Содержание к диссертации
Введение
Перечень используемых сокращений 11
1 Современное состояние и перспективы развития автоматизированных систем управления движением судов (АСУДС) для повышения безопасности судоходства на внутренних водных путях РФ
1 Информационные службы и системы управления движением судов (СУДС) на внутренних водных путях, структура и принципы функционирования 13
2 Принцип построения высокоточных систем позиционирования ДГЛОНАСС-DGPS. 30
3 Особенности построения АСУДС для повышения безопасности судоходства в Невско-Ладожском районе водных путей и судоходства ГБУ Волго-Балт 44
4 Анализ существующих моделей и особенностей расчета зон действия контрольно корректирующих станций (ККС) ДГОНАСС/DGPS 50
1 Модель М.В. Шулейкина - В. Ван-дер-Поля 51
2 Модель В.Д. Фока 54
3 Модель ЕЛ. Фейнберга
4 Модель непосредственного определения дальности распространения радиосигнала . 61
Выводы по главе 1 66
Глава 2 Математические модели и алгоритмы расчета параметров дифференциального поля автоматизированных систем управления для двух и трех компонентных поверхностей
2.1 Математическая модель нелинейных переходов при распространении радионавигационных сигналов над поверхностью состоящей из двух неоднородных участков
2.2 Алгоритмы и аппроксимации нелинейных переходов для земной структуры состоящей из двух неоднородных участков
2.3 Математическая модель нелинейных переходов при распространении радионавигационных сигналов над поверхностью состоящей из трех неоднородных участков
2.4 Алгоритмы и аппроксимации нелинейных переходов для земной структуры состоящей из трех неоднородных участков
Выводы по главе 2
Глава 3 Математическое обеспечение и алгоритмы расчета параметров высокоточного радионавигационного поля систем управления для сложных поверхностей
3.1 Аппроксимация многокомпонентных подстилающих поверхностей
3.2 Алгоритмы, программное обеспечение и особенности учета граничных условий для сшивания двух и трех компонентных участков при аппроксимации многокомпонентных подстилающих поверхностей для целей АСУДС
3.3 Алгоритмы расчета дальности действия ККС в структуре АСУДС
Выводы по главе 3
Глава 4 Анализ прикладных результатов по определению дальности и зон действия ККС в структуре АСУДС для многокомпонентных подстилающих поверхностей
4.1 Сопоставление результатов расчетов, полученных при использовании теоремы (n2+m3) и квазипозиномиальной модели 125
4.2 Математическое, алгоритмическое и программное обеспечение расчета зон ККС для ГБУ Волго-Балт 135
Выводы по главе 4 146
Заключение 147
Литература 150
- Информационные службы и системы управления движением судов (СУДС) на внутренних водных путях, структура и принципы функционирования
- Модель непосредственного определения дальности распространения радиосигнала
- Алгоритмы и аппроксимации нелинейных переходов для земной структуры состоящей из двух неоднородных участков
- Алгоритмы, программное обеспечение и особенности учета граничных условий для сшивания двух и трех компонентных участков при аппроксимации многокомпонентных подстилающих поверхностей для целей АСУДС
Введение к работе
В общем росте объемов перевозимых грузов значительное место занимают нефть и нефтепродукты, а также химическая продукция и другие опасные грузы. В основном перевозка таких грузов осуществляется крупнотоннажными нефтеналивными судами и: судами "река-море" плавания, подпадающими под требования международных конвенций, правил и требований по обеспечению безопасного судоходства. Эти суда, как правило, оснащены современным навигационным оборудованием и средствами связи, соответствующим международным требованиям. В отличие от речных судов, суда река-море плавания оснащены дополнительным навигационным оборудованием и системами радиосвязи, позволяющими осуществлять безопасное плавание и радиосвязь в морских > районах А1, А2, A3. При этом подразумевается, что и береговая инфраструктура управления судоходством соответствует международным требованиям и обеспечивает международные стандарты безопасности. В действительности, в силу экономических причин последних лет, существует значительная диспропорция между уровнем оснащенности флота и оснащением береговых служб, отвечающих за управление движением и обеспечением безопасности судоходства. Этот технологический разрыв имеет тенденцию к увеличению.
