Сравнительный анализ СНС ГЛОНАСС и NAVSTAR(GPS)
|
Введение 5
1 Спутниковые навигационные системы 8
1.1 Исторический обзор развития спутниковых навигационных систем 8
1.2 Принцип действия спутниковых навигационных систем 11
1.3 Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС 19
1.4 Спутниковая навигационная система NAVSTAR(GPS) 28
2 Сравнительный анализ СНС ГЛОНАСС и NAVSTAR(GPS) 33
2.1 Характеристики спутниковых приемоиндикаторов 37
2.1.1 Спутниковый приемоиндикатор GPS «Simrad GN33» 38
2.1.2 Спутниковый приемоиндикатор СНС ГЛОНАСС 39
2.2 Погрешности возникающие при определении координат 43
2.3 Экспериментальное сравнение точности обсерваций 44
2.4 Анализ точности определения места судна с помощью навигационных спутников ГЛОНАСС/GPS 47
2.5 Оценка эффективности использования СНС ГЛОНАСС и НАВСТАР по обеспечению безопасности мореплавания 50
3 Разработка рекомендаций по повышению эффективности совместного использования СНС ГЛОНАСС и NAVSTAR 53
4 Охрана труда и экологическая безопасность 60
Заключение 65
Список используемых источников 68
1 Спутниковые навигационные системы 8
1.1 Исторический обзор развития спутниковых навигационных систем 8
1.2 Принцип действия спутниковых навигационных систем 11
1.3 Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС 19
1.4 Спутниковая навигационная система NAVSTAR(GPS) 28
2 Сравнительный анализ СНС ГЛОНАСС и NAVSTAR(GPS) 33
2.1 Характеристики спутниковых приемоиндикаторов 37
2.1.1 Спутниковый приемоиндикатор GPS «Simrad GN33» 38
2.1.2 Спутниковый приемоиндикатор СНС ГЛОНАСС 39
2.2 Погрешности возникающие при определении координат 43
2.3 Экспериментальное сравнение точности обсерваций 44
2.4 Анализ точности определения места судна с помощью навигационных спутников ГЛОНАСС/GPS 47
2.5 Оценка эффективности использования СНС ГЛОНАСС и НАВСТАР по обеспечению безопасности мореплавания 50
3 Разработка рекомендаций по повышению эффективности совместного использования СНС ГЛОНАСС и NAVSTAR 53
4 Охрана труда и экологическая безопасность 60
Заключение 65
Список используемых источников 68
Реферат
Настоящая дипломная работа содержит пояснительную записку на 69 печатных листах, 11 таблиц, 7 рисунков, источников литературы из 18 наименований.
В данной дипломной работе рассматриваются две спутниковые системы, обеспечивающие безопасность мореплавания. С целью детальной проработки темы диплома была собрана, систематизирована и представлена в электронном виде вся учебная, справочная и специальная литература на сегодняшний день и в пояснительной записке приводится:
- исторический обзор развития спутниковых навигационных систем;
- принцип действия спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и NAVSTAR (GPS);
- характеристики спутниковых приемоиндикаторов СНС ГЛОНАСС и GPS «Simrad GN33»;
- анализ точности определения места судна с помощью навигационных спутников ГЛОНАСС/GPS;
- оценка эффективности использования СНС ГЛОНАСС и НАВСТАР по обеспечению безопасности мореплавания;
- рекомендации по повышению эффективности совместного использования СНС ГЛОНАСС и NAVSTAR.
В дополнительном разделе дипломной работы описаны вопросы охраны труда и экологической безопасности.
Результаты этой работы могут быть применены в качестве материала лекций для курсантов, студентов-заочников судоводительской специальности и плавсостава морских судов.
Введение
Надежное навигационное обеспечение судов имеет важное значение для безопасности их плавания, эффективной эксплуатации и предотвращения экологических бедствий. Специфика работы морского, речного и рыбопромыслового флотов определяет необходимость применения таких средств радионавигации и радиосвязи, которые с минимумом затрат обеспечили бы удовлетворение современных и перспективных требований, предъявляемых потребителями в любом районе Земного шара.
Относительно требований к точности определения координат, существуют требования Международной Морской Организацией (ИМО) сформулированные в 1983 году в Резолюции А.529(13), содержащей стандарты точности судовождения, удовлетворяющие нужды общей навигации. При этом районы плавания для судов, следующих со скоростью до 30 узлов, подразделяются на две основные зоны: открытое море и прибрежные районы и подходы к портам и портовые воды в которых ограничена свобода маневрирования судов.
В первой зоне точность судовождения должна быть не хуже 4% от расстояния до ближайшей навигационной опасности, с максимумом в 4 мили при наибольшем допустимом интервале времени от момента последнего местоопределения.
