Филиал ФГОУ – ВПО
МГА имени Адмирала Ф.Ф. Ушакова
Реферат
подисциплине: Введение в специальность
на тему:
«Спутниковыесистемы обеспечения безопасности мореплавания»
Исполнил курсант
111 группы Онещюк И.Н.
Проверил преподаватель
Иванов В.А.
г. Ростов – на – Дону
2005г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………………...31. Из историиразвития отечественной спутниковой радионавигационной системы…………………………………………………………………….......4
2. Основные требованияк глобальной навигационной спутниковой системе..5
3. Автоматическаяинформационная (идентификационная) система………….8
4. Системаместоопределения, использующая специализированную спутниковуюрадионавигационную систему………………………………...10
5. Системаместоопределения, использующая геостационарные спутники связи…………………………………………………………………………….12
6. Глобальнаянавигационная спутниковая система ГЛОНАСС-М………….14
7. СистемаГлобального Позиционирования (GPS)……………………………15
8. Заключение……………………………………………………………………..16
9. Глоссарий……………………………………………………………………….18
10. Литература……………………………………………………………………..19
Введение.
Надежноенавигационноинформационное обеспечение судов имеет важное значение длябезопасности их плавания, эффективной эксплуатации и предотвращенияэкологических бедствий. Специфика работы морского, речного и рыбопромысловогофлотов определяет необходимость применения таких средств радионавигации ирадиосвязи, которые с минимумом затрат обеспечили бы удовлетворение современныхи перспективных требований, предъявляемых потребителями в любом районе Земногошара.
В данном реферате рассматриваются спутниковыесистемы, обеспечивающие безопасность мореплавания — автоматическаяинформационная (идентификационная) система (АИС), спутниковая радионавигационная система NAVSTAR (NavigationSystemusingTimingAndRanging), GPS (GlobalPositioningSystem), «Глонасс» (Россия), а также перспективыразвития ГЛОНАСС как Единой глобальной системы координатно-временногообеспечения (ЕС КВО).
1. Из истории развития отечественнойспутниковой радионавигационной системы.
Развитиеотечественной спутниковой радионавигационной системы (СРНС) ГЛОНАСС имеет ужепрактически сорокалетнюю историю, начало которой положено, как чаще всего считают,запуском 4 октября 1957г. в Советском Союзе первого в истории человечестваискусственного спутника Земли (ИСЗ).
Научныеосновы низкоорбитальных СРНС были существенно развиты в процессе выполненияисследований по теме «Спутник» (1958—1959 гг.). Основное внимание приэтом уделялось вопросам повышения точности навигационных определений, обеспеченияглобальности, круглосуточности применения и независимости от погодных условий.
Проведенныеработы позволили перейти в 1963г. к опытно-конструкторским работам над первойотечественной низкоорбитальной системой, получившей в дальнейшем название«Цикада».
В1979г. была сдана в эксплуатацию навигационная система 1-го поколения«Цикада» в составе 4-х навигационных спутников (НС), выведенных накруговые орбиты высотой 1000 км, наклонением 83° и равномернымраспределением плоскостей орбит вдоль экватора. Она позволяет потребителю всреднем через каждые полтора-два часа входить в радиоконтакт с одним из НС иопределять плановые координаты своего места при продолжительностинавигационного сеанса до 5 — 6 мин.
Былаотработана специальная схема проведения измерений параметров орбит средстваминаземно-комплексного управления, разработаны методики прогнозирования.
Проведеныработы по уточнению координат измерительных средств. В результате точностьпередаваемых в составе навигационного сигнала собственных эфемерид былаповышена практически на порядок и составляет в настоящее время на интервалесуточного прогноза величину »70 — 80м, а среднеквадратическая погрешность определения морскими судами своегоместоположения уменьшилась до 80 — 100м.
· ЭФЕМЕРИДЫ(в астрономии) — координаты небесных светил, параметры орбитспутников и другие переменныеастрономические величины, вычисленные для ряда последовательных моментоввремени и сведенные в таблицы.