Нередко плавание судов "река-море" осуществляется в прибрежных и внутренних водах зарубежных государств. Безопасность плавания на этих участках водного пространства повышается при помощи автоматизированных систем управления движением судов (АСУДС).
Известно также принципиальное намерение Правительства Российской Федерации открыть внутренние водные пути России для прохода иностранного флота. Это приведет к значительному увеличению плотности движения судов и потребует обеспечить международные стандарты безопасности судоходства, а также поднять на более высокий уровень всю систему управления движением флота. Существующая на сегодняшний день система не отвечает таким стандартам с точки зрения технической оснащенности и применяемых технологий управления.
Содержание водных путей и управление движением флота Северозападного региона России обеспечивает Государственное учреждение "Волго-Балтийское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства (ГБУ мВолго-Балти)" через свои региональные филиалы - районы водных путей и судоходства.
Данная работа призвана сформулировать новую модель построения высокоточных систем позиционирования, основанных на глобальных навигационных спутниковых системах ГЛОНАСС-GPS, для нужд речного транспорта и дальнейшего совершенствования на их базе автоматизированных систем управления движением судов. Разработанный метод расчета дальности действия контрольно корректирующей станции (ККС) позволит исключить ошибки, возникающие вследствие нелинейности вызванной распространением радиосигнала над неоднородной поверхностью земли. Данная модель может стать основой построения высокоточных систем позиционирования ДГЛОНАСС-DGPS для покрытия сплошным радионавигационным полем внутренних водных ' путей Северо-западного региона.
Целью диссертационной работы является: анализ и обобщение моделей расчета дальности распространения радиосигнала дифференциальных поправок в СВ диапазоне; новое решение актуальной научной задачи определения дальности и формы зон действия контрольно-корректирующих станций DGPS/ГЛОНАСС в СВ диапазоне, учитывающее особенности нелинейных переходов на границе участков подстилающей поверхности; синтез математической модели по расчету дальности и форм зон уверенного приема дифференциальных поправок подсистем DGPS для многокомпонентных подстилающих поверхностей; создание электронной базы данных для многокомпонентных подстилающих поверхностей; разработки алгоритмов расчета непрерывного радионавигационного поля для дифференциального режима ГЛОНАСС-GPS, а также дальности действия и формы зон действия ККС с учетом нелинейных свойств на границах компонентов подстилающих поверхностей; разработка предложений по сопряжению АСУДС, в том числе на ЕГС РФ с высокоточной системой местоопределения судов ДГЛОНАСС-DGPS;
Объектом исследования является разработка новой модели расчета напряженности электромагнитного поля СВ диапазона, дальности действия и формы зон ККС систем ДГЛОНАСС-DGPS над многокомпонентной подстилающей поверхностью для речных АСУДС. Предмет исследования существующие модели расчета дальности и форм зон действия ККС дифференциальных поправок СВ диапазона, особенности распространения радиоволн этого диапазона вдоль земной многокомпонентной поверхности с учетом нелинейных свойств на границах компонентов такой поверхности, модель расчета дальности и зон действия ККС для указанной поверхности.,
Методологической основой исследования являются, принципы системного анализа и управления технологическими процессами, теория алгоритмов, теория управлениями базами данных, основы программирования теория управления и принятия решений, теория систем радиосвязи и систем спутниковой радионавигации, теория распространения радиоволн.
