ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ПРЕЦИЗИОННОГО ТОЧЕЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В НАВИГАЦИИ МОРСКИХ ДРОНОВ
|
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ СИСТЕМ ПОДВОДНОЙ НАВИГАЦИИ, ПРИМЕНЯЕМОЙ В ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕЛЯХ 14
1.1 Системы подводной навигации 14
1.2 Системы надводной навигации 23
Выводы 24
2 ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ ПРЕЦИЗИОННОГО ТОЧЕЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ АВТОНОМНЫХНЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ 26
2.1 Анализ физико-географических характеристик Баренцева моря 26
2.2 Методология систем прецизионного точечного позиционирования 34
2.3 Кинематическая систем прецизионного точечного позиционирования....38
2.4 Применение систем прецизионного точечного позиционирования в системе буев 40
Выводы 42
3 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРЕЦИЗИОННОГО ТОЧЕЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТАХ 43
Выводы 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 48
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ СИСТЕМ ПОДВОДНОЙ НАВИГАЦИИ, ПРИМЕНЯЕМОЙ В ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕЛЯХ 14
1.1 Системы подводной навигации 14
1.2 Системы надводной навигации 23
Выводы 24
2 ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ ПРЕЦИЗИОННОГО ТОЧЕЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ АВТОНОМНЫХНЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ 26
2.1 Анализ физико-географических характеристик Баренцева моря 26
2.2 Методология систем прецизионного точечного позиционирования 34
2.3 Кинематическая систем прецизионного точечного позиционирования....38
2.4 Применение систем прецизионного точечного позиционирования в системе буев 40
Выводы 42
3 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРЕЦИЗИОННОГО ТОЧЕЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТАХ 43
Выводы 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 48
Актуальность темы исследования. Сегодня устойчивое развитие Арктического региона приобретает особое значение. Северный морской путь, как уникальная национальная транспортная коммуникация, является в настоящее время своеобразной «дорогой жизни», связывающей северные берега Российской Федерации по морям Северного Ледовитого океана и соединяющей европейские и дальневосточные российские порты, а также устья судоходных сибирских рек в единую общероссийскую транспортную систему, необходимую для обеспечения, развития и освоения Арктического региона Российской Федерации.
Развитие современных технологий высокоточного спутникового позиционирования и появление нового поколения робототехники имеет множество потенциальных сфер применения и является одним из наиболее перспективных способов освоения и дальнейшего исследования, в первую очередь, Арктического региона, обеспечивающее завоевание лидирующего экономического положения в мире за счет повышения экономической эффективности подводных работ.
Рассматривая современное состояние и значение арктических перевозок, рост их роли и объема, в первую очередь, внутреннего грузооборота, увеличение численности торговых, рыболовецких, научно-исследовательских и военно-морских судов в данном регионе, необходимо отметить возрастающую зависимость арктического судоходства от информационных технологий и современных морских навигационных систем, а, следовательно, уязвимость информационной безопасности объектов морской техники и морской инфраструктуры.
В связи с чем, надёжная зашита арктических коммуникаций, в число которых входят морские транспортные средства и их оборудование, является одним из важных условий достижения успеха не только в области безопасности морской деятельности в Арктике.
В настоящее время, когда безопасность стала зависеть от всех составляющих ее элементов, когда нарушение к доступу одного из них, ведет к негативным последствиям для всей системы, огромную роль в развитии информационной безопасности играют не только программы и специальные информационные системы, непосредственно направленные на обеспечение необходимой конфиденциальности (защищенности от уничтожения, изменения, блокирования, а также иных несанкционированных действий), но и совершенствование навигационного обеспечения безопасности мореплавания на основе контроля точностных характеристик навигационно-информационной системы, т.е. применения систем прецизионного точечного позиционирования (определения точного местоположения) или иначе PrecisePointPositioning - дословно «позиционирование высокой точности» (далее - PPP).
Самопозиционирование подводного аппарата является особенно сложной задачей из-за отсутствия приема системы глобального позиционирования (GPS) или признаков в известных местоположениях, которые могли бы, в противном случае, быть использованы для вычисления координат. Таким образом, приложения автономных подводных аппаратов обычно требуют предварительного развертывания системы буев.
Наличие достоверной оценки своего местоположения имеет решающее значение для беспилотных аппаратов, поскольку неконтролируемые решения принимаются на основе оценки местоположения.
