Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



1 огляд сучасних навігаційних систем та тренажерних комплексів

Скачати 293.02 Kb.

1 огляд сучасних навігаційних систем та тренажерних комплексів




Скачати 293.02 Kb.
Дата конвертації24.05.2017
Розмір293.02 Kb.

1 ОГЛЯД СУЧАСНИХ НАВІГАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА ТРЕНАЖЕРНИХ КОМПЛЕКСІВ

1.1 Огляд сучасної радіо-навігації


Суднові імпульсні й імпульсно-фазові радіонавігаційні системи (ІФРНС) є засобами далекої радіонавігації і призначені для визначення положення судна на великих видаленнях від берегів з точністю, що забезпечує навігаційну безпеку плавання у відкритому морі. Найбільш широко для цілей морської навігації використовуються імпульсна РНС «Лоран-А» та імпульсно-фазова РНС «Лоран-С».
Навіга́ція (від {лат. navigare - керувати кораблем та санскр. navgathi - майстерність керманича). Галузь знань про керування транспортним засобом для спрямування його до цілі. Використовується на воді, на землі, в повітрі, а також останній час і в космосі.
Ці системи дозволяють вимірити різницю відстаней від судна до двох нерухомих станцій, синхронно випромінюючі радіоімпульси. При відомій швидкості поширення радіохвиль і різниці відстаней Δλ відповідає визначена тимчасова різниця Δt між моментами приходу радіосигналів від берегових радіостанцій. Ця тимчасова різниця називається радіонавігаційним параметром і вимірюється за допомогою суднового прймача-індикатора. Геометричне місце крапок однакової різниці відстаней від судна до двох станцій утворюють на земній поверхні ізолінію у вигляді гіперболи.
Географі́чна оболо́нка (англ. geography envelope; нім. geografischer Mantel, m) - верхня комплексна оболонка Землі, що утворилася внаслідок взаємопроникнення і складної взаємодії окремих геосфер - літосфери, гідросфери, атмосфери і біосфери.
Таким чином, за видом вимірюваної геометричної величини розглянуті РНС відносяться до різницево-далекомірних, або гіперболічних [1].
Величина́ - одне з основних математичних понять, узагальнення понять довжина, розмір, площа, об'єм тощо. Неформально, величини – це те, що можна порівнювати між собою. Формально, це елементи впорядкованої множини.

Місце судна визначається перетинанням двох гіпербол, що відповідають різницям відстаней до двох пар берегових радіостанцій. Кожна пара станцій складається з ведучої (ВЧ) і відомої (ВМ), рознесених на відстань, яка є базою b. Ведучі станції починають випромінювати радіоімпульсів з періодом проходження (повторення) Т на несущій частоті f, а відомі станції приймають ці імпульси і синхронно перевипромінюють їх з деякою затримкою за часом ta.

РНС «Лоран-А» є системою з несинхронізованими (незалежними) базами, тому що кожна пара станцій випромінює радіоімпульси з періодом повторення Т і несущою частотою f, які відрізняються від періоду повторення імпульсів і несущої частоти іншої пари.

ІФРНС «Лоран-С» є системою із синхронізованими (залежними) базами. Берегові станції системи об'єднані в ланцюги, кожний з яких складається з ведучої станції λi і декількох (від двох до п'яти) відомих станцій, які умовно позначаються буквами W, X, У, Z. Усі станції ланцюга працюють з однаковим періодом проходження сигналів на одній несущій частоті. Випромінювання сигналів відомими станціями строго синхронізовано радіосигналами ведучої станції. Синхронізація здійснюється як за радіоімпульсами, що обгинають, так і по фазі високочастотного заповнення [1].

РНС «Декка» - це фазова радіонавігаційна система. Принцип дії заснований на вимірі різниці відстаней до берегових орієнтирів фазовим методом. На судні виміряється різниця фаз незатухаючих коливань випромінюваних двома береговими станціями за допомогою приймачів-індикаторів і фазометрами.

Колива́ння- специфічні рухи або зміни стану систем різної фізичної природи, для яких спостерігається певна повторюванність в часі. Якщо це відбувається через однаковий проміжок часу - період Т, то коливання називають періодичними.
Відомо, що різниця відстаней є величина постійна на гіперболі для двох крапок. Таким чином, виміривши різницю фаз коливань випромінювання берегових станцій, можна знайти лінію положення судна на гіперболі з фокусами в крапках [1].

Неоднозначність (багатозначність): грубі і точні доріжки. У нових моделях багатозначність усувається шляхом одержання більш широких доріжок, «Грубі» доріжки називаються зонами. Звичайне число зон бази близько до десяти.

