57.Спутниковые системы для определения места судна. Источники погрешностей, характеристика точности определения места.
Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) предназначены для определения положения объектов на поверхности Земли. В настоящий момент получили широкое распространение две системы: ГЛОНАСС (Россия) и NAVSTAR — GPS (США).
В соответствии с положениями новой Главы 5 «Безопасность мореплавания» Конвенции СОЛАС, безусловным требованием, касающимся как судов, построенных до 1 июля 2002 г., так и позднее этого срока, является дополнительное оснащение всех судов независимо от их размера приемниками ГНСС или другой радионавигационной системы, действующей в районе плавания.
Система NAVSTAR (Navigation Satellite Time and Ranging — навигационный спутник измерения времени и координат), часто именуемая GPS (Global Positioning System — глобальная система позиционирования), позволяет практически в любом месте Земли (за исключением приполярных областей) определить местоположение и скорость объектов. Основой системы являются 24 GPS — спутника, движущихся над поверхностью Земли на высоте 20180 км. спутники движутся по 6 орбитальным траекториям (по 4 спутника на каждой), плоскости траекторий разнесены на 55 градусов. GPS — спутники излучают специальные сигналы в диапазоне 1575,42 МГц.
Передаваемые спутниками навигационные сигналы, принимаются GPS — приемниками, которые на основе метода триангуляции полученных сигналов позволяют определить местоположении объекта. Используемый в гражданском применении C/A — код (coarse-acquisition) позволяет определить координаты объекта с точностью до 100 м. Используемый ВМФ США точный P-код предоставляет возможности по позиционированию с точностью до 20 м.
Система ГЛОНАСС (Global Navigation Satellite System — глобальная навигационная спутниковая система), как и система GPS, позволяет практически в любом месте Земли (за исключением приполярных областей) определить местоположение и скорость объектов. Основой системы являются 24 спутника (в настоящий момент число спутников существенно сокращено), движущихся над поверхностью Земли на высоте 19130 км. Спутники движутся по 3 орбитальным траекториям, плоскости траекторий разнесены на 64,8 градуса. ГЛОНАСС — спутники излучают специальные сигналы в диапазоне 1598,0625 — 1604,25 МГц.
Передаваемые спутниками навигационные сигналы, принимаются ГЛОНАСС — приемниками, которые на основе метода триангуляции полученных сигналов позволяют определить местоположении объекта. Используемый в гражданском применении код позволяет определить координаты объекта с точностью до 57-70 м. В режиме обычного доступа ГЛОНАСС превосходит GPS по точности, обеспечивая при этом, возможность работы в более высоких широтах.
Ввиду недостаточной точности обсерваций, необходимой для обеспечения плавания в узкостях, рекомендации ИМО предполагают дополнительное использование дифференциальной подсистемы GPS и ГЛОНАСС (специальный метод, использующий корректирующую информацию от наземных станций), позволяющей повысить точность определения места до 5 — 10 м. DGPS ( differential global positioning system) — система повышения точности сигналов GPS, заключающаяся в учёте и измерении разницы между известными псевдодальностями до спутников и фактическими кодовыми псевдодальностями. При этом компенсируются как атмосферные искажения, так и эфемеридные ошибки. Основные источники сигналов DGPS:
- наземный сегмент — радионавигационные маяки (Базовые станции);
- Космический сегмент — спутники на геостационарной орбите (система дифференциальной коррекции).
Источники погрешностей GPS Задержки ионосферы и тропосферы – Сигнал спутника проходит сквозь атмосферу. Система использует встроенную «модель», которая высчитывает среднее, но не точное, значение задержки. Отражение сигнала – встречается, когда сигнал перед тем, как достичь приемника, отражается от таких объектов как высотные здания или горы. Это увеличивает время прохождения сигнала, вызывая тем самым ошибку. Ошибки часов приемника – поскольку не практично устанавливать атомные часы в приемниках GPS навигаторов, имеющиеся встроенные часы могут выдавать очень незначительные временные ошибки. Орбитальные ошибки – также известны как «ошибки эфимериса», это неточности данных о расположении спутника. Количество видимых спутников – чем больше спутников может «видеть» GPS навигатор, тем выше точность Геометрия/затенение спутника – имеет отношение к относительному расположению спутников в любое заданное время. Идеальная геометрия спутников бывает, когда спутники располагаются под тупым углом по отношению друг к другу. Плохая геометрия является результатом расположения спутников на одной линии или в тесной группе. Намеренное ухудшение сигнала спутника – намеренное ухудшение сигнала министерством обороны США известно как «Избирательная доступность» и предназначено для предотвращения использования с враждебными намерениями GPS сигналов высокой точности.
Источник
Точность gps в море
Мы очень привыкли к тому, что на суда есть GPS приемники и, взглянув на него, мы всегда можем узнать позицию своего судна. Мы настолько привыкли к аббревиатуре «GPS», что она уже идет как основополагающая. Нам нужно поставить точку, вбить переход, посмотреть, сколько миль осталось до конечной или поворотной точки – всё через GPSку.
И всё меньше штурманов задумывается о том, как это работает. Что вообще такое GPS? Сколько спутников должно быть одновременно в пределах видимости, чтобы дать точную позицию? И какая разница между GPS и DGPS?
Договоримся так, что сейчас мы ответим кратко на поставленные вопросы. Так как полное описание этой системы растянет пост на несколько страниц. Итак, GPS (Global Positioning System) или Глобальная Система Позиционирования состоит из трех сегментов: космического сегмента (спутники), контрольного сегмента (наземные станции) и пользовательского сегмента. Космический сегмент включает в себя 24 спутника (системы NAVSTAR и ГЛОНАСС). Контрольный сегмент «контролирует» GPS спутники, отслеживая их и обеспечивая правильной информацией об орбите и времени. Пользовательский сегмент в нашем случае – это GPS прибор и сам штурман.
Как это работает? GPS приемник определяет свое месторасположение путем нахождения расстояний до спутников. Расстояние от данного спутника равно скорости передаваемого сигнала, умноженной на время, необходимое сигналу, чтобы пройти от спутника до GPS навигатора (Скорость х Время прохождения сигнала = Расстояние). За скорость берется скорость света.
Сколько спутников должно быть в пределах видимости, и какая точность? Многие ошибочно считают, что трех спутников вполне достаточно для определения позиции судна. Это не так. Из-за того, что GPS навигаторы не включают в себя атомные часы и тем самым используют при расчетах «псевдорасстояние». А также из-за не идеальности поверхности Земли, для исключения погрешности необходимо, как минимум, 4 спутника. Но и их расположение относительно GPS приемника, тоже важно. Точность определения в таком случае будет до 12 метров.
Какая разница между GPS и DGPS? В DGPS, по сути, используется та же система GPS, только формируется дифференциальный сигнал (отсюда и первая буква «D»). DGPS включает в себя контролирующие станции, чего нет в GPS, в этом то и разница. Эти контролирующие станции располагаются на берегу и для них известны координаты. Думаю это понятно, так как они стационарные, не двигаются.
В этих станциях располагают GPS приемник, который принимает сигналы со спутников. Сравниваются полученные данные с фактическим расстоянием до спутников (из расчетов по известному местоположению). Их разницы и дадут нам ошибки спутниковых сигналов или «дифференциальную коррекцию». Рассчитанные результаты передаются на DGPS приемники и обеспечивают коррекцию GPS прибора в реальном времени. Точность DGPS обычно составляет до 5 метров
Источник