уменьшение влияния на цифровой РЛ-образ помех естественного и искусственного происхождения (от морского волнения, дождя, тумана, низких облаков, снеговых зарядов, соседних РЛС). Для этой цели применяются алгоритмы "scan-to-scan" и "sweep-to-sweep" корреляции. Первый вид корреляции характеризует стохастическую зависимость РЛ-данных, соответствующих последовательным посылкам зондирующих импульсов. "Sweep-to-sweep" корреляцией оценивается зависимость цифровых РЛ-образов, последовательно получаемых при разных оборотах антенны;

оптимальное выделение малоразмерных морских целей на фоне мешающих отражений от береговой черты и портовых сооружений;

селекция РЛ-целей, измерение их координат и определение кинематических параметров;

реализация устойчивого к помехам алгоритма обработки видеосигналов целей.

3.1.7 Регистрация информации

ECDIS автоматически ведет электронный навигационный журнал и обеспечивает возможность дополнения его оперативньми записями вручную. В электронный журнал автоматически заносятся: сведения о картах, на которых ведется прокладка, данные о корректурах к ним, кинематические параметры своего судна, элементы движения радиолокационных целей, информация об изменении состояния ECDIS и подключенных к ней устройств, параметры движения судна по маршруту.

При ведении судового журнала ECDIS обычно записывает данные только взятых оператором на автосопровождение целей. ECDIS, снабженная специальным целевыделителем, может записывать кинематические параметры всех судов-целей, находящихся в зоне обзора, независимо от того, взяты они оператором на автосопровождение или нет.

Возможен просмотр электронного журнала и воспроизведение обстоятельств плавания на электронной карте в реальном или ускоренном масштабах времени на основе журнальных сведений. Информация электронного судового журнала может быть распечатана на принтере.

Следует отметить, что на современном этапе в электронном журнале детально сохраняются данные о процессе судовождения за определенный до текущего момента времени интервал, достаточный для выяснения причин возможной аварийной ситуации. Этот интервал времени составляет не менее 12 часов. Кинематические параметры нашего судна и судов-целей фиксируются в нем через промежуток времени, не больший 1 минуты. За остальное прошедшее время рейса записи в журнале сохраняются через больший интервал времени. В перспективных разработках ECDIS обращается внимание на возможность детального сохранения всей навигационной информации за рейс с возможностью проигрывания любого участка перехода при его анализе на борту судна или в судоходной компании.

Электронный судовой журнал - это своего рода "черный ящик", который позволяет воспроизвести хронологию событий на любой момент времени. Однако на современном этапе записи электронного судового журнала не имеют юридической силы.

3.1.8 Предоставление дополнительной информации

Для ускорения поиска и представления судоводителю сведений, необходимых при выполнении им своих обязанностей, ECDIS снабжается базами данных из навигационных пособий и средствами Для работы с этими базами. Так как требуемая информация обычно связана с объектом или районом карты, то получение ее в ECDIS организуется с помощью наведения курсора на элемент карты, к которому относятся запрашиваемые судоводителем сведения.

При наличии соответствующих баз данных таким образом быстро могут быть получены сведения об огнях и знаках, радиотехнических средствах, правилах плавания, течениях, приливо--отливных явлениях, портах и портовых службах, обслуживающих мореплавателей станциях и др.

Для того, чтобы судоводитель мог составить представление о качестве карты, в ECDIS имеется возможность представлять сведения о карте (легенду): дату первого издания, дату большой корректуры, номер карты и ее название, оригинальный масштаб, вид проекции, горизонтальный и вертикальный датумы.

В память ECDIS могут вводиться данные о маневренных характеристиках судна в форме, предусмотренной ИМО. Эта информация может при необходимости представляться судоводителю и использоваться при решении задач маневрирования.

3.1.9 Решение дополнительных задач

Из специальных задач наиболее распространенными в ECDIS являются предвычисление высот приливов с построением графика и расчет элементов приливо-отливных течений. Оператор может предвычислять приливы только для пунктов, данные которых хранятся во внутренней базе данных. Это могут быть пункты всего Мирового океана, либо отдельных районов, в которых эксплуатируется судно, Элементы приливо-отливных явлений могут рассчитываться на сутки или несколько суток. В поле графика прилива при помощи курсора можно выделить интервал времени, в котором величина прилива будет менее допустимой.

Некоторые реализуемые в ECDIS программы расчета приливо-отливных явлений предусматривают возможность добавления новых контрольных пунктов, удаление существующих и редактирование данных. Поскольку расчеты приливо-отливных явлений производятся по гармоническим постоянным, то при добавлении и редактировании данных контрольных пунктов оператору необходимо ввести гармонические постоянные в базу данных. Гармонические постоянные для различных пунктов приводятся в Адмиралтейских таблицах приливов.

