Старчиков спутниковая аэронавигация, страница 2

Референц-эллипсоид. Эллипсоид вращения принятых размеров, определенным образом установленный в теле Земли.

Система управления полетом (FMS). Комплексная система, которая включает в себя бортовой датчик, приемник и вычислитель с базой навигационных данных и данных о летно-технических характеристиках воздушного судна и выдает данные о характеристиках и наведении RNAV на дисплей и для ввода в автоматическую систему управления полетом.

Спутниковая система функционального дополнения (SBAS). Система функционального дополнения с широкой зоной действия, в которой пользователь принимает дополнительную информацию непосредственно от спутникового передатчика.

Стандартная служба определения местоположения. Навигационные сигналы, предоставляемые гражданским пользователям и обеспечиваемые спутниковой системой Соединенных Штатов GPS (в отличие от служб точного определения местоположения (PPS), предназначенных для военных целей).

Точность. Степень соответствия расчетного или измеренного значения истинному значению.

Псевдодальность. Расстояние от пользователя до спутника плюс погрешность, вносимая независимым смещением начала отсчета времени в часах пользователя. При наличии сигналов четырех спутников можно вычислить и местоположение, и эту погрешность. Если известно смещение часов пользователя, то для вычисления местоположения достаточно сигналов трех спутников.

Псевдоспутник. Наземное функциональное дополнение GNSS, которое обеспечивает передачу на радиочастотах спутниковых сигналов GNSS дополнительного навигационного сигнала, используемого для измерения дальности. Помимо этого, данное функциональное дополнительное средство может обеспечивать передачу дифференциальных поправок GNSS.

Угол маски. Фиксированный угол возвышения относительно горизонта пользователя, ниже которого спутники игнорируются программным обеспечением приемника. Углы маски применяются в основном при анализе характеристик GNSS и используются в некоторых моделях приемников. Угол маски определяется характеристиками приемника, мощностью передаваемого сигнала при малых возвышениях, чувствительностью приемника и допустимыми при малых возвышениях ошибками.

Целостность. Способность системы выдавать пользователю своевременное предупреждение в тех случаях, когда ее нельзя использовать для навигации.

Эксплуатационная готовность. Эксплуатационная готовность навигационной системы характеризуется долей времени в процентах, в течение которого можно пользоваться предоставляемыми ею видами обслуживания. Эксплуатационная готовность является показателем способности системы обеспечить использование предоставляемого ею обслуживания в установленной зоне действия. Эксплуатационная готовность сигнала характеризуется долей времени в процентах, в течение которого можно использовать навигационные сигналы, передаваемые внешними источниками. Она является функцией как физических характеристик окружающей среды, так и технических возможностей передающих средств.

1. Аббревиатура

ВС - воздушное судно

ИКАО - международная организация гражданской авиации

ИСЗ - искусственный спутник Земли

СНС - спутниковая навигационная система

ПИ СНС - приемоиндикатор спутниковых навигационных систем

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СНС

1. Современные СНС

Глобальная спутниковая навигационная система (GNSS) основана на использовании GPS и ГЛОНАСС. Эти навигационные системы представляют собой автономные среднеорбитные спутниковые системы определения местоположения, позволяющие с высокой точностью определять пространственные координаты подвижных и неподвижных объектов на поверхности Земли и в околоземном пространстве, а также осуществлять точную координацию времени.

Навигационная система GPS была разработана военно-космическими силами США главным образом для обеспечения военной навигации и для наведения средств доставки оружия. Для создания космического сегмента GPS первый запуск навигационного спутника был произведен ракетой носителем Delta-2 c космодрома на мысе Canaveral 28 февраля 1978 г. До 1985 г. было запущено еще 11 спутников. В 1989г после второй серии запусков на орбите в составе космического сегмента GPS уже находилось 24 действующих спутника: 21 рабочий и 3 резервных.

Спутники расположены на 6 орбитах, плоскости которых наклонены под углом 55⁰ к плоскости экватора и на каждой орбите находятся 4 спутника. Орбиты разнесены вдоль экватора с интервалом 60⁰ таким образом, что с любой точки Земли обеспечивается постоянное наблюдение одновременно от 4 до 8 спутников с углом возвышения над горизонтом более 15⁰.

GPS была введена в действие в 1994 году.