1.2 Супутникова навігація
1.2.1 Загальна характеристика супутникових радіонавігаційних систем
Супутникові радіонавігаційні системи - це всепогодні системи космічного базування, які дозволяють у глобальних масштабах визначати поточні координати місця розташування рухливих об'єктів і їхню швидкість, а також здійснювати точну координацію часу [2]. Відповідно до концепції ICAO супутникові навігаційні системи найближчим часом стають поширеним засобом навігації.

Принцип дії систем полягає в тім, що навігаційні супутники випромінюють спеціальні електромагнітні сигнали. Апаратура споживачів, яка розташована на об'єктах, що знаходяться на поверхні Землі, чи навколоземному просторі приймає ці сигнали і після спеціальної обробки виробляє дані про місце розташування і швидкість об'єкта.

Супутникову радіонавігаційну систему можна розглядати як високотехнологічну інформаційну систему, яка складається з п'яти основних сегментів Рисунок 1.

Спеціа́льна обро́бка - є одним із видів бойового забезпечення військ, і входить в комплекс заходів Радіаційного, хімічного, біологічного захисту (РХБЗ).
Навігаційний супутник - штучний супутник Землі, призначений для забезпечення навігації у просторі.
Інформацíйна систéма (англ. Information system) - сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів.
1 [3]



Рисунок 1.1 - Організація супутникової радіонавігаційної системи


Наземний керуючий сегмент містить у собі центр керування космічним сегментом, станції спостереження за навігаційними супутниками (радіолокаційні й оптичні), апаратуру контролю стану навігаційних супутників.

Керуючий сегмент вирішує задачі визначення, прогнозування й уточнення параметрів руху навігаційних супутників, формування і передачі в бортову апаратуру супутників цифрової інформації, а також ряд контрольних і профілактичних функцій.

Космічний сегмент являє собою систему навігаційних супутників, які обертаються за еліптичними орбітами навколо Землі. На кожній орбіті знаходяться декілька супутників. Навігаційний супутник має на борту радіоелектронну апаратуру, що випромінює в напрямку Землі беззупинні радіосигнали, які містять інформацію необхідну для проведення навігаційних визначень за допомогою апаратури споживача.

Завдяки достатній кількості навігаційних супутників і спеціальних параметрів радіосигналу апаратура споживача може в будь-який час, при будь-яких погодних умовах приймати супутникові сигнали і визначати місце розташування, швидкість і час.

Сегмент користувачів потенційно може складатися з необмеженої кількості супутникових навігаційних приймачів, які приймають сигнали навігаційних супутників і роблять розрахунки поточного місця розташування, швидкості і часу з погрішностями, обумовленими супутниковою навігаційною системою й апаратурою споживача.

Сегменти наземних і космічних функціональних доповнень це - апаратурно-програмні комплекси призначені для забезпечення точності навігаційних визначень, цілосності, безперервності, приступності і експлуатаційної готовності системи.


      1. Навігаційна система GPS

Зона покриття супутників GPS охоплює всю площу Землі, і тому в споживача є можливість визначити свої координати з будь-якого кута земної кулі. Типовий GPS-приймач робить рішення раз у секунду, має інтерфейс для зв'язку з зовнішніми пристроями (як правило, RS-232), і працює за стандартним протоколом (NMEA-0183) [4]. Найчастіше одержувана від GPS-приймача інформація містить дані про місце розташування (координати в якій-небудь геометричній проекції), швидкість, курс і час. Особливий інтерес представляє побудова диспетчерських систем на базі GPS, які дозволяють контролювати з єдиного центра (диспетчерський пункт — ДП) переміщення рухливих об'єктів (РО) у рамках визначеної території. Найбільш розповсюджена схема являє собою систему локального радіозв'язку для передачі даних РО — ДП і програмне забезпечення ДП, призначене для оперативного відображення обстановки.

Передача даних (обмін даними, цифрова передача, цифровий зв'язок) - фізичне перенесення даних цифрового (бітового) потоку у вигляді сигналів від точки до точки або від точки до множини точок засобами електрозв'язку каналом зв'язку; як правило, для подальшої обробки засобами обчислювальної техніки.
Програ́мне забезпе́чення (програ́мні за́соби) (ПЗ; англ. software) - сукупність програм системи обробки інформації і програмних документів, необхідних для експлуатації цих програм.

Інтерфейс між навігаційними супутниками GPS і апаратурою споживачів складається з двох радіоліній L-діапазону частот [3]. Кожен навігаційний супутник GPS випромінює радіосигнали в двох частотних піддіапазонах. Номінальні несущі частоти: L1=1575,42 Мгц і L2=1227,6 Мгц. У GPS використовується кодовий поділ радіосигналів навігаційних супутників в обох піддіапазонах L1 і L2. Кожен супутник передає навігаційні радіосигнали з унікальним кодом на частотах піддіапазонів L1 і L2.[3]

Навігаційними супутниками GPS формуються три псевдовипадкові послідовності кодів дальності (PRN коди):

- точний (Р код), що є основним кодом дальності, має довжину сім днів, передається зі швидкістю 10,23 Мбіт/с.

