🗊Презентация Модернизация Глобальной Навигационной Спутниковой Системы (ГНСС)

Модернизация Глобальной Навигационной Спутниковой Системы (ГНСС) ГУМРФ им. адм. С.О.Макарова, Маринич А.Н.

ГНСС Варианты: GPS + ГЛОНАСС GPS + ГЛОНАСС + Галилео GPS + Галилео ГЛОНАСС + Галилео GPS + ГЛОНАСС + Loran C + ЧАЙКА GNSS + Дифференциальные подсистемы

Модернизация GPS Основные направления модернизации системы следующие: исключение режима SA (избирательный доступ); использование частоты L2 для гражданских потребителей; использование частоты L5 для гражданской авиации; увеличение излучаемой мощности КА; использование новых видов М-кодов для санкционированных военных потребителей; увеличение сроков службы КА; увеличение числа КА в созвездии (до 36); включение в состав космического созвездия геостационарных или низкоорбитальных спутников; автономное эфемеридно-временное обеспечение КА; увеличение числа контрольно-измерительных пунктов в наземном сегменте; увеличение частоты загрузки данных эфемеридно-временного обеспечения на КА; непрерывный мониторинг целостности системы; уменьшение стоимости и увеличение надежностно—точностных характеристик аппаратуры потребителей.

Применяемые решения Использование специального алгоритма автономного контроля целостности систем (RAIM) для определения номеров неработающих спутников (6 спутников) Включение в состав космического сегмента GPS геостационарных спутников

Применяемая аппаратура ежегодно производят более 1 млн. приемников рынок оборудования для различных областей применения GPS оценивался в 8,5 млрд. долл. США в 2000 г.

Состояние группировки GPS на 11.09.14 г. по анализу альманаха, принятого в Информационно-аналитическом центре ЦНИИмаш

УЯЗВИМОСТЬ ПРИЕМНИКОВ GPS Уязвимость приемников GPS от наличия целостности системы (18 часов в год на спутник) Уязвимость приемников GPS от состояния ионосферы (до 20 м, двухчастотный режим) Уязвимость приемников GPS к неумышленным помехам (1 вт – 10 км) Уязвимость приемников GPS к умышленным помехам Уязвимость приемников GPS от других электронных средств, работающих в диапазоне УВЧ (ГЛОНАСС, Галилео, суд. УКВ) Уязвимость приемников GPS при планируемом выводе системы из строя (зональная работа системы) Комбинирование причин и др.

ПЛАН ВОССТАНОВЛЕНИЯ И МОДЕРНИЗАЦИИ ГЛОНАСС Для глобального обеспечения должны быть сформированы три орбиты с общим числом спутников не менее 18.

Государственная долгосрочная программа по восстановлению и модернизации системы ГЛОНАСС

Состав спутниковой группировки ГЛОНАСС на 11.09.14 г.

ЕВРОПЕЙСКАЯ СИСТЕМА ГАЛИЛЕО в 1999 г. начата разработка Европейской космической системы ГАЛИЛЕО комбинацию глобальной спутниковой системы местоопределения и мобильной связи, включая стандарты сотовой связи GSM, UMTS

Режимы работы системы ГАЛИЛЕО режим общего доступа (General Purpose) - каждый, имеющий приемник системы ГАЛИЛЕО; коммерческий режим (Commercial) дополнительные услуги за плату (доступ с использованием ключей), возможно получить: сертификацию гарантированной работы; предупреждение о целостности системы; сигналы точного времени; данные модели ионосферных задержек; дифференциальные поправки и др. коммунальный режим (Public-Utility).

Характеристики системы Погрешность местоположения 8 м в пространстве, 4 м – на плоскости, скорости - 20 см/с, времени - 0,1 с... 50 нс Стоимость разработки ГАЛИЛЕО совместно с EGNOS оценивается в 3250 млн.евро Расходы на эксплуатацию систем EGNOS и ГАЛИЛЕО составят, соответственно, 25 млн. и 250 млн.евро Ввод в эксплуатацию системы ГАЛИЛЕО возможен к 2012 г.