Кроме расчета приливо-отливных явлений ECDIS может решать задачи, связанные с штормованием судна, плаванием в условиях мелководья, производить расчет освещенности на переходе и т.д. Для производства различного рода вычислений ECDIS снабжается функциями электронного калькулятора.

3.1.10 Поддержание баз данных на уровне современности и обмен данными

Для поддержания баз данных на уровне современности ECDIS снабжается функциями электронной почты, позволяющей через сеть Интернет по каналам системы Инмарсат запрашивать и получать необходимую информацию: корректуры к картам и пособиям, новые карты и другие данные.

Возможен через электронную почту экспорт/импорт данных маршрута. Например, используя эту функцию, судоводитель может осуществлять обмен данными маршрутов между различными судами. Другой возможностью является обмен данными маршрутов между ECDIS и внешними навигационными устройствами. Например, экспорт данных маршрута из GPS-приемника в ECDIS.

По электронной почте может также производиться передача данных электронного судового журнала на другое судно, создание архивов записей, предоставление информации о движении судна сторонним организациям и т.п.

ECDIS также имеет функции для обновления информации вручную. Для внесения оператором срочной корректуры, не дожидаясь ее официального получения по каналам связи, для учета корректур, получаемых от местных представительных служб и построения на карте дополнительных элементов, связанных с подъемом карты в навигационном отношении, ECDIS снабжаются картографическим редактором. Картографический редактор имеет набор инструментов, с помощью которых можно, используя пользовательские слои, наносить на карту различные символы, линии, площади, текст, производить заливку замкнутых фигур цветом и пр.

Операции ручной корректуры просты в работе и могут быть выполнены непосредственно в море. ECDIS учитывает объекты ручной корректуры при решении задач обеспечения навигационной безопасности.

3.1.11 Управление движением судна

ECDIS может работать в режиме управления движением судна по маршруту. Для этой цели предусматривается возможность подключения к ECDIS авторулевого. ECDIS работает с авторулевым на основе протокола IЕС 61162-1. Взаимодействуя с авторулевым. ECDIS обеспечивает выполнение функций управления движением судна:

Мобилизацию центра массы судна на отрезке маршрута, выполнение поворотов запланированным образом, плавание вдоль проложенного маршрута или же к временной путевой точке.

В системах, реализующих автоматическое управление движением судна по маршруту, авторулевой должен быть адаптивным и способным автоматически выполнять повороты при переходе на новый отрезок пути по предварительно заданным значениям радиуса или угловой скорости поворота.

При нарушении в ECDIS функции удержания судна на маршруте, система должна подать тревожный сигнал, отключить функцию автоматического управления движением судна по маршруту и перевести авторулевой в режим стабилизации курса. Если нарушение этой функции происходит при плавании по отрезку маршрута, авторулевой должен перейти на удержание курса, соответствующего направлению активного отрезка пути. Если нарушение происходит во время осуществления поворота, то его выполнение должно быть доведено до конца, после чего авторулевой должен перейти в режим стабилизации курса, соответствующего направлению нового отрезка пути.

3.1.12 Другие функции

ECDIS может выполнять и другие функции, ряд из них характеризуется ниже.

Функции измерений позволяют с помощью курсора определить географические координаты любой точки на карте; пеленг (курсовой угол) и дистанцию между текущим местом судна или выбранной оператором точкой и точкой, указываемой курсором.

Функция "Человек за бортом" - фиксирует место падения человека на карте и выдает на индикацию координаты этого места и все необходимые сведения для поиска человека.

Функции планирования и обеспечения операций поиска и спасания - используются для организации и проведения поисково-спасательных операций на море как индивидуально (одним судном), так и в составе группы судов. Организация операции заключается в расчете маршрута/маршрутов движения судов с учетом квадрата поиска, видимости и т.п. Расчет маршрутов движения ведется на основе рекомендаций MERSAR и IMOSAR, изданных Международной гидрографической организацией.

Функции трехмерного моделирования рельефа дна обеспечивают судоводителю возможность ознакомления с изображением профиля рельефа дна в виде "объемного" изображения. Источниками информации для построения профиля служат данные карты и эхолота.

Возможными областями применения этих функций являются: маневрирование в условиях сложного рельефа дна, проведение гидрографических операций и промысловых работ и т.д.