Навигационная система ГЛОНАСС создана Министерством обороны РФ для военных целей и не отвечает в полной мере требованиям гражданской авиации. Создание космического сегмента ГЛОНАСС началось с контрольного запуска 10 декабря 1982 г. с космодрома Байконур ракетоносителем «Протон», который вывел на орбиту 3 искусственных спутника серии «Космос» (15). В составе космического сегмента ГЛОНАСС находится также 24 спутника: 21 рабочий и 3 резервных.

Спутники равномерно распределены на 6 орбитах, плоскости которых наклонены под углом 64,8⁰ к плоскости экватора и на каждой орбите находятся 8 спутников. Орбиты разнесены вдоль экватора с интервалом 120⁰. Большой угол наклонения орбит ГЛОНАСС делает более предпочтительным использование этой системы в полярных широтах.

ГЛОНАСС введена в действие в 1996 году.

В связи с недостаточным финансированием космическая группировка ГЛОНАСС функционирует в неполном составе уже в течение продолжительного времени.

Спутники системы GPS и ГЛОНАСС расположены практически на круговых орбитах таким образом, что в любой точке Земли в поле зрения всегда одновременно находятся от 4 до 8 спутников с углом возвышения над горизонтом более 15⁰.

Навигационные системы GPS и ГЛОНАСС состоят из трех основных сегментов:

1. Управляющий (наземный) сегмент. Состоит из нескольких станций и наземных антенн.

2. Космический сегмент. Состоит из 24 спутников.

3. Сегмент пользователей. Состоит из неограниченного количества приемников, которые принимают сигналы от спутников и производят расчеты текущих координат и других навигационных параметров.

Для гражданских пользователей GPS предусмотрено стандартное определение местоположения с использованием грубого кода в режиме селективного доступа (S/A) и без этого режима. Для более точного определения местоположения воздушного судна (МВС) предусмотрено использование точного кода.

1. Основные технические данные СНС

Основные технические данные GPS и ГЛОНАСС приведены в табл. 2.1. [1,2,3]

Таблица 2.1

Сравнительные характеристики GPS и ГЛОНАСС

Однако предполагается, что во время национальных чрезвычайных ситуаций Министерство обороны США может воспользоваться своим контролем над GPS, т.е. не дать гражданским пользователям доступа к сигналу или уменьшить сигнал так, что навигационная система не сможет обеспечивать гражданскую авиацию.

1. Преимущества и недостатки СНС

Спутниковые навигационные системы обладают рядом преимуществ по сравнению с действующими радиотехническими системами (РТС) навигации. К основным преимуществам спутниковой навигации следует отнести обеспечение точной и надежной 4-х мерной навигации во всех районах и на всех высотах полета ВС и, как следствие:

• снижение риска катастроф, связанного с неточностью информации о местоположении ВС, особенно в тех районах (высотах) полета ВС, где использование действующих средств невозможно или экономически нецелесообразно;

• использование единого средства навигации для обеспечения всех этапов полета ВС, включая точные заходы на посадку на необорудованные аэродромы;

• возможность реализации автоматического зависимого наблюдения, обеспечит повышение пропускной способности при сокращении продольных и боковых интервалов разделения ВС в тех районах, где организация наблюдения при использовании радиолокационных станций невозможна или экономически нецелесообразна;

• повышение гибкости и экономичности полетов ВС при высокой точности самолетовождения и использовании зональной навигации за счет сокращения полетного времени и экономии топлива;

• снижение затрат на обслуживание воздушного движения при списании парка действующих средств навигации и посадки и на эксплуатацию ВС путем замены разнотипного бортового оборудования едиными средствами.

Однако длительная эксплуатация GPS и ГЛОНАСС показала, что спутниковым навигационным системам свойственны следующие недостатки [4]:

• чувствительность к непреднамеренным помехам, вызванными атмосферными эффектами;

• блокировка сигнала при затенении антенны элементами конструкции воздушного судна во время выполнения эволюций;

• чувствительность к преднамеренным помехам, которые могут ограничивать область обслуживания;

• недостаточная точность при использовании для целей точного захода на посадку.

Приведенные выше недостатки могут быть устранены при использовании различного рода функциональных дополнений. Существуют три категории функциональных дополнений: бортовые, наземные и спутниковые.

1. Стратегия ИКАО в области развития аэронавигации при использовании СНС

В течение последних лет происходит активное внедрение спутниковых навигационных систем для решения задач зональной навигации на различных этапах полёта. В перспективе СНС постепенно заменит все наземные навигационные системы и станет единственным средством, обеспечивающим навигацию на всём протяжении маршрута.