Общие сведения. В настоящее время эксплуатируются две спутниковые навигационные системы (СНС) доплеровского типа — «Цикада» (СССР) и «Транзит» (США). Обе системы обеспечивают определение координат места судна в любое время суток и при любых метеоусловиях. Зона действия системы «Цикада»—без ограничений; системы «Транзит»— в диапазоне широт ±88°. Каждая из систем включает три основные части: командно-измерительный комплекс, искусственные спутники Земли (ИСЗ), аппаратуру потребителей.
Командно-измерительный комплекс состоит из ряда наземных станций слежения, станций передачи команд на борт ИСЗ и вычислительного центра (рис. 4.8).
В системе «Цикада» используются ИСЗ серии «Космос-1000» на орбитах, близких к круговым, с высотой около 1090—1100 км над уровнем Земли и периодом обращения порядка 108 мин; угол наклонения орбит относительно плоскости экватора составляет 83°. При таком выборе параметров орбит ИСЗ обеспечивается глобальность работы системы.
Параметры орбит спутников системы «Транзит» следующие: высота — 1075 км, период обращения — 107 мин, наклонение орбиты — практически 90°, эксцентриситет — в пределах 0,003—0,02. Количество одновременно работающих спутников в системе — до шести.
Спутники обеих систем некорректируемы, поэтому в силу различных возмущений наблюдаются смещения орбит по отношению к начальным значениям.
В силу различного характера структуры сигналов и вида модуляции, а также разноса по частоте взаимное влияние сигналов спутников системы «Цикада» и «Транзит» исключено. Однако в рамках каждой системы проявляется взаимное влияние сигналов спутников, что сказывается на качестве обсерваций, выполненных с помощью судовой аппаратуры.
Когда ИСЗ системы приближаются один к другому на расстояния, при которых разделение сигналов по частоте в судовых приемоиндикаторах затруднено, по командам с наземных станций производится выключение аппаратуры одного из спутников. Даты включения, причины и дата планируемого последующего включения спутников объявляются в навигационных предупреждениях,
Для каждой из систем средний интервал между обсервациями при пяти ИСЗ составляет от 40 до 110 мин в зависимости от широты места. На рис. 4.9 приведен график, отражающий зависимость среднего интервала между обсервациями от широты места для случаев четырех, пяти или шести спутников в системе.
Передача навигационной информации с ИСЗ проводится на двух частотных каналах 400 МГц и 150 МГц, режим передачи - непрерывный. Частоты передаваемых сигналов характеризуются высокой степенью стабильности В состав передаваемых данных, используемых для целей навигации, входят параметры, характеризующие пространственное положение ИСЗ на фиксированные моменты времени. идентификационный номер спутника, временные метки и сигналы синхронизации. Система «Цикада» работает по шкале зимнего московского времени, система «Транзит» — по шкале времени UTC.
Метод определения места. В обеих системах используется так называемый интегральный доплеровский метод, который в геометрическом смысле эквивалентен разностно-дальномерному методу. Для определения обсервованных координат используются: орбитальные параметры спутника; измеренные навигационные параметры; счислимые координаты, текущие значения курса и скорости судна.
Орбитальные параметры, получаемые по сигналам спутников, позволяют определить точное положение ИЗС в пространстве на фиксированные моменты времени.
В качестве навигационных параметров используются отсчеты измеренных доплеровских сдвигов частоты, вызванных взаимным перемещением судна и спутника во время навигационного сигнала. В судовом приемоиндикаторе значение доплеровского сдвига частоты определяется относительно частоты опорного генератора.
Зависимость доплеровской частоты от изменения расстояния «судно — ИСЗ» позволяет определить разность расстояний между судном и рядом последовательных положений ИСЗ на фиксированные моменты времени. Каждой разности расстояний в пространстве соответствует поверхность положения — гиперболоид вращения, который при пересечении с поверхностью Земли образует навигационную изолинию типа гиперболы. Таким образом, систему доплеровского типа с интегральным методом определения координат места можно рассматривать как гиперболическую систему. В качестве базы такой системы может рассматриваться расстояние пролета спутника на интервале измерения навигационных параметров. Для современных типов судовых приемоиндикаторов интервал измерения составляет 4,6; 24; 30;
60 или 120 с, длительность сеанса составляет от 8 до 16 мин.
Счислимые координаты места судна вырабатываются по данным курса и скорости судна, которые автоматически поступают от гирокомпаса и лага. Начальные значения счислимых координат и время вводятся в судовую аппаратуру вручную.
Результаты обсерваций во всех типах судовых приемоиндикаторов выдаются в форме географических координат. В приемоиндикаторах системы «Цикада» результаты выдаются в системе координат 1942 г. В приемоиндикаторах системы «Транзит» в качестве опорного принят эллипсоид WSG-72. При анализе обсерваций эти обстоятельства необходимо принимать во внимание и при работе с картами учитывать их геодезическую основу, критически оценивая полученные результаты, в особенности в прибрежных районах плавания.
