Файл: Курс лекций Владивосток 2010.pdf

117
АСН-22, А-744 (РИРВ, Россия), «ИНТЕР-А», А-737 (МКБ «Компас»,
Россия), GG-24 (Маgellan-Ashtech, США), СNSS-300 (3S Navigation,
США), Мillenium GLONASS (NovAtel) и др.
Осуществлена также разработка ряда образцов контрольно–
корректирующих станций дифференциальных подсистем и версии стандартов для передачи корректирующих сообщений применительно к NAVSTAR и ГЛОНАСС.
Исследование вопросов совместного использования
СНС
NAVSTAR и ГЛОНАСС продолжается. Следует отметить, что интег- рирование и совместное использование СНС NAVSTAR и ГЛОНАСС обеспечивают также резервирование навигационного обеспечения на случай непредвиденных форс–мажорных обстоятельств, связанных, например, с террористической деятельностью, земными катаклизмами и др.
8.3. Альтернативные глобальные навигационные
спутниковые системы
В 1999 г. ведущими странами Европейского союза начались рабо- ты по созданию СНС, получившей название «Галилео». Срок введе- ния этой системы в эксплуатацию – 2008 г. Назначение этой системы заключается в обеспечении:
– глобальной навигации;
– региональной и локальной навигации на территории Европей- ского союза и на акватории прилегающих к нему морей;
– связи в рамках системы управления транспортными потоками и ликвидации чрезвычайных ситуаций в Европе;
– связи по поддержке глобального поиска и спасания.
Как и любая СНС, система «Галилео» состоит из космического, наземного и мобильного сегментов. Полный комплект космического сегмента включает в себя 30 ИСЗ, 3 из которых – в горячем резерве.
Спутники распределены по трем средневысоким наклонным орбитам с высотой Н ≈ 23222 км и наклонением i = 54
о
. Наземный сегмент со- стоит из находящихся в Европе двух центров управления и несколь- ких станций ввода данных и приёма телеметрической информации, а также многочисленных контрольно-измерительных станций, распо- ложенных во многих странах мира, в том числе в России и КНР.
В СНС «Галилео», так же как и в СНС NAVSTAR и ГЛОНАСС, применяется псевдодальномерный метод определения места и по- правки времени, однако координаты привязаны к геодезической сис- теме UTF (Universal Terrestrial Frame).

118
СНС «Галилео» работает в нескольких диапазонах на частотах
1164–1592 МГц. Спутники излучают 10 навигационных сигналов и один сигнал для обеспечения поиска и спасания при взаимодействии с системой КОСПАС – SARSAT. Предусматривается пять режимов эксплуатации системы. Основной их них, режим открытого доступа
(OS – Open Services), предназначен для глобальной навигации с точ- ностью определения места не хуже ±6 м и скорости ±20 см/с на уров- не вероятности 0,95. Остальные режимы работы имеют ограничения.
Режим коммерческого доступа (CS – Commercial Services) подразде- ляется на региональный и локальный уровни. На региональном уровне обеспечивается определение координат места с точностью не хуже ±4 м, а на локальном ±0,8 м. В этом режиме необходимо зарегистриро- вать свою аппаратуру и оплачивать предоставляемые услуги. Обяза- тельной регистрации требуют также режимы доступа для ведомств, предупреждающих чрезвычайные ситуации и ликвидирующие их по- следствия (SOL – Safety of Life Services), а также для силовых и пра- воохранительных ведомств (PRS – Public Regulated Services). Режим доступа для работ по поиску и спасанию (SAR – Search and Rescue) является открытым для всех пользователей и глобальным по уровню действия.
В КНР была разработана двухэтапная программа создания отече- ственной СНС. На первом этапе предусматривалось развёртывание региональной СНС, на втором – глобальной, в которой региональная
СНС играет роль подсистемы. В 1989 г. успешно завершились испы- тания региональной СНС, основанной на двух геостационарных спут- никах. В 1993 г. началась реализации второго этапа создания СНС, которая получила название «Бейдоу», что в переводе на русский язык означает Большая Медведица.
К 2003 г. космический сегмент «Бейдоу» составлял три спутника на стационарной орбитах с высотой около 35800 км и очень малым наклонением – около 0,1°.
Наземный сегмент этой СНС составляют центр управления (г. Си- ань, провинция Шанси), сеть контрольно-измерительных пунктов, а также пять станций, которые выполняют роль псевдоспутников.
В системе «Бейдоу» реализован активный (т. е. запросный) псев- додальномерный способ определения места. Спутник, выполняющий роль ретранслятора, непрерывно излучает сигналы, которые прини- маются аппаратурой потребителя и переизлучаются обратно на спут- ник. Через определённое время спутник передает эти сигналы обратно на приёмник потребителя и на ближайшую наземную станцию–
псевдоспутник, которая также излучает сигналы в длинноволновом