Дляоснащения широкого класса морских потребителей разработаны и серийноизготавливаются комплектации приемоиндикаторной аппаратуры «Шхуна» и«Челн». В дальнейшем спутники системы «Цикада» былидооборудованы приемной измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствиеобъектов, которые оснащаются специальными радиобуями, излучающими сигналыбедствия на частотах 121 и 406 Мгц. Эти сигналы принимаются спутниками системы«Цикада» и ретранслируются на специальные наземные станции, гдепроизводится вычисление точных координат аварийных объектов (судов, самолетов идр.).
Дооснащенныеаппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники «Цикада» образуютсистемы «Коспас».Совместно с американо-франко-канадской системой «Сарсат» они образуютединую службу поиска и спасения, на счету которой уже несколько тысяч спасенныхжизней.
Успешнаяэксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем морскимипотребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации. Возникланеобходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющейтребованиям всех потенциальных потребителей: авиации, морского флота, наземныхтранспортных средств и космических кораблей.
В 1995 г. было завершеноразвертывание СРНС ГЛОНАСС до ее штатного состава (24 НС). В настоящее времяпредпринимаются большие усилия по поддержанию группировки. Разработанысамолетная аппаратура АСН-16, СНС-85, АСН-21, наземная аппаратура АСН-15(РИРВ), морская аппаратура «Шкипер» и «Репер» (РНИИ КП) идр.
Основнымзаказчиком и ответственным за испытания и управление системами являютсяВоенно-космические силы РФ.
2. Основныетребования к глобальной навигационной спутниковой системе.
Резолюции ИМО А.815(19) 1995 года установилатребования к перспективной глобальной навигационной спутниковой системе(ГНСС) для обеспечения безопасности мореплавания и эффективного и надежногоиспользования ее координатно-временной информации при плавании во всех районахмирового океана, включая узости, подходы к портам, реки и портовые воды (см.таблицу).
Таблица. Перечень минимальных требованийморских потребителей к ГНСС
Параметры Требование
Точность системыв определении местоположения
принимающей антенны:
— Абсолютнаяточность; — 10 м(95%)
— Повторяемаяточность; - 14 м(95%)
Целостность системы:
— время предупреждения онарушении работысистемы; 10 сек
— пороговое значениенарушения: 25 м(величина
ухудшения точности)
Доступность службы: 99,8% (за 30 дней работы)
— пороговое значение качестваработы: непреднамеренные
перерывы не должны
превышать 3 сек.
Надежностьслужбы 99,97% (за 1 год работы)
Зона действия службы глобальная
Частота обновления обсервациисистемы покрайней мере
каждые 2 сек.
Пропускная способностьслужбы неограниченная
В настоящее время наиболее полно удовлетворяют требованиям к навигационномуобеспечению cудоходства СНС GPS и Глонасс при использовании в штатном идифференциальном режимах работы. Основными достоинствами этих систем прииспользовании сигналов стандартной точности в штатном режиме работыявляются глобальность рабочей зоны, высокие доступность, точность и надежностьпри непрерывности навигационных определений, а в дифференциальном режиме- возможность повышения точности и надежности навигационных определений врабочей зоне дифференциальной подсистемы. Погрешности определенияместоположения СНС Глонасс и GPS при использовании сигналов стандартнойточности в штатном режиме не превышают соответственно 45м и 100м, а вдифференциальном режиме — 10м с вероятностью 95%. Исходя из перспективных возможностейСНС, связанных с совместным использованием систем Глонасс и GPS, а также вводомв эксплуатацию функциональных дополнений СНС, обеспечивающих улучшение основныххарактеристик СНС за счет реализации дифференциального режима и специальныхсистем контроля работоспособности СНС и оперативной передачи данных оцелостности, указанные системы смогут удовлетворить основные требования морскихпотребителей к будущей глобальной навигационной спутниковой системе.
Находящиеся в эксплуатации спутниковые навигационныесистемы Глонасс и GPS в 1996 г. были одобрены ИМО в качестве компонентов Всемирнойрадионавигационной системы. При одобрении систем Глонасс и GPS ИМО отметиланедостатки:
·
· часто.
