CC BY
83
Выпуск 3
число раз.
5 =
2 Р
треб
In 2 Р
треб|
1-2 Р
треб
^^треб • |1п2-Ртреб
(21)
Численные значения (21) для различных величин Ртреб представлены в табл. 2.
Таблица 2
Численные значения коэффициента 8
P б треб 101 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
5 1,26 1,88 2,99 4,92 8,24 13,97
Проведенный анализ зависимости при передаче цифровых сообщений транкинговой
радиосвязи достаточно полно описывает тенденции и количественный характер поведения оптимального радиуса зоны действий береговой транкинговой станции при изменении важнейших параметров радиоканала, а также при воздействии взаимных помех.
Список литературы
1. Доровских А. В. Сети связи с подвижными объектами / А. В. Доровских, А. А. Сикарев. — Киев: Техника, 1989. — 158 с.
2. Библиотека математических таблиц / под ред. А. С. Барк / ВЦ АН СССР. — М., 1970. — Т. II: Таблицы вероятности функций.
3. Зайцев А. И. Топология построения подсистем УКВ-радиосвязи для АСУ ДМФ Финского залива / А. И. Зайцев, А. А. Сикарев // Связь на море и реке-2008: материалы V Междунар. форума. — М.: Морсвязьспутник, 2008.
4. Овчинников А. М. Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи / А. М. Овчинников, С. В. Воробьев, С. И. Сергеев. — М.: МЦНТИ, 2000. — 27 с.
УДК 621.396.03. 656.62.007 В. Ф. Зуев,
доцент,
СПГУВК;
О. В. Соляков,
канд. техн. наук, СПГУВК
ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ СУДОВ НА СЛОЖНЫХ УЧАСТКАХ ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЕЙ
160l
THE MAIN ASPECTS OF IMPROVING THE ACCURACY OF VESSEL’S POSITIONING IN DIFFICULT AREAS OF INLAND WATERWAYS
В настоящей статье определяется круг задач, которые оказывают существенное влияние на точность местоопределения судна и требуют своего решения при повышении точности позиционирования
судов при прохождении сложных участков внутренних водных путей (ВВП) для повышения обеспеченной безопасности судоходства.
The article defines the range of tasks that have a significant impact on the accuracy of the vessel’s positioning and require their solution for improving the accuracy of vessel’s positioning during passing the difficult areas of inland waterways to increase the required safety of navigation.
Ключевые слова: внутренние водные пути.
Key words: inland waterways.
2010 г. № 623 “Об утверждении технического регламента о безопасности объектов внутреннего водного транспорта”» определил, что в состав средств навигационного оборудования судов внутреннего водного транспорта: пассажирских, перевозящих опасные грузы, независимо от вместимости, самоходных транспортных судов классов «М» и «О» валовой вместимостью 300 и более тонн должна быть включена следующая аппаратура:
— приемоиндикаторы Глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) ГЛОНАСС или ГЛОНАСС GPS с возможностью приема дифференциальных поправок;
— судовой транспондер автоматической информационной системы (АИС), до даты первого классификационного освидетельствования органом классификации после 1 июля 2012 г., но не позднее 31 декабря 2013 г.
Существующие системы контрольно-корректирующих станций (ККС), обеспечивающие высокоточное радионавигационное поле на ВВП, в процессе совершенствования технологий технических систем нуждаются в модернизации для достижения высоких вероятных и точных характеристик позиционирования судов.
Одобренная распоряжением Правительства Российской Федерации от 3 июля 2003 г. № 909-р Концепция «О развития внутреннего водного транспорта Российской Федерации до 2015 года» предусматривает в Разделе II «Основные цели, задачи и принципы развития внутреннего водного транспорта» п. 1 «развитие связи и навигации посредством модернизации существующих и внедрения новых средств связи, спутниковой навигации и информатизации».
В настоящей статье определяется круг задач, которые оказывают существенное влияние на точность местоопределения судна и требуют своего решения при повышении точности позиционирования судов при прохождении сложных участков ВВП, для повышения обеспеченной безопасности судоходства.
