целях повышения эффективности управления движением на водном транспорте, уровня безопасности перевозок пассажиров, специальных и опасных грузов в Постановлении Правительства РФ от 9 июня 2005 г., № 365 «Об оснащении космических, транспортных средств, а также средств, предназначенных для выполнения геодезических и кадастровых работ, аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» [25] впервые появилось требование (пункт "2 в"), о том, что оснащению аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS подлежат суда внутреннего речного и смешанного "река — море" плавания. В,письме руководства ФАМРТ № ВП-22/7264 от 18.10.2005г. директору Департамента государственной политики в области гражданской авиации, геодезии и картографии Минтранса России,предложили в проект Поручения Правительства, определяющего порядок оснащения российских средств водного транспорта приемной аппаратурой ГЛОНАСС/GPS включить следующие пункты:
Все смешанного «река-море» плавания суда валовой вместимостью 300 и более тонн, совершающие международные рейсы, должны быть оборудованы приемной аппаратурой ГЛОНАСС/GPS с 1 января 2006г. 2. Суда, оборудованные аппаратурой АИС, со встроенным приемником ГЛОНАСС/GPS, считать оснащенной аппаратурой ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS. 3 . Суда смешанного «река—море» плавания валовой вместимостью 300 и более тонн, не совершающие международные рейсы, должны быть оборудованы приемной аппаратурой ГЛОНАСС/GPS не позднее 1 января 2008г. 4. Суда валовой вместимостью 300 и более тонн, совершающие плавание по внутренним водным путям, оснастить приемной аппаратурой ГНСС ГЛОНАСС/GPS: на ЕГС Европейской части РФ - к 01.01.2008г.; в остальных регионах РФ - к 01.01.2010г. Для выполнения пункта 4 необходимо предварительное внедрение электронных навигационных карт со следующими объемами финансирования по: - подпрограмме «Внутренние водные пути» ФЦП «модернизация транспортной, системы России (2002т2010 годы)» (в ценах 2001г. из федерального бюджета - 270,0 млн. руб.; внебюджетные средства - 90 млн. руб.); - подпрограмме 3 «Внедрение и использование спутниковых навигационных систем в интересах транспорта» ФЦП ГЛОНАСС (из федерального бюджета- 5 5, Омлн. руб.; внебюджетные средства— 12 млн. руб.). При оснащении судов внутреннего речного плавания приемной аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS, в отличии от морских судов, следует учитывать, что речные суда, находящиеся под надзором Российского Речного Регистра (РРР) (Том 3 часть IV В - навигационное оборудование, Правило 23.1) для определения состава навигационного оборудования и снабжения подразделяются на 3 категории, но не по валовой вместимости, а по длине судна: I - самоходные суда длиной более 25 м; II — самоходные суда длиной 25м и менее; III — несамоходные суда, а также от класса судов, который зависит от ветро-волнового режима района плавания и определяется высотой волнения: Речные суда: Л - 0.6 м; Р - 1.2 м; О - 2.0 м; М- 3.0 м. Смешанного «река-море» плавания: О-ПР - 2.0 м; М-ПР - 3.5 м; М-СП -3.5 м. Это было также учтено в Предложениях СПГУВК, направленных в ФАМРТ 04.10.2005г. по реализации постановления Правительства Р.Ф. № 365 от 09.06.2005г. Предложения включали: В экстренном порядке пересмотреть и в законодательном порядке утвердить развернутый Перечень передаваемых сведений, подлежащих засекречиванию по системе Федеральной службы геодезии и картографии России (утвержденных Роскартографией 30 апреля 1991 г.). В соответствии с п. 5 этого документа "...Пересмотр перечня производится в связи с появлением объективных факторов, вызывающих необходимость изменения степени секретности сведений (при изменении международной обстановки, заключении международных договоров Российской Федерации, передаче сведений, составляющих государственную тайну другим государствам, появлении новых достижений в области науки и техники и т.п.), но не реже, чем через 5 лет...". Такие факторы появились. Открытые требования по точности для гражданских потребителей долж ны быть не хуже тех, которые обеспечивают НАП ГЛОНАСС/GPS и их функциональные дополнения. И только для особых случаев (например, при вводе чрезвычайного положения) в целях обеспечения безопасности Государства должны,быть.разработаны, вводящиеся на указанный период, ограничительные меры по точности для гражданских потребителей. Формально без пересмотра Перечня Постановление Правительства РФ № 365 не может быть реализовано. Рассмотреть вопросы по ускорению создания-современного картографического обеспечения (147 карт и 170 схем судовых ходов) внутренних водных путей (ВВП) России, имеющих протяженность около 100 тыс. км. Существующее картографическое обеспечение не обеспечивает требования по точности и сдерживает развитие современных технологий судовождения, с использованием спутниковых технологий методов проводки на ВВП. Принять меры по первоочередному оборудованию русловых и изыскательских партий ГБУВПиС соответствующей аппаратурой ДГЛОНАСС/DGPS для создания-базы данных картографического и геодезического обеспечения. Предусмотреть протекционистские меры отечественным производителям оборудования для обеспечения- широкого внедрения- НАП ДГЛОНАСС/DGPS, что в конечном-итоге приведет к снижению их стоимостных характеристик (хотя бы и несколько выше уровня НАП GPS) и даст импульс для массового внедрения отечественной аппаратуры, в том числе и на малотоннажных судах.