Наиболеерациональным путем устранения указанных недостатков и улучшения основныххарактеристик систем Глонасс и GPS, необходимых для расширения ихфункциональных возможностей, является применение дифференциального режимаработы этих систем, что позволяет добиться повышения точности, надежности иэффективности радионавигационного обеспечения в рабочих зонах дифференциальныхподсистем СНС.
Морскиедифференциальные подсистемы СНС должны работать непрерывно и возможностьполучения надежных навигационных определений в реальном масштабе времени синтервалами не более 5-10 с. Погрешности определения места увеличиваются сувеличением расстояния от опорной станции и старением дифференциальныхпоправок, но они не должны превышать 10м в рабочей зоне с вероятностью 0,95.
Предлагаемоеоснащение опорными дифференциальными станциями позволит удовлетворить не толькопотребности
общего мореплавания, но и нужды речников, рыбаков, гидрографов и промысловиков,для которых особо важными являются районы Баренцева и Карского морей,прибрежные воды Сахалина и северная часть Каспийского моря, а также районывнутренних водных путей.
В феврале 1998 г.на мысе Шепелевский в Финском заливе была введена в опытную эксплуатацию перваяроссийская контрольно — корректирующая станция дифференциальной подсистемыСНС.
На основе использования высокоточных средств спутниковой навигации ИМОпредполагает осуществить широкое внедрение на морском флоте следующихперспективных систем судовождения:
— авторулевых, обеспечивающихуправление по траектории;
— электронных картографических систем (ЭКС);
— автоматических информационных систем (АИС).
Оснащение ими морских судов предусмотрено проектом новой Главы 5Международной Конвенции по охране человеческой жизни на море (Конвенции СОЛАС),которая действует с 2000 года.
3. Автоматическаяинформационная (идентификационная) система.
Особыйинтерес для меня среди этих средств имеет автоматическая информационная(идентификационная) система (АИС), которая предназначена:
— для обменанавигационными данными между судами при их
расхождениив море;
— для передачи данных осудне и его грузе в береговые службы (БС)
при его плавании в районах собязательным оповещением;
— для передачи с судна навигационных данных вбереговую СУДС для
обеспечения более точной инадежной его проводки в зоне действия
системы.
Согласно Главе 5 Конвенции СОЛАС судовоеоборудование АИС (транспондеры) внедряется как обязательное на судахвместимостью свыше 5000т, перевозящих опасные грузы, с 2000г. Одновременно идетоснащение наземным оборудованием АИС районов с обязательным оповещением — (Датские проливы, Английский канал, район Австралийского Барьерного рифа,подходы к некоторым портам США и другие районы). Национальные власти отдельныхгосударств могут установить такое оборудование в любых районах своего побережьядля контроля за судоходством в прибрежных водах страны и вводить в них зоныобязательного оповещения.
С 1 июля 2002 года введено обязательноеоснащение транспондерами АИС всех морских судов вместимостью 300 рег.т. иболее. В соответствие с положениями новой Главы 5 национальные Администрациисмогут обязать устанавливать такие транспондеры и на судах меньшего размера дляконтроля за ними при их плавании вблизи берегов.
Учитывая, что одной из функций АИС является обеспечениебезопасного расхождения, то следовательно транспондерами необходимо будетоснащать не только транспортные суда, но и все другие плавающие в морерыболовные 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 бытьспособна по запросу другого транспондера, размещенного на другом судне или наберегу, передать по выделенному каналу УКВ-связи данные о своем судне (егопозывные, тип судна и его размеры), навигационные параметры (местоположениесудна, время, курс, путь и скорость относительно грунта, состояние судна, егоосадку и другие характеристики), данные о рейсе судна (характер груза, портназначения и время прибытия), а также другие необходимые сообщения, касающиесябезопасности плавания. Частота передачи данных транспондером дифференцируется взависимости от их важности. Навигационные параметры, знание которых необходимодля расхождения судов, передаются с дискретностью в несколько секунд, а данныео судне и его грузе транслируются с периодичностью 6 мин или по запросу. Длявыработки передаваемых данных судовой транспондер будет сопряжен с ужеимеющимися на судне гирокомпасом, лагом и аппаратурой спутниковой навигации,включающей в себя также приемник дифференциальных поправок, что позволяетвыдавать данные о местоположении c метровой точностью.