Функции обучения работе с ECDIS и тренажа. В памяти ECDIS может помещаться программа для обучения работе с ECDIS с примерами использования ее функций. В ряде систем может моделироваться процесс проводки судна в различных районах с предоставлением судоводителю возможности использования функций ECDIS с целью обучения и тренажа. Оператором может быть выбрана карта, помещено на ней свое судно, заданы его элементы движения, нанесены на карту условные цели и заданы их курс и скорость.

3.2 О функциональных возможностях растровых НИКС

Трудности быстрого получения векторных ЭК на начальном этапе развития электронных карт с одной стороны и желание уже в то время использовать преимущества ЭК с другой, обусловили работы по более легкому растровому направлению создания ЭК.

Британское Гидрографическое управление стало первой в мире официальной государственной организацией, которая с 1993 г. стала создавать растровые карты и снабжать ими морские суда. С весны 1994 г. оно ввело в свой состав новую службу - ARCS (Admiralty Raster Chart Sendee - Обслуживание адмиралтейскими растровыми картами). Официальные растровые карты выпускаются и гидрогафической службой США (NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration).

Были разработаны и методы корректировки RNC. Нахождение данных RNC в электронной памяти позволяет на выбранные места карты заносить новую информацию. Еженедельное извещение мореплавателям (ИМ) для корректуры RNC закодировано так, чтобы покрывать в местах корректировки изображение карты растровыми пятнышками размером в один квадратный дюйм. На этих пятнышках и помещается корректурная информация.

Растровая карта довольно точно привязывается к координатной системе и на ней может выполняться планирование пути и ведение исполнительной прокладки. Как и для ENC при отображении RNC в Различных условиях освещенности могут использоваться различные палитры цветов (ясный день, пасмурный день, сумерки, ночь).

Однако системы с растровыми картами - RCDS не имеет полных Функциональных возможностей ECDIS. Поэтому они могут быть использованы только с соответствующим набором бумажных карт, приведенных на уровень современности.

ИМО своим циркуляром (SN/Circ.207. - Differences between RCDS and ECDIS. - 7 Jun, 1999) обращает внимание судоводителей на следующие ограничения RCDS.

Растровые системы не дают возможности организовать автоматическую сигнализацию об опасных ситуациях по данным карты. Определенные сигналы об опасностях могут генерироваться RCDS по введенной пользователем информации, например: об отклонении от маршрута на величину, превышающую заданную; о приближении к введенной линии опасной изобаты и к отдельным отмеченным маркерами опасностям; о пересечении районов со специальными условиями с занесенными предварительно границами и др.

Так как растровые карты создавались по бумажным картам с разными системами отсчета координат, то их горизонтальные датумы отличаются. Данные растровых карт не могут быть пересчитаны на другой датум. На это следует обращать внимание при использовании РНС и СНС, работающих в геодезической системе, отличной от карты. Несоответствие датумов выражается в смещении позиции судна. На растровой карте эта разница наиболее заметна при пересечении отметкой судна сетки карты.

Нагрузка растровой карты не может быть упрощена или убрана с целью ее приспособления к навигационным обстоятельствам или решаемой задаче. Это может влиять на накладываемую от РЛС/САРП информацию.

RNC может отображаться в оригинальном масштабе и в других масштабах, при этом все элементы карты, включая надписи, изменяются пропорционально изменению масштаба. В результате чрезмерное увеличение или уменьшение масштаба может серьезно ухудшить разборчивость изображения.

Без выбора различных по масштабу карт, возможность просмотра районов по пути следования может быть ограничена. Это может вести к определенным неудобствам при определении дистанций, пеленгов или идентификации отдаленных объектов.

При изменении ориентации растровой карты на дисплее происходит поворот всех приведенных на ней надписей и символов. В результате ориентировка RNC иначе, чем по норду, ухудшает разбор текста и символов на карте.

Применение RNC сопровождается затруднениями в получении дополнительной информации. На растровой карте невозможно использовать отличительные особенности нагрузки карты для организации получения дополнительной информации о картографических объектах путем отметки их курсором.

Невозможно автоматически выделить безопасную изобату судна или безопасные глубины и показать их на экране, если только не отметить их вручную при планировании пути.

По объему файл растровой карты значительно больше файла векторной карты, содержащего данные одного с растровой картой района.

Необходимо также заметить, что системы с RNC (также как и автоматизированные навигационные системы с упрощенными и бумажными картами) не совсем корректно называть картографическими, так как в них, за исключением корректуры, картографические операции не производятся.

Системы с растровыми картами рассматриваются IMO как промежуточные, способные восполнить потребность судоводителей в ЭК на этапе, пока работы по созданию полной коллекции ecdis-карт и снабжению ими судов не будут полностью завершены.