Псевдовипадкові послідовності (числа) - послідовності, що отримуються за цілком невипадковим алгоритмом, але мають властивості, дуже подібні до властивостей реалізацій випадкових чисел.
Семиденна послідовність є сума по модулі два двох послідовностей Х1 довжиною 15345000 символів і Х2i довжиною 15345037 символів. Послідовність Х2i – це послідовність Х2, вибірково затримана на 1–37 розрядів. За допомогою цього здійснюється технологія основної кодової генерації, що виробляє набір 37 взаємно виключних послідовностей Р-кода довжиною сім днів. З них, тридцять дві послідовності призначені для використання при проведенні навігаційних визначень, а що залишилися п’ять - зарезервовані для інших застосувань.

- Y-код, використовується замість Р-кода, коли застосовується анті-дезінформаційнний вид роботи, визначений у ICD-GPS-203, ICD-GPS-224, ICD-GPS-225.

- Грубий (С/А) код доступний усім споживачам, а спеціальними споживачами використовується для виявлення Р (чи Y) коду .

Псевдовипадкова послідовність С/А коду застосовується для ідентифікації номера навігаційного супутника, є кодом Голда, має тривалість 1 мсек., передається зі швидкістю 1023 Кбіт/с. Послідовність С/А коду є сума по модулі два послідовності G1 і G2i, затриманої на 5-950 символів відносно G2, за допомогою чого генерується набір тридцяти шести взаємно виключних С/А-кодів. Ідентифікація номерів GPS супутників і C/A кодів приведена у відповідності із таблицею 1.1 [3].

Навігаційні радіосигнали, передані супутниками GPS на несущих частотах L1 і L2, є багатокомпонентним фазоманіпулірованим сигналом. Фазова маніпуляція несущих здійснюється на  радіан.

Фа́зова маніпуля́ція (ФМн, англ. Phase-shift keying (PSK)) - один з видів фазової модуляції, при якій фаза несучого коливання змінюється стрибкоподібно в залежності від інформаційного повідомлення.
Квадратурні складові сигналу несущої частоти L1 модулюється двоічними послідовностями P і C/A кодів відповідно, складеними по модулі два з даними цифрової інформації навігаційного повідомлення.

Несуща частота L2 модулюється двоічною послідовністю P складеної по модулю два з цифровою інформацією навігаційного повідомлення.

Основою для формування перерахованих компонентів сигналу є бортовий стандарт частоти.

В інформаційному сигналі GPS квадратурні складові несущої частоти модулюються двома псевдовипадковими послідовностями [1]. Кожна послідовність- це біфазний (0, ) зрушений код. Одна послідовність – сума по модулі два Р(Y) кода і навігаційних даних, інша послідовність – сума по модулі два С/А кода і навігаційних даних. При цьому складова С/А коду повинна бути затримана відносно Р сигналу на 90 градусів. Несуща частота L2 модулюється тільки однією з цих 2х послідовностей.

Таблиця 1.1 - Коди GPS


супутника



сигнала


G2i

(C/A


кода)

Відповід-ність

X2i



Затримка в символах для

кодов


Перші 10 символів C/A кода

(три останні цифри записані у восьмирічному вигляді)



C/A

P

1

1



1

5

1

1440

2

2



2

6

2

1620

3

3



3

7

3

1710

4

4



4

8

4

1744

5

5



5

17

5

1133

6

6



6

18

6

1455

7

7



7

139

7

1131

8

8



8

140

8

1454

9

9



9

141

9

1626

10

10



10

251

10

1504

11

11



11

252

11

1642

12

12



12

254

12

1750

13

13



13

255

13

1764

14

14



14

256

14

1772

15

15



15

257

15

1775

16

16



16

258

16

1776

17

17



17

469

17

1156

18

18



18

470

18

1467

19

19



19

471

19

1633

20

20



20

472

20

1715

21

21



21

473

21

1746

22

22



22

474

22

1763

23

23



23

509

23

1063

24

24



24

512

24

1706

25

25



25

513

25

1743

26

26



26

514

26

1761

27

27



27

515

27

1770

28

28



28

516

28

1774

29

29



29

859

29

1127

30

30



30

860

30

1453

31

31



31

861

31

1625

32

32



32

862

32

1712

***

33



33

863

33

1745

***

34**



34

950

34

1713

***

35



35

947

35

1134

***

36



36

948

36

1456

***

37**



37

950

37

1713

Код, який використовується для модуляції несущої L2 вибирається наземними командами. Третій вид модуляції несущої L2 також визначається наземними командами. Він використовує для модуляції сигнал P(Y) – код без навігаційних даних. Для навігаційних супутників всі елементи переданого сигналу (несущі, коди і дані) когерентні і створюються одним бортовим джерелом частоти.