Во второй зоне точность регламентируется принятой в 1995 году Резолюцией ИМО А.815(19) по Всемирной Радионавигационной Системе (ВРНС) и эта точность не должна быть хуже 10 м с вероятностью 95%.
Информация о местоположении судна должна обновляться с интервалом не более 10 с. Однако, если информация о местоположении судна используется для непосредственного управления судном, или в электронных картах судовых электронных картографических систем, то в этих случаях обновление информации должно осуществляться с интервалом не более 2 с. С технической точки зрения созданные системы местоопределения Глонасс и Navstar(GPS) являются уникальными научно-техническими комплексами, обеспечивающими в настоящее время наибольшую точность глобальной временной и координатной привязки абонентов. Однако это стало возможным благодаря применению в бортовых радиотехнических комплексах ИСЗ наиболее передовых достижений в области квантовых стандартов частоты и созданию соответствующих систем баллистического обеспечения. Применяемые в настоящее время в этих системах радиосигналы обеспечивают необходимый уровень предельной точности проведения измерений координат. Можно утверждать, что основой навигационно-временного обеспечения потребителей всех видов на ближайшие десятилетия явятся именно сетевые СНС Navstar (GPS) и Глонасс при использовании в штатном и дифференциальном режимах работы. Основными достоинствами этих систем при использовании сигналов стандартной точности в штатном режиме работы являются глобальность рабочей зоны, высокие доступность, точность и надежность при непрерывности навигационных определений. Погрешности определения местоположения СНС Глонасс и Navstar (GPS) при использовании сигналов стандартной точности в штатном режиме не превышают соответственно 45 м и 100 м, а в дифференциальном режиме – 10 м с вероятностью 95%. Исходя из перспективных возможностей СНС, связанных с совместным использованием систем Глонасс и Navstar (GPS), а также вводом в эксплуатацию функциональных дополнений СНС, обеспечивающих улучшение основных характеристик СНС за счет реализации дифференциального режима и специальных систем контроля работоспособности СНС и оперативной передачи данных о целостности, указанные системы смогут удовлетворить основные требования морских потребителей к будущей глобальной навигационной спутниковой системе. Находящиеся в эксплуатации спутниковые навигационные системы Глонасс и GPS в 1996 году были одобрены ИМО в качестве компонентов Всемирной радионавигационной системы. При одобрении систем Глонасс и Навстар (GPS) ИМО отметила недостатки:
- неспособность каждой из них обеспечить в штатном режиме точность, не-обходимую для безопасной навигации судов на подходах к портам и в других водах, в которых свобода маневрирования ограничена;
- их неспособность в данное время обеспечивать оперативное оповещение потребителей о нарушениях в работе систем или их элементов, которые происходят пока довольно часто.
Целью дипломного проекта является сравнительный анализ работы СНС Глонасс и Навстар в точности определения местоположения судна, используя судовые спутниковые приемоиндикаторы GPS/Глонасс.
Настоящая дипломная работа содержит пояснительную записку на 69 печатных листах, 11 таблиц, 7 рисунков, источников литературы из 18 наименований.
В данной дипломной работе рассматриваются две спутниковые системы, обеспечивающие безопасность мореплавания. С целью детальной проработки темы диплома была собрана, систематизирована и представлена в электронном виде вся учебная, справочная и специальная литература на сегодняшний день и в пояснительной записке приводится:
- исторический обзор развития спутниковых навигационных систем;
- принцип действия спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и NAVSTAR (GPS);
- характеристики спутниковых приемоиндикаторов СНС ГЛОНАСС и GPS «Simrad GN33»;
- анализ точности определения места судна с помощью навигационных спутников ГЛОНАСС/GPS;
- оценка эффективности использования СНС ГЛОНАСС и НАВСТАР по обеспечению безопасности мореплавания;
- рекомендации по повышению эффективности совместного использования СНС ГЛОНАСС и NAVSTAR.
В дополнительном разделе дипломной работы описаны вопросы охраны труда и экологической безопасности.
Результаты этой работы могут быть применены в качестве материала лекций для курсантов, студентов-заочников судоводительской специальности и плавсостава морских судов.
Введение
Надежное навигационное обеспечение судов имеет важное значение для безопасности их плавания, эффективной эксплуатации и предотвращения экологических бедствий. Специфика работы морского, речного и рыбопромыслового флотов определяет необходимость применения таких средств радионавигации и радиосвязи, которые с минимумом затрат обеспечили бы удовлетворение современных и перспективных требований, предъявляемых потребителями в любом районе Земного шара.