4. Анализ информации основных внешних навигационных датчиков НИКС

4.1. Основные навигационные характеристики датчиков информации

Для решения задач судовождения навигационно-информационная компьютерная система должна обеспечивать возможность подключения к ней различных датчиков информации: курсоуказателей (гирокомпаса, магнитного компаса с дистанционной передачей показаний, флюксгейт-компаса); лагов (относительного и абсолютного); эхолота, радиолокатора и САРП; приемников РНС, СНС, NAVTEX; а также УКВ транспондера АИС.

Касаясь позиционных средств, следует отметить, что основными из них при решении задач навигации морских судов стали космические системы GPS и ГЛОНАСС. Роль береговых систем определения положения снизилась. РНС «Омега» уже выведена из эксплуатации. Действие системы «Декка» планируется прекратить в 2002 году.

РНС «Лоран-С» по плану будет оставаться в эксплуатации для обеспечения надежности судовождения до 2015 года, и служить в качестве независимого средства, позволяющего обнаружить нарушения в правильности выдаваемой приемоиндикаторами СНС информации. Погрешность определения положения (Р=0.95) по РНС «Лоран-С» зависит от взаимного расположения судна и станций системы и лежит в пределах 0:1-0.25 NM (nautical miles - морских миль). Точность этой РНС может быть несколько увеличена за счет синхронизации работы наземных станций с помощью сигналов времени от СНС, погрешность которых составляет 10-15 нс.

Качество датчиков информации и их способность выполнять те или иные задачи в области судовождения принято оценивать навигационными характеристиками, которые зависят от технических параметров датчиков. К основным навигационным характеристикам датчиков информации относятся: зона действия (диапазон измерений) разрешающая способность, точность, надежность, помехозащищенность, продолжительность одного измерения и частота измерений.

Диапазон измерений Ym определяется минимальным Ymin и максимальным Ymax значением измеряемой величины: ,

Под разрешающей способностью ?Y понимается определенная минимальная величина приращения измеряемого параметра, которая еще может быть измерена прибором. Разрешающая способность ряда измерительных устройств может быть вычислена через допустимую относительную погрешность е прибора, выраженную в процентах:

Точность представляет собой характеристику допускаемых при измерении погрешностей. Общепринятым критерием точности в судовождении является величина 95% погрешности измерения параметра (Р=0.95).

Под надежностью понимается способность аппаратуры выполнять свои задачи в течение определенного времени. Надежность аппаратуры характеризуется вероятностью безотказной работы, временем наработки на отказ и другими характеристиками.

Под помехозащищенностью понимается способность прибора сохранять свои навигационные характеристики в условиях действия различных помех.

Продолжительность одного измерения (определения) - это временной интервал от момента начала измерения навигационного параметра до момента выдачи результата измерения. Когда такое время мало, измерения называются мгновенными.

Частота измерений (определений) характеризуется интервалом времени между двумя последовательными измерениями навигационного параметра. Когда такая частота является достаточно высокой, измерения считаются непрерывными.

4.2 Курсоуказатели и лаги

Гирокомпасы. Основным курсоуказателем на судах является гирокомпас. Это достаточно надежный и точный прибор. Он Непрерывно измеряет курс судна в диапазоне 0-360°. Его точность при Установившемся режиме движения судна ухудшается с ростом широты места. На точность ГК влияют маневрирование судна и качка. Согласно требований ИМО в установившемся режиме движения судна точность ГК должна быть в пределах ±0.25°secц. Инерционная погрешность ГК при маневрах в широтах до 70° не должна превышать: при быстром изменении скорости на 20 уз - ±2.0°; при быстром изменении курса на 180° при скорости 20 уз. - ±3.0°. Для компенсации скоростной погрешности в ГК вручную или автоматически должны вводиться скорость судна и широта места.

Лаги являются датчиками скорости судна и проходимого им расстояния. В настоящее время на судах применяются относительные и абсолютные лаги. Первые измеряют скорость судна относительно воды, а вторые - относительно грунта.

Лаги современных судов должны измерять скорость на переднем и заднем ходу. Из относительных лагов такой способностью обладают индукционные лаги. Диапазон измеряемых индукционным лагом значений скорости судна зависит от вида лага. Для лагов гражданских морских водоизмещающих судов этот диапазон обычно находится в пределах от -15 до +35 узлов. Инструментальная погрешность лага зависит от климатических условий. При относительной влажности 65±15% и температуре воздуха 0-50°С она меньше ±0.2 уз. При отрицательной температуре воздуха погрешность колеблется в пределах ±0.2-1.0 уз. Счетчик пройденного расстояния позволяет снять отсчет с точностью ±0.02 мили. Снос судна течением индукционный лаг не учитывает.