Точность определения мести по сигналам СНС доплеровского типа характеризуется:
точностными характеристиками системы в целом (СКП составляет около 20 м);
точностными характеристиками приемоиндикаторов, степень совершенства которых в настоящее время определяется уровнем математического обеспечения аппаратуры;
влиянием эффектов распространения радиоволн в ионосфере и тропосфере (на стоянке СКП для двухканального приемоиндикатора составляет 40—60 м, для одноканального — 100 120 м);
погрешностью в учете курса и скорости судна во время навигационного сеанса. Погрешность в скорости в 1 уз вызывает дополнительную погрешность в координатах 0,2-0,25 мили; неточность учета курса - 0,05 мили;
погрешностью в учёте высоты антенны приёмоиндикатора над уровнем геоида, которая трансформируется в погрешность места с коэффициентом 1—3, что свидетельствует о важности учета этого параметра;
погрешностью, связанной с геометрическим фактором.
Вклад каждой из перечисленных погрешностей в значительной степени зависит от взаимного положения ИСЗ и судна. Минимальный вклад наблюдается в случае, если угол возвышения ИСЗ составляет 20—40, максимальный — при углах возвышения более 75°.
В большинстве моделей приемоиндикаторов объявленные в документации точности выдерживаются при углах возвышения 7—70°, и именно в этих случаях результаты обсерваций принимаются к автоматической коррекции счислимых координат. Обсервации при углах возвышения за пределами 7—70° могут приниматься к принудительной коррекции только после оценки результатов штурманом.
При анализе обсерваций следует иметь в виду, что при углах возвышения ИСЗ более 75° значение широты места определяется достаточно точно—в пределах нескольких кабельтовых, а погрешность долготы может достигать нескольких миль.
Точность определения времени по сигналам СНС «Цикада» и «Транзит»: во всех известных судовых приемоиндикаторах СНГ. «Транзит» погрешность индикации составляет ± 1 с, в приемоиндикаторах СНС «Цикада» ±0,5 с.
Приемоиндикаторы СНС «Цикада» и «Транзит»
Приемоиндикатор «Шхуна» предназначен для определения обсервованных координат по данным СНС «Цикада». В промежутках между обсервациями и во время навигационного сеанса обеспечивается счисление пути по данным курса и скорости с учетом параметров течения.
В приемоиндикаторе «Шхуна» обеспечена полная автоматизация процесса определения места судна, начиная с поиска сигнала и заканчивая получением обсервованных координат. При получении достоверных обсерваций производится коррекция счислимых координат. Во время навигационного сеанса обеспечивается индикация московского зимнего поясного времени с дискретностью 1 с. Результаты выдаются на дисплей и печатающее устройство. По данным двух последних обсерваций, если интервал между ними превышает 1 ч, вырабатываются параметры суммарного сноса—скорость и направление.
Применение приемоиндикатора «Шхуна» не имеет ограничении по районам плавания, времени суток или метеоусловиям. Аппаратура предусматривает непрерывный режим работы.
Основные технико-эксплуатационные характеристики приемоиндикатора «Шхуна» приведены ниже:
Количество частотных каналов 2 (400 МГц,150 МГц)
СКП определения координат при точном учете скорости и курса 0,05 мили
Дополнительная погрешность определения координат за счет ошибки в учете скорости в 1 уз 0,2 мили
Диапазон рабочих углов возвышения ИСЗ 15—75°
Время прогрева опорного генератора 3 ч
Типы гирокомпасов, с которыми обеспечено сопряжение «Курс-4»,«Курс-5»,
«Вега», «Амур»
Типы лагов, с которыми обеспечено сопряжение ИЭЛ-2, ИЭЛ-2М «Онега», МГЛ-25, ЛГ-2
Потребляемая мощность 300 Вт
Аппаратура «Шхуна» некритична к точности ввода начальных значений широты и долготы места судна. Допустимые погрешности ввода составляют по каждому из параметров 1°. Однако, для получения точных счислимых координат на интервале до первой обсервации эти данные целесообразно вводить с погрешностью не более 1 кб. Время рекомендуется вводить с точностью порядка нескольких секунд. Погрешность ввода высоты антенны над эллипсоидом не должна превышать 5 м. Этот параметр складывается из двух значений—высоты антенны над уровнем моря и уровня моря в данной точке над эллипсоидом, определяемым по специальной таблице.
После выполнения подготовительных операций аппаратура переключается в рабочий режим.
В приемоиндикаторе «Шхуна» реализована достаточно строгая отбраковка навигационных сеансов. Сеанс считается качественным, и его результаты используются для автоматической коррекции, если угол возвышения находится в пределах 15—75°, выдерживаются условия симметричности сеанса, принятый массив орбитальных данных и выполненные измерения навигационных параметров удовлетворяют заданным критериям достоверности. Этим достигается высокая степень достоверности обсервованных координат, хотя заметно снижается число обсерваций по отношению к общему количеству прохождений ИСЗ.
Основное назначение приемоиндикаторов — определение обсервованных координат места судна по сигналам ИСЗ системы «Транзит». В промежутках между обсервациями и во время навигационного сеанса обеспечивается счисление пути судна по данным курса и скорости судна с учетом параметров суммарного сноса. На отечественных судах, как правило, используются одноканальные приемоиндикаторы FSN-70 (Япония).