119 диапазоне, принимаемые аппаратурой потребителя. Таким образом обеспечивается точное измерение расстояний до спутника и псевдо- спутника. Хотя для определения места достаточно двух спутников, обеспечивающих получение двух изолиний (изостадий), дополни- тельные изолинии от псевдоспутников существенно увеличивают точность определения координат потребителя. Причем наличие псев- доспутников позволяет реализовать не только псевдодальномерный способ определения координат, но и разностно–дальномерный, как в наземных РНС. По сути, сеть наземных псевдоспутников формирует дифференциальную составляющую СНС «Бейдоу». Испытания ПИ морского исполнения показали, что точность определения места дос- тигала примерно ±5 м. СНС «Бейдоу» работает в геодезической систе- ме Beijing 1954 (Пекинская система координат 1954 года), которая яв- ляется версией СК-42, основанной на эллипсоиде Красовского 1940 г.
Запросный способ определения места судна имеет большой не- достаток – ограниченное количество одновременно работающих со спутником потребителей. Хотя правительством Китая зарезервирова- но несколько полос частот (в диапазонах от 1215 до 7075 МГц), про- пускная способность СНС «Бейдоу» составляет не более 540000 об- серваций в час.
Второй этап развития национальной СНС Китая заключается в создании среднеорбитальной СНС, получившей название «Компас».
Эта система включит в себя 5 спутников СНС «Бейдоу» и 30 новых космических аппаратов, что обеспечит глобальный характер этой сис- темы с возможностью определения места с точностью ± 10 м (с веро- ятностью 0,95 %) в открытом режиме, а в закрытом режиме, предна- значенном для военных потребителей, точность предполагается го- раздо выше. По принципам построения и эксплуатации эта система похожа на СНС «Галилео». В её структуре подсистема «Бейдоу» ра- ботает не только как региональная СНС, но и предполагается для трансляции дифференциальных поправок СНС «Компас» и «Галилео» на территории Китая.

120 ных потребителей, а также для предоставления различ- ных информационных ус- луг.
Космический сегмент системы состоит из трёх квазистационарных спутни- ков на высокой эллиптиче- ской орбите, наклонение которой составляет 45–53
о
, что обеспечивает периоди- ческое перемещение спут- ника в меридиональном на- правлении от северной час- ти Японии до Тасмании
(рис. 8.3). На большей части
Японии в любой момент высота спутников превы- шает 70
о
, и это обстоятель- ство нашло отражение в на- звании системы.
QZSS может работать как в автономном режиме, так и совместно с GPS, что обеспечивается идентично- стью структур рабочих сиг- налов QZSS и СНС NAVSTAR, а также их синхронизацией. Поэтому судовые ПИ воспринимают спутники QZSS как спутники СНС
NAVSTAR. Тем самым, с одной стороны, увеличивается количество спутников GPS в зоне действия QZSS, что ведёт к повышению точно- сти и надёжности определения координат. Это особенно важно для
Японии, где из-за гористой местности многие спутники СНС
NAVSTAR долгое время находятся в зоне затенения или совсем не видны. С другой стороны, увеличение количества спутников расши- ряет возможности реализации современных спутниковых технологий в других отраслях производства.
В качестве геодезической основы QZSS выбрана японская спут- никовая навигационная геодезическая система (JGS – Japan Geodetic
System) с референц-эллипсоидом GRS-80, что в дальнейшем позволит совместить эту систему с СНС «Галилео».
Рис. 8.3. Трасса спутников системы
QZSS