Для измерения скорости относительно грунта применяются гидроакустические доплеровские и корреляционные лиги. Они с высокой точностью измеряют скорость судна, как на переднем, так и на заднем ходу. Рабочие глубины этих лагов не превышают 200-300 м. При плавании на больших глубинах эти лаги работают в относительном режиме. В этом режиме при измерении скорости не учитывается течение. Доплеровские и корреляционные лаги обычно измеряют продольную и поперечную составляющие скорости судна. Поэтому ввод от них скорости в НИКС должен быть двухкоординатным.

Точность измерений доплеровским лагом скорости в абсолютном режиме работы составляет около ±2%, пройденного расстояния - примерно ±0.2%, угла сноса - ±0.2°.

Корреляционный лаг по сравнению с доплеровским лагом имеет следующие преимущества:

* одновременно с измерением скорости измеряется глубина под килем;

* на точность измерения скорости судна не влияет изменение скорости звука;

* широкие диаграммы направленности акустических антенн не требуется стабилизировать на качке.

Корреляционный лаг также характеризуется высокой точностью:

погрешность измерения скорости составляет до ±0.1 уз, пройденного расстояния - до ±0.2%, глубины под килем - ±1%.

4.3 Анализ информации СНС.

4.3.1 Преимущества совместной работы НИКС со спутниковыми навигационными системами

НИКС должна иметь возможность непрерывного отображения места судна на основе обсерваций, точность которых соответствует требованиям безопасного плавания. Информацию для таких обсерваций предоставляют радионавигационные системы, береговые (РНС) или космические (СНС), а также РЛС. В 1989 г. Резолюцией А.666(16) ИМО приняла эксплуатационные требования к Всемирной радионавигационной системе (ВРНС), информация которой отвечает целям судовождения. В соответствии с этими требованиями ВРНС должна обеспечивать глобальность покрытия, непрерывность работы и выдачу координат с точностью, отвечающей стандартам точности судовождения. Система определений места или ее элементы должны быть одобрены ИМО.

Для морского судовождения обсервации могут считаться непрерывными, когда их частота составляет один раз в минуту и больше. Современные требования к точности судовождения определены резолюцией А. 815(19), принятой ИМО в 1995 г. Согласно этим требованиям в открытом море и в прибрежных водах место судна должно быть известно с 95%-погрешностью, не превышающей 4% расстояния до препятствия, но не большей 4 миль. Точность определения места при плавании в стесненных условиях должна быть не хуже 10 м.

К требуемой ИМО ВРНС наиболее близки по своим характеристикам среднеорбитальные спутниковые навигационные системы. В 1996 г. по заявкам правительств США и России ИМО одобрила системы GPS (Global Position System) и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), с объявленными точностями 100 м - у GPS и 45 м - у ГЛОНАСС. Приемоиндикаторы среднеорбитальных СНС включены в состав обязательной судовой навигационной аппаратуры, предусматриваемой главой 5 СОЛАС. С 2000 г. по решению Правительства США был отменен ввод погрешностей искусственного происхождения в данные GPS и ее точность повысилась до 35-45 м.

Системы GPS и ГЛОНАСС не соответствуют современным требованиям к точности определений места только при плавании в стесненных условиях. Одним из способов удовлетворения точности плавания в стесненных водах с помощью среднеорбитальных СНС является использование ими дифференциального режима определения - DGPS, который позволяет установить координаты объекта с точностью 1-5 м.

Приемоиндикаторы среднеорбитальных СНС и аппаратура отображения навигационных карт выгодно дополняют друг друга. Их совместное применение позволяет отображать положение судна в реальном масштабе времени, что имеет особенное значение при плавании в стесненных водах. При использовании бумажных карт требуется определенное время для переноса позиции судна с приемоиндикатора СНС на карту, что вызывает запаздывание в отображении текущей позиции. Кроме того, на бумажной карте нет возможности отображать положение судна непрерывно. При использовании систем отображения электронных карт на судне может быть установлен недорогой приемник СНС, так как дополнительные навигационные задачи в этом случае будут решаться НИКС.

При работе GPS в дифференциальном режиме в районе опорной станции НИКС оказывает значительную помощь судоводителю при плавании в стесненных водах, предоставляя в реальном времени точное положение судна на ЭК. Расширение сети опорных станций DGPS способствует значительному повышению роли НИКС в обеспечении безопасного судовождения.