Compass (Beidou 2) Спутниковая группировка: 5 спутников на геостационарной орбите (ГСО), 3 спутника в трех плоскостях (высота 36000 км, наклонение 55 град) и 27 спутников в трех плоскостях на средних орбитах (высота 21500 км, наклонение 55 град). Всего 35 спутников.

Аппаратура потребителей независимые навигационные определения по сигналам ГЛОНАСС, GPS, ГАЛИЛЕО, Китайской системы КОМПАС; совместное использование систем использование широкозонных дифференциальных систем WAAS, EGNOS, MSAS, GAGAN (Индия), СДКМ (Россия) (СДКМ – Система Дифференциальной Коррекции и Мониторинга).

СДКМ – Система Дифференциальной Коррекции и Мониторинга Состав: центр управления; сеть опорных измерительных станций; подсистема доведения корректирующей информации до потребителей; наземные закладочные станции; подсистема информационного обмена.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОДСИСТЕМЫ ДГНСС (ГНСС=GPS+ГЛОНАСС+ГАЛИЛЕО) Система ГНСС должна обеспечивать (ИМО А.815(19)): - в первой зоне (открытое море и прибрежные воды) точность судовождения не хуже 4% от расстояния до ближайшей навигационной опасности с максимумом 4 мили при наибольшем времени от момента последней обсервации; - во второй зоне (подходы к портам и портовые воды, а также уcкости, в которых ограничена свобода маневрирования судов) погрешность определения координат места должна быть менее 10 м с вероятностью 0,95 (δ < 5 м). - задержка в оповещении выхода из строя ИСЗ системы ГНСС должна быть менее 10с.

Виды дифференциальных подсистем ГНСС подразделяются на: - локальные дифференциальные подсистемы на базе круговых радиомаяков; - локальные дифференциальные подсистемы на базе наземных станций автоматической идентификационной (информационной) системы (АИС); - региональные дифференциальные подсистемы на основе объединения в общую цепь локальных дифференциальных подсистем и передачи поправок и альманаха цепи в СВ диапазоне; - региональные дифференциальные подсистемы на основе сети наземных контрольных пунктов и передачи поправок и альманаха сети с помощью системы связи ИНМАРСАТ-С; - квазиглобальная дифференциальная система на основе широкозонных дифференциальных систем с передачей поправок с помощью геостационарных спутников с форматом сигналов GPS; - глобальная дифференциальная система на основе широкозонных дифференциальных систем с передачей поправок с помощью низкоорбитальных спутниковых систем связи.

Локальные дифференциальные подсистем ДГНСС на базе круговых радиомаяков Контрольно-корректирующие станции передают поправки в СВ диапазоне волн. Дальность действия в пределах 100...300 км. Информация в стандарте RTCM-104 версия 2.0. В DGPS используются кадры 1, 2, 3, 5, 6, 7, 16 типов, в ДГЛОНАСС - кадры 31, 32, 33, 34, 35, 36 типов. в DGPS координаты контрольных пунктов в WGS-84, а в ДГЛОНАСС - в ПЗ-90.

Планируемое размещение контрольно-корректирующих станций

Морские станции дифференциальных поправок ККС на январь 2010 года : Финский залив (маяк Шепелевский); Новороссийская на мысе Дооб; Темрюкская на РЦ ГМССБ Темрюк; Туапсинская ККС на мысе Кодош; подходах к портам Балтийск и Калининград, в порту Балтийск; Астраханская , пост №2 Волго-Каспийского канала; Каспийская, п. Махачкала; Баренцева моря, п-ов Рыбачий, маяк Цып-Наволок; Архангельская , маяк Мудьюгский. Залив Петра Великого, мыс Поворотный; маяк Ван-дер-Линда; п. Петропавловск Камчатский; Сахалинская , в п. Корсаков; на острове Олений; на р. Енисей, Липатниковский перекат; на мысе Стерлигова. о-в. Столбовой, о. Каменка, мыс Андрея.

