Спутниковая система навигации ГЛОНАСС

 С 1 июля 2002 года введено обязательное оснащение транспондерами АИС всех морских судов вместимостью 300 рег.т. и более. В соответствие с положениями новой Главы 5 национальные Администрации смогут обязать устанавливать такие транспондеры и на судах меньшего размера для контроля за ними при их плавании вблизи берегов. 
   Учитывая, что одной из функций АИС является обеспечение безопасного расхождения, то следовательно транспондерами необходимо будет оснащать не только транспортные суда, но и все другие плавающие в море рыболовные суда, военно-морские и пограничные корабли.

 В мае 1998 г. ИМО  принята Рекомендация (MSC.74/69), cодержащая технико - эксплуатационные требования к универсальным транспондерам.

 Указанная судовая аппаратура  должна быть способна по запросу  другого транспондера, размещенного  на другом судне или на берегу, передать по выделенному каналу  УКВ-связи данные о своем судне (его позывные, тип судна и его размеры), навигационные параметры (местоположение судна, время, курс, путь и скорость относительно грунта, состояние судна, его осадку и другие характеристики), данные о рейсе судна (характер груза, порт назначения и время прибытия), а также другие необходимые сообщения, касающиеся безопасности плавания. Частота передачи данных транспондером дифференцируется в зависимости от их важности. Навигационные параметры, знание которых необходимо для расхождения судов, передаются с дискретностью в несколько секунд, а данные о судне и его грузе транслируются с периодичностью 6 мин или по запросу. Для выработки передаваемых данных судовой транспондер будет сопряжен с уже имеющимися на судне гирокомпасом, лагом и аппаратурой спутниковой навигации, включающей в себя также приемник дифференциальных поправок, что позволяет выдавать данные о местоположении c  метровой точностью.  

На другом судне, автоматически принимающем указанные данные, его транспондер будет выдавать получаемую информацию на экран САРП, или радиолокатора или на индикатор системы электронной картографии. В береговых службах, оснащенных подобным транспондером, поступающие данные вводятся в компьютер и выдаются на дисплей ЭВМ или экран СУДС. Обобщенная информация о навигационной обстановке вблизи СУДС может также через транспондер передаваться с берега на суда плавающие в этом районе. Это позволит судну, получающему эту информацию, иметь у себя на САРП или электронной карте высокоточную картину окружающей обстановки, наблюдая при этом даже суда и объекты, невидимые для судовой РЛС.

В результате использования АИС  получены следующие положительные результаты: 
         - благодаря организации с помощью транспондеров межсудового обмена навигационными данными будет повышена надежность и эффективность расхождения судов в море и следовательно безопасность их плавания; 
         - благодаря передачи на СУДС с судов с помощью транспондеров навигационных данных, включая высокоточные полученные от дифференциальных станций ГНСС координаты их текущего местоположения, будет расширена зона контроля за судоходством со стороны СУДС и повышены качество и надежность проводки судов в узкостях и стесненных водах и следовательно безопасность мореплавания; 
         - благодаря неограниченной возможности запроса и автоматического получения через транспондер необходимых данных о судне будет обеспечен эффективный контроль за ним со стороны портовых властей, морских Администраций и других береговых служб, а также со стороны кораблей ФПС и ВМФ при следовании судна в территориальных водах страны; 
       - благодаря получению на судне через транспондер с СУДС более детальной навигационной информации об окружающей обстановке судоводители будут иметь возможность наблюдать на экране индикатора суда и другие объекты, невидимые для судовой РЛС (т.е. находящиеся за поворотом реки или за островами в узостях, шхерах и т.д.);   

     - при использовании АИС может быть расширена зона наблюдения СУДС и введен контроль за судоходством на реках без установки дополнительных береговых РЛС, что даст значительный экономический эффект; 
          - организация на основе использования АИС контроля за судоходством позволит повысить эффективность поисково-спасательных операций благодаря более точному знанию координат аварийного судна и положения судов ближайших к месту бедствия;  

       - с помощью АИС может быть обеспечена передача на суда, плавающие в прибрежных водах, навигационной и метеоинформации; 
    - применение АИС на рыболовных судах позволить осуществлять контроль за ними в районах промысла;

     - благодаря передачи с судна на судно с помощью транспондеров высокоточных навигационных данных судоводители смогут наблюдать на экране САРП более точную и оперативную информацию о параметрах движения и маневрирования приближающегося судна.