Научная новизна изучены и систематизированы современные методы расчета дальности действия радиостанций дифференциальных поправок работающих в СВ диапазоне; разработана новая модель расчета и анализа параметров зон действия контрольно корректирующих станций высокоточных систем позиционирования ГЛОНАСС-GPS, работающих в диапазоне средних волн для нужд внутреннего водного транспорта РФ; синтезированы алгоритмы определения поля дифференциальных поправок, дальности и зон: действия ККС при аппроксимации многокомпонентной подстилающей поверхности отрезками, состоящими из двух и трех участков и сопряжением последних с учетом нелинейности граничных переходов; расчет зоны действия ККС «Шексна», расположенной в районе поселка Иванов Бор (широта - 5928,rN,- долгота - 03828,7*Е), на реке Шексна ГБУ «Волго-Балт».
Положения, выносимые на защиту
Аналитический обзор и обобщение существующих моделей расчета дальности и форм зон действия ККС для сигналов дифференциальных поправок в СВ диапазоне.
Результаты исследования двухкомпонентной модели (для участков типа "вода-суша" и "суша-вода") с учетом нелинейностей граничных переходов и алгоритмы расчета дальности действия ККС для этой модели.
3. Результаты исследования трехкомпонентной модели (для участков типа "суша-вода-суша" и "вода-суша-вода") с учетом нелинейности граничных переходов и алгоритмы расчета дальности действия ККС для таких моделей.
Результаты исследования многокомпонентной модели, аппроксимированной теоремой (N=2n+3m) с учетом нелинейных переходов между участками и алгоритмы расчета дальности действия ККС для этой модели.
Результаты расчета дальности и зон действия ККС для дифференциальной высокоточной подсистемы местоопределения судов Волго-Балтийского водного пути.
Практическая ценность работы Состоит в том, что сформулированные выводы позволят с наибольшей достоверностью производить расчеты по определению периметров зон действия контрольно корректирующих станций высокоточных систем определения места судна ДГЛОНАСС-DGPS, на базе подобных систем возможно построение автоматизированных систем управления движением: судов (АСУДС) для нужд внутреннего водного транспорта. Данные предложения могут быть использованы при реализации утвержденной Службой Росречфлот программ реконструкции ведомственной диспетчерских систем связи ГБУ "Волго-Балт", в том числе комплексной системы управления движением судов и безопасности судоходства на реке Неве и подходах к ней. Кроме того, эти выводы могут быть использованы при реализации аналогичных программ в других речных бассейнах Единой глубоководной системы; внутренних водных путей РФ. Представленная модель также позволяет оценивать дальность действия любой ККС работающей в СВ диапазоне когда связь с абонентом осуществляется земной радиоволной.
Реализация работы Главное Бассейновое Управление «Волго-Балт» и Санкт-Петербургский Государственный университет водных коммуникаций.
Публикации и апробация работы По тематике диссертационной работы опубликовано 10 научных статей. Осуществлен доклад на международной научно-практической конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Анализ и прогнозирование систем управления» и научных семинаров кафедры «Технические средства судов и связи» СПГУВК.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включает в себя 161 страницу текста, 51 рисунок, 4 таблицы, 4 графика.
Информационные службы и системы управления движением судов (СУДС) на внутренних водных путях, структура и принципы функционирования
Системы управления движением судов (СУДС) существуют уже более 50 лет для нужд морского транспорта. Целью создания этих систем было обеспечение максимальной навигационной безопасности судоходства при максимально допустимой интенсивности движения, снижения аварийности и предупреждения загрязнения акваторий, а, также повышения эффективности работы диспетчерских служб, флота и портов, СУДС создаются, как правило, на государственном уровне, в соответствии с международными нормами и правилами, как правило, указанные нормы и правила создаются в рамках Международной морской организации (ИМО). Создание и работа СУДС регламентируется следующими основными документами [7,15,28].