Номінальна частота цього джерела для спостерігача на Землі складає 10,23 Мгц. Несуща частота супутника і величина поправки частот для спостерігача, який знаходиться на супутнику виміряються для компенсації релятивістських ефектів.

Релятиві́стський ефе́кт - будь-яке явище у фізиці, кількісна характеристика якого визначається відношенням швидкості руху частинок фізичної системи до швидкості світла.
Величини поправки годин змінюються на величини ∆f/f=-4,4647*10-10, що еквівалентно зміні частоти Р-кода (10,23 МГц) на ∆f=-4,5674*10-3 Гц. (частота генерації P коду буде дорівнювати 10, 22999999543 Мгц).

Спрощена схема формування радіонавігаційного сигналу супутника GPS зображена у відповідності із рисунком 1.2 [3]



Рисунок 1.2 - Формування радіонавігаційного сигналу супутника GPS

Послідовність G1 у генераторі C/A коду формується увідповідності із рисунком 1.3 за допомогою десятирозрядного регістра зрушення і суматора по модулі два.

Утворюючий поліном для послідовності G1 має вид:


Утворюючий поліном G1 = 1 x3 x10
Початковий стан регістра зрушення є десять двоїчних символів «1111111111». Протягом 1 мілісекунди генерується 1023 символів послідовності G1.

Послідовність G2, також формується за допомогою 10- розрядного регістра зрушення і суматора по модулі 2, але утворюючий поліном послідовності G2 інший:


Утворюючий поліном G2 = 1 x2 x3 x6 x8 x9 x10
Схема формування послідовності G2 зображена у відповідності із рисунком 1.4.

Послідовності G2i формуються за допомогою схеми (рисунок 1.4) шляхом додавання по модулі 2 пар послідовностей з відповідних відводів регістра зрушення. Так, наприклад, щоб одержати послідовності G2i для супутників з ідентифікаційними номерами 1, 7, 13, 32 , потрібно скласти по модулю два послідовності G2 c відводів 2 і 6, 1 і 8, 6 і 7, 4 і 9 відповідно.





Рисунок 1.3 - Формування послідовності G1



Рисунок 1.4 - Формування послідовності G2


Основне повідомлення, передане з кожного навігаційного супутника GPS, формується у виді кадру. Потік навігаційних даних передається зі швидкістю 50 біт/сек. Тривалість інформаційного символу «0» чи «1» дорівнює 20 мсек.

Кадр складається з п'яти підкадрів. Підкадри з номерами один по три містять по триста інформаційних символів. Триста інформаційних символів розділяються на десять слів по тридцять символів у слові.

Підкадри чотири і п’ять містять по двадцять п’ять сторінок. Кожна сторінка складається з трьохсот інформаційних символів (чи розрядів), що також розділені на десять слів по тридцять символів у слові.

Таким чином, сформований кадр завжди містить 1, 2, 3 підкадри, одну сторінку з підкадра чотири і одну сторінку з підкадра п’ять.

Оскільки кожна сторінка має обсяг 300 символів, тривалість символу 20 мсек, то час передачі кадру з п'яти подкадров складає 30 сек, час передачі рядка (сторінки)- 6 сек, час передачі всього повідомлення (25 кадрів)- 12.5 хв. Період повторення підкадрів 1-3 складає 30 сек, періоди повторення сторінок з підкадрів 4 і 5 більший час, що обумовлено значимістю переданої інформації.

Формат повідомлень підкадрів 1-3 і рядків (сторінок) підкадрів 4, 5 зображений у відповідності з таблицею 1.2. Розташування інформації, переданої з навігаційного супутника GPS приведено у відповідності з таблицею 1.3

У форматі (таблиця 1.2) після кожного слова мається 6 перевірочних бітів, які займають розряди 25-30 кожного слова. Інформація передається старшими розрядами вперед.

Слово. Кожне слово рядка (сторінки) підкадрів 1-5 містить 30 символів (розрядів). Шість молодших розрядів кожного слова мають перевірочні символи для контролю і перевірки правильності переданої інформації.

Рядок (сторінка). Кожен рядок (сторінка) підкадрів 1-5 починається зі слів TLM (перше слово), HOW (друге слово).