4.3.2 Краткая характеристика GPS и ее погрешностей

Состав системы. Спутниковая навигационная система Министерства Обороны США GPS, называемая также NAVSTAR (Navigation System using Timing and Ranging), состоит из 24 навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), наземного командно-измерительного комплекса и аппаратуры потребителей. Она является глобальной, всепогодной, навигационной системой, обеспечивающей определение координат объектов с высокой точностью в трехмерном околоземном пространстве.

Спутники GPS расположены на шести средневысоких орбитах (высота 20183 км) и имеют период обращения 12 часов. Плоскости орбит расположены через 60° и наклонены к экватору под углом 55?. На каждой орбите располагается 4 спутника, три основных спутника и один запасной. 18 спутников - это минимальное количество для обеспечения видимости в каждой точке Земли не менее 4-х спутников.

Система предназначена для обеспечения навигации воздушных и морских судов и определения времени с высокой точностью. Она может применяться в режиме двухмерной навигации - 2D (определение навигационных параметров объектов на поверхности Земли) и в трехмерном режиме - 3D (измерение навигационных параметров объектов над поверхностью Земли). Для нахождения положения объекта в трехмерном режиме требуется измерить навигационные параметры не менее 4-х НИСЗ, а при двухмерной навигации - не менее 3-х НИСЗ.

В системе используется псевдодальномерный метод определения положения и псевдорадиально-скоростной метод нахождения скорости объекта. Для повышения точности результаты определений сглаживаются с помощью фильтра Калмана.

Излучение навигационных сигналов спутниками GPS производится на двух частотах: Fl=1575,42 и F2=1227,60 МГц. Режим излучения -непрерывный с псевдошумовой модуляцией. Навигационные сигналы представляют собой защищенный Р-код (precision code), излучаемый на часотах Fl, F2, и общедоступный С/А-код (coarse and acquisition code), излучаемый только на частоте Fl.

В GPS для каждого спутника определен свой уникальный С/А-код и уникальный Р-код. Такой вид разделения сигналов спутников называется кодовым. Он позволяет в приемнике распознавать, какому спутнику принадлежит сигнал, когда несущая частота сигналов всех спутников одинакова.

GPS предоставляет два уровня обслуживания потребителей; точные определения (PPS - Precise Positioning Service) и стандартные определения (SPS - Standard Positioning Service). PPS основывается на точном Р-коде, а SPS - на общедоступном С/А-коде. Уровень обслуживания PPS предоставляется военным и федеральным службам США, а SPS - массовому гражданскому потребителю.

Кроме кодов Р и С/А спутник регулярно передает сообщение, которое содержит информацию о состоянии спутника, его эфемеридах, системном времени, прогнозе ионосферной задержки, показателях работоспособности.

Бортовая аппаратура GPS состоит из антенны и приемоиндикатора (ПИ). ПИ включает в себя приемник, вычислитель, блоки памяти, устройства управления и индикации. В блоках памяти хранятся необходимые данные, программы решения задач и Управления работой приемоиндикатора. В зависимости от назначения используется два вида бортовой аппаратуры: специальная и для массового потребителя.

Специальная аппаратура предназначена для определения кинематических параметров ракет, военных самолетов, кораблей и специальных судов. При нахождении параметров объектов в ней используются Р и С/А коды. Эта аппаратура обеспечивает практически непрерывные определения с точностью: местоположения объекта - 5-7 м, скорости - 0.05-0.15 м/с, времени - 5-15 нс.

Аппаратура для массового гражданского потребителя, в том числе и для морских судов, уступает по своим характеристикам специальной аппаратуре. Определение кинематических параметров объектов ведется в ней по наблюдениям находящихся в зоне видимости НИСЗ с использованием только С/А-кода. Эта аппаратура проще и дешевле специальной аппаратуры. Она способна обеспечивать точность определения местоположения порядка 35-45 м. Однако Министерство Обороны США с военной точки зрения посчитало предоставление такой точности всем без исключения потребителям потенциально опасным и искусственно снижала точность местоопределения до 100 м. Для этого в режиме SPS формировались ошибки искусственного происхождения (погрешности режима селективного доступа), вносимые в сигналы на борту спутников. С 2000 г. Правительством США ввод искусственных ошибок в данные GPS был отменен.

Погрешности и ограничения. Основными источниками погрешностей, влияющих на точность бортовой аппаратуры для массового потребителя, являются:

* Ионосферные погрешности, обусловленные задержками в распространении радиоволн в верхних слоях атмосферы, которые приводят к ошибкам определения положения порядка 20-30 м днем и 3-6 м ночью.

* Тропосферные погрешности, причиной которых являются искажения в прохождении радиоволн через нижние слои атмосферы. Они не превышают 30 м.

* Эфемеридная погрешность, обусловленная разностью между расчетным и действительным положениями спутника, которая составляет не более 3 м.

