CC BY
43Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
УДК 621.396.969.33
СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА ОБЪЕКТИВНОГО КОНТРОЛЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ МОРСКИХ СУДОВ
Д. Н. Сурин1*, П. И. Добак2, Д. О. Королев1, С. О. Паздерин1
1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2АО «Красноярский электровагоноремонтный завод» Российская Федерация, 660021, г. Красноярск, ул. Профсоюзов, 39 E-mail: [email protected]
Предложен способ объективного контроля местоположения морских судов с применением низкоорбитальной спутниковой системы, определены параметры системы для реализации разностно-дальномерного метода.
Ключевые слова: разностно-дальномерный метод, погрешность определения координат, погрешность определения момента прихода сигнала.
OBJECTIVE CONTROL SATELLITE SYSTEM OF MARINE SHIPS' LOCATION
D. N. Surin1*, P. I. Dobak2, D. O. Korolev1, S. O. Pazderin1
1JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
2Krasnoyarsk Electric Railway Carriage Repair Plant 39, Profsoyuzov Str., Krasnoyarsk, 660021, Russian Federation E-mail: [email protected]
The research studies a method of objective control of marine ships' location using low-orbit satellite system. System parameters are defined to implement range-difference method.
Keywords: range-difference method, coordinates of estimation error, error in arrival time estimation.
На территориях исключительной экономической зоны Российской Федерации остро стоит проблема браконьерства. Системы идентификации не могут в полной мере обеспечить целостный контроль местоположения судов. Для определения соответствия реальных координат и переданных по радиоканалу, актуальной является задача оценки возможности использования системы объективного контроля местоположения морских судов.
Использование спутниковой системы пассивного определения координат источников радиоизлучения (ИРИ) на базе малых космических аппаратов (МКА) позволит объективно контролировать местоположение судов, в том числе занимающихся незаконным промыслом.
Для осуществления контроля оптимальным является использование радиосигналов аппаратуры Ин-марсат, которая в соответствии с Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности должна быть включена на каждом морском судне. Радиосигналы данной системы в малой степени подвержены рефракции при прохождении атмосферы Земли, а также не требуют использования бортовых антенн больших габаритов. Расчет радиолинии канала связи «терминал Инмарсат - МКА», показал, что мощности передатчика терминала достаточно для качественного приема сигналов космическим аппаратом, находящимся на орбите не более 1500 км.
Для определения местоположения ИРИ может быть выбран разностно-дальномерный метод. Данный метод позволяет определить координаты по единичному измерению разности расстояний от источника до разнесенных в пространстве пунктов наблюдения, которая определяется по взаимной временной задержке принятых сигналов [1].
В работе [2] предложен метод вычисления координат на основе линеаризованных уравнений разно-стно-дальномерного метода. В работах [3-4] для поиска координат источника радиоизлучения предлагается использовать итерационный метод наименьших квадратов.
Данный метод позволяет определить координаты источника сигнала в пространстве, используя четыре пункта наблюдения. Для решения задачи на море достаточно трех МКА в предположении, что высота над уровнем моря равна нулю.
Ошибка местоопределения ИРИ разностно-дальномерным методом зависит как от погрешностей из-за неоднородности трассы распространения радиоволн, так и от аппаратных погрешностей.
Для определения параметров спутниковой системы пассивного определения координат ИРИ было проведено исследование зависимости точности расчета положения источника сигнала при различных вариантах расположения космических аппаратов.
Решетневские чтения. 2017
При построении модели использовались следующие исходные данные:
- точность определения координат пунктов наблюдения (МКА) - 10 метров;
- погрешность определения времени прихода -до 0,1 мс;
- высота орбиты - от 750 км до 1500 км;
- размер базы - от 40 до 120 км.
На рисунке представлены графики зависимости среднеквадратического отклонения (СКО) оценки координат от высоты орбиты МКА при различных размерах базы.
Зависимость СКО рассчитанных координат от высоты орбиты
Для повышения вероятности обнаружения источника сигнала необходимо обеспечить максимальное время нахождения ИРИ в общей подспутниковой зоне всех КА. Для этого необходимо выбрать наименьший размер базы, удовлетворяющий требованиям по точности определения координат при заданном ограничении на приемные антенны.
Для существующей спутниковой системы КОС-ПАС - САРСАТ, основанной на использовании низкоорбитальных ИСЗ, средняя квадратичная погрешность определения координат радиобуя составляет не более 3 км [5]. Данная величина может быть принята как предел погрешности при вычислении координат проектируемой системой.
Согласно графикам, представленным на рисунке, наименьшее СКО измеренных координат от истинных получено при размере базы 120 км и высоте орбиты 850 км. Однако при размере базы 100 км и орбите 1400 км погрешность измерения не превышает допустимую, а зона одновременной радиовидимости увеличивается.
С учетом проведенного анализа, для проектируемой спутниковой системы объективного контроля местоположения морских судов на поверхности Мирового океана целесообразно использовать следующие параметры:
- высота орбиты: от 1000 до 1400 км;
- база в пределах от 100 до 120 км;
- количество МКА: 3 ед.;
- частотный диапазон: 1626,5-1660,5 МГц.
Приведенные параметры баллистического построения системы являются оптимальными с точки зрения минимизации ошибки определения координат ИРИ и обеспечивает погрешность местоопределения не более 3 км. Точность может быть увеличена при учете и компенсации погрешности измерения времени прихода сигналов.
Библиографические ссылки
1. Канаков В. А., Горда В. В. Исследование характеристик многопозиционной локационной системы малой дальности для диагностики динамических процессов // Известия вузов. Радиофизика. 2013. Т. 56, № 2. С. 124-134.
2. Оценка координат источника радиоизлучения на основе решения линеаризованной системы уравнений разностно-дальномерного метода / И. В. Гринь, Р. А. Ершов, О. А. Морозов и др. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2014. № 4 (32). C. 71-81.
3. Ворошилин Е. П., Миронов М. В., Громов В. А. Определение координат источников радиоизлучения разностно-дальномерным методом с использованием группировки низкоорбитальных малых космических аппаратов // Доклады ТУСУРа. 2010. № 1 (21). Ч. 2. C. 81-85.
4. Черняк В. С. Многопозиционная радиолокация. М. : Радио и связь, 1993. 416 с.
5. Спутниковые системы морской навигации. М. : Транспорт, 1987. 200 с.
References
1. Kanakov V. A., Gorda V. V. [Study of characteristics of a short-range multistatic radar system for diagnostics of the dynamic processes] // Izvestiya vuzov. Ra-diofizika. 2013. Vol. 56, № 2. P. 124-134. (In Russ.)
2. Evaluation of radio source's coordinates based on solution of linearized system of equations by range-difference method / I. V. Grin, R. A. Ershov, O. A. Moro-zov et al. // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Tekhnicheskie nauki. 2014. № 4. P. 71-81. (In Russ.)
3. Voroshilin E. P., Mironov M. V., Gromov V. A. [The estimation of radio source positioning by means of the range-difference method using the multiposition passive satellite system] // Doklady TUSURa. 2010. № 1, Vol. 2. P. 81-85. (In Russ.)
4. Chernyak V. S. Mnogopozitsionnaya radiolokatsiya [Multi-position radiolocation]. M. : Radio and communication Publ., 1993. 416 p.
5. Sputnikovye sistemy morskoy navigatsii [Satellite navigation systems]. M. : Transport Publ., 1987. 200 p.
© Сурин Д. Н., Добак П. И., Королев Д. О., Паздерин С. О., 2017