Перше слово телеметрії (TLM) включає преамбулу (8 старших розрядів), телеметричне повідомлення для санкціонованих споживачів, два резервних розряди і 6 молодших розрядів для перевірочних символів.


Таблиця 1.2 – Формат повідомлень



Усього 300 біт (старші розряди ліворуч, молодші праворуч)

Слово 1

Слово 2

Слово 3

Слово 4

Слово 5

Слово 6

Слово 7

Слово 8

Слово 9

Слово 10

TLM

P

HOW

P




P




P




P




P




P




P




P




P

1-24

6

1-24

6

1-24

6

1-24

6

1-24

6

1-24

6

1-24

6

1-24

6

1-24

6

1-24

6

Розряди

Розряди

Розряди

Розряди

Розряди

Розряди

Розряди

Розряди

Розряди

Розряди

Таблиця 1.3- Розташування інформації, переданої з навігаційного супутника GPS





Зміст

Кадра


Зміст підкадра

Підкадр 1

Слово

TLM


Слово

HOW


Номер неділі GPS, точність, стаян і параметри корекції часу супутника

Підкадр 2

Слово

TLM


Слово

HOW


Інформація про ефемеріди супутника

Підкадр 3

Слово

TLM


Слово

HOW


Інформація про ефемеріди супутника

Підкадр 4

(25 сторінок)



Слово

TLM


Слово

HOW


Альманах та стан супутників з номерами 25-32, конфігурація супутників, признаки, дані іоносфери й всесвітньої шкали часу (UTC), спеціальні повідомлення, резервні розряди

Підкадр 5

(25 сторінок)



Слово

TLM


Слово

HOW


Альманах та стан супутників з номерами 1-24, опорний час, номер неділі альманаха, резервні розряди

Друге слово передачі (ключ, HOW) містить 19 молодших розрядів 29-розрядного Z-відліку, три розряди (20, 21, 22) для ідентифікатора (ID) підкадра, два розряди (23, 24) резервних і 6 розрядів перевірочних символів.

Ідентифікатор (ID) для підкадрів 1, 2, 3, 4, 5 приймає відповідно значення: 001, 010, 011, 100, 101.

Кожен навігаційний супутник формує півтора-секундну епоху (момент часу) для точного відліку і прив'язки часу. Відлік часу, установлений таким чином, називається Z- відліком.

Z- відлік надається споживачу у виді двадцяти дев’яти розрядного двоічного числа. Десять старших розрядів (MSB) Z- відліку є двоічным представленням послідовного номера поточного тижня. Відлік тижнів лежить у межах від 0 до 1023. Нульовий стан відповідає тому тижню, який починається з півтора-секундної епохи в нульовий (приблизно) тимчасовій крапці всесвітнього часу (UTC).

Нульови́й або ва́куумний стан ква́нтової систе́ми - абстрактний стан у квантовій фізиці, який відповідає відсутності будь-яких частинок. Визначений у просторі Фока.
Всесві́тній час (гринвіцький середній сонячний час) - шкала часу, яка ґрунтується на вимірюванні годинного кута середнього Сонця відносно гринвіцького меридіана. Позначається UT (від англ. Universal Time).
По закінченні GPS- тижня з номером 1023 номер тижня скидається в нуль. При цьому споживач при переході від системного часу GPS до календарної дати попередні 1024 тижня враховує.

Тиждень - це найбільша одиниця виміру часу в системі GPS.

Одини́ця вимі́рювання (англ. measuring unit, unit of measure) - певний умовний розмір фізичної величини, прийнятий для кількісного відображення однорідних з нею величин.
Тиждень визначений як 604800 секунд (тиждень= 7доби*24години*60хвилин*60 секунд=604800секунд). Нульовий відлік часу GPS визначений опівночі з 5 на 6 січня 1980 року.

Дев'ятнадцять наступних розрядів Z-відліку, розташованих у другому слові (HOW), визначаються як кількість півтора-секундних інтервалів відлічених від моменту переходу «кінець/початок» будь-якого тижня. Відлік лежить у межах від 0 до 403199. Число 403199 є кількість півтора-секундних інтервалів у тижні (у 604800 секундах).

В теперішній час багато фірм розроблюють апаратуру споживача. В апаратурі виробляється визначення просторових координат, швидкості, часу й інших навігаційних параметрів об'єкта, на якому вона встановлена за інформацією, що надходить з навігаційного супутника.

Координати (рос. координаты, англ. coordinates; нім. Koordinaten f pl) - числа, величини, що визначають положення точки у просторі.

Як правило, наявна апаратура функціонує по сигналах навігаційних супутників GPS і ГЛОНАСС. Узагальнена функціональна схема апаратури споживача зображена у відповідності із рисунком 1.5.