Комплексное осуществление мероприятий по организации, регулированию и контролю за движением судов на базе соответствующих технических средств привело к созданию систем управления движением судов (СУДС), призванных обеспечить навигационную безопасность при максимально допустимой интенсивности движения, снизить аварийность и предупредить загрязнение водной среды, а также повысить технико эксплуатационную эффективность работы флота и портов. Каждый час простоя судна в условиях ограниченной видимости или в ожидании лоцмана из-за плохой или несвоевременной: информации приносит значительные убытки, как судовладельцу, так и целому ряду береговых организаций, вовлеченных в процесс обработки судна в порту. Сокращение до минимума подобных простоев, а следовательно, и убытков возникающих вследствие простоя судов возможно с помощью развертывания СУДС на участках с наибольшей интенсивностью движения и участках с осложненной навигационной обстановкой.
По своему назначению, организации и техническому оснащению системы СУДС могут быть самыми различными, начиная от пассивных первичных мероприятий по упорядочению движения судов и кончая активными; системами, базирующимися на комплексе современных технических средств, включающих новейшие электронные средства наблюдения, радионавигации, связи и обработки информации. [3,4,28]
В настоящее время на базе современных навигационных и систем радиосвязи создаются новые перспективные СУДС, дополнительно включающие в себя дифференциальные станции глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС/GPS и автоматические информационные системы (АИС). С их помощью, возможно, обеспечить точность определения места судна І-5м в зоне действия контрольно корректирующей станции. Благодаря этому может достигаться высокоточная проводка судов по узким фарватерам и судовым ходам, таким как Ленинградский и Калининградский морские каналы, вход в Северную Двину и Волгу в райойе Астрахани. Благодаря высокоточному навигационному обеспечению может быть существенно повышена эффективность дноуглубительных и гидротехнических работ. [18,30]
Внедрение АИС будет иметь особое значение для СУДС. Требование об оснащенности всех судов валовой вместимостью более 300 регистровых тонн соответствующей аппаратурой уже включено в проект новой Главы V Конвенции СОЛАС. На базе АИС предполагается создание систем контроля (мониторинга) за движением судов. С помощью специализированного транспондера и средств УКВ радиосвязи или системы спутниковой связи Инмарсат из центра УД С будет возможно запросить и получить высокоточные данные о текущем местоположении судна. При использовании УКВ радиосвязи зона действия подобной АИС будет охватывать район А1 ГМССБ
Для обеспечения эффективной и надежной эксплуатации СУДС, Рос Морфлотом, были разработаны необходимые нормативно-правовые документы. Все они разработаны с учетом основных действующих международных документов: 1. СОЛАС, Глава V (проект), Правило 12 "Службы управления движением судов"; 2. резолюция ИМО А.857(20) - "Руководство по СУДС", включающее в себя "Руководство и критерии для СУДС" и "Руководство по найму, квалификации и подготовке операторов СУДС"; 3. резолюция ИМО MSC.43(64) - "Руководство и критерии для систем судовых сообщений"; 4. "руководство по средствам навигации" (Navguide) Международной Ассоциации маячных служб (МАМС); 5. "руководство по СУДС" МАМС; В настоящее время в России действующими являются следующие нормативные документы . технико-эксплуатационные требования к СУДС № МФ-02-22/848-70 (утверждены Рос. Морфлотом 23.08.2002г., введены в действие 1.08.2002г.); типовые правила плавания в зонах действия СУДС (введены в действие Письмом Мин Морфлота СССР № 212 от 08.12.87, согласованы с ПИ ВМФ и Минрыбхозом СССР); положение о тренажерной подготовке судоводителей, радиоспециалистов и операторов СУДС (введено в действие Приказом Рос Морфлота № 1 от 04.01.96); технико-эксплуатационные требования к тренажерным центрам подготовки судоводителей, радиоспециалистов и операторов СУДС (№ ДМТ-29/53-44 от 01.03.96); типовая должностная инструкция лоцману-оператору СУДС (введена Письмом МСС-4/5-2149 от 23.12.86); программа тренажерной подготовки лоцманов-операторов СУДС (утверждена Рос Морфлотом 20.05.97); положение о сборах с судов в морских торговых портах РФ (утверждено Минэкономики 04.08.95, введено в действие письмом Рос Морфлота № ДМТ-36/1904 от 07.08.95); приказ Рос Морфлота № 67 от 12.10.92 "О порядке сертификации СУДС".