Для сравнения с морским позиционированием навигационных объектов, где точность увеличилась со 100 до 10 м, на ВВП, где участки с точки зрения навигационной обстановки затруднены, этой точности не достаточно, чтобы обеспечить безопасное судовождение. По влиянию на точность определения места навигационного объекта на ВВП можно выделить три важных сегмента:
— сегмент спутниковой системы;
— сегмент вспомогательных функциональных дополнений;
— сегмент приема и обработки информации для расчета точных координат. е
Сегмент спутниковой системы, состоящий из космических аппаратов (КА) ГНСС g
ГЛОНАСС/GPS, позволяет потребителю определить местоположение (ф, А) навигационного объ- ы
екта с особой точностью. Основными источниками ошибок, влияющими на точность навигацион-^^6^ ных определений, являются следующие (рис. 1):
— эфемеридная погрешность (С/А-код — 1,2, Р-код — 1,2). Данный вид погрешностей обусловлен расхождением между фактическим положением GPS спутника и его расчетным положением, определенным по данным эфемеридной информации навигационного сигнала, передаваемого с борта НИСЗ. Обычно значение такой погрешности не превышает 3 м;
ЛЯ обеспечения точного местоопределения в автоматизированных системах управления движения судов (АСУДС) на ВВП Минтранс РФ приказом № 280 от 16 декабря 2010 г. «О реализации постановления Правительства Российской Федерации от 12 августа
— погрешность ухода шкалы времени спутника (С/А-код — 1,5, Р-код — 1,5). Этот вид погрешности обусловлен расхождением шкал времени различных спутников и устраняется с помощью наземных станций слежения или за счет компенсации ухода шкалы времени в дифференциальном режиме определения местоположения.
Так как местоопределение судна зависит от КА, необходимо повышать точность контроля места КА (эфемеридная информация). В настоящее время эта точность неудовлетворительна, так как совместное использование ГЛОНАСС и GPS не повышает, а снижает точность местоопределе-ния навигационного объекта [1];
— погрешности, обусловленные распространением радиоволн в ионосфере (С/А-код — 7. Р-код — 2,25). Ионосферные задержки распространения сигналов, связанные с прохождением через верхние слои атмосферы, приводят к ошибкам порядка 20-30 м днем и 3-6 м ночью. Несмотря на то что навигационное сообщение, передаваемое с борта GPS-спутника, содержит параметры модели ионосферы, компенсация фактической задержки в лучшем случае составляет 50 %. Для борьбы с погрешностями, вызванными ионосферной рефракцией, используется передача навигационных сигналов с КА на двух частотах;
— погрешность, обусловленная распространением радиоволн в тропосфере (С/А-код — 0,7, Р-код — 0,7). Тропосферные задержки навигационных сигналов возникают при прохождении радиоволн через нижние слои атмосферы. Величина этого вида погрешности при использования сигналов с С/А-кодом не превышает 30 м.
Данные погрешности возможно снизить либо многочастотными приемниками навигационной аппаратуры потребителя (НАП), либо использованием локальных ККС.
Распределение погрешностей в стандартном режиме измерений по сигналам ГНСС ГЛОНАСС
□ тропосф ерная задержка
■ погреш ность эф емеридно-временная
□ ионосф ерная задержка
□ шумы приемника
■ многолучевость
Рис 1. Распределение погрешностей в стандартном режиме измерений по сигналам ГНСС ГЛОНАСС
Сегмент вспомогательных функциональных дополнений. Наметилась тенденция уменьшения погрешности с использованием сегментов вспомогательных функциональных дополнений в виде подсистем. ККС, работающие в СВ-диапазоне на частотах 283,5-325 кГц, передают приемникам НАП дифференциальные поправки (ДП), повышающие точность места определения.
Состав информации, передаваемой для проведения дифференциальной коррекции, в настоящее время стандартизирован рядом документов, из них требования ЯТСМ 8С-104 исполь-
зуются наиболее широко. Согласно RTCM SC-104 вся информация разбита на кадры 64 потенциальных типов, не все из которых, однако, будут использоваться во всех реальных дифференциальных системах.
ККС предусматривает выдачу корректирующей информации в линии связи в виде кадров сообщений RTCM-104.
Основной кадр 1 (31 для ГЛОНАСС) содержит дифференциальные поправки как таковые, включая поправки псевдодальности, скорости их изменения, возраста данных совместно с идентификатором для каждого КА и некоторые вспомогательные данные.
Кадр 3 (32 для ГЛОНАСС) содержит параметры ККС — координаты, вертикальную тропосферную поправку, поправки для генератора ККС, отношение С/Ш и некоторые другие.
