Особенности передачи корректирующей информации в локальных дифференциальных подсистемах

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы анализа поправок, передаваемых в морских локальных дифференциальных подсистемах.

Ключевые слова: контрольно корректирующая станция, спутниковая радионавигационная система, радиомаяк, дифференциальная подсистема.

Annotation

Andryushechkin Y.N., Karetnikov V.V., Rydukh S.V.

FEATURES OF THE TRANSFER OF CORRECTING INFORMATION IN THE LOCAL DIFFERENTIAL SUBSYSTEMS.

In article questions of the analysis of amendments transferred in sea local differential subsystems are considered.

Key words: control and correction station, satellite radio navigating system, Satellite radio navigating system, radiorange, differential subsystem.

Морские локальные дифференциальные подсистемы (ЛДПС) водного транспорта предназначены для выполнения навигационных местоопределений с повышенной точностью. Как правило, необходимость определения места судна с повышенной точностью имеет место при плавании и маневрировании в стесненных условиях и районах с высокой интенсивностью судоходства. Использование ЛДПС для нужд водного транспорта позволяет значительно повысить уровень безопасности плавания в таких районах. ЛДПС спутниковых радионавигационных систем (СРНС) второго поколения ГЛОНАСС/GPS способны формировать сплошное радионавигационное поле ДП в радиусе до 500 морских миль от ККС. В основном ЛДПС строятся на базе одной ККС [1].

Современные ЛДПС можно разделить на следующие классы:

• · морские ЛДПС для обеспечения мореплавания в проливных зонах, узких местах и акваториях портов и гаваней в соответствии с требованиями ИМО (Международной Морской Организации);
• · авиационные ЛДПС для обеспечения захода на посадку;
• · ЛДПС для геодезических, землемерных и других специальных работ.

Морские ЛДПС (Рис. 1) предназначены для обеспечения корректирующей информацией и информацией о целостности в основном морских судов и поэтому размещаются вдоль береговой линии материков и по берегам крупных внутренних водоемов. Морские ЛДПС размещены, в частности, в США (практически по всему побережью), по периметру о. Исландия, по побережью Италии и других стран Европы.

Оценки навигационных параметров этого типа являются, как правило, интерполяционными. Они могут быть получены путем обработки результатов предварительных наблюдений на интервале [0, T] процессов ?(t) либо {?i} с помощью соотношений математической статистики, позволяющих найти важнейшие числовые характеристики процесса — выборочные математическое ожидание, дисперсию, корреляционную функцию.

Обратимся вначале к случаю, когда на интервале [0, T] в сечении t=tk известны результаты наблюдения N реализаций? i (t) процесса ?(t) (Рис. 1.).

(1).

Тогда искомая оценка навигационного параметра есть выборочное математическое ожидание, равное.

(2).

Дисперсия оценки является выборочной дисперсией.

(3).

где ?i (tк+1) — выборочное значение j — й реализации процесса в сечении t=tk+1.

— оценка навигационного параметра в этом сечении.

Надежность обслуживания и доступность составят соответственно более 0,9997 и 0,998 при времени предупреждения об отказе лучше 10 с. Для морских ЛДПС самым экономичным решением является использование в качестве ЛПД всенаправленных средневолновых радиомаяков, работающих в диапазоне от 283,5 до 325,0 кГц. При этом применяется манипуляция с минимальным фазовым сдвигом (MSK). Возможная скорость передачи данных — от 25 до 100 бит/с. [1,2].

В случае передачи поправок для ГЛОНАСС скорость передачи составляет 25 бит/с, при работе с GPS без селективного доступа и с селективным доступом скорости передачи составляют соответственно 50 и 100 бит/с. Такая манипуляция не мешает выполнению основной задачи РМ — определению направления. Всенаправленные средневолновые радиомаяки (РМ) обеспечивают дальность действия до 200 км.

Для помехоустойчивого кодирования используются корректирующие коды Рида-Соломона. Основным недостатком выбранной ЛПД, тем не менее, является ее подверженность помехам, например, из-за разрядов статического электричества в осадках (дождь, снег и т. п.).

Корректирующая информация морских ЛДПС передается в соответствии с общепринятым стандартом RTCM SC-104, разработанным первоначально для GPS Специальным комитетом 104 радиотехнической комиссии по мореплаванию США и поддержанном МАМС (Международной ассоциацией маячных служб). Версия 2.3 этого стандарта создана для того, чтобы учесть и использование дифференциального режима ГЛОНАСС.

Формат RTCM SC-104 предусматривает использование 30-битовых слов; из них 24 бита являются информационными, следующие за ними 6 бит — контрольные. Каждое сообщение имеет заголовок из двух слов, следующие за ним слова передаваемых данных специфичны для каждого конкретного типа сообщения.

Поправки и неоперативная вспомогательная информация передаются в качестве непрерывного потока сообщений, состоящих из отдельных информационных кадров.

Одно сообщение включает (N+2) слова. Сообщения с данными ГЛОНАСС сгруппированы в блок из 7 типов (табл. 1).