121
Наземный сегмент QZSS включает в себя Главный центр управ- ления, станцию ввода информации и несколько контрольно- измерительных станций, расположенных в Азиатско-Тихоокеанском регионе.
Разработка, введение в строй и эксплуатация QZSS финансирует- ся правительством и частным бизнесом Японии. Предполагается, что введение в строй QZSS в 2008–2009 гг. приведет к повышению как эффективности транспортной отрасли, так и общего уровня конку- рентноспособности отечественной промышленности. Система будет использоваться также для сбора информации со станций наблюдения национальной системы предупреждения чрезвычайных ситуаций и управления операциями по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Также предполагается, что QZSS будет работать в коопера- ции с широкозонной дифференциальной подсистемой MSAS.
Еще одной региональной СНС является индийская система
IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System), проектирование которой началось в 2006 году, а ввод её в эксплуатацию намечен через
6-7 лет.
Созвездие системы IRNSS состоит из 7 спутников, 3 из которых предполагается разместить на геостационарной орбите, а остальные 4 – на геосинхронных с углом наклонения 29°. Период обращения спут- ников равен 24 звездным часам, поэтому их трассы на Земле имеют вид восьмёрок. Этим обеспечивается постоянное нахождение спутни- ков в зоне радиовидимости контрольно-измерительных станций. Сис- тема будет работать на частотах в диапазоне 1,55–5,2 ГГц. Сигналы спутников можно будет принимать на всей территории Индии плюс
2000 км прилегающей территории.
Наземный комплекс имеет традиционную структуру и состоит из центра управления, контрольно-измерительных станций и станций ввода данных и приёма телеметрии.
В системе IRNSS используется дальномерный способ определе- ния места. Планируется два режима работы: а) открытый одночастот- ный, доступный для всех пользователей; б) закрытый двухчастотный, предназначенный для использования определёнными государствен- ными организациями. В открытом режиме точность определения мес- та гарантируется не хуже ± 20 м, а в закрытом – на порядок лучше.
Итак, к концу первого десятилетия наступившего века в мире бу- дут действовать три глобальные СНС, что приведет к повышению точности и надёжности определения места, в том числе за счет обес- печения совместимости этих систем. Еще более интенсивное радиона-

122 вигационное поле предполагается в восточной и юго-восточной Азии, где вступают в действие региональные СНС Японии, Индии и Китая.
ЛЕКЦИЯ 9. МОРСКИЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ
ИДЕНТИФИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (2 часа)
9.1. Определение, назначение и принцип действия автоматической идентификационной системы.
9.2. Информация, предоставляемая автоматической идентификацион- ной системой.
9.3. Использование автоматической идентификационной системы на судах и в береговых службах.
9.4. Система опознавания судов и слежения за ними на дальнем рас- стоянии.
Литература: [13], с. 3–99; [18], с. 113–140.
9.1. Определение, назначение, состав и принцип действия
автоматической идентификационной системы
Автоматизированная идентификационная система (АИС) пред- ставляет собой приёмопередающую систему, работающую в диапазо- не УКВ и имеющую судовую и наземную составляющие. АИС явля- ется современной системой, которая начала внедряться на судах лишь в последние годы. Она позволяет повысить безопасность мореплава- ния, уровень защиты окружающей среды и эффективность работы бе- реговых служб.
Судовая станция АИС представляет собой приёмопередатчик, способный передавать на другие суда и в береговые службы опреде- лённую информацию, а также принимать и отображать на дисплее та- кую же информацию от других судов и служб. Причем станция АИС работает непрерывно, в автоматическом режиме, без участия судового специалиста.
При наличии соответствующего графического дисплея судовая станция АИС обеспечивает представление информации о судах, нахо- дящихся в зоне действия системы, на основе которой выполняется практически мгновенный автоматический расчет параметров, харак- теризующих ситуацию возможного столкновения, в частности рас- стояния и время кратчайшего сближения.