Локальная дифференциальная подсистема на базе наземных станций АИС Наземная станция АИС в ОВЧ диапазоне передает циркулярное сообщение № 17. В соответствии с RTCM-104 вер. 2.0, передаются дифференциальные поправки. По запросу судовой станции (сообщение № 15) в циркулярном сообщении № 17 содержатся данные для работы судовых приемников в дифференциальном режиме Дальность действия около 80 км при высоте установки антенны 100 м

Станции ККИ на базе Loran-C, Чайка Поправки передаются на частоте 100 кГц. Радиус действия 1000 км от одной станции. Скорость передачи данных 70, 175 бит/с. Информация передается в последних шести импульсах систем Loran-C/Чайка. Точность определения места будет составлять около 5 м. Опытная станция в г. Брянск. Погрешность определения места на расстоянии 1000 км - составила 3,37 м (2 СКО), на расстоянии 500 км - составила 2,48 м.

Региональные дифференциальные подсистемы ГНСС на основе объединения в общую цепь локальных дифференциальных подсистем и передачи поправок и альманаха цепи в СВ-диапазоне Три сети контрольных пунктов по Атлантическому (13), Юго-Восточному (7) и Тихоокеанскому (8) побережьям США. Сеть в районе Великих озер США (10 ККС) Передается информация о десяти ближайших ККС

Региональная дифференциальная подсистема ГНСС на основе сети наземных контрольных пунктов и передачи поправок, и альманаха сети с помощью системы связи ИНМАРСАТ-С Подсистема DGPS StarFix (фирма Fugro) - 60 ККС охватывает район радиусом до 2000 км. Район охвата - все континенты за исключением части Африки и азиатской части России. Поправки и альманах сети передаются четырьмя геостационарными ИСЗ на частотах ИНМАРСАТ-С в диапазоне частот 1626,5... 1646,5 МГц, скорость передачи данных 1200 бит/с. Информация передается в стандарте RTCM-104 версия 2.0. Для передачи используются кадры 1. 3, 16 типов, цикл передачи данных ~ 3 с. Прием поправок производится с помощью СЗС ИНМАРСАТ-С Региональная подсистема DGPS SkyFix предназначена для обслуживания районов, в которых ведется добыча, использование, наблюдение и исследование природных ресурсов. Фирма Racal Survey Limited арендует каналы передачи на четырех спутниках систем связи ИНМАРСАТ-С

Квазиглобальная дифференциальная система на основе широкозонных дифференциальных систем с передачей поправок с форматом сигналов GPS с помощью геостационарных спутников WAAS (США) EGNOS (Россия, Германия) МТSAS (Япония) GAGAN (Индия) СДКМ (Россия)

Глобальная дифференциальная система ГНСС на основе широкозонных дифференциальных систем с передачей поправок с помощью низкоорбитальных спутниковых систем связи Использование низкоорбитальных спутниковых систем связи, например, ГЛОБАЛСТАР, для передачи поправок широкозонных систем позволит обеспечить глобальные местоположения судов с высокой точностью без исключения северных и южных широт выше 75°С Использование альтернативных систем ТУРАЙЯ, АЙКО, ИРИДИУМ, АРГОС, ОРБКОММ, ГОНЕЦ

Производители оборудования

Точности систем Суммарная погрешность измерения квазидальности GPS без учета ионосферной погрешности - 2,5 м Суммарная погрешность измерения квазидальности при работе приемников в дифференциальном режиме - 2,28 м Среднеквадратическая погрешность измерения квазидальности ГАЛИЛЕО – 2,5 м Среднеквадратическая погрешность измерения квазидальности ГЛОНАСС (на начальной стадии после развертывания системы) - 5,0 м Суммарная погрешность измерения квазидальности при работе в широкозонных системах WAAS, EGNOS, MSAS, GAGAN, СДКМ - 1,6 м

Новая космическая навигационная система XNAV (X-ray Source-based Navigation for Autonomous Position Determination) - система мгновенного позиционирования (для спутников), в которой в качестве источников сигналов будет использоваться рентгеновское излучение пульсаров; - роль спутников в будущем будут выполнять высокостабильные сигналы рентгеновских пульсаров.