Таб. 1. Основные сообщения ЛДПС СРНС ГЛОНАСС/GPS.

Формат и содержание сообщений о поправках ГЛОНАСС идентичны формату и содержанию соответствующих сообщений GPS, однако имеются некоторые отличия, связанные с несколько иной структурой координат и временной шкалы ГЛОНАСС, а также с содержанием информационных кадров навигационного сообщения ГЛОНАСС. [3].

Имеются также отличия в заголовках сообщений. Сообщение 31 (N>1) содержит корректирующие поправки для всех «видимых» КА. В отличие от сообщения 31 сообщение 34 содержит поправки лишь для подгруппы из этих «видимых» КА, общим числом не более 9. Сообщение 32 содержит информацию о координатах ККС в системе ПЗ-90. Формат и содержание этого сообщения идентичны сообщению 3 для GPS, но координаты в сообщении 3 представлены в системе WGS-84. Сообщение 34 (Т=0 или 1) используется для вспомогательных целей (обеспечения непрерывности передачи); например, когда ККС не готова послать другую информацию, для синхронизации в некоторых специфических случаях и т. д. Сообщение 35 предусмотрено для радиомаяков, передающих поправки для ГЛОНАСС, и содержит информацию о местонахождении, частоте несущей и зоне действия радиомаяка (РМ). Оно используется для того, чтобы облегчить восприятие сигнала радиомаяка потребителем.

Координаты РМ передаются в системе координат ПЗ-90. Каждый РМ передает также информацию о двух или трех близлежащих РМ сети. Зона действия РМ характеризуется расстоянием от РМ, на котором отношение сигнал/помеха в полосе сигнала превышает 7 дБ в 99,9 процентах времени данного сезона. РМ идентифицируется в соответствии с положениями МАМС.

Сообщение типа 36 идентично сообщению типа 16, но информация о безопасности навигации будет передаваться как на русском, так и на английском языках. Частота передачи сообщений различных типов указана в таблице 2.

Таб. 2. Частота передачи сообщений ЛДПС ГЛОНАСС/GPS.

В случае кратковременного отсутствия поправок для любой системы и информации об отказе ККС и РМ будет передаваться сообщение типа 6 (34) (N<2) или сообщение 16 (36) с указанием вида отказа в заголовке. Одновременно информация об отказе РМ и ККС будет передаваться близлежащим РМ посредством сообщений типа 7 (35). В результате время между обнаружением отказа и передачей предупреждения о нем не превысит 10 с.

В показанном исполнении дифференциальный режим работы СНС позволяет пользователям успешно решать ряд навигационных задач, где в качестве основных, с учетом специфики внутреннего водного транспорта можно выделить:

• · обеспечение высокоточного судовождения на внутренних водных путях (реках, озерах и водохранилищах);
• · рыбный промысел в прибрежных водах, узких местах и в районах со сложной навигационной обстановкой;
• · высокоточный промер глубин в прибрежных водах и узких местах;
• · точное выставление и контроль за местоположением плавучих средств навигационного ограждения, как на море, так и на реках и в узких местах.

Опыт (качество приема сигнала) При работе по сигналам Шепелево на частоте 311.0 кГц в течение натурных исследований в реперной точке с координатами ?=59°54.60562N и ?=030°14.91734E прием сигнала был не хуже СС=34, при соотношении сигал/шум выше SNR= 10 дБ В таких условиях при определении точности местоопределений с учетом соотношений (1−3) определили, что при использовании системы GPS в дифференциальном режиме получился рис. 1.

дифференциальный водный навигационный.

Рис. 1. GPS в дифференциальном режиме

При совместном использовании систем ГЛОНАСС и GPS в дифференциальном режиме получили результат, представленный на Рис. 2.

Точность определения статических координат, которая для случая на Рис. 1 (rms2D) составила 6,754 м. по высоте (rmsH) составила 6,155 м.

В тоже время при использовании совместного режима ГЛОНАСС/GPS и корректирующей информации Рис. 2 точность составила (rms2D) 4,807 м.

Рис. 2. ГЛОНАСС/GPS в дифференциальном режиме.

В результате эксперимента видно, что использование совместного режима позволило повысить точность навигационных определений при вероятности 95% составило 2,696 м., что приводит к повышению точности в нашем случае практически на 22%.

Таким образом, испытания показали, что использование дифференциального режима на ВВП позволяет значительно увеличить точность навигационных местоопределений что несомненно положительным образом скажется на безопасности судоходства при использовании инструментального метода навигации, качества мониторинга и управления транспортным процессом на ВВП России.

• 1. Каретников В. В., Сикарев А. А. Топология дифференциальных полей и дальность действия контрольно-корректирующих станций высокоточного местоопределения на внутренних водных путях. СПб СПГУВК 2008, 353 с.
• 2. Каретников В. В., Ракитин В. Д., Сикарев А. А. Автоматизация судовождения СПб СПГУВК 2007, 265 с.
• 3. Стандарт, RTCM 10 402.3 версия 2.3 разработанная специальным комитетом Радио Технической Комисси Морских Сервисов (RTCM104) 20.08.2011 г.