PPP является одним из методов получения высокоточных координат (в плане и по высоте) местности сантиметровой точности с помощью глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС),в основе которого лежит применение точных апостериорных параметров орбит (эфемерид) и поправок к спутниковым часам.
Одним из главных преимуществ которого является отсутствие затрат на размещение дополнительных базовых станций, что, применительно к Арктическому региону, позволит в несколько раз сократить расходы на его исследование.
Данный метод позволяет с помощью доступных технических средств, в том числе ориентированных на массовое применение (GPS-навигаторов), значительно повысить точность позиционирования местонахождения объекта в любой точке земной поверхности или окружающего пространства в непрерывном режиме, определения траектории его маршрута, скорости перемещения, времени нахождения в пути и т.д.
Следует отметить, что применение систем прецизионного точечного позиционирования в навигации морских дронов позволяет выполнение потенциально сложных для человека задач в научных, гражданских и военных целях. В океанологии, при проведении изыскательных работ по выявлению потенциала использования морских волн для строительства волновых электростанций, в поиске и оценке подводных месторождений и биоресурсов, в целях управления гражданскими и военными судами на маршрутах следования и портов, в технических средствах Гидрометцентра, в системе охраны акваторий занятыми гражданскими объектами - морские буровые платформы, припортовые сооружения, в технических средствах системы мониторинга морей и океанов Министерства обороны РФ, в технических средствах противолодочной обороны, в технических средствах автоматизированной системы охраны государственной границы морских территориальных вод, в технических средствах служащих «маркерами» для беспилотных судов, в технических средствах системы предупреждения цунами и других стихийных явлений, в технических средствах системы дистанционного выявления на дальних рубежах приближения (военных судов, дронов, роботов) условного противника, а также при создании высокоточного оружия флота.
Кроме того метод прецизионного точечного позиционирования, одновременно позволяет повысить информационную безопасность, в том числе и, в, части, качающейся изучения, освоения и использования Северного Ледовитого океана, береговых шельфов и приарктических территорий.
Таким образом, метод РРР - является одной из составляющих национальной безопасности и оказывает серьезное влияние на защищенность национальных интересов нашей страны.
Повышение интенсивности движения на морских путях, увеличивающиеся размеры судов, рост скоростей движения, плавание в сложных метеорологических условиях и другие причины делают проблему обеспечения безопасности мореплавания наиболее приоритетной и актуальной.
Анализ особенностей и структуры системы обеспечения безопасности мореплавания показал, что навигационное обеспечение с использованием систем прецизионного точечного позиционирования является наиболее значимым.
Вместе с тем, несмотря на то, что спутниковые радионавигационные системы стали основными средствами морской радионавигации, обеспечивая непрерывные высокочастотные определения места подвижных объектов на всей поверхности Земли и околоземном пространстве, возможности применения систем прецизионного точечного позиционирования в навигации морских дроновиспользуются не в полной мере.
Актуальность задач развития и внедрения методики РРР также подчёркивается тем фактом, что соответствующие работы ведутся в рамках федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы» (ФЦП ГЛОНАСС-2020). Возможность определения местоположения непосредственно в общеземной системе координат придаёт методике особую практическую значимость в свете перехода к использованию геоцентрических систем координат в качестве государственных.
Степень научной разработанности темы исследования. «Использование радиоволн в кораблевождении началось на рубеже XIX - XX вв., однако до середины прошлого века судовой радиопеленгатор оставался практически единственным техническим средством радионавигации на суднах морского флота. В период Второй мировой войны появились секторные радиомаяки, обеспечивающие пассивное определение пеленга с радиомаяка на судно с точностью до 0,1-0,3* на дистанциях до 1000 морских миль и более.
Настоящим революционным прорывом стали теоретические и экспериментальные разработки советских ученых Л.И. Мандельштама, Н.Д. Папалекси, Е.Я. Щеголева, Э.М. Рубчинского, которые в первой половине 30-х годов доказали (и подтвердили экспериментально) возможность определения места корабля по изменения разности фаз радиоволн, принимаемых от двух береговых станций с известными координатами. В 1936 г. Ими были созданы первые радионавигационные системы...
Третья четверть ХХ в. Стала эпохой развития и расцвета наземных РНС, построенных на различных принципах и обладавших различными технико-эксплуатационными характеристиками.».
