Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важнейших современных проблем эксплуатации морского флота является обеспечение безопасности мореплавания, при этом определённое место в решении этих проблем принадлежит навигационному обеспечению. Это подтверждается весьма высоким уровнем аварийности морского флота. Необходимость повышения безопасности и эффективности транспортного процесса на морских судоходных путях требуют постоянного развития навигационного обеспечения и, прежде всего, его технического содержания.
Навигационное обеспечение безопасности мореплавания (НОБМ) в основном реализуется современной судовой радионавигационной аппаратурой. Как показывает анализ её состава, структуры и особенностей функционирования, техническую структуру составляет судовая аппаратура (СА) спутниковой навигации (СН).
Анализ существующих источников погрешностей, присущих системам СН, влияния различных возмущающих факторов на точность навигационных определений, а также эксплуатационных погрешностей, обусловленных старением (износом) аппаратуры, квалификацией судоводителей, условиями применения и др. показал, что они существенно меняются в процессе реальной эксплуатации. Поэтому возникает необходимость в контроле и повышении точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации. Всё это подтверждает актуальность и своевременность научной задачи диссертационного исследования, входящей в ФЦП «ГЛОНАСС».
В связи с этим научной задачей, решаемой в работе, является: совершенствование навигационного обеспечения безопасности мореплавания на основе контроля и повышения точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации.
Актуальность решения научной задачи обусловлена:
1) возросшей ролью навигационного обеспечения как важнейшего вида обеспечения безопасности плавания морских судов;
2) отсутствием научных исследований по разработке способов контроля и повышения точностных характеристик СА СН, возможных путей их реализации и алгоритмов функционирования при реальной эксплуатации, направленных на совершенствование НОБМ;
3) необходимостью внедрения способов контроля и повышения точностных характеристик СА СН, возможных путей их реализации и алгоритмов функционирования в практику эксплуатации, позволяющих оценивать и прогнозировать её точностные характеристики при реальной эксплуатации, повышая качество НОБМ;
4) необходимостью разработки предложений по обоснованию структуры и алгоритмов функционирования интегрированной контрольно-корректирующей станции (ККС) дифференциальной подсистемы (ДПС) ГЛОНАСС/GPS, формирующей поправки как к координатам и скорости, так и к направлению для объектов, использующих СА СН, что значительно повысит качество НОБМ.
Объектом исследования в работе является навигационное обеспечение безопасности мореплавания. Предмет исследования – способы контроля и повышения точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации, их структурные реализации и алгоритмы функционирования, совершенствующие навигационное обеспечение в интересах повышения безопасности мореплавания.
Целью исследования является совершенствование навигационного обеспечения в интересах повышения безопасности мореплавания на основе разработки способов контроля и повышения точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации, их структурной реализации и алгоритмов функционирования.
Достижение цели исследования реализуется путём решения ряда частных научных задач:
1) анализ структуры навигационного обеспечения как важнейшего вида обеспечения безопасности плавания морских судов, состава СА СН, источников её погрешностей и точности;
2) разработка методики, проведение натурного эксперимента по оцениванию точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации и анализ его результатов;
3) разработка способов контроля точностных характеристик СА СН, возможных путей их реализации и алгоритмов функционирования при реальной эксплуатации;
4) разработка способа повышения точностных характеристик СА СН, возможного пути его реализации при обосновании структуры и алгоритмов функционирования интегрированной ККС ДПС ГЛОНАСС/GPS, формирующей поправки как к координатам и скорости, так и к направлению для объектов, использующих СА СН.
Методы исследования. Теоретической основой исследования послужили методы системного подхода и анализа, теории спутниковых радионавигационных систем, теории построения и эксплуатации сложных систем, теории вероятностей и математической статистики, методы сферической геометрии, методы натурного эксперимента и моделирования.
В результате выполненных исследований получены следующие новые теоретические и практические результаты, выносимые на защиту:
1) способы контроля точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации, возможные структуры реализации и алгоритмы их функционирования, позволяющие совершенствовать НОБМ;
2) способ повышения точностных характеристик СА СН, возможная структура реализации и алгоритм его функционирования, совершенствующие НОБМ;
3) структура построения и алгоритм функционирования интегрированной ККС ДПС ГЛОНАСС/GPS, лежащей в основе совершенствования НОБМ;
4) количественные результаты натурного эксперимента по оцениванию точностных характеристик СА СН и рекомендации по их применению.
Научная новизна диссертации заключается в том, что она содержит теоретическое и практическое решение научно-технической задачи совершенствования НОБМ на основе контроля и повышения точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации.
Теоретическая значимость результатов заключаются в следующем:
1) способ повышения точностных характеристик СА СН и его техническая реализация как основа совершенствования НОБМ;
2) способы контроля точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации и пути их реализации как основа поддержания НОБМ;
3) структура построения и алгоритм функционирования интегрированной ККС ДПС ГЛОНАСС/GPS, лежащей в основе совершенствования НОБМ и формирующей поправки не только к координатам и скорости, но и к направлению для объектов, использующих СА СН.
Практическая значимость результатов заключается в доведении теоретических исследований до уровня структурно-алгоритмической реализации системы контроля и повышения точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации и состоит в разработке:
1) структуры и алгоритмов функционирования системы, реализующей способы контроля точностных характеристик СА СН при реальной эксплуатации;
2) практических рекомендаций по реализации структуры построения и алгоритма функционирования интегрированной ККС ДПС ГЛОНАСС/GPS и СА СН, которые могут составить основу совершенствования НОБМ;
3) практических рекомендаций по применению результатов натурного эксперимента при реальной эксплуатации СА СН.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается: применением системного подхода и проведением широких обобщений существующих информационных источников; использованием методов апробированного математического аппарата; адекватным учётом особенностей построения и функционирования СА СН при разработке способов контроля и повышения точностных характеристик СА СН и путей их реализации при реальной эксплуатации; строгостью математических выкладок и практической проверкой выдвигаемых основных положений в ходе натурного эксперимента; апробацией основных положений работы на научно-практических конференциях различного уровня и в печатных изданиях.
Публикации и реализация результатов. Основные научные результаты опубликованы в 15 работах: в материалах двух Международных форумов "Навигация и связь на море и реке» (2006, 2008 гг.); в журнале "Транспортная безопасность и технологии" №2, 2006г., входящем в Перечень ВАК 2008 г.; в учебном пособии "Дипломное проектирование", М.: МГАВТ, 2008 г.; в журнале "Речной транспорт (XXI век)" №1, 2011 г., входящем в Перечень ВАК 2010 г.; в шести тезисах научных докладов на НПК МГАВТ; в двух статьях, входящих в сборник научных трудов МГАВТ "Судовождение и обеспечение безопасности судоходства" за 2008 г.; в двух отчётах о НИР. Результаты реализованы в учебном процессе МГАВТ по специальности "Судовождение" и при подготовке трёх заявок на изобретение.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на Международном форуме и НПК "Навигация и связь на море и реке" в 2006 и 2008 гг., на НПК ППС МГАВТ в 2005-2010 гг., на научных семинарах кафедр "Судовождение", "Управление судном и технические средства судовождения"(2005-2011 гг.).
Личный вклад. Положения, защищаемые в диссертации, получены лично автором.
Структура и объём диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка используемых источников и приложения, изложена на 144 страницах и включает 56 рисунков, 9 таблиц, список используемых источников состоит из 86 наименований.