* Погрешность определения расстояния до спутника, обычно не превышающая 10 м.

Средняя квадратическая величина погрешности режима селективного доступа (ошибки искусственного происхождения, вносимой до 2000 г. с целью загрубления навигационных измерений) составляла примерно 30 м.

Следует также обратить внимание и на периодическое возникновение в системе зон PDOP (Position Dilution of Precision), в которых не обеспечивается объявленная точность навигации. Эти зоны возникают в течении 5-15 мин в диапазоне 30-50° северной и южной широт.

Дифференциальный метод определений. Основным способом повышения точности местоопределений GPS в режиме SPS является применение принципа дифференциальных навигационных измерений. Дифференциальный способ (DGPS) реализуется с помощью опорной станции с известными координатами, устанавливаемой в районе определений места. На станции располагается контрольный GPS-приемник. Сравнивая свои известные координаты с измеренными, контрольный GPS-приемник вырабатывает поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу. Аппаратура потребителя в этом случае должна быть дополнена радиоприемником для получения дифференциальных поправок. Поправки, принятые от опорной станции, автоматически вводятся в результаты измерений. Это позволяет установить в районе опорной станции координаты объекта с точностью 1-5 м. Точность DGPS-определений зависит от характеристик опорной станции и от расстояния от объекта до опорной станции. По этой причине опорную станцию рекомендуется располагать не далее 500 км от объекта.

Существенной проблемой, снижающей эффективность системы GPS, является неточность геодезической съемки ряда районов Земли. GPS представляет координаты определяющихся объектов во всемирной геодезической системе WGS84. Существуют поправки для перехода от этой системы к ряду других геодезических систем. Однако не ко всем. Кроме этого, горизонтальный датум значительного количества навигационных карт неизвестен. В ряде районов Земли (например, островов Юго-восточной Азии), съемка которых производилась в далеком прошлом, из-за больших погрешностей опорных точек геодезической сети отличия координатной системы карты от WGS84 могут быть значительными. Из-за отсутствия поправок место судна в системе WGS84, перенесенное на такую карту, может оказаться на берегу.

4.3.3 Краткая характеристика системы «ГЛОНАСС»

Советская глобальная спутниковая навигационная система (ГЛОНАСС) состоит из 24 НИСЗ, наземного командно-измерительного комплекса и аппаратуры потребителей. Она является глобальной, всепогодной, навигационной системой, обеспечивающей определение координат объектов с высокой точностью в трехмерном околоземном пространстве. В полном объеме функционирование ГЛОНАСС началось с января 1996 г.

Спутники ГЛОНАСС расположены на трех средневысоких орбитах (высота 19100 км) и имеют период обращения 11 часов 15 минут. Плоскости орбит расположены через 120° и наклонены к экватору под углом 64.8°. На каждой орбите располагается 8 спутников.

Каждый спутник излучает информацию о своей точной позиции и информацию о позициях других спутников. Излучение навигационных сигналов спутниками ГЛОНАСС производится на двух несущих частотах: F1 и F2. Режим излучения - непрерывный с псевдошумовой модуляцией. В отличие от GPS, каждый спутник ГЛОНАСС имеет свои значения F1 и F2. Значения частот F1 всех спутников ГЛОНАСС лежат в диапазоне 1602.6-1615.5 МГц и отличаются для разных спутников на величину, кратную 0.5625 МГц. Соответственно значения частот F2 находятся в диапазоне 1246.4-1256.5 МГц и отличаются для разных спутников на величину, кратную 0.4375 МГц.

Навигационные сигналы представляют собой Р-код , излучаемый на часотах F1, F2, и С/А-код, излучаемый только на частоте F1. В отличие от GPS, где коды Р и С/А для разных спутников разные, в ГЛОНАСС они одинаковы для всех спутников. Таким образом, в отличие от применяемого в GPS кодового метода в ГЛОНАСС реализован частотный метод различения навигационных сигналов спутников.

Аппаратура пользователей включает оборудование, необходимое для сопровождения спутников, определения позиции, скорости и времени по данным орбит спутников и измерениям навигационных параметров. Для приема навигационных сигналов имеется 24 частотных канала. В среднем точность определения положения с помощью специальной бортовой аппаратуры ГЛОНАСС составляет 8 метров. Если GPS имеет наилучшую точность в средних широтах, то ГЛОНАСС - в высоких.

ГЛОНАСС дает место в геодезической системе П390. Разность между положением объекта в П390 и WGS84 не превышает 15 м, в среднем она составляет 5 м. В настоящее время уточняются для разных районов Земли точные значения поправок для перехода от системы П390 к WGS84.