123
Следовательно, АИС существенно расширяет функциональные и информационные возможности судоводителя, становясь важным до- полнением к существующим судовым РТС.
В соответствии с документами ИМО АИС предназначена для ис- пользования в трёх направлениях:
– обеспечение информационного обмена между судами с целью предупреждения столкновений;
– представление прибрежным государствам информации о судах и их грузах;
– использование в качестве технического средства систем управ- ления движением в режиме работы «судно – берег».
Реализация возложенных на АИС задач достигается посредством выполнения следующих функций:
– автоматическая передача судном на другие суда и в различные береговые службы предписанной информации, включая сведения о судне, его координаты, курс, скорость и другие данные;
– автоматический приём, обработка и отображение аналогичной информации от других судов и береговых служб;
– автоматическое сопровождение (прокладка пути движения) других судов, оборудованных АИС, в целях предупреждения столкно- вения, а также контроля и регулирования судоходства;
– автоматизированный обмен сообщениями, касающимися безо- пасности мореплавания, между судами и берего- выми службами.
АИС состоит из следующих основных структурных элементов:
– мобильные приё- мопередающие станции
(транспондеры), уста- навливаемые на судах, а также любых других транспортных средствах и объектах (рис. 9.1);
– канал связи АИС, обеспечивающий обмен информацией между мо- бильными и базовыми станциями АИС;
Рис. 9.1. Комплект судовой аппаратуры станции АИС [14]

124
– сеть береговых станций
, включающая центр управления и обра- ботки информации, базовые станции АИС, репитерные пункты (для ретрансляции сообщений);
– информационная сеть АИС, связывающая базовые станции
АИС с береговыми службами;
– оборудование АИС, устанавливаемое в береговых службах
(системы управления движением судов, станции системы судовых со- общений, береговая охрана, портовый контроль, гидрографическая служба и другие).
Принцип действия АИС основан на том, что мобильные станции
АИС, установленные на судах, регулярно передают стандартные со-
Базовая станция АИС
Береговые службы
Опорная станция и радиомаяк DGPS
Рис. 9.2. Принцип действия АИС
Спутник
ГНСС
Спутник
Инмарсат-С

125 общения, содержащие информацию о судне, его характеристиках, грузе, маршруте (рис. 9.2). Эта информация принимается, обрабатыва- ется и отображается на дисплее на каждом судне, имеющем аппарату- ру АИС и находящемся в зоне действия системы (20–30 морских миль).
Кроме судов информация мобильной аппаратуры АИС принима- ется также базовыми станциями АИС, которые ретранслируют её в различные береговые службы, связанные с обеспечением безопасно- сти мореплавания, обслуживанием и управлением движения судов, поиском и спасанием, пограничным, таможенным, экологическим контролем. Обычной практикой является объединение базовых стан- ций АИС в единую сеть, в которую поступает дополнительная ин- формация от систем управления движением судов, станций систем судовых сообщений, что позволяет получить исчерпывающую цело- стную картину судоходства в зоне действия АИС.
Береговые базовые станции АИС могут работать в активном ре- жиме, когда они управляют режимом работы судовых станций и пере- дают информацию, связанную с безопасностью мореплавания: мест- ные навигационные предупреждения, дифференциальные поправки, данные о встречных судах и т. п. Если судно находится вне пределов действия базовых станций, то судовая АИС может работать в режиме дальней связи, передавая через Инмарсат-С в береговые службы ин- формацию, которая используется в основном в целях мониторинга.
Аппаратура АИС может также устанавливаться на летательных аппаратах, участвующих в поисково-спасательных операциях на море, и на средствах навигационного оборудования (СНО) морских путей
(плавучих и стационарных). Лоцманские службы могут использовать портативную аппаратуру АИС, доставляемую на борт судна и рабо- тающую автономно или с подключением к судовому оборудованию
АИС.
9.2. Информация, предоставляемая автоматической
идентификационной системой
Возможное использование АИС на борту судна, в том числе для целей навигации и управления судном, определяется той информаци- ей, которую эта станция может принимать, передавать и индициро- вать. Полный объем этой информации представлен в табл. 9.1.