Спутниковые системы обеспечения безопасности мореплавания

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ  І НАУКИ УКРАЇНИ

Херсонська державна морська академія

Морський коледж

Судноводійне відділення

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

   «Спутниковые системы обеспечения                    безопасности мореплавания»

 

 

 

 

Виконав:

 курсант К-124 групи

Чумак М.О.

 

 

 

 

Херсон 2014

 

                                          Введение.

 

Надежное навигационноинформационное 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. 
  

В данном реферате рассматриваются спутниковые системы, обеспечивающие безопасность мореплавания - автоматическая информационная (идентификационная) система (АИС), спутниковая радионавигационная система NAVSTAR (Navigation System using Timing And Ranging), GPS (Global Positioning System), "Глонасс" (Россия), а также перспективы развития ГЛОНАСС как Единой глобальной системы координатно-временного обеспечения (ЕС КВО).

 

 

 

1. Из истории развития отечественной спутниковой радионавигационной системы.

 

Развитие отечественной спутниковой радионавигационной системы (СРНС) ГЛОНАСС имеет уже практически сорокалетнюю историю, начало которой положено, как чаще всего считают, запуском 4 октября 1957г. в Советском Союзе первого в истории человечества искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Научные основы низкоорбитальных СРНС были существенно развиты в процессе выполнения исследований по теме "Спутник" (1958—1959 гг.). Основное внимание при этом уделялось вопросам повышения точности навигационных определений, обеспечения глобальности, круглосуточности применения и независимости от погодных условий.

Проведенные работы позволили перейти в 1963г. к опытно-конструкторским работам над первой отечественной низкоорбитальной системой, получившей в дальнейшем название "Цикада".

В 1979г. была сдана в эксплуатацию навигационная система 1-го поколения "Цикада" в составе 4-х навигационных спутников (НС), выведенных на круговые орбиты высотой 1000 км, наклонением 83° и равномерным распределением плоскостей орбит вдоль экватора. Она позволяет потребителю в среднем через каждые полтора-два часа входить в радиоконтакт с одним из НС и определять плановые координаты своего места при продолжительности навигационного сеанса до 5 - 6 мин.

Была отработана специальная схема проведения измерений параметров орбит средствами наземно-комплексного управления, разработаны методики прогнозирования.

Проведены работы по уточнению координат измерительных средств. В результате точность передаваемых в составе навигационного сигнала собственных эфемерид была повышена практически на порядок и составляет в настоящее время на интервале суточного прогноза величину » 70 - 80м, а среднеквадратическая погрешность определения морскими судами своего местоположения уменьшилась до 80 - 100м.

• ЭФЕМЕРИДЫ (в астрономии) - координаты небесных светил, параметры орбит спутников  и другие переменные астрономические величины, вычисленные для ряда последовательных моментов времени и сведенные в таблицы.

Для оснащения широкого класса морских потребителей разработаны и серийно изготавливаются комплектации приемоиндикаторной аппаратуры "Шхуна" и "Челн". В дальнейшем спутники системы "Цикада" были дооборудованы приемной измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствие объектов, которые оснащаются специальными радиобуями, излучающими сигналы бедствия на частотах 121 и 406 Мгц. Эти сигналы принимаются спутниками системы "Цикада" и ретранслируются на специальные наземные станции, где производится вычисление точных координат аварийных объектов (судов, самолетов и др.).

Дооснащенные аппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники "Цикада" образуют системы "Коспас". Совместно с американо-франко-канадской системой "Сарсат" они образуют единую службу поиска и спасения, на счету которой уже несколько тысяч спасенных жизней.

Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации. Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потребителей: авиации, морского флота, наземных транспортных средств и космических кораблей.

В 1995 г. было завершено развертывание СРНС ГЛОНАСС до ее штатного состава (24 НС). В настоящее время предпринимаются большие усилия по поддержанию группировки. Разработаны самолетная аппаратура АСН-16, СНС-85, АСН-21, наземная аппаратура АСН-15 (РИРВ), морская аппаратура "Шкипер" и "Репер" (РНИИ КП) и др.

Основным заказчиком и ответственным за испытания и управление системами являются Военно-космические силы РФ.

2. Основные требования к глобальной навигационной спутниковой системе.

Резолюции ИМО А.815(19) 1995 года установила требования к перспективной глобальной навигационной спутниковой системе (ГНСС) для обеспечения безопасности мореплавания и эффективного и надежного использования ее координатно-временной информации при плавании во всех районах мирового океана, включая узости, подходы к портам, реки и портовые воды (см. таблицу).

Таблица. Перечень минимальных требований морских потребителей к ГНСС 
 
                     Параметры                                                          Требование 
 
Точность системыв определении местоположения 
принимающей антенны: 
- Абсолютная точность;                                                                 - 10 м (95%) 
- Повторяемая точность;                                                               - 14 м (95%) 
 
Целостность системы: 
- время предупреждения о нарушении работы системы;                 10 сек 
- пороговое значение нарушения:                                                   25 м (величина 
                                                                                                      ухудшения точности) 
 
Доступность службы:                                                                  99,8% (за 30 дней работы) 
- пороговое значение качества работы:                                          непреднамеренные 
                                                                                                       перерывы не должны 
                                                                                                             превышать 3 сек. 
 
Надежность службы                                                                   99,97% (за 1 год работы)

Зона действия службы                                                               глобальная

Частота обновления обсервации системы                               по крайней мере  
                                                                                                              каждые 2 сек. 
 