Ввиду зависимости величины тропосферной задержки от высоты точки приема над уровнем моря величина соответствующей поправки должна определяться на ККС и сообщаться отдельно от других поправок и в виде, позволяющем учесть разность высот ККС и НАП, а именно в виде вертикальной поправки, пересчитываемой потребителем с учетом известной ему высоты над уровнем моря и у гла места KA в реальную поправку. Это актуально, например, при использовании дифференциальной коррекции в сильнопересеченной местности, например в горах. Неучтенная тропосферная погрешность сказывается в первую очередь на точностных характеристиках НАП по вертикали (коэффициент пересчета погрешности около 3).
Кадр 5 (33 для ГЛОНАСС) характеризует годность всех используемых КА.
Кадр 6 (34 для ГЛОНАСС) предназначен для поддержания синхронизации в случае отсутствия реальной информации.
Кадр 9 (или 34 для ГЛОНАСС) похож на 1, но может содержать информацию по отдельным группам КА.
Кадр 16 (36 для ГЛОНАСС) — специальные информационные сообщения.
Кадры 18 и 19 содержат необработанные измерения по коду и фазе, произведенные на ККС (как по GPS, так и по ГЛОНАСС), предназначенные для высокоточного кинематического местооп-ределения пользователя в режиме реального времени (real йше кіпешайс (RTK)).
Все кадры состоят из строк по 30 разрядов в каждой, включая 6 проверочных. Первые две строки каждого кадра одинаковы и содержат преамбулу, тип сообщения, идентификатор КС, значение Z-счетчика времени системы GPS, длину кадра, состояние КС. Приведем содержание основного кадра 1, который содержит шесть параметров (для каждого КА) в каждой строке, начиная с 3-й, всего 40 бит:
— поправка к псевдодальности PRC (16 разрядов);
— скорость изменения поправки RRC (8 разрядов);
— идентификатор КА (5 разрядов);
— масштабный коэффициент (1 разряд);
— эквивалентная погрешность квазидальности UDRE (2 разряда);
— возраст данных (8 разрядов) и т. д.
Наличие требуемой напряженности в точке приема сигнала НАП обеспечивается надежностью ДП (рис. 2).
Сегмент приема и обработки информации для расчета точных координат.
Для сегмента приема и обработки навигационной информации на ВВП служит НАП, которая предназначена для безопасного навигационного обеспечения судов речного флота при движении по озерам, водохранилищам, рекам и каналам, а также для морского и наземного транспорта [2].
НАП должна обеспечивать прием и совместную обработку сигналов:
— ГЛОНАСС — L1/L2/L3 — диапазонов частот (СТ-код);
— GPS — L1/L2/L5 — диапазонов частот (C/A-код);
— GALILEO — L1/E5a/E5b — диапазонов частот;
— SBAS — L1/L5 — диапазонов частот (C/A-код);
Выпуск 3
Выпуск 3
— береговых радиомаяков в диапазоне СВ-частот 283,5...325,0 кГц с дискретностью 500 Гц и УКВ-частот 433,92 МГц ± 0,2 %, передающих корректирующую информацию для ГНСС, на базе отечественных приемовычислительных модулей соответствующих систем.
Рис. 2. Результаты показаний СС и С/Ш на удалении от ККС Шексна
НАП должна быть построена на базе трехдиапазонного (Ы, Ь2, Ь3/Ь5/Е5а/Е5Ь), трехсистемного ГЛОНАСС/ОР8/ОЛЫЬЕО, 8БЛ8 модуля ГНСС с возможностью приема сигналов при изменении их уровней на входе от -130 до -120 дБ/мВт. После завершения поиска сигналов должно обеспечиваться слежение за ними при понижении уровней сигналов до -133 дБ/мВт.
Выполнение вышеперечисленных требований к комплексной системе, обеспечивающей высокоточное местоопределение в радионавигационном поле ГНСС ГЛОНАС/ОР8, позволит обеспечить безопасное автоматизированное судовождение на затрудненных участках ВВП.
Список литературы
1. Соляков О. В. Математическое и информационное обеспечение внедрения спутниковой технологии в автоматизированных системах управления движением судов на внутренних водных путях: дис. ... канд. техн. наук / О. В. Соляков. — СПб.: СПГУВК, 2009. — 166 с.
2. Зуев В. Ф. Особенности программного обеспечения приемников ГНСС для речных судов внутреннего плавания / В. Ф. Зуев, В. Д. Ракитин, О. В. Соляков // Водные пути России: строительство, эксплуатация, управление: материалы тез. Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 200-летию подготовки кадров для водного транспорта России. — СПб.: СПГУВК, 2009. — С. 77-80.