Сигнали навігаційних супутників приймаються антеною, підсилюються і надходять на вхід приймача.

У приймачі сигнали переносяться з несущої частоти на проміжну і за допомогою аналого-цифрового перетворювача перетворяться в цифрову форму.

Функціона́льна схе́ма - схема, що роз'яснює певні процеси, що відбуваються у певних функціональних частинах виробу (устаткування) чи у виробі (устаткуванні) в цілому.
Ана́лого-цифрови́й перетво́рювач, АЦП (англ. Analog-to-digital converter, ADC) - пристрій, що перетворює вхідний аналоговий сигнал в дискретний код (цифровий сигнал), який кількісно характеризує амплітуду вхідного сигналу.

У кореляторі цифрові сигнали формуються у виді визначених цифрових відліків, що є основою для реалізації алгоритмів пошуку сигналів по затримці, частоті, спостереження за супутниками і виділення навігаційних повідомлень.

Цифрови́й сигна́л - дискретний сигнал з певним значенням інформативного параметра, яке визначається у цифровій формі. Цифрові сигнали є цифровим зображенням дискретного сигналу, який часто видобувається шляхом квантування аналогового сигналу.

Навігаційний обчислювач реалізує керування складових апаратури споживача в цілому і здійснює обчислювальні процедури для первинної і вторинної обробки сигналів.

Інтерфейс здійснює взаємодію складових апаратури споживача з зовнішніми пристроями і між собою.





Рисунок 1.5 - Узагальнена схема апаратури споживача

1.2.3 Супутникова система ГЛОНАСС


Глобальна навігаційна супутникова система ГЛОНАСС призначена для визначення місця розташування, швидкості руху, а також точного часу морських, повітряних, сухопутних і інших видів споживачів [5].
Обробка сигналів - галузь схемотехніки, електротехніки і прикладної математики, яка досліджує теорію перетворення як цифрових, так і аналогових сигналів, що є змінними в часі або просторі фізичними величинами.
ГЛОНАСС (Глобальна Навігаційна Супутникова Система) - радянська/російська радіонавігаційна супутникова система, розроблена на замовлення Міністерства оборони СРСР. Одна із двох функціонуючих на сьогодні глобальних систем супутникової навігації.

Система ГЛОНАСС у відповідності із рисунком 1.6 складається з трьох підсистем [4]:

- підсистеми космічних апаратів (ПКА);

Космічний апарат (КА) - технічний пристрій, що використовується для виконання різноманітних завдань у космічному просторі, а також проведення дослідницьких та іншого роду робіт на поверхні різних небесних тіл.

- підсистеми контролю і керування (ПКК);

- навігаційної апаратури споживачів (НАС).
Підсистема космічних апаратів системи ГЛОНАСС складається з двадцяти чотирьох супутників, що знаходяться на кругових орбітах висотою 19100 км, нахиленням 64,8 градусів і періодом обертання 11 годин 15 хвилин у трьох орбітальних площинах.

Період обертання - проміжок часу, через який кожна точка тіла при обертанні повертається до свого початкового положення.
Орбітальні площини рознесені по довготі на 120 градусів. У кожній орбітальній площині розміщаються по вісім супутників з рівномірним зрушенням по аргументу широти 45 градусів. Крім цього, у площинах положення супутників зрушені відносно один одного по аргументу широти на 15 градусів. Така конфігурація ПКА дозволяє забезпечити беззупинне і глобальне покриття земної поверхні і навколоземного простору навігаційним полем.[6]

Підсистема контролю і керування складається з Центра керування системою ГЛОНАСС і мережі станцій виміру, керування і контролю, розосередженої по всій території Росії. У задачі ПКК входить контроль вірності функціонування ПКА, беззупинне уточнення параметрів орбіт і видача на супутники тимчасових програм, команд керування і навігаційної інформації.

Навігаційна апаратура споживачів складається з навігаційних приймачів і пристроїв обробки, призначених для прийому навігаційних сигналів супутників ГЛОНАСС і обчислення власних координат, швидкості і часу.

Рисунок 1.6 – Структура навігаційної системи ГЛОНАСС[6]

Навігаційною апаратурою споживачів системи ГЛОНАСС виконуються беззапитальні виміри псевдодальності і радіальної псевдошвидкості до чотирьох (трьох) супутників ГЛОНАСС, а також прийом і обробка навігаційних повідомлень, що містяться в складі супутникових навігаційних радіосигналів. У навігаційному повідомленні описується положення супутника в просторі і часі. У результаті обробки отриманих вимірів і прийнятих навігаційних повідомлень визначаються три (дві) координати споживача, три (дві) складові вектори швидкості його руху, а також здійснюється “прив'язка” шкали часу споживача до шкали Держеталону Координованого Всесвітнього часу UTC(SU).