Модель непосредственного определения дальности распространения радиосигнала
Таким образом, кратко можно сказать, что при больших численных расстояниях функция ослабления составной трассы есть среднее геометрическое из функций ослабления, которые для данного расстояния дала бы каждая из почв. Эта простая закономерность была получена выше для случая неравных участков, Xi«D-X!. Однако формула (2.1.11) получилась абсолютно симметричной относительно двух участков, причем длинна каждого из них в отдельности вообще не входит в результатов частности, учитывая теорему взаимности, это значит, что формула (2.1.11) справедлива как для X]«D-X] так и для Xi»D-xb лишь бы каждое из численных расстояний было велико.
Пусть мы движемся от источника, находящегося на участке s=sf. По мере удаления функция ослабления будет меняться как y(siD) и при достаточном удалении D перейдет в -1/2 SiD. Когда мы пересечем границу между первым и вторым участками D= хь то на расстоянии D- Х\ от границы, которые малы по сравнению с хь будет справедливо выражение (2.1.5) с заменой Х] на D- хь а также Sj на s2 и обратно, которая при удалении от границы на такое расстояние, что s2(D-X) »1, переходит в соотношение (2.1.11), справедливую, пока D-X!« Х]. Мы не вычислили to при больших удалениях, когда D-xj становится порядка хь Однако если мы пропустим эту область и перейдем еще дальше к противоположному случаю D-Xi»Xi, то опять, согласно соотношению (2.1.11), будет верна зависимость co2 = \f2 sxs2D поскольку опять один из участков намного больше другого. Отсюда мы заключаем, что эта форма должна быть верна и в промежуточном случае D-xi х\. Таким образом, для справедливости соотношения (2.1.11), действительно, требуется лишь соблюдение условий six, »1и s2(D-X])»l.
Анализируя рисунок 1.4.3, где положено SI=S2=20KM. После перехода через границу между разными почвами сплошная кривая, построенная с помощью выражения (2.1.5), сливается с кривой построенной с использованием формулы (2.1.11), уже на очень малых расстояниях от границы, на расстоянии порядка полутора километров, когда s2(D-xj )=0,75-2,0. Таким образом, условия применимости упрощенной асимптотической формулы (2.1 ЛІ) в действительности не является очень жестким и знак много больше можно смело заменить знаком приблизительно больше подтверждение этому будет представлено позже на рисунке 2.3.1.
Вспоминая, что нормальная функция ослабления у(р) заметно отличается от своего асимптотического выражения -1/2р даже при р приблизительно равном 5, мы видим, что в случае составных трасс условия применимости асимптотических выражений в некотором случае могут быть более легкими. Объяснить это можно тем, что упрощения состоят в заменах у(р)=-1/2р в подынтегральных выражениях, в которых интегрировать приходится по целой области, так что если в начале области интегрирования эта замена и не очень точна, то в более далеких точках положение улучшается и допущенная неточность сказывается на всем интеграле не очень сильно.
Интересным и практически важным оказывается подъем кривой при переходе на почву с лучшими электрическими свойствами. Он показывает, что иногда улучшение слышимости можно добиться путем некоторого удаления приемника от передатчика, если при этом он окажется на почве с лучшими свойствами проводимости, и наоборот весьма незначительное увеличение дальности может привести к чрезвычайно значительному ослаблению поля радиоволны, если прилегающий участок обладает худшим свойствами проводимости, чем раньше.
