Спутниковые системы местоопределения автотранспорта

 

      3. Оптимальная структура спутниковых  систем местоопределения 

     автотранспорта 

     В настоящее время у многих ведомств и организаций возникает необходимость оперативного слежения за местоположением и состоянием подвижных объектов, а также передачи на них оперативной информации.

     Практически все заинтересованные диспетчерские  службы в настоящее время имеют  в своем распоряжении те или иные технические средства, позволяющие осуществлять контроль/слежение за передвижением своих объектов. Однако существующие средства не являются совершенными, обладают малой степенью автоматизации и имеют малую достоверность.

     В последние годы настоятельно ставится задача о внедрении новых надежных технических средств, которые позволили бы осуществлять автоматизированный сбор диспетчерской информации с подвижных объектов, а также передавать информацию на объекты. Технически эта задача может быть выполнена целым рядом средств, как традиционных, так и спутниковых. На практике, однако, ни одна из возможных систем так и не была реализована на территории России.

     Создание  такой системы позволит обеспечить автоматизированный сбор информации о  дислокации подвижных объектов, обслуживаемых в рамках данной системы вне зависимости от их местоположения на Земном шаре, т.е. в глобальном режиме. При этом средства системы будут автоматически вычислять географические координаты местоположения объектов и направлять их в соответствующие диспетчерские пункты пользователей. Информация может быть также запрошена с объекта по инициативе диспетчера из диспетчерского пункта и имеется возможность передать на объект необходимую информацию.

     Средства  системы позволяют не только решать коммерческие цели управления, но и обеспечат повышение безопасности движения объектов и будут способствовать охране человеческой жизни. Данные о дислокации аварийных объектов могут быть переданы в соответствующие поисково-спасательные службы.

     Изучения, проведенные в России показали, что имеются следующие основные категории потенциальных пользователей, заинтересованные в получении оперативной информации с подвижных и стационарных объектов:

     1. Администрации, эксплуатирующие  автомобильный транспорт.

     2. Организации, эксплуатирующие подвижной железнодорожный состав и специальные средства.

     3. Организации, эксплуатирующие подвижные  автомобильные объекты.

     4. Научные организации, проводящие  с помощью подвижных технических  средств изучение окружающего  пространства.

     5. Организации, эксплуатирующие магистральные трубопроводы и иные удаленные объекты.

     6. Предприятия топливно-энергетического  комплекса.

     7. Сельскохозяйственные предприятия.

     8. Коммерческие структуры.

     Анализ  требований потенциальных пользователей  к системам сбора оперативной  информации позволил выявить следующее:

     1. Необходимость автоматического  определения географического местоположения  объекта, не требующего вмешательства  оператора в работу оконечного  устройства. При этом требования  к точности определения местоположения  варьируются от нескольких метров до десятков километров. Некоторые категории объектов движутся по строго определенным маршрутам (поезда, автомобили), в то время, как другие имеют большую свободу перемещений.

     2. Требования к оперативности доставки  информации от оконечного устройства до пункта сбора данных пользователя изменяются от нескольких минут до нескольких часов.

     3. Количество определений - от нескольких  раз в месяц до нескольких  раз в час.

     4. Возможность передачи дополнительной  информации с подвижного объекта  и на объект. При этом выявлен достаточно широкий диапазон информации, подлежащей передачи.

     5. Наличие простых и недорого стоящих оконечных устройств пользователей, которые при необходимости могли бы работать от автономных источников питания.

     В использовании системы слежения за местоположением подвижных объектов проявили заинтересованность ряд ведомств и организаций (МВД, МПС и др.). Отдельно стоит отметить заинтересованность в приобретении средств мониторинга автотранспортными предприятиями.

     Система должна обеспечивать возможность слежения за передвижением ценных грузов, легкового автотранспорта и других подвижных объектов в реальном масштабе времени с точностью определения местоположения до 50 метров, а также получения от объектов аварийной информации.

     В состав системы должны входить главный и региональные диспетчерские центры, в которые информация от объектов должна поступать одновременно.

     Должна  быть предусмотрена возможность  запросов о местоположении и состоянии  объектов из диспетчерских центров, а также передача на них информации.

     Тип передаваемой информации - цифровой.

     Терминалы, устанавливаемые на подвижные объекты, должны быть устойчивы к вибрационным воздействиям, иметь малые габариты, вес (не более 1 - 1,5 кг) и энергопотребление. Электропитание должно осуществляться от автономного источника.

     Необходимо  предусмотреть возможность автоматического  срабатывания терминалов в аварийных  ситуациях.

     Терминалы должны обеспечивать бесперебойную  работу в диапазоне температур от - 50 до +50 °С при влажности воздуха при 30 °С - 99%.

     Антенны терминалов должны иметь малые габариты и обеспечивать бесперебойную связь  при скорости ветра до 30 м/сек. 
 

 

      4. Спутниковая радионавигационная система Глонасс 

     4.1 Общие сведения  о системе 

     Отечественная сетевая среднеорбитальная СРНС ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система) предназначена для непрерывного и высокоточного определения пространственного (трехмерного) местоположения, вектора скорости движения, а также времени космических, авиационных, морских и наземных потребителей в любой точке Земли или околоземного пространства. В настоящее время она состоит из трех подсистем:

     подсистема  космических аппаратов (ПКА), состоящая  из навигационных спутников ГЛОНАСС  на соответствующих орбитах;

     подсистема  контроля и управления (ПКУ), состоящая из наземных пунктов контроля и управления;

     аппаратуры  потребителей (АП).