Дані, що забезпечують планування сеансів навігаційних визначень, вибір працюючого "сузір'я" навігаційних космічних апаратів і виявлення переданих ними радіосигналів, передаються в складі навігаційного повідомлення.




      1. Супутникова система GALILEO

GALILEO – європейський проект в області сучасних глобальних навігаційних супутникових систем (GNSS), що забезпечує високу точність, гарантує сервіс глобального позиціювання при цивільному контролі. При забезпеченні автономних послуг навігації і позицювання, система GALILEO буде одночасно міждіючею з GPS і GLONASS, двома іншими глобальними супутниковими навігаційними системами. Пропонуючи подвійні частоти як стандарт, GALILEO забезпечить точність визначення координат у режимі реального часу в межах метра.

Реальний час - режим роботи автоматизованої системи обробки інформації і керування, при якому враховуються обмеження на часові характеристики функціювання.
Це гарантує готовність обслуговування в усіх випадках крім найбільш надзвичайних і повідомить користувачам протягом мінімального часу про відмовлення будь-якого супутника. Дана система буде застосовуватися в галузях, де безпека критична, наприклад, навігація потягів, що рухаються, автотранспорту, кораблів і літаків. Об'єднане використання GALILEO і інших GNSS систем надасть більш поліпшені сервіси для всіх категорій користувачів в усьому світі [7].


EGNOS (Європейська Геостаціонарна Навігаційна Оверлейна служба)[8] - перший крок до Європейської супутникової навігації. EGNOS - державна служба, що здійснює попередження системних збоїв супутникових сегментів GALILEO, GPS і GLONASS [6].
Супутникова система навігації (англ. GNSS - Global Navigation Satellite System) - комплексна електронно-технічна система, що складається з сукупності наземного та космічного обладнання та призначена для позиціонування в просторі (місцезнаходження в географічній системі координат) і в часі, а також визначення параметрів руху (швидкості, напрямку та ін.)
Держа́вна слу́жба - професійна діяльність щодо практичного виконання завдань і функцій держави особами, які мають посади в державних органах та одержують заробітну плату за рахунок державних коштів.
Це якісне обслуговування має велике значення у функціонуванні безпечних критичних систем, типу цивільної авіації.
Циві́льна авіа́ція - перевезення пасажирів, багажу, вантажів і пошти; виконання авіаційних робіт в різних галузях економіки (сільському господарстві, будівництві, для охорони лісів, обслуговування експедицій тощо); надання медичної допомоги населенню і проведення санітарних заходів; експериментальних і науково-дослідних робіт; навчальних, культурно-просвітніх і спортивних заходів, а також пошуково-рятувальних і аварійно-рятувальних робіт і надання допомоги у разі стихійних лих.
Завдяки різним поправкам, EGNOS поліпшує точності GPS і GLONASS.

GALILEO інфраструктура розвивається в трьох стадіях:

- розвиток внутрішньоорбітної верифікації (2002-2005рр);

- розгортання (2006-2007рр);

- проектна потужність (з 2008р).

Залучення цивільного сектора в програму GALILEO – це ключ до:

- комерційної орієнтації з метою отримання доходів;

- ефективного керування;

- фінансування.

Програма GALILEO виступає як:

- перше головне Загальне Приватне Товариство (PPP) європейського рівня;

- перша комерційна операція в області глобальної супутникової навігації;

- служба, що виконує потреби цивільних користувачів.

GALILEO інфраструктура передбачає п'ять рівнів обслуговування:

- основний рівень, присвячений інтересам споживача і навігації загального призначення;

- строге обслуговування для використання, де пасажирська безпека критична;

- комерційна послуга. За додаткову плату обслуговується рівень комерційних і професійних задач, що вимагають високих експлуатаційних показників;

- обмежена послуга для урядових задач, що вимагають високої безперервності.

- гуманітарна послуга " Пошук і Порятунок ". Призначена для точного визначення розміщення повідомлень нещастя.

GALILEO містить у собі космічний сегмент із тридцяти супутників: двадцять сим - звичайних, три - з експлуатаційними запчастинами на орбіті. Супутники знаходяться на кругових орбітах середньої висоти (близько 24,000 км над поверхнею Землі). Функціонування космічного сегмента підтримується мережею наземних станцій, що обслуговують систему і супутники, - сегмент наземного доповнення. Даний сегмент збирає інформацію про працездатність космічного сегмента і передає її в режимі реального часу завдяки навігаційним повідомленням, від функціонуючих супутників споживачам [7].