Относительно требований к точности определения координат, существуют требования Международной Морской Организацией (ИМО) сформулированные в 1983 году в Резолюции А.529(13), содержащей стандарты точности судовождения, удовлетворяющие нужды общей навигации. При этом районы плавания для судов, следующих со скоростью до 30 узлов, подразделяются на две основные зоны: открытое море и прибрежные районы и подходы к портам и портовые воды в которых ограничена свобода маневрирования судов.
В первой зоне точность судовождения должна быть не хуже 4% от расстояния до ближайшей навигационной опасности, с максимумом в 4 мили при наибольшем допустимом интервале времени от момента последнего местоопределения.
Во второй зоне точность регламентируется принятой в 1995 году Резолюцией ИМО А.815(19) по Всемирной Радионавигационной Системе (ВРНС) и эта точность не должна быть хуже 10 м с вероятностью 95%.
Информация о местоположении судна должна обновляться с интервалом не более 10 с. Однако, если информация о местоположении судна используется для непосредственного управления судном, или в электронных картах судовых электронных картографических систем, то в этих случаях обновление информации должно осуществляться с интервалом не более 2 с. С технической точки зрения созданные системы местоопределения Глонасс и Navstar(GPS) являются уникальными научно-техническими комплексами, обеспечивающими в настоящее время наибольшую точность глобальной временной и координатной привязки абонентов. Однако это стало возможным благодаря применению в бортовых радиотехнических комплексах ИСЗ наиболее передовых достижений в области квантовых стандартов частоты и созданию соответствующих систем баллистического обеспечения. Применяемые в настоящее время в этих системах радиосигналы обеспечивают необходимый уровень предельной точности проведения измерений координат. Можно утверждать, что основой навигационно-временного обеспечения потребителей всех видов на ближайшие десятилетия явятся именно сетевые СНС Navstar (GPS) и Глонасс при использовании в штатном и дифференциальном режимах работы. Основными достоинствами этих систем при использовании сигналов стандартной точности в штатном режиме работы являются глобальность рабочей зоны, высокие доступность, точность и надежность при непрерывности навигационных определений. Погрешности определения местоположения СНС Глонасс и Navstar (GPS) при использовании сигналов стандартной точности в штатном режиме не превышают соответственно 45 м и 100 м, а в дифференциальном режиме – 10 м с вероятностью 95%. Исходя из перспективных возможностей СНС, связанных с совместным использованием систем Глонасс и Navstar (GPS), а также вводом в эксплуатацию функциональных дополнений СНС, обеспечивающих улучшение основных характеристик СНС за счет реализации дифференциального режима и специальных систем контроля работоспособности СНС и оперативной передачи данных о целостности, указанные системы смогут удовлетворить основные требования морских потребителей к будущей глобальной навигационной спутниковой системе. Находящиеся в эксплуатации спутниковые навигационные системы Глонасс и GPS в 1996 году были одобрены ИМО в качестве компонентов Всемирной радионавигационной системы. При одобрении систем Глонасс и Навстар (GPS) ИМО отметила недостатки:
- неспособность каждой из них обеспечить в штатном режиме точность, не-обходимую для безопасной навигации судов на подходах к портам и в других водах, в которых свобода маневрирования ограничена;
- их неспособность в данное время обеспечивать оперативное оповещение потребителей о нарушениях в работе систем или их элементов, которые происходят пока довольно часто.
Целью дипломного проекта является сравнительный анализ работы СНС Глонасс и Навстар в точности определения местоположения судна, используя судовые спутниковые приемоиндикаторы GPS/Глонасс.
Заключение
В данной дипломной работе произведен сравнительный анализ работы спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и НАВСТАР, которые широко применяются для обеспечение безопасности морского судоходства.
Совместное использование для навигации двух систем ГЛОНАСС и GPS дает пользователям дополнительные преимущества, главными из которых являются повышение достоверности навигационного определения за счет увеличения числа доступных спутников в зоне радиовидимости потребителя. Целый ряд предпосылок существенно облегчает интеграцию двух систем, в частности, приводя лишь к незначительному усложнению и удорожанию комбинированных приемников ГЛОНАСС – GPS. К таким предпосылкам можно отнести:
• схожесть принципов синхронизации и измерения навигационных па-раметров;
• малое различие в используемых системах координат;
• близкий частотный диапазон;
• общность принципов баллистического построения;
• готовность правительств России и США предоставить системы для использования различными потребителями мирового сообщества.
В настоящее время на базе систем ГЛОНАСС/NAVSTAR предполагается создание Единой глобальной системы координатно-временного обеспечения (ЕС КВО). Синхронизация излучения всех радионавигационных средств с помощью единого спутникового приемника будет способна объединить частные радионавигационные поля в Единое радионавигационное поле, что позволит более гибко предоставлять навигационно-временное обеспечение различным потребителям в необходимых районах.