Идея создания спутниковой навигации возникла в момент запуска в СССР первого искусственного спутника Земли, но разработка первых систем глобального позиционирования начались значительно позже в конце 60-х, начале 70-х гг прошлого столетия. Первоначально разработки велись исключительно для военных целей.
Метод прецизионного точечного позиционирования представляет собой новый метод, появившийся в 1990-х годах, и включает в себя использование измерений от одного приемника ГНСС для получения точного местоположения без использования измерений от опорных станций.
Вопросы возможности применения систем прецизионного точечного позиционирования в морской навигации привлекают в настоящее время большое внимание как отечественных, так и зарубежных ученых и специалистов-практиков.
В России работы по теме точного дифференциального позиционирования ведутся в рамках создания функциональных дополнений Единой системы координатно-временного и навигационного обеспечения (ЕС КВНО). Значительный вклад в формирование концепции ЕС КВНО внесли Ревнивых С. Г., Тестоедов Н. А., Данилюк А. Ю., Донченко С. И., Долгов Е. И., Демьянов Г. В., Макаренко Н. Л., Пешехонов В. Г., Красовский П. А., Бутенко В. В. и другие. Авторами работ на русском языке и переводов с английского, посвящённых дифференциальному методу в ГНСС, и в частности методике ТДП, являются Антонович К. М., Виноградов А. В., Войтенко А. В., Дворкин В. В., Глухов П. Б., Голубев А. Н., Жигулин А. Ю., Карутин С. Н., Першин Д. Ю., Подкорытов А. Н., Щербаков А. С. и другие. Значительный вклад в создание и развитие методики точного дифференциального позиционирования внесли следующие зарубежные авторы: Bisnath S. B., Burgan J., Collins P., Dodson A. H., Geng J., Hroux P., Jefferson D. C., Jekeli C., Kouba J., Lahaye F., Langley R. B., Laurichesse D., Teferle F. N., Watkins M. M., Webb F. H., Zumberge J. F. и другие. Несмотря на возросший интерес к данной теме и активизацию работ по совершенствованию методики ТДП, задача повышения оперативности определения местоположения остаётся актуальной.
Следует отметить, что в связи с тем, что данные технологии разрабатывались первоначально для применения в военной сфере идо настоящего времени являются технологиями двойного назначения, публикации этих исследований в открытых источниках информации допускаются выборочно и крайне редко.
Данная работа является комплексной. Структура комплексной работы представлена на рисунке 1.
Обоснование перспектив развития и применения морских дронов в условиях арктических акваторий.
Объектом исследования являются морские дроны.
Предмет исследования настоящей работы-системы позиционирования морских дронов.
Цель исследования- рассмотрение вопросов использования морских дронов в условиях арктических акваторий с применением систем прецизионного точечного позиционирования.
Для достижения данной цели в процессе исследования были решены следующие задачи:
- проведен анализ систем подводной навигации, применяемой в исследовательских и промышленных целях;
- исследованы вопросы применения системы прецизионного точечного позиционирования для определения местоположения автономных необитаемых подводных аппаратов;
- разработаны практические рекомендации по применению навигационных систем прецизионного точечного позиционирования в автономных необитаемых подводных аппаратах.
Методологическую основу исследования составили диалектический метод научного познания и общенаучные методы исследования: логической обработки материалов, статистический, системно-структурный, программно-целевой метод и др.
Теоретическая основа исследования. Общетеоретическую основу дипломного исследования составили монографии, учебные пособия, лекции, научные статьи, доклады, тезисы, диссертации ученых в области прецизионного точечного позиционирования в навигации и др.
Нормативно-правовой базой исследования послужили: Федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы», утвержденная постановлением Правительством Российской Федерации З марта 2012 года №189,законы и другие нормативные и правовые акты, регламентирующие эксплуатацию навигационных систем прецизионного точечного позиционирования.
Эмпирическую базу исследования составили:
- отчетные, информационно-аналитические и справочные материалы ВМФ России, Минобороны России, Федерального агентства морского и речного транспорта размещенные на их официальных сайтах;
- публикации:
1. Абрамов В.М., Попов Н.Н., Саноцкая Н.А., Шнеерсон Е.З., Соловаров Р., Кочешков Н.В., Кумпан С.А., Сальцберг Э.В., Попова А.Н., Трунин С.В. «Разработка и создание малобюджетных исследовательских подводных дронов».