Надругом судне, автоматически принимающем указанные данные, его транспондер будетвыдавать получаемую информацию на экран САРП, или радиолокатора или наиндикатор системы электронной картографии. В береговых службах, оснащенныхподобным транспондером, поступающие данные вводятся в компьютер и выдаются надисплей ЭВМ или экран СУДС. Обобщенная информация о навигационной обстановкевблизи СУДС может также через транспондер передаваться с берега на судаплавающие в этом районе. Это позволит судну, получающему эту информацию, иметьу себя на САРП или электронной карте высокоточную картину окружающейобстановки, наблюдая при этом даже суда и объекты, невидимые для судовой РЛС.
В результате использования АИС получены следующие положительные результаты:
— благодаряорганизации с помощью транспондеров межсудового обмена навигационными даннымибудет повышена надежность и эффективность расхождения судов в море иследовательно безопасность их плавания;
— благодаря передачина СУДС с судов с помощью транспондеров навигационных данных, включаявысокоточные полученные от дифференциальных станций ГНСС координаты их текущегоместоположения, будет расширена зона контроля за судоходством со стороны СУДС иповышены качество и надежность проводки судов в узкостях и стесненных водах иследовательно безопасность мореплавания;
— благодарянеограниченной возможности запроса и автоматического получения черезтранспондер необходимых данных о судне будет обеспечен эффективный контроль заним со стороны портовых властей, морских Администраций и других береговыхслужб, а также со стороны кораблей ФПС и ВМФ при следовании судна втерриториальных водах страны;
— благодаря получению насудне через транспондер с СУДС более детальной навигационной информации обокружающей обстановке судоводители будут иметь возможность наблюдать на экранеиндикатора суда и другие объекты, невидимые для судовой РЛС (т.е. находящиесяза поворотом реки или за островами в узостях, шхерах и т.д.);
— при использовании АИС может бытьрасширена зона наблюдения СУДС и введен контроль за судоходством на реках безустановки дополнительных береговых РЛС, что даст значительный экономическийэффект;
— организация наоснове использования АИС контроля за судоходством позволит повыситьэффективность поисково-спасательных операций благодаря более точному знаниюкоординат аварийного судна и положения судов ближайших к месту бедствия;
— с помощью АИС может бытьобеспечена передача на суда, плавающие в прибрежных водах, навигационной иметеоинформации;
— применение АИС на рыболовных судах позволитьосуществлять контроль за ними в районах промысла;
— благодаря передачи с судна насудно с помощью транспондеров высокоточных навигационных данных судоводителисмогут наблюдать на экране САРП более точную и оперативную информацию опараметрах движения и маневрирования приближающегося судна.
Необходимость организации единой службы контроля иуправления 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 ирегулированию движением судов, защите и сохранению окружающей водной среды,предотвращению нарушений пограничных, таможенных, налоговых, санитарных идругих правил, установленных законами и нормативными правовыми актами страны.4. Система местоопределения, использующая специализированнуюспутниковую радионавигационную систему.
Спутниковой радионавигационнойсистемой принято называть систему, в которой группировка ИСЗ выполняет рольопорных радионавигационных точек. К числу таких систем относятся NAVSTAR (США)и «Глонасс» (Россия). Впереводе: NAVSTAR (Navigation System usingTiming And Ranging) или GPS (Global Positioning System)
В них радиопередатчик имеетсятолько на навигационных ИСЗ, а аппаратура, размещаемая на подвижном объекте,имеет только приемник сигналов ИСЗ, устройство обработки сигналов и вычислениякоординат объекта. В данных навигационных системах результаты вычислениякоординат объекта имеются только на самом объекте, т.е. аппаратура объекта самаопределяет свои координаты. Общепринятое название этой аппаратуры — аппаратурапотребителя спутниковой навигации (АПСН).
Схема построения системырадиоместоопределения и сопровождения подвижных объектов на основе спутниковойрадионавигационной системы представлена на Рис. 1.
Рис.1 Схема построения системы радиоместоопределения.