Пропускная способность службы                                              неограниченная   

 

 

   В настоящее  время наиболее полно удовлетворяют  требованиям к навигационному  обеспечению cудоходства СНС 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, а в дифференциальном режиме - возможность повышения точности и надежности навигационных определений в рабочей зоне дифференциальной подсистемы. Погрешности определения местоположения СНС Глонасс и GPS при использовании сигналов стандартной точности в штатном режиме не превышают соответственно 45м и 100м, а в дифференциальном режиме - 10м с вероятностью 95%. Исходя из перспективных возможностей СНС, связанных с совместным использованием систем Глонасс и 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 г. были одобрены ИМО в качестве компонентов Всемирной радионавигационной системы. При одобрении систем Глонасс и GPS ИМО отметила недостатки:

• неспособность каждой из них обеспечить в штатном режиме точность, необходимую для безопасной навигации судов на подходах к портам и в других водах, в которых свобода маневрирования ограничена.
• другой отмеченный недостаток этих систем связан с их неспособностью в данное время обеспечивать оперативное оповещение потребителей о нарушениях в работе систем или их элементов, которые происходят пока довольно часто.

 
   

Наиболее рациональным путем устранения указанных недостатков и улучшения основных характеристик систем Глонасс и GPS, необходимых для расширения их функциональных возможностей, является применение дифференциального режима работы этих систем, что позволяет добиться повышения точности, надежности и эффективности радионавигационного обеспечения в рабочих зонах дифференциальных подсистем СНС. 
  

Морские дифференциальные подсистемы СНС должны работать непрерывно и возможность получения надежных навигационных определений в реальном масштабе времени с интервалами не более 5-10 с. Погрешности определения места увеличиваются с увеличением расстояния от опорной станции и старением дифференциальных поправок, но они не должны превышать 10м в рабочей зоне с вероятностью 0,95. 

Предлагаемое оснащение опорными дифференциальными станциями позволит удовлетворить не только потребности 
общего мореплавания, но и нужды речников, рыбаков, гидрографов и промысловиков, для которых особо важными являются районы Баренцева и Карского морей, прибрежные воды Сахалина и северная часть Каспийского моря, а также районы внутренних водных путей.

 
   В феврале 1998 г. на мысе Шепелевский в Финском заливе была введена в опытную эксплуатацию первая российская контрольно - корректирующая станция дифференциальной подсистемы СНС. 

 

 

 

 

   На основе  использования высокоточных средств спутниковой навигации ИМО предполагает осуществить широкое внедрение на морском флоте следующих перспективных систем судовождения: 
   - авторулевых, обеспечивающих управление по траектории; 
   - электронных картографических систем (ЭКС); 
   - автоматических информационных систем (АИС). 
   Оснащение ими морских судов предусмотрено проектом новой Главы 5 Международной Конвенции по охране человеческой жизни на море (Конвенции СОЛАС), которая действует с 2000 года. 
  

 

3. Автоматическая информационная (идентификационная) система.

 

Особый интерес для меня среди этих средств имеет автоматическая информационная (идентификационная) система (АИС), которая предназначена:

 
           - для обмена навигационными данными между судами при их  

расхождении в море;

           - для передачи данных о судне и его грузе в береговые службы (БС)

              при его плавании в районах с обязательным оповещением; 
          - для передачи с судна навигационных данных в береговую СУДС для

             обеспечения более точной и надежной его проводки в зоне действия

             системы. 
  

Согласно Главе 5 Конвенции СОЛАС судовое оборудование АИС (транспондеры) внедряется как обязательное на судах вместимостью свыше 5000т, перевозящих опасные грузы, с 2000г. Одновременно идет оснащение наземным оборудованием АИС районов с обязательным оповещением - (Датские проливы, Английский канал, район Австралийского Барьерного рифа, подходы к некоторым портам США и другие районы). Национальные власти отдельных государств могут установить такое оборудование в любых районах своего побережья для контроля за судоходством в прибрежных водах страны и вводить в них зоны обязательного оповещения. 
  

 С 1 июля 2002 года введено обязательное оснащение транспондерами АИС всех морских судов вместимостью 300 рег.т. и более. В соответствие с положениями новой Главы 5 национальные Администрации смогут обязать устанавливать такие транспондеры и на судах меньшего размера для контроля за ними при их плавании вблизи берегов. 
   Учитывая, что одной из функций АИС является обеспечение безопасного расхождения, то следовательно транспондерами необходимо будет оснащать не только транспортные суда, но и все другие плавающие в море рыболовные суда, военно-морские и пограничные корабли. 
     В мае 1998 г. ИМО принята Рекомендация (MSC.74/69), cодержащая технико - эксплуатационные требования к универсальным транспондерам.

 Указанная  судовая аппаратура должна быть  способна по запросу другого  транспондера, размещенного на другом  судне или на берегу, передать  по выделенному каналу УКВ-связи данные о своем судне (его позывные, тип судна и его размеры), навигационные параметры (местоположение судна, время, курс, путь и скорость относительно грунта, состояние судна, его осадку и другие характеристики), данные о рейсе судна (характер груза, порт назначения и время прибытия), а также другие необходимые сообщения, касающиеся безопасности плавания. Частота передачи данных транспондером дифференцируется в зависимости от их важности. Навигационные параметры, знание которых необходимо для расхождения судов, передаются с дискретностью в несколько секунд, а данные о судне и его грузе транслируются с периодичностью 6 мин или по запросу. Для выработки передаваемых данных судовой транспондер будет сопряжен с уже имеющимися на судне гирокомпасом, лагом и аппаратурой спутниковой навигации, включающей в себя также приемник дифференциальных поправок, что позволяет выдавать данные о местоположении c метровой точностью.