2. Сальцберг Э.В., Кумпан С.А. «Исследование возможности применения систем прецизионного точечного позиционирования в навигации морских дронов».
Развитие современных технологий высокоточного спутникового позиционирования и появление нового поколения робототехники имеет множество потенциальных сфер применения и является одним из наиболее перспективных способов освоения и дальнейшего исследования, в первую очередь, Арктического региона, обеспечивающее завоевание лидирующего экономического положения в мире за счет повышения экономической эффективности подводных работ.
Рассматривая современное состояние и значение арктических перевозок, рост их роли и объема, в первую очередь, внутреннего грузооборота, увеличение численности торговых, рыболовецких, научно-исследовательских и военно-морских судов в данном регионе, необходимо отметить возрастающую зависимость арктического судоходства от информационных технологий и современных морских навигационных систем, а, следовательно, уязвимость информационной безопасности объектов морской техники и морской инфраструктуры.
В связи с чем, надёжная зашита арктических коммуникаций, в число которых входят морские транспортные средства и их оборудование, является одним из важных условий достижения успеха не только в области безопасности морской деятельности в Арктике.
В настоящее время, когда безопасность стала зависеть от всех составляющих ее элементов, когда нарушение к доступу одного из них, ведет к негативным последствиям для всей системы, огромную роль в развитии информационной безопасности играют не только программы и специальные информационные системы, непосредственно направленные на обеспечение необходимой конфиденциальности (защищенности от уничтожения, изменения, блокирования, а также иных несанкционированных действий), но и совершенствование навигационного обеспечения безопасности мореплавания на основе контроля точностных характеристик навигационно-информационной системы, т.е. применения систем прецизионного точечного позиционирования (определения точного местоположения) или иначе PrecisePointPositioning - дословно «позиционирование высокой точности» (далее - PPP).
Самопозиционирование подводного аппарата является особенно сложной задачей из-за отсутствия приема системы глобального позиционирования (GPS) или признаков в известных местоположениях, которые могли бы, в противном случае, быть использованы для вычисления координат. Таким образом, приложения автономных подводных аппаратов обычно требуют предварительного развертывания системы буев.
Наличие достоверной оценки своего местоположения имеет решающее значение для беспилотных аппаратов, поскольку неконтролируемые решения принимаются на основе оценки местоположения.
PPP является одним из методов получения высокоточных координат (в плане и по высоте) местности сантиметровой точности с помощью глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС),в основе которого лежит применение точных апостериорных параметров орбит (эфемерид) и поправок к спутниковым часам.
Одним из главных преимуществ которого является отсутствие затрат на размещение дополнительных базовых станций, что, применительно к Арктическому региону, позволит в несколько раз сократить расходы на его исследование.
Данный метод позволяет с помощью доступных технических средств, в том числе ориентированных на массовое применение (GPS-навигаторов), значительно повысить точность позиционирования местонахождения объекта в любой точке земной поверхности или окружающего пространства в непрерывном режиме, определения траектории его маршрута, скорости перемещения, времени нахождения в пути и т.д.
Следует отметить, что применение систем прецизионного точечного позиционирования в навигации морских дронов позволяет выполнение потенциально сложных для человека задач в научных, гражданских и военных целях. В океанологии, при проведении изыскательных работ по выявлению потенциала использования морских волн для строительства волновых электростанций, в поиске и оценке подводных месторождений и биоресурсов, в целях управления гражданскими и военными судами на маршрутах следования и портов, в технических средствах Гидрометцентра, в системе охраны акваторий занятыми гражданскими объектами - морские буровые платформы, припортовые сооружения, в технических средствах системы мониторинга морей и океанов Министерства обороны РФ, в технических средствах противолодочной обороны, в технических средствах автоматизированной системы охраны государственной границы морских территориальных вод, в технических средствах служащих «маркерами» для беспилотных судов, в технических средствах системы предупреждения цунами и других стихийных явлений, в технических средствах системы дистанционного выявления на дальних рубежах приближения (военных судов, дронов, роботов) условного противника, а также при создании высокоточного оружия флота.
Кроме того метод прецизионного точечного позиционирования, одновременно позволяет повысить информационную безопасность, в том числе и, в, части, качающейся изучения, освоения и использования Северного Ледовитого океана, береговых шельфов и приарктических территорий.