Аппаратура, устанавливаемая наподвижном объекте — аппаратура потребителя, осуществляет прием на направленнуюантенну навигационных сигналов одновременно от нескольких ИСЗ (не менее 4-х),находящихся в зоне видимости. По поступающей от ИСЗ кодовой информации опараметрах излучаемого со спутника сигнала, а также данных об орбитальныхпараметрах движения ИСЗ (эфемеридная информация) в ЭВМ аппаратуры потребителяпо заложенным алгоритмам определяются географические координаты подвижногообъекта, скорость и направление движения.
Данные о координатах и скоростиподвижного объекта могут представляться потребителю в визуальной форме на таблои запоминаются с регистрацией времени измерения.
Для передачи навигационныхпараметров подвижного объекта в центр сбора данных на подвижном объектеиспользуется отдельный канал связи подвижной спутниковой службы (ПСС). В даннойсхеме указан канал спутниковой связи подвижного объекта с наземной станциейцентра сбора через геостационарный спутник связи (ГСС). Сеанс измерениянавигационных параметров и их передача от подвижного объекта включается позапросу из центра сбора. При этом не требуется вмешательства оператора наподвижном объекте.
Глобальная спутниковаярадионавигационная система NAVSTAR (NavigationSystem using Timing AndRanging) или GPS (Global Positioning System) создана для высокоточногонавигационно-временного обеспечения объектов, движущихся в космосе,воздухе, на земле и в воде.
В ее состав входятнавигационные спутники, наземный комплекс управления и аппаратура потребителей(пользователей). Применяемый в системе принцип состоит в том, что специальныеприемники, установленные у потребителей, измеряют дальности до несколькихспутников и определяют свои координаты по точкам пересечения поверхностейравного удаления. Величина временной задержки определяется сопоставлением кодовсигналов, излучаемых спутником и генерируемых приемным устройством, методомвременного сдвига до их совпадения. Временной сдвиг определяется по часамприемника. Для нахождения широты, долготы, высоты и исключения ошибок вопределении временного сдвига, приемник пользователя должен “видеть” ипринимать навигационные сигналы от четырех спутников.
Космическийсегмент систем ГЛОНАСС и GPS5. Системаместоопределения, использующая геостационарные спутники связи.
Широкое развитие спутниковойсвязи на основе геостационарных спутников, вращающихся на экваториальныхорбитах с периодом 24 часа, позволили использовать эти спутники как неподвижныеопорные радионавигационные точки для измерения относительно них координатподвижных объектов.
Схема построения системыместоопределения с двумя геостационарными спутниками связи представлена на Рис.2.
Примером таких систем могутслужить системы EUTELTRACS (ECA) и GEOSTAR (США).
Рис.2. Схемапостроения системы местоопределения.
Спутники ГСС-1 и ГСС-2выполняют роль ретрансляторов сигналов в линии радиосвязи между наземнойстанцией центра сбора и аппаратурой подвижного объекта. При этом ГСС-1обеспечивает ретрансляцию сигналов от наземной станции к подвижному объекту иобратно, а ГСС-2 только от подвижного объекта к наземной станции.
Аппаратура каждого подвижногообъекта имеет свой код, что позволяет наземной станции устанавливать связиодновременно со всеми объектами, с группой или с одним.
В нормальном состоянииаппаратура на подвижном объекте находится в пассивном режиме (прием сигналов отназемной станции). Активизация (включение передатчика) аппаратуры осуществляетсяпо запросу от наземной станции.
Наземная станция и центр сборамогут быть совмещены или соединены между собой отдельным каналом связи(радиорелейным, телефонным, спутниковым).6. Глобальная навигационная спутниковая система
ГЛОНАСС — М.
Рис. 3 Отечественный спутник ГЛОНАСС — М
Назначение:
Обеспечение навигационной информацией и сигналами точного временивоенных и гражданских наземных, морских, воздушных и космических потребителей.
С 1996 года по предложению Правительства Российской ФедерацииМеждународная организация гражданской авиации и Международная морскаяорганизации используют систему ГЛОНАСС вместес системой GPS (США) вкачестве международных.
Характеристики:
Зона обслуживания
Глобально по поверхности Земли в воздушном и околоземном космическом пространстве
Возможность исполь