 
     Необходимость организации единой службы контроля и управления судоходством определяется также принятием 31 июля 1998г. Федерального Закона РФ №155-ФЗ "О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации", предусматривающий принятие мер по обеспечению безопасности судоходства и регулированию движением судов, защите и сохранению окружающей водной среды, предотвращению нарушений пограничных, таможенных, налоговых, санитарных и других правил, установленных законами и нормативными правовыми актами страны.

4. Система местоопределения, использующая специализированную спутниковую радионавигационную систему.

Спутниковой радионавигационной системой принято называть систему, в которой  группировка ИСЗ выполняет роль опорных радионавигационных точек. К числу таких систем относятся NAVSTAR (США) и "Глонасс" (Россия). В переводе: NAVSTAR (Navigation System using Timing And Ranging) или GPS (Global Positioning System)

В них радиопередатчик имеется  только на навигационных ИСЗ, а аппаратура, размещаемая на подвижном объекте, имеет только приемник сигналов ИСЗ, устройство обработки сигналов и вычисления координат объекта. В данных навигационных системах результаты вычисления координат объекта имеются только на самом объекте, т.е. аппаратура объекта сама определяет свои координаты. Общепринятое название этой аппаратуры - аппаратура потребителя спутниковой навигации (АПСН).

Схема построения системы радиоместоопределения  и сопровождения подвижных объектов на основе спутниковой радионавигационной системы представлена на

 

 

 

 

 

Рис. 1.

Аппаратура, устанавливаемая на подвижном объекте - аппаратура потребителя, осуществляет прием на направленную антенну навигационных сигналов одновременно от нескольких ИСЗ (не менее 4-х), находящихся в зоне видимости. По поступающей от ИСЗ кодовой информации о параметрах излучаемого со спутника сигнала, а также данных об орбитальных параметрах движения ИСЗ (эфемеридная информация) в ЭВМ аппаратуры потребителя по заложенным алгоритмам определяются географические координаты подвижного объекта, скорость и направление движения.

Данные о координатах и скорости подвижного объекта могут представляться потребителю в визуальной форме  на табло и запоминаются с регистрацией времени измерения.

Для передачи навигационных параметров подвижного объекта в центр сбора данных на подвижном объекте используется отдельный канал связи подвижной спутниковой службы (ПСС). В данной схеме указан канал спутниковой связи подвижного объекта с наземной станцией центра сбора через геостационарный спутник связи (ГСС). Сеанс измерения навигационных параметров и их передача от подвижного объекта включается по запросу из центра сбора. При этом не требуется вмешательства оператора на подвижном объекте.

Глобальная спутниковая радионавигационная система NAVSTAR (Navigation System using Timing And Ranging) или GPS (Global Positioning System) создана для высокоточного навигационно-временного обеспечения объектов, движущихся в космосе, воздухе, на земле и в воде.

В ее состав входят навигационные  спутники, наземный комплекс управления и аппаратура потребителей (пользователей). Применяемый в системе принцип состоит в том, что специальные приемники, установленные у потребителей, измеряют дальности до нескольких спутников и определяют свои координаты по точкам пересечения поверхностей равного удаления. Величина временной задержки определяется сопоставлением кодов сигналов, излучаемых спутником и генерируемых приемным устройством, методом временного сдвига до их совпадения. Временной сдвиг определяется по часам приемника. Для нахождения широты, долготы, высоты и исключения ошибок в определении временного сдвига, приемник пользователя должен “видеть” и принимать навигационные сигналы от четырех спутников.

 

 

Космический сегмент  систем ГЛОНАСС и GPS

5. Система местоопределения, использующая геостационарные спутники связи.

Широкое развитие спутниковой связи  на основе геостационарных спутников, вращающихся на экваториальных орбитах с периодом 24 часа, позволили использовать эти спутники как неподвижные опорные радионавигационные точки для измерения относительно них координат подвижных объектов.

 

Схема построения системы местоопределения с двумя геостационарными спутниками связи представлена на Рис. 2.

Примером таких систем могут  служить системы EUTELTRACS (ECA) и GEOSTAR (США).

 

Рис.2. Схема построения системы  местоопределения.

 

Спутники ГСС-1 и ГСС-2 выполняют роль ретрансляторов сигналов в линии радиосвязи между наземной станцией центра сбора и аппаратурой подвижного объекта. При этом ГСС-1 обеспечивает ретрансляцию сигналов от наземной станции к подвижному объекту и обратно, а ГСС-2 только от подвижного объекта к наземной станции.

Аппаратура каждого подвижного объекта имеет свой код, что позволяет наземной станции устанавливать связи одновременно со всеми объектами, с группой или с одним.