Специфическое влияние свойств начального и конечного участков трассы, приводящее к явлениям вроде отмеченного выше, особенно ярко проявляются при рассмотрении крайнего случая неоднородности, именно того, который возникает, когда один из участков - бесконечно проводящий, s=0. [42,31]
Соотношение (1.4.13) справедливо только при D-Xi» Х\. Формула даст только поле вблизи граница раздела участков и может, в частности, применяться для изучения фазовых соотношений в поле, на больших расстояниях фаза смещается на постоянную независящую от расстояния величину, в то время как у границы наблюдаются своеобразные искажения фронта волны, приводящие в частности к береговой рефракции. При условии D-Xi Xi соответствующая формула должна быть выведена заново. Случай D-Xi« Xi можно получить из общей формулы (1.4.13) устремляя в ней Sj к нулю, что при s2D »1 дает Здесь хг длинна более короткого бесконечно проводящего участка, но при D-xi Xi формула (2.1.13) несправедлива. Вернемся к общему соотношению (1.4.11) и рассмотрим ее при любом соотношении D-Xi и Хь предполагая, что численное расстояние, проходимое радиоволнами над сушей, велико. Пусть участок 1 длинны Х) бесконечно проводящий, Si=0.
Алгоритмы и аппроксимации нелинейных переходов для земной структуры состоящей из двух неоднородных участков
Подходя к вопросу анализа нелинейных переходов для земной структуры, состоящей из трех неоднородных участков, рассмотрим наиболее характерные варианты чередования участков, такие как вода-суша-вода, суша-вода-суша. При решении данной задачи, не будем ограничиваться рассмотрением предельных по своим электромагнитным свойствам случаев. Вместе с тем подвергнем анализу такой важный для практики случай поведения графика напряженности поля при переходе радиосигнала с сухой на влажную почву и обратно.
Рассмотрим вариант подстилающей поверхности с чередованием участков сухой почвы с параметрами є=6, у=0,002 и воды є=78, у=5 вновь почвы, но более сухой по сравнению с первым участком є=3, у=0,0001
В данном и последующих примерах применяются параметры передающего устройства, аналогичные с параметрам оборудования из параграфа 2.2. Введя практически идеально проводящий отрезок на втором участке мы получаем резкий рост поля волны на этом участке. Как видно из Рис. (2.4.1), присутствует практически одна сплошная зона уверенного приема, располагающуюся на отрезке 0-98 и 100-185км. Для лучшего понимания вклада концевых участков так называемых "взлетной" и "посадочной" площадок в общую картину распространения радиоволн над кусочно-однородной подстилающей поверхностью, поменяем местами концевые участки. Хотя оба этих участка состоят из сухой почвы, однако их электрические свойства различны.
Исследуя пример, представленный на рисунке 2.4.2, находим, что зона уверенного приема значительно меньше, чем на примере представленном, на рисунке 2.4.1, в данном случае она разбита на два участка, с довольно большой зоной молчания. Это произошло из-за резкого падения напряженности поля произошедшего на первом участке. Это падение более крутое, чем на рисунке 2.4.1, данный случай можно объяснить внесением на первом участке почвы с наихудшими электрическими и магнитными свойствами. Волна, попадая на первый, участок, затухает с большой интенсивностью (это обусловлено наихудшими свойствами проводимости участка), в дальнейшем при переходе на второй участок присутствует резкое возрастание поля (электрические свойства второго участка близки к идеальным), на третьем участке происходит повторное ослабление поля, но менее интенсивно, чем на первом участке (это можно объяснить значительной удаленностью третьего участка от передатчика, и лучшими свойствами проводимости по сравнению с первым участком). Свойства проводимости третьего участка сказываются в меньшей степени, из-за его удаленности от передатчика.