В первой главе дипломной работы был произведен обзор и анализ различных литературных источников. В ней даны краткие сведения о спутниковых навигационных системах, возможности решения задач навигации и судовождения с помощью спутниковых навигационных систем. Результатом выполнения этой главы явилась систематизация знаний в данной области. Стали чётко понятными задачи дипломной работы.
Во второй главе был выбран наиболее подходящий для поставленной задачи метод. Таким методом является сравнительный анализ СНС Глонасс и Навстар. Подверглись рассмотрению различные виды аппаратуры потребителя системы Глонасс и Навстар. Определены погрешности, влияющие на определение координат судна при использовании спутниковых навигационных систем. Произведены экспериментальные сравнения точности обсерваций, используя приемники Глонасс и Навстар. Сформулирована оценка эффективности использования СНС Глонасс и Навстар в обеспечении безопасности мореплавания.
В третьей главе приведены рекомендации по повышению эффективности совместного использования СНС с учетом экспериментальных сравнений точности обсерваций. Было предложено устройство, обеспечивающее прием навигационных сигналов одновременно от СНС Глонасс и Навстар. Была проанализирована и выбрана структурная схема спутникового приемоиндикатора. Доказана эффективность использования совмещенного приемника Глонасс/Навстар в судовом навигационном комплексе для обеспечения безопасности морского судоходства.
На основании вышеизложенного в дипломной работе:
- произведен сравнительный анализ работы СНС Глонасс и Навстар;
- выявлены недостатки раздельного использования СНС в обеспечении безопасности мореплавания;
- предложены рекомендации и методы практического решения совместного использования СНС Глонасс и Навстар в современном судоходстве.
В данной дипломной работе произведен сравнительный анализ работы спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и НАВСТАР, которые широко применяются для обеспечение безопасности морского судоходства.
Совместное использование для навигации двух систем ГЛОНАСС и GPS дает пользователям дополнительные преимущества, главными из которых являются повышение достоверности навигационного определения за счет увеличения числа доступных спутников в зоне радиовидимости потребителя. Целый ряд предпосылок существенно облегчает интеграцию двух систем, в частности, приводя лишь к незначительному усложнению и удорожанию комбинированных приемников ГЛОНАСС – GPS. К таким предпосылкам можно отнести:
• схожесть принципов синхронизации и измерения навигационных па-раметров;
• малое различие в используемых системах координат;
• близкий частотный диапазон;
• общность принципов баллистического построения;
• готовность правительств России и США предоставить системы для использования различными потребителями мирового сообщества.
В настоящее время на базе систем ГЛОНАСС/NAVSTAR предполагается создание Единой глобальной системы координатно-временного обеспечения (ЕС КВО). Синхронизация излучения всех радионавигационных средств с помощью единого спутникового приемника будет способна объединить частные радионавигационные поля в Единое радионавигационное поле, что позволит более гибко предоставлять навигационно-временное обеспечение различным потребителям в необходимых районах.
В первой главе дипломной работы был произведен обзор и анализ различных литературных источников. В ней даны краткие сведения о спутниковых навигационных системах, возможности решения задач навигации и судовождения с помощью спутниковых навигационных систем. Результатом выполнения этой главы явилась систематизация знаний в данной области. Стали чётко понятными задачи дипломной работы.
Во второй главе был выбран наиболее подходящий для поставленной задачи метод. Таким методом является сравнительный анализ СНС Глонасс и Навстар. Подверглись рассмотрению различные виды аппаратуры потребителя системы Глонасс и Навстар. Определены погрешности, влияющие на определение координат судна при использовании спутниковых навигационных систем. Произведены экспериментальные сравнения точности обсерваций, используя приемники Глонасс и Навстар. Сформулирована оценка эффективности использования СНС Глонасс и Навстар в обеспечении безопасности мореплавания.
В третьей главе приведены рекомендации по повышению эффективности совместного использования СНС с учетом экспериментальных сравнений точности обсерваций. Было предложено устройство, обеспечивающее прием навигационных сигналов одновременно от СНС Глонасс и Навстар. Была проанализирована и выбрана структурная схема спутникового приемоиндикатора. Доказана эффективность использования совмещенного приемника Глонасс/Навстар в судовом навигационном комплексе для обеспечения безопасности морского судоходства.
На основании вышеизложенного в дипломной работе:
- произведен сравнительный анализ работы СНС Глонасс и Навстар;
- выявлены недостатки раздельного использования СНС в обеспечении безопасности мореплавания;
- предложены рекомендации и методы практического решения совместного использования СНС Глонасс и Навстар в современном судоходстве.