В нормальном состоянии аппаратура на подвижном объекте находится  в пассивном режиме (прием сигналов от наземной станции). Активизация (включение передатчика) аппаратуры осуществляется по запросу от наземной станции.

Наземная станция и центр  сбора могут быть совмещены или  соединены между собой отдельным  каналом связи (радиорелейным, телефонным, спутниковым).

6. Глобальная навигационная спутниковая система

ГЛОНАСС - М.

 

Назначение:

Обеспечение навигационной информацией  и сигналами точного времени военных и гражданских наземных, морских, воздушных и космических потребителей.

С 1996 года по предложению Правительства  Российской Федерации Международная организация гражданской авиации и Международная морская организации используют систему ГЛОНАСС вместе с системой GPS (США) в качестве международных.

Характеристики:

 

Зона обслуживания	Глобально по поверхности  Земли в воздушном и околоземном космическом пространстве
Возможность использования	В любой момент, независимо от времени суток, года и метеоусловий
Точность навигационных  определений (вероятность 0,95): в стандартном режиме:
- по плановым координатам	» 20м
- по высоте	» 30м
- по скорости	5 м/с
- по времени привязки  к Госэталону	0,7 мкс
в дифференциальном режиме	от 0,1м до 5м
Доступность	99,64%
Количество КА в орбитальной  группировке	24 (по 8 КА в трех  плоскостях)
Орбита	круговая
- высота	19140км
- наклонение	64,8°
Частотный диапазон	» 1,6 ГГц
- частота L1	» 1,2 ГГц
Гарантированный срок функционирования КА	7 лет
Средства выведения:
- одиночный запуск  с космодрома       Плесецк	РН "Союз-2" и РБ "Фрегат"
- групповой запуск (3 КА) с к. Байконур	РН "Протон" и РБ "Бриз-М"

7. Заключение.

 Перспективы  развития ГЛОНАСС.

 

В настоящее время на базе системы  ГЛОНАСС предполагается создание Единой глобальной системы координатно-временного обеспечения (ЕС КВО). Кроме спутниковой  системы, ЕС КВО включает:

• Государственную систему Единого времени с эталонной базой страны;
• Государственную систему и службу определения параметров вращения Земли;
• систему наземной и заатмосферной оптической астрометрии;
• космическую геодезическую систему и др.

 

Совместное использование для навигации двух систем - ГЛОНАСС и GPS, дает пользователям дополнительные преимущества, главными из которых являются повышение достоверности навигационного определения за счет увеличения числа доступных КА в зоне радиовидимости потребителя. Целый ряд предпосылок существенно облегчает интеграцию двух систем, в частности, приводя лишь к незначительному усложнению и удорожанию комбинированных приемников ГЛОНАСС - GPS. К таким предпосылкам можно отнести:

- схожесть принципов синхронизации и измерения навигационных

параметров;

- малое различие в используемых системах координат;

- близкий частотный диапазон;

- общность принципов баллистического построения;

- готовность правительств России и США предоставить системы для

использования различными потребителями  мирового сообщества.

 

 КНС ГЛОНАСС является национальным достоянием России. Распоряжением Президента РФ от 18.02.99 г. поручено Правительству РФ принять меры по безусловному сохранению и развитию КНС ГЛОНАСС и увеличению количества пользователей системы. Во исполнение этого распоряжения Правительство РФ в 22.03.99 г. приняло постановление, в котором определена ответственность федеральных органов исполнительной власти за поддержание и развитие КНС ГЛОНАСС и представлен "План первоочередных мероприятий по сохранению и развитию КНС ГЛОНАСС".

В соответствии с этим планом разработана "Программа поддержания и развития КНС ГЛОНАСС на период до 2003 года", в которой предусматривались мероприятия по безусловному сохранению КНС ГЛОНАСС, а так же ускоренное оснащение отечественного парка пользователей, работающих одновременно по сигналам от двух систем: ГЛОНАСС и GPS.

Программа развития космической навигации  России базируется на следующих принципах:

- Модернизация КНС осуществляется поэтапно с учетом реальных возможностей промышленности и бюджетного финансирования;

- Государство гарантирует международному сообществу поддержание КНС с требуемыми характеристиками на период до 2010 г.;

- Разработка и эксплуатация системы учитывает возможность сотрудничества с другими странами в части координации использования КНС, внедрения передовых технологий, элементной базы;

- Навигационный сигнал КНС ГЛОНАСС сертифицирован на соответствие международным стандартам;