Система ГЛОНАСС может использоваться совместно с GPS (GPS and GLONASS Global Navigation Satellite System - GNSS). Это позволяет по сравнению с GPS повысить точность и надежность определений за счет увеличения числа наблюдаемых спутников. улучшения геометрии их расположения в высоких широтах, использования обоих кодов ГЛОНАСС в аппаратуре для массового потребителя, что дает возможность более точно учесть в GPS ионосферную погрешность.

4.4 Информация радиолокатора и САРП

Радиолокатор является для НИКС одним из основных датчиков информации для определений положения и параметров движения судна в стесненных водах. Радиолокационные определения места производятся путем привязки к элементам береговой черты. Кроме этого, информация РЛС и САРП играет основную роль при решении задач предупреждения столкновений судов. Характеризуя информацию РЛС и САРП, необходимо отметить следующее.

Дальность обнаружения объектов в РЛ-системе зависит от нескольких фаеторов, размеров и отражающей способности самих объектов, характеристик РЛС, высоты антенны, наличия помех.

При нормальных условиях распространения радиоволн, когда высота антенны над уровнем моря равна 15 м и нет помех, РЛС должна давать четкое изображение:

* Берега - на расстоянии 20 NM, когда он возвышается над уровнем моря до 60 м; и на расстоянии 7 NM, когда он поднимается до 6 м;

* Надводных объектов: судов вместимостью 5000 брт независимо от ракурса - на расстоянии не менее 7 NM; малых судов длиной порядка 10 м - на расстоянии не менее 3 NM; объектов, таких как навигационные буи, имеющих эффективную отражающую поверхность порядка 10 кв.м. - на расстоянии не менее 2 NM. Когда антенна расположена на высоте 15 м над уровнем моря, то даже в условиях помех от моря РЛ-система должна давать четкую отметку стандартного радиолокационного отражателя на расстоянии до 3.5NM.

Говоря о минимальной дистанции РЛС, следует отметить, что надводные объекты должны быть четко отображены на экране РЛС, начиная с минимальной горизонтальной дистанции 50 м от позиции антенны.

Определение места судна с помощью РЛС производится по измерениям пеленгов и расстояний береговых объектов либо обзорньм методом (совмещением радиолокационного изображения с изображением береговой черты на ЭК).

Погрешность измерений дистанций с помощью РЛС не должна превышать 1% от значения шкалы дальности. Основными Компонентами погрешности РЛ-измерения дистанции до точечного объекта в автоматическом режиме слежения за ним являются: погрешность от нестабильности задержки излучения зондирующего импульса передатчика относительно импульса синхронизации РЛС, погрешность от квантования по времени РЛ-сигнала и нестабильность генератора квантов дальности, отклонение центра отметки объекта от его реального положения.

Погрешность измерения пеленга складывается из погрешности курсоуказания и погрешности измерения курсового угла. В автоматическом режиме слежения за точечным объектом погрешность измерения курсового угла включает в себя: погрешность от квантования угла поворота антенны, люфт антенны, погрешность из-за несиметричности и ширины диаграммы направленности антенны, погрешность от качки судна, погрешность от флуктуации по пеленгу центра РЛ-отметки объекта. Суммарная погрешность измерения курсового угла обычно не превышает 0.4°.

Разрешающая способность по дистанции РЛ-системы на шкале 1.5 NM должна быть не более 40 метров в ситуации, когда две точечные цели расположены на одном пеленге в пределах пространства 50-100% от значения шкалы. Соответственно разрешение по пеленгу на этой шкале для двух точечных целей, расположенных на одном расстоянии от центра в пределах 50-100% значения шкалы должно быть не более 2.5° .

На качество радиолокационной информации влияют состояние атмосферы, ветер, дождь, град, снег, туман и смог, облака, песчаные бури, теневые сектора, работа радаров других судов и др. факторы. Эти обстоятельства могут стать причиной радиолокационной "невидимости" объектов, срывов автосопровождения целей, увеличения погрешностей измерений и погрешностей элементов движения целей, вычисляемых на основе измерений.

Точность результатов вычислений в САРП кинематических параметров целей зависит от точности измеряемых пеленгов и дистанций, погрешностей параметров, характеризующих движение своего судна, геометрии сближения, стадии автосопровождения (захват траектории или устойчивое сопровождение). Следует отметить, что маневр судна обычно выявляется САРП с запозданием порядка 1 мин. Сразу после маневра представляемые САРП значения кинематических параметров целей содержат значительные погрешности и требуется порядка 3 мин, чтобы точность вычисляемых параметров снова стала удовлетворительной.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6