Таким образом, метод РРР - является одной из составляющих национальной безопасности и оказывает серьезное влияние на защищенность национальных интересов нашей страны.
Повышение интенсивности движения на морских путях, увеличивающиеся размеры судов, рост скоростей движения, плавание в сложных метеорологических условиях и другие причины делают проблему обеспечения безопасности мореплавания наиболее приоритетной и актуальной.
Анализ особенностей и структуры системы обеспечения безопасности мореплавания показал, что навигационное обеспечение с использованием систем прецизионного точечного позиционирования является наиболее значимым.
Вместе с тем, несмотря на то, что спутниковые радионавигационные системы стали основными средствами морской радионавигации, обеспечивая непрерывные высокочастотные определения места подвижных объектов на всей поверхности Земли и околоземном пространстве, возможности применения систем прецизионного точечного позиционирования в навигации морских дроновиспользуются не в полной мере.
Актуальность задач развития и внедрения методики РРР также подчёркивается тем фактом, что соответствующие работы ведутся в рамках федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы» (ФЦП ГЛОНАСС-2020). Возможность определения местоположения непосредственно в общеземной системе координат придаёт методике особую практическую значимость в свете перехода к использованию геоцентрических систем координат в качестве государственных.
Степень научной разработанности темы исследования. «Использование радиоволн в кораблевождении началось на рубеже XIX - XX вв., однако до середины прошлого века судовой радиопеленгатор оставался практически единственным техническим средством радионавигации на суднах морского флота. В период Второй мировой войны появились секторные радиомаяки, обеспечивающие пассивное определение пеленга с радиомаяка на судно с точностью до 0,1-0,3* на дистанциях до 1000 морских миль и более.
Настоящим революционным прорывом стали теоретические и экспериментальные разработки советских ученых Л.И. Мандельштама, Н.Д. Папалекси, Е.Я. Щеголева, Э.М. Рубчинского, которые в первой половине 30-х годов доказали (и подтвердили экспериментально) возможность определения места корабля по изменения разности фаз радиоволн, принимаемых от двух береговых станций с известными координатами. В 1936 г. Ими были созданы первые радионавигационные системы...
Третья четверть ХХ в. Стала эпохой развития и расцвета наземных РНС, построенных на различных принципах и обладавших различными технико-эксплуатационными характеристиками.».
Идея создания спутниковой навигации возникла в момент запуска в СССР первого искусственного спутника Земли, но разработка первых систем глобального позиционирования начались значительно позже в конце 60-х, начале 70-х гг прошлого столетия. Первоначально разработки велись исключительно для военных целей.
Метод прецизионного точечного позиционирования представляет собой новый метод, появившийся в 1990-х годах, и включает в себя использование измерений от одного приемника ГНСС для получения точного местоположения без использования измерений от опорных станций.
Вопросы возможности применения систем прецизионного точечного позиционирования в морской навигации привлекают в настоящее время большое внимание как отечественных, так и зарубежных ученых и специалистов-практиков.
В России работы по теме точного дифференциального позиционирования ведутся в рамках создания функциональных дополнений Единой системы координатно-временного и навигационного обеспечения (ЕС КВНО). Значительный вклад в формирование концепции ЕС КВНО внесли Ревнивых С. Г., Тестоедов Н. А., Данилюк А. Ю., Донченко С. И., Долгов Е. И., Демьянов Г. В., Макаренко Н. Л., Пешехонов В. Г., Красовский П. А., Бутенко В. В. и другие. Авторами работ на русском языке и переводов с английского, посвящённых дифференциальному методу в ГНСС, и в частности методике ТДП, являются Антонович К. М., Виноградов А. В., Войтенко А. В., Дворкин В. В., Глухов П. Б., Голубев А. Н., Жигулин А. Ю., Карутин С. Н., Першин Д. Ю., Подкорытов А. Н., Щербаков А. С. и другие. Значительный вклад в создание и развитие методики точного дифференциального позиционирования внесли следующие зарубежные авторы: Bisnath S. B., Burgan J., Collins P., Dodson A. H., Geng J., Hroux P., Jefferson D. C., Jekeli C., Kouba J., Lahaye F., Langley R. B., Laurichesse D., Teferle F. N., Watkins M. M., Webb F. H., Zumberge J. F. и другие. Несмотря на возросший интерес к данной теме и активизацию работ по совершенствованию методики ТДП, задача повышения оперативности определения местоположения остаётся актуальной.
