CC BY
8УДК 629.5.061.11
А С. Малое, студент 5 курса ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
В.И. Плющаее, заведующий кафедрой, доктор техн. наук, профессор, ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
Ю.В. Спицина, студентка 5 курса ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗНЕСЕННЫХ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ СУДНА
Ключевые слова: спутниковая навигация, курс судна, погрешность местоопределения.
Приведены результаты экспериментальных исследований погрешностей определения координат с помощью судовых навигационных приемников в условиях искусственного «затенения» части небосвода, встречающихся при прохождении под мостами, шлюзовании, движении вдоль высокого берега и т.п. Произведена оценка погрешности определения курса при использовании двух спутниковых навигационных приемников установленных в диаметральной плоскости судна.
Точность определения координат в спутниковых системах позиционирования зависит от многих факторов, в том числе от конфигурации рабочего созвездия спутника (характеризуется параметром НБОР). Влияние на этот параметр могут оказывать естественные преграды и условия плавания - прохождение под мостами и линиями электропередач, вдоль крутого высокого берега и т.п. Под воздействием указанных факторов конфигурация рабочего созвездия спутников может существенно меняться
Практический интерес представляет экспериментальная проверка погрешности определения координат при искусственном «затенении» части небосвода. Эксперимент проводился с тремя судовыми навигационными приемниками (СНП) двух типов. Использовались два СНП типа J-NAV500 (далее СНП1 и СНП2) и картплоттер Explorer MK-2 PLUS (далее СНП3) при «затенении» половины небосвода. На рис. 1 представлены созвездия спутников с интервалом в 1 час 10 мин («затененная» часть небосвода заштрихована).
[1].
Рис. 1. Зоны видимости спутников для СНП
Антенны СНП располагались на одном кронштейне в пределах 0,5 м друг от друга. Измерения проводились в течение двух часов (около 300 значений для каждого прибора).
По результатам измерений были вычислены средние значения координат антенн для каждого прибора, отклонение измеренных координат от средних значений, затем произведён пересчёт отклонений измеренных координат от соответствующего каждому прибору среднего значения в метры, а также вычислены среднеквадратичные отклонения. Результаты расчётов приведены в таблице 1 и на рис. 2.
а)
Отклонения от среднего значения
м
-долгота -широта
А /1
\
\—ыЛГУУ м ш
г-^лЛг л* 25
V
б)
в)
Рис. 2 Отклонение от среднего значения для СНП 1 (а), СНП2 (б) и СНП3 (в)
Таблица 1
Параметры Среднее значение Максимум Минимум Максимальное отклонение от среднего значения Среднеквадратичное отклонение
СНП1 Широта; град.мин 59.19,635 56.19,64 56.19,629 0.0,0049
Долгота ;град.мин 44.1,026 44.1,049 44.1,01 0.0,0222
Отклонение по широте, м 1,27 10,64 -9,71 9,37 7,44
Отклонение по долготе, м 0,00 22,87 -17,27 22,87 3,84
СНП2 Широта; град.мин 55.19,635 56.19,641 56.19,624 0.0,0059
Долгота; град.мин 44.1,029 44.1,073 44.1,004 0.0,0439
Отклонение по широте, м 0,00 10,96 -20,49 10,96 11,51
Отклонение по долготе, м 0,00 45,23 -25,78 45,23 5,83
СНП3 Широта; град.мин 59.19,634 56.19,649 56.19,624 0.0,0145
Долгота; град.мин 44.1,025 44.1,051 44.1,003 0.0,0252
Отклонение по широте, м 0,00 26,79 -19,46 26,79 6,51
Отклонение по долготе, м 0,00 25,98 -23,42 25,97 4,96
Как следует из таблицы 1, наблюдаются значительные отклонения измеренных координат от среднего значения - по долготе до 26,79 м., по широте - до 45,23 м. В то же время, по данным за сентябрь 2016 года информационно-аналитического центра координатно-временного и навигационного обеспечения Центрального научно-исследовательского института машиностроения среднеквадратичные отклонения компонентов местоопределения в системе GPS [2], составили по широте - 2,05 м, по долготе - 1,44 м, что существенно меньше полученных в эксперименте значений (см. табл. 1). Очевидно, столь высокая погрешность местоопределения обусловлена неудовлетворительной конфигурацией рабочего созвездия спутников при экранировании части небосвода. Отклонения от среднего значения (в метрах) при определении координат для СНП1- СНП3 на плоскости широта-долгота представлены на рис. 3.
На рисунках кругами обозначены зоны, соответствующие 90% и 95% «попаданию» измеренных отклонений координат от среднего значения в эти зоны. Сводные данные приведены в табл. 2.
Таблица 2
Вероятность Погрешность местоопределения, м.
СНП1 СНП2 СНП3
90% 15,8 22,5 12
95% 18,5 27,22 16
Таким образом, в сложных условиях плавания (проход под мостами, шлюзование, плавание вдоль высокого берега и т.д.), погрешность местоопределения с помощью судовых навигационных приёмников может возрастать до неприемлемых значений.
а)
б)
в)
Рис. 3. Ошибка местоопределения для СНП 1 (а), СНП2 (б) и СНП3 (в) в плоскости широта-долгота
Два СНП, размещённых в диаметральной плоскости судна на некотором расстоянии, могут быть использованы для определения курса судна:
а = агС§ ((х2-х1/(у2-у1)).
Координаты СНП1 и СНП2 измеряются с некоторой погрешностью, которая, в случае уменьшения видимости спутников, может принимать весьма существенные значения (см. рис. 3). На рисунке 4 окружности с радиусом Я1 и Я2 определяют зоны возможных значений координат, измеряемых приемниками СНП1 и СНП2, установленных на расстоянии Ь друг от друга в диаметральной плоскости судна.
СНП2
(x2, y2)
(х1, у1)
Рис. 4. Определение курса судна
Максимальную ошибку определения курса судна можно определить (при Я1 = Я2 = Я) как
атах = аго1в (2/(8дй((Ь/Я)2-4)).
На рис. 5 приведены зависимости погрешностей определения курса судна от погрешности определения координат и длины судна.
60
10 30 50 70 90 110 130 150 _ R 30
L, м
Рис. 5. Зависимость максимальной ошибки определения истинного курса от длины судна
Приемлемая погрешность определения курса судна (порядка ± 1 град) достижима только для длинных судов (Ь > 100 м) при использовании СНП с погрешностью ме-стоопределения в 1 м. Такие значения могут быть получены лишь при использовании дифференциальных систем и нормальной видимости созвездия спутников.
Таким образом, способ определения курса по двум навигационным приемникам, установленных в ДП судна, не может быть рекомендован для практического применения.
Список литературы:
[1] Богданов М.Р. Применение GPS/ГЛОНАС: учебное пособие / М.Р. Богданов. - Долгопрудный: ИД Интеллект, 2012. - 136 с.
[2] ftp://ftp.glonass-iac.ru/MCC/BULLETIN/
EXPERIMENTAL VERIFICATION OF THE SPLIT SATELLITE
NAVIGATION RECEIVERS USAGE POSSIBILITY FOR DETERMINING OF THE SHIP TRAFFIC PARAMETERS
A.S. Malov, V.I. Pluyshchaev, Yu.V. Spitsina
Key words: satellite navigation, the ship's course, positioning errors.
In this article we demonstrate the results of experimental research of errors in the ship coordinates determining, made by navigation receivers under the conditions of artificial sky «shadowing» while passing under bridges, locking, moving along the high bank, etc. We have estimated the course determining error of two satellite navigation receivers installed in the vessel center line.
Статья поступила в редакцию 27.10.2016 г.