Влияния поликомпонентной подстилающей поверхности Земли на качество приема дифференциальных поправок НАП ГЛОНАСС/GPS в Европейской части ВВП РФ
Известно, что электрические свойства однородной среды описываются двумя частотно-независимыми параметрами — проводимостью и диэлектрической проницаемостью. Так как влияние диэлектрической проницаемости в интересующем нас диапазоне частот зачастую оказывается существенно мень-. шим, чем влияние проводимости, обычно только она (проводимость) и учитывается. В результате модель электрических свойств в данной точке трассы ока-зываетсяг простой и однопараметрической; Значение этого параметра (проводимости) обычно оценивают путем сравнения экспериментальных зависимостей ЭМГЪот расстояниях рассчитанными,для разных проводимостей. Именно в такой модели составлены существующие" В настоящее время для большинства стран карты электрических свойств Земли (по сути, карты проводимостей), используемые для прогноза.
В реальности земная поверхность имеет сложное строение по глубине, которое невозможно описать некой единой для всех частот проводимостью. Дело в1 том, что для- более низких частот проникновение радиоволн в Землю (толщина скин-слоя) оказывается большим, и влияние на процесс распространения радиоволн оказывают нижележащие слои Земли, чем для более высоких частот. Более того, электрические свойства.Земли зависят от сезона, что никак не отражено на существующих картах проводимости. Поэтому они (карты), строго говоря, могут применяться для1 прогноза только на тех частотах и только при тех условиях, при которых проводились эксперименты по изучению зависимости ЭМИ от расстояния. Факт частотной и сезонной зависимости электрических свойств не отрицается, и Международным Консультативным Комитетом по Радиосвязи (МККР), который вел и публиковал банки данных по картам проводимостей дшгвсех стран..
Для территории бывшего СССР ситуация оказывается еще сложнее. Переданные нашей страной в МККР карты проводимости составлены на основе проведенных в 50-х — 60-х годах радиолюбительских экспериментов; использующих метод измерения угла наклона фронта радиоволны. Кроме указанных выше недостатков.одночастотных измерений, этот метод имеет потенциально-низкую точность, так как величина угла наклона в диапазонах ДВ — СВ очень мала и сильно зависит от локальных условий. В дополнение к этому, измерения являются.фрагментарными по территории СССР.
В основном, многослойные слои земной поверхности это слои, обусловленные геологическим строением Земли. Кроме того, к ним добавлены вышележащие слои, свойства которых оказываются.зависящими-от сезона по известным нам законам. Эти слои — леса, льды и сезоннооттаивающий слой почвы. Параметры всех слоев - их толщины, проводимости и диэлектрические проницаемости — и отражены на используемых картах электрических свойств Эти свойства подразделяются на два вида: — Отличие земной поверхности от плоской — сферичность Земли; - Реальный рельеф земной поверхности. Принципиально возможно рассчитать ЭМП и при учете рельефа, если использовать, наряду с картами электрических свойств, и карты рельефа. Однако при этом надо иметь в виду два обстоятельства: Во-первых, карты рельефа должны иметь значимо более крупный масштаб, чем карты электрических свойств, что увеличивает объем базы данных цифровой модели местности более чем.на порядок. Во-вторых, существенно возрастает время счета из-за неизбежного усложнения расчетных формул и алгоритмов. Теоретические исследования показывают, что собственно отличие диэлектрической проницаемости воздуха от единицы оказывает пренебрежимо малое влияние на условия распространения радиоволн интересующих нас диапазонов. Однако некоторое влияние оказывает наличие градиента этих свойств, обусловленное понижением плотности атмосферы с высотой-. Это явление, вызывающее рефракцию радиоволн, успешно описывается путем введения так называемого "эффективного радиуса Земли? . Этот радиус весьма слабо зависит от частоты, и для диапазонов ДВ — СВ оптимальное значение этого радиусаравно примерно -750(Жм. . Расчет качества приема дифференциальных поправок НАЛ в рабочей зоне ККС «Ростов-на-Дону» Проверка качества приема дифференциальных поправок оценивается по уровню принимаемого сигнала (SS), отношению сигнала к шуму (SNR) и проценту правильно принятых сообщений (PRF). Для решениятакой задачи необходимо выполнить сопоставление практических изысканий значений высокоточного радионавигационного поля создаваемого-на судовом, ходу (СХ) ККС ЛДПС на участке ВВП ЕГС РФ и теоретических расчетов определения формы периметра ее зоны действия. Настоящий подраздел главы посвящен исследованию такого сопоставления на примере ККС, установленной в районе Кочетовского гидросооружения Волго-Донского судоходного канала ЕГС РФ. Для решения указанной задачи в ноябре 2007 года был» выполнен комплекс испытаний высокоточного радионавигационного поля, создаваемого ККС установленной в;Кочетовском гидроузле (Рис.4Л), по методике [85] . Для выполнения процедур, связанных с измерением параметров или характеристик поля, и определения дальности действия ККС был задействован навигационный комплекс АКВА-Борт-12, Котлин МТ-102 и испытательный приемник корректирующей информации ПКИ-2 размещенные в радиорубке (Рис.4.2). Решение поставленной задачи проводилось измерением поля с использованием указанных комплексов. На Рис.4.3. для иллюстрации приведен пример измерений сигналов ККС в статическом режиме, причем на Рис.4.3 а) представлены текущие значения интенсивности принимаемого сигнала (SS) или соотношение сигнал/шум (SNR) в точке приема, а на Рис.4.3. б) показаны изменения во времени этих величин. Для получения исчерпывающей картины формирования высокоточного радионавигационного поля, создаваемого ККС Кочетовского гидроузла, необходимо выполнить сопоставительные результаты приведенных ниже теоретических расчетов и натурных испытаний [91].