Следует отметить, что в связи с тем, что данные технологии разрабатывались первоначально для применения в военной сфере идо настоящего времени являются технологиями двойного назначения, публикации этих исследований в открытых источниках информации допускаются выборочно и крайне редко.
Данная работа является комплексной. Структура комплексной работы представлена на рисунке 1.
Обоснование перспектив развития и применения морских дронов в условиях арктических акваторий.
Объектом исследования являются морские дроны.
Предмет исследования настоящей работы-системы позиционирования морских дронов.
Цель исследования- рассмотрение вопросов использования морских дронов в условиях арктических акваторий с применением систем прецизионного точечного позиционирования.
Для достижения данной цели в процессе исследования были решены следующие задачи:
- проведен анализ систем подводной навигации, применяемой в исследовательских и промышленных целях;
- исследованы вопросы применения системы прецизионного точечного позиционирования для определения местоположения автономных необитаемых подводных аппаратов;
- разработаны практические рекомендации по применению навигационных систем прецизионного точечного позиционирования в автономных необитаемых подводных аппаратах.
Методологическую основу исследования составили диалектический метод научного познания и общенаучные методы исследования: логической обработки материалов, статистический, системно-структурный, программно-целевой метод и др.
Теоретическая основа исследования. Общетеоретическую основу дипломного исследования составили монографии, учебные пособия, лекции, научные статьи, доклады, тезисы, диссертации ученых в области прецизионного точечного позиционирования в навигации и др.
Нормативно-правовой базой исследования послужили: Федеральная целевая программа «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы», утвержденная постановлением Правительством Российской Федерации З марта 2012 года №189,законы и другие нормативные и правовые акты, регламентирующие эксплуатацию навигационных систем прецизионного точечного позиционирования.
Эмпирическую базу исследования составили:
- отчетные, информационно-аналитические и справочные материалы ВМФ России, Минобороны России, Федерального агентства морского и речного транспорта размещенные на их официальных сайтах;
- публикации:
1. Абрамов В.М., Попов Н.Н., Саноцкая Н.А., Шнеерсон Е.З., Соловаров Р., Кочешков Н.В., Кумпан С.А., Сальцберг Э.В., Попова А.Н., Трунин С.В. «Разработка и создание малобюджетных исследовательских подводных дронов».
2. Сальцберг Э.В., Кумпан С.А. «Исследование возможности применения систем прецизионного точечного позиционирования в навигации морских дронов».
Цель работы выполнена - рассмотрено использование морских дронов в условиях арктических акваторий с применением систем прецизионного точечного позиционирования.
В процессе достижения цели получены следующие результаты.
1 Проведен анализ систем подводной навигации, применяемой в исследовательских и промышленных целях.
Системы подводной навигации АНПА используют три основных метода:
-мертвая учетная и инерциальная навигация - основана использовании инерциального навигационного оборудования, погрешности измерений этого метода монотонно возрастают и неограничены, но для эффективного использования этих устройств АНПА должен быть достаточно медленным
-акустическая навигация - основана на использовании акустических сигналов транспондера для АНПА для определения его положения. Наиболее распространенными методами являются длинный базовый уровень и ультракороткая базовая линия. Оба метода имеют ограниченный диапазон и требуют установки маяков, что является довольно сложной и дорогостоящей операцией
-метод геофизической навигации - основан на получении оценки положения с помощью наблюдаемых физических характеристик. Этот метод обеспечивает лучшую точность по сравнению с другими технологиями, но он требует дорогостоящих полезных нагрузок с высоким потреблением мощности. Кроме того, они больше подходят для миссий, выполняемых в ранее исследованных районах.
Элементы системы подводной навигации включают в себя: глубинный сенсор, магнитный компас, GPS-датчики и расходомер.
Системы надводной навигации используют в основном две системы позиционирования: ГЛОНАСС и GPS
Позиционирование с помощью ГНСС может быть выполнено одним из трех способов: точечным (абсолютным) позиционированием, дифференциальным (относительным) позиционированием или прецизионно точеным позиционированием.
2 Исследованы вопросы применения систем прецизионного точечного позиционирования для определения местоположения АНПА, которая будет зависеть от условий водных акваторий Баренцева моря.