     Считается, что возможности существенного  повышения точности навигационных  определений связаны с созданием  глобальной системы отсчета, использующей самоопределяющиеся навигационно-геодезические спутники без привлечения измерений с поверхности Земли.

     Система ГЛОНАСС с полностью развернутой  группировкой НС характеризуется вероятностью обеспечения навигационных определений не хуже 0,947 в непрерывном навигационном поле. Точностные характеристики определения плановых координат, высоты и времени равны соответственно 30 м, 30 м и 1 мкс, а доступность системы - 0,98).

     Информация, передаваемая потребителям ГЛОНАСС  в составе служебной информации конкретного НС, содержит координаты фазового центра передающей антенны данного НС в геоцентрической системе координат. Эта система координат также как и принятая в СРНС СРS система координат WGS-84 относится к декартовым системам типа ЕСЕР (Еаrth-сеntеred Еаrth-fixed, т.е. начало координат расположено в центре масс Земли и направления осей связаны с Землей). До 1993 г. в СРНС ГЛОНАСС использовалась система координат СГС-85.

     Частотно-временное  обеспечение реализуется системой синхронизации ГЛОНАСС, которая  обеспечивает формирование единой системной шкалы времени, синхронизацию БШВ (бортовых шкал времени) каждого с СШВ. расчет частотно-временных поправок (ЧВП). определение расхождения СШВ относительно шкалы Государственного эталона координированного всемирного времени UТС (SU), расчет поправок к СШВ, закладку поправок на борт НС (дважды в сутки) для передачи их потребителям в составе навигационного сообщения.

     Частотно-временные  поправки рассчитывают на каждом витке  НС в виде двух параметров линейной аппроксимации расхождения БШВ  относительно НС на тридцати - (шестидесяти) минутном интервале и закладываются  дважды в сутки (ориентировочно каждые 12 ч) на борт каждого НС.

     Шкала времени каждого спутника ГЛОНАСС  может эпизодически подвергаться коррекции  с целью того, чтобы отличие  этой шкалы от шкалы времени центрального хронизатора не превышало + 1 нс. В  этом случае и течение времени, необходимого наземному комплексу для проведения сверки и формирования поправок, в навигационном сообщении передаются признаки, запрещающие использование лого спутника для целей навигации.

     Шкала системного времени в ГЛОНАСС  корректируется одновременно с коррекциями  на целое число секунд шкал UТС (SU), проводимыми Службой Всемирного времени. Коррекции шкал UTС необходимы для их согласования с астрономической шкалой UT1 всемирного времени. Указанная коррекция СШВ ГЛОНАСС осуществляется в 00 ч 00 мин 00 с в полночь с 30 июня на 1 июля или с 31 декабря на 1 января. О планируемом проведении секундной коррекции СШВ ГЛОНАСС сообщается заблаговременно.

     Наземный  сегмент системы ГЛОНАСС - подсистема контроля и управления, предназначена  для контроля правильности функционирования, управления и информационного обеспечения сети спутников системы ГЛОНАСС, состоит из следующих взаимосвязанных стационарных элементов: центр управления системой ГЛОНАСС; центральный синхронизатор; контрольные станции; система контроля фаз; квантооптические станции; аппаратура контроля поля.

     Наземный  сегмент выполняет следующие  функции:

     проведение  траекторных измерений для определения  и прогнозирования и непрерывного уточнения параметров орбит всех спутников;

     временные измерения для определения расхождения  бортовых шкал времени всех спутников с системной шкалой времени ГЛОНАСС, синхронизация спутниковой шкалы времени с временной шкалой центрального синхронизатора и службы единого времени путем фазирования и коррекции бортовых шкал времени спутников;

     формирование  массива служебной информации (навигационных сообщений), содержащего спрогнозированные эфемериды, альманах и поправки к бортовой шкале времени каждого спутника и другие данные, необходимые для формирования навигационных кадров;

     передача (закладка) массива служебной информации, в память ЭВМ каждого спутника и контроль за его прохождением;

     контроль  по телеметрическим каналам за работой  бортовых систем спутников и диагностика  их состояния;

     контроль  информации в навигационных сообщениях спутника, прием сигнала вызова ПКУ;

     управление полетом спутников и работой их бортовых систем путем выдачи на спутники временных программ и команд управления; контроль прохождения этих данных; контроль характеристик навигационного поля;

     определение сдвига фазы дальномерного навигационного сигнала спутника по отношению к фазе сигнала центрального синхронизатора;

     планирование  работы всех технических средств  ПКУ, автоматизированная обработка  и передача данных между элементами ПКУ.

     Центр управления системой соединен каналами автоматизированной и неавтоматизированной связи, а также линиями передачи данных со всеми элементами ПКУ, планирует и координирует работу всех средств ПКУ на основании принятого для ГЛОНАСС ежесуточного режима управления спутниками в рамках технологического цикла управления. При этом ЦУС собирает и обрабатывает данные для прогноза эфемерид и частотно-временных поправок, осуществляет с помощью, так называемого, баллистического центра расчет и анализ пространственных характеристик системы, анализ баллистической структуры и расчет исходных данных для планирования работы элементов ПКУ.

     Контрольные станции (станции управления, измерения  и контроля или наземные измерительные  пункты) по принятой схеме радиоконтроля  орбит осуществляют сеансы траекторных  и временных измерений, необходимых  для определения и прогнозирования пространственного положения спутников и расхождения их шкал времени с временной шкалой ГЛОНАСС, а также собирают телеметрическую информацию о состоянии бортовых систем - спутников. С их помощью происходит закладка в бортовые ЭВМ спутников массивов служебной информации (альманах, эфемериды, частотно-временные поправки и др.), временных программ и оперативных команд для управления бортовыми системами