Крім того, споживач може використовувати більш високий рівень експлуатаційних показників супутникових сигналів, посилених сегментом наземного доповнення. Такі наземні системи передають додаткові сигнали позиціонування і/або дані користувачу різними засобами: існуючою навігацією і системами комунікацій або завдяки спеціально призначеної для цього інфраструктури.
1.3 Сучасні тренажерні комплекси для підготовки судоводіїв річкових суден
Навігаційні тренажерні комплекси призначені для навчання й удосконалювання професіоналізму командного складу будь-яких класів судів і операторів Систем Керування Рухом Судів.

Система керування, також Система управління (англ. control system) - систематизований набір засобів впливу на підконтрольний об'єкт для досягнення цим об'єктом певної мети. Об'єктом системи керування можуть бути як технічні об'єкти так і люди.
Команди́р частини (підрозділу) - посадова особа командного складу в збройних силах, на котру покладено командування (керівництво) підрозділом, частиною (кораблем), з'єднанням. У більшості країн світу командир є єдиноначальником і несе особисту відповідальність за постійну бойову і мобілізаційну готовність ввіреної йому частини (підрозділу).
Комплекс дає можливість тренуватися в кожнім з десятків детально змодельованих районів плавання, на кожній з безлічі пропонованих моделей судів, у будь-яких умовах видимості. У тренажерних комплексах за допомогою новітніх засобів комп'ютерної графіки змодельовані всі можливі ситуації, з якими судоводій зустрічається в реальному житті [9].

Основне призначення тренажерного комплексу для річкових суден - підготовка судоводіїв маневруванню і керуванню судами у внутрішніх водяних шляхах, що, однак, не виключає можливості його ефективного використання для навчання морської навігації.

Морська́ навіга́ція - розділ навігації, що вивчає судноплаваня, теоретичне обґрунтування і практичні прийоми водіння морських суден.
Тренажер також дозволяє відпрацьовувати радіолокаційне спостереження і прокладку, застосування САРП, використання електронно-картографічних систем (ЕКНІС), організацію ходової навігаційної вахти.

Сучасні навігаційні тренажери дозволяють проводити підготовку судоводіїв і лоцманів по багатьом напрямкам, включаючи:


  • радіолокаційне спостереження і прокладку;

  • використання САРП;

  • електронну картографію;

  • організацію ходової навігаційної вахти;

  • маневрування і керування судном.

Тренажер складається зі станції інструктора й одного чи декількох навігаційних (ходових) містків і являє собою модульну структуру, що дозволяє створити систему будь-якого типу від тренажера радар/САРП або електронної картографії до повномасштабного тренажера інтегрованого навігаційного містка. Сучасні тренажерні комплекси розроблені у відповідності із рисунком 1.7

Устаткування містка може містити в собі:



  • засоби керування судном;

  • радар/САРП (полнофункціональні копії найпоширеніших радарів ведучих фірм- виробників);

  • ЕКНІС;

  • радіонавігаційне устаткування;

  • обладнання зв'язку;

  • інше обладнання.


Рисунок 1.7 – Загальна структура тренажерного комплексу[9]

Cистема візуалізації навігаційного тренажера дозволяє відтворювати навколишнє оточення, яке містить водяний простір, навігаційну обстановку, берегові об'єкти і спорудження, різні атмосферні явища, ефекти видимості й освітлення. Всі етапи спеціальних операцій, таких як пошуково-рятувальні, швартові операції або операції з буксирами відображаються на візуалізації, роблячи тренажер ефективним засобом для проведення навчання по спеціальних розділах морської практики.

Атмосфе́рні явища - видимий прояв складних фізико-хімічних процесів, що відбуваються в повітряній оболонці Землі - атмосфері.
Спеціальна операція військ (сил) - загальновживане поняття, що набуло широкого вжитку у різних сферах діяльності силових структур та правоохоронних органів світу з другої половини 20 століття.

В тренажерах використовується бібліотека судів різного класу, у тому числі контейнеровози, танкери, рибальські судна, пороми, буксири і т.д.

До складу тренажерного комплекса входить бібліотека районів плавання, яка створюється протягом декількох років і охоплює практично усі важливі для судноплавства райони, протоки, переходи, порти заходу. За замовленням клієнтів можуть бути розроблені нові райони будь-якої частини світового океану.

Океа́н - водний простір земної кулі за межами суходолу. Староруська назва - Море-Окіян або Окіян-Море. Назва ймовірно походить від латинської назви oceanus або від аналогічної грецької.

Відомі тренажерні комплекси:[9]



  • “Транзас” (виробник ТРАНЗАС);

  • “NT Pro” (виробник ТРАНЗАС);

  • “ГМССБ TGS” (виробник ТРАНЗАС).


Скачати 293.02 Kb.

  • Нульовий стан
  • Глобальна навігаційна супутникова система