Рассмотренная методология систем прецизионного точечного позиционирования показала, что для метода PPP точные решения поправок часов каждого передатчика ГНСС и орбитальных координат определяются с использованием глобальной сети опорных станций слежения и используются вместо бортовых эфемерид ГНСС.
Проблемами для систем PPP могут выступить не моделируемые источники ошибок, такие как тепловой шум, шум входной схемы приемника и многолучевость.
Рассмотренная кинематическая стратегия PPP с Сгрзупоказала что, данная стратегия итерирует обработанные решения о местоположении при изменении параметров конфигурации Gipsy для того, чтобы сойтись к оптимальному решению, которые свободны от выпадающих данных.
Для получения информации о положении под водой предложено объединить систему PPP с системой навигации и связи «Позиционер», разработанной концерном «Океанприбор».
3 Разработаны практические рекомендации по применению навигационных систем PPP в АНПА, которые включают в себя:
• Необходимость использования системы буев для постоянной и беспрерывной передачи информации.
• Подводную сеть, состоящую из любого типа АНПА и других различных сенсорных узлов.
• Использование акустических модемов, для создания подводных линий.
Для практического использования системы PPP рекомендуется использовать:
Программный комплекс NovAtelGrafNav/GrafNet;
ДвухчастотныйГНСС-приемникПоуа1е1 OEM-615;
Антенна NovAtelGPS-703 GGG
В процессе достижения цели получены следующие результаты.
1 Проведен анализ систем подводной навигации, применяемой в исследовательских и промышленных целях.
Системы подводной навигации АНПА используют три основных метода:
-мертвая учетная и инерциальная навигация - основана использовании инерциального навигационного оборудования, погрешности измерений этого метода монотонно возрастают и неограничены, но для эффективного использования этих устройств АНПА должен быть достаточно медленным
-акустическая навигация - основана на использовании акустических сигналов транспондера для АНПА для определения его положения. Наиболее распространенными методами являются длинный базовый уровень и ультракороткая базовая линия. Оба метода имеют ограниченный диапазон и требуют установки маяков, что является довольно сложной и дорогостоящей операцией
-метод геофизической навигации - основан на получении оценки положения с помощью наблюдаемых физических характеристик. Этот метод обеспечивает лучшую точность по сравнению с другими технологиями, но он требует дорогостоящих полезных нагрузок с высоким потреблением мощности. Кроме того, они больше подходят для миссий, выполняемых в ранее исследованных районах.
Элементы системы подводной навигации включают в себя: глубинный сенсор, магнитный компас, GPS-датчики и расходомер.
Системы надводной навигации используют в основном две системы позиционирования: ГЛОНАСС и GPS
Позиционирование с помощью ГНСС может быть выполнено одним из трех способов: точечным (абсолютным) позиционированием, дифференциальным (относительным) позиционированием или прецизионно точеным позиционированием.
2 Исследованы вопросы применения систем прецизионного точечного позиционирования для определения местоположения АНПА, которая будет зависеть от условий водных акваторий Баренцева моря.
Рассмотренная методология систем прецизионного точечного позиционирования показала, что для метода PPP точные решения поправок часов каждого передатчика ГНСС и орбитальных координат определяются с использованием глобальной сети опорных станций слежения и используются вместо бортовых эфемерид ГНСС.
Проблемами для систем PPP могут выступить не моделируемые источники ошибок, такие как тепловой шум, шум входной схемы приемника и многолучевость.
Рассмотренная кинематическая стратегия PPP с Сгрзупоказала что, данная стратегия итерирует обработанные решения о местоположении при изменении параметров конфигурации Gipsy для того, чтобы сойтись к оптимальному решению, которые свободны от выпадающих данных.
Для получения информации о положении под водой предложено объединить систему PPP с системой навигации и связи «Позиционер», разработанной концерном «Океанприбор».
3 Разработаны практические рекомендации по применению навигационных систем PPP в АНПА, которые включают в себя:
• Необходимость использования системы буев для постоянной и беспрерывной передачи информации.
• Подводную сеть, состоящую из любого типа АНПА и других различных сенсорных узлов.
• Использование акустических модемов, для создания подводных линий.
Для практического использования системы PPP рекомендуется использовать:
Программный комплекс NovAtelGrafNav/GrafNet;
ДвухчастотныйГНСС-приемникПоуа1е1 OEM-615;
Антенна NovAtelGPS-703 GGG