Рассматривая пример вода-суша-вода, ограничимся случаем, влажная почва у=0,01 е 15, сухая почва у= 0,0001 є=3, влажная почва.у= 0,01 е=15. Эти примеры по своей сути схожи, так как первый и последний участок с высокими свойствами проводимости, а центральный с низкими. В данном примере аппроксимация с использованием квазипозиномиальной модели отключена оператором, из-за наложения графиков. Чувствительность приемника была повышена до 10 мкВ/м. Все измерения были выполнены для достижения яркой картины распространения радиосигнала. Как видно рисунка 2.4.5 присутствуют две зоны уверенного приема 0-159 км и. 180-200 км. В отличии от предыдущих примеров, график имеет слабо выраженный локальный всплеск в сторону роста, произошедший в момент пересечения границы третьего участка. При переходе сигнала на второй участок отсутствовал, какой либо рост или падение уровня поля, такой случай встречается крайне часто почва — влажная почва. Здесь график напряженности поля для двух участков практически имеет вид линии изогнутой в сторону уменьшения поля с экспоненциальным затуханием. Данный пример приближен по своим параметрам к реальным условиям распространения. В действительности распространение сигнала происходит над многокомпонентными подстилающими поверхностями и, учитывая вышесказанное, необходимо производить глубокий анализ поведения графика напряженности поля, так как возможно образование множества зон нелинейных переходов (рис. 2.4.4). Как было показано, образование зон нелинейных переходов в основном происходит при переходе радиосигнала участков с различными электрическими свойствами. [31, 32] В отдельных случаях, при переходе радиосигнала на участок с худшей проводимостью по сравнению с предыдущим, образование Нелинейного перехода не наблюдается. При расчете напряженности поля в точке приема, когда распространение происходит над поликомпонентной поверхностью, необходимо уделить особое внимание точности учета электрических параметров подстилающей поверхности. Эти параметры непосредственным образом влияют на определение нелинейного множителя функции ослабления а, следовательно, и на определение зон нелинейных переходов.
Алгоритмы, программное обеспечение и особенности учета граничных условий для сшивания двух и трех компонентных участков при аппроксимации многокомпонентных подстилающих поверхностей для целей АСУДС
Онежское озеро, кроме его северной части, Онежский обходной канал, Кубенское озеро, часть реки Волги, верхняя и средняя части канала имени Москвы, верхняя Свирь и часть средней Сви-ри. Таким образом, инсталлируя ККС «Шексна» в район поселка Иванов Бор, р. Шексна представляется возможным обеспечить 100% покрытие сплошным радионавигационным полем дифференциальной поправки системы ГЛОНАСС/GPS весь район Волго-Балтийского канала с подходами к нему.
Проанализировав результаты расчетов выполненных для различных магнитных и электрических свойств участков подстилающей поверхности с последующей аппроксимацией, можно построить расчетную схему предполагаемой зоны действия ККС, «Шексна» Иванов-бор, р. Шексна (Рис 4.2.6.). Форма периметра зоны действия Рис. 4.2.6 подобна форме зоны действия ККС определенной для наихудших условий распространения радиосигнала Рис. 4.2.4, однако наблюдается незначительное уменьшение дальностей действия по направлению в юго-восточном секторе в соответствии с результатами вычислений Рис. 4.2.3 и Рис. 4.2.2.
Подводя итог выполненным расчетам, можно заключить, что развертывание ККС на указанном участке единой глубоководной системе РФ позволит качественно улучшить точность навигационных обсерваций судов, что в свою очередь приведет к повышению безопасности судоходства и подготовит базу для дальнейшей модернизации и интеграции современных диспетчерских служб, таких как АСУДС и РИС. 1. Выполнен сопоставительный анализ результатов расчетов полученных с использованием квазипозиномиальной модели и теоремы N=2n+3m для многокомпонентных подстилающих поверхностей. Выявлена нечувствительность квазипозиномиальной модели к областям, содержащим нелинейные переходы между участка граничными сегментами, кроме того обнаружена пессимистичность результатов полученных вследствие использования квазипозиномиальной модели при большом количестве участков подстилающей поверхности по сравнению с результатами при использовании теоремы N=2n+3m с последующим сшиванием граничных участков. 2. Приведены наиболее перспективные типы передающего оборудования ККС различных производителей для дальнейшего использования его на внутренних водных путях РФ. 3. Представлено обоснование перспективной позиции расположения ККС «Шексна» в районе поселка Иванов-Бор, р. Шексна. 4. Произведены расчеты форм периметров зоны действия ККС с координатами, широта - 5928,rN, долгота - 03828,7 Е для различных условий распространения радиосигнала. 5. Построены схемы покрытия полями дифференциальной поправки данной ККС в зависимости от дальностей действия ККС по направлениям. Надежное навигационное обеспечение имеет важное значение для безопасности плавания судов, их эффективной эксплуатации, автоматизации процессов управления работой флота и транспортными потоками, предотвращения экологических бедствий, геодезических и гидрографических работ. Настоящая диссертационная работа посвящена новому решению актуальной научной задачи повышения эффективности функционирования АСУДС, повышению надежности и точности обсерваций речных судов и судов река-море плавания при использовании ГНСС ГЛОНАСС/GPS работающих в дифференциальном режиме, разработке математического, алгоритмического и программного обеспечения используемого для определения дальностей и форм периметров зон действия ККС ДГЛОНАСС/DGPS, осуществляющих передачу дифференциальных поправок в средневолновом диапазоне. На основе теоретических исследований задач математического, алгоритмического и программного обеспечения автоматизированного определения параметров радионавигационного электромагнитного поля дифференциальной поправки, анализа теоретических расчетов и экспериментальных данных, математического моделирования и аналитического исследования существующих технологий использования, дифференциальных СРНС получены следующие результаты: 1, Проведен аналитический обзор и обобщение существующих моделей расчета дальностей распространения радиосигналов ККС, содержа щих дифференциальную поправку в диапазоне средних волн. 2. На основе системного подхода в процессе анализа существующих перспективных глобальных навигационных спутниковых систем второго поколения, сформулирована и обоснована концептуальная необходимость развертывания сети ККС дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС/GPS на внутренних водных путях России для достаточно точной интеграции комплексной АСУДС и качественного повышения безопасности судоходства на внутренних водных путях РФ. 3. Исследованы процессы поведения уровня напряженности электромагнитного поля дифференциальных радиосигналов ККС распространяющихся земной волной в диапазоне средних волн над подстилающими поверхностями, состоящими из двух участков типа «вода-суша», «суша вода» а также из трех участков типа «вода-суша-вода», «суша-вода-суша», отличающиеся учетом нелинейных переходов в напряженности вертикальной электрической компоненты поля на границе компонентов указанных участков. 4. Предложен принципиально новый подход при аппроксимации многокомпонентных подстилающих поверхностей на основе композиции "двоек" и "троек" участков таких поверхностей (на основе ап-проксимационной теорема N=n2+3m). 5. Разработана модель, обеспечивающая компенсацию граничных условий возникающих в областях границ сегментов многокомпонентных подстилающих поверхностей в процессе аппроксимации методом сшивания таких областей. 6.. Создан математический, алгоритмический и программный аппарат, позволяющий эффективно обнаруживать и исследовать зоны нелинейных переходов для вертикальной электрической компоненты, образующихся при пересечении радиосигналом границ соседних уча-.етков обладающих различными электрическими и магнитными свойствами. 7, Предложена конструктивная методика расчета дальности и форм пе риметров зон действия ККС с использованием электронных базы данных электрических и магнитных свойств участков реальной под стилающей поверхности. 8. Найдена методика позволяющая обосновано выбирать перспектив ную позицию установки ККС для последующего создания единой цепи ККС, обеспечивающих сплошным радионавигационным полем дифференциальных поправок весь ареал ЕГС РФ и позволяет осуще ствить переход от лоцманского к штурманскому методу плавания на территории ВВП России.
