Морские навигационные приемники определения положения, скорости и пройденного расстояния

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки РФ

Севастопольский государственный университет

Кафедра Судовождения и безопасности судоходства

Реферат

По дисциплине

Технические средства судовождения

На тему:

Морские навигационные приемники определения положения, скорости и пройденного расстояния

Выполнил:

ст. гр ЭС-52 Гладушко А.А.

Проверил: доцент Подпорин С.А.

Севастополь, 2015



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Принцип работы системы GPS

2. Элементы системы GPS

3. Основные характеристики системы GPS

4. Требования конвенции SOLAS к установке на борту морских навигационных приемников GPS

5. Возможности морских навигационных приемников GPS

6. Обзор морских навигационных приемников GPS

6.1 Приемник Furuno GP-150

6.2 Приемник Furuno DG-500

6.3 Приемник SAAB R4

6.4 Приемник SPR-1400

Заключение

Библиографический список



ВВЕДЕНИЕ

GPS (Global Positioning System - система глобального позиционирования), позволяет точно определять трехмерные координаты объекта, оснащенного GPS приемником: широту, долготу, высоту над уровнем моря, а также его скорость, время, путевой угол и пройденное расстояние.

Система GPS разработана Министерством обороны США. Работы над этим проектом, именуемым NAVSTAR (Navigation system providing time and range), начались еще в 70-х годах. Первый спутник системы был выведен на орбиту в 1974 г, а последний из 24 необходимых для покрытия всей Земли только в 1993 г. Первоначально GPS предназначалась для эксплуатации военными США (навигация, наведение ракет и пр.), однако с 1983 года, когда был сбит самолет Корейских авиалиний, случайно вторгшийся на территорию СССР, использование GPS было разрешено и для гражданских. При этом, точность передаваемого сигнала загрублялась с помощью специального алгоритма, но в 2000 году и это ограничение было снято. Министерство обороны США продолжает обслуживать и модернизировать систему GPS. Именно эта полная зависимость работоспособности системы от правительства одной страны побудило другие страны развивать альтернативные системы навигации (российская - ГЛОНАСС, европейская - GALILEO, китайская - Beidou).



1. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ GPS

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел -- мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, путевой угол, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.



2. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ GPS

· Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, излучающих специальные радиосигналы;

· Наземная система управления и контроля (наземный сегмент), включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах;

· Аппаратура потребителя спутниковых навигационных систем («спутниковые навигаторы»), используемое для определения координат;

· Опционально: наземная система радиомаяков, позволяющая значительно повысить точность определения координат.

· Опционально: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

Рис. 1 - Основные элементы системы GPS



3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ GPS

Таблица 1 - Основные характеристики системы GPS

Параметр	GPS NAVSTAR
Число НС (резерв)	24 (3)
Число орбитальных плоскостей	6
Число НС в орбитальной плоскости	4
Тип орбит	Круговая
Высота орбиты, КМ	20183
Наклонение орбиты, градусы	~55 (63)
Номинальный период обращения по среднему солнечному времени	~11 ч 58 мин
Способ разделения сигналов НС	Кодовый
Несущие частоты радиосигналов, МГц	L1=1575.42 L2=1227.60 L5=1176.45
Период повторения дальномерного кода (или его сегмента)	1 мс (С/А-код)
Тип дальномерного кода	Код Голда (С/А-код 1023 зн.)
Тактовая частота дальномерного кода, МГц	1.023 (С/А-код) 10.23 (P,Y-код)
Скорость передачи цифровой информации(соответственно СИ- и D- код)	50 зн/с (50Гц)
Система отсчета времени	UTC (USNO)
Система отсчета координат	WGS-84
Тип эфемирид	Кеплеровы эфемериды

морской навигационный спутниковый



4. ТРЕБОВАНИЯ КОНВЕНЦИИ SOLAS К УСТАНОВКЕ НА БОРТУ МОРСКИХ НАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ GPS

Международная морская организация через обязательные для исполнения всеми судами международные «инструменты» приняла решение об оснащении морских судов средствами высокоточного определения места с использованием спутниковых навигационных систем (СНС). В качестве возможных спутниковых систем к настоящему времени ИМО одобрены американская GPS и российская ГЛОНАСС. В соответствии с международными нормами, морские суда, включая суда под флагом Российской Федерации, обязаны иметь спутниковые средства определения места систем ГЛОНАСС или GPS. Поэтому установка приемника GPS или ГЛОНАСС является обязательной на всех судах независимо от размера.

Эксплуатационные требования к приемнику на «СОЛАС» судах:

1. точность: 13м (95%)

2. приемник должен отображать следующие данные:

· Скорость относительно земной поверхности (SOG);

· Путевой угол (COG);

· координированное время;

· Пройденное расстояние;

· Отображение функции «RAIM»- функция которая определяет точность позиционирования;

· Обновлять показания дисплея хотя бы 1 раз в секунду.

3. Дополнительные требования к приемнику GPS в соответствии с ИМО:

Приемник должен:

· Работать на частоте L1 или C/A code;

· Быть оснащен хотя бы одним дисплеем для получения информации о местоположении пользователем;

· Использовать геодезический датум WGS-84 для определения координат;

· Определять позицию с заданной точностью в течении 30 мин если отсутствуют данные альманаха;

· Определять позицию с заданной точностью в течении 5 мин если данные альманаха доступны;

· Переопределять позицию с заданной точностью в течении 5 минут если сигнал GPS прерывался хотя бы на 24 часа но не было потери энергопитания;

· Переопределять позицию судна с заданной точностью в течении 2 мин если питание приемника отключалось на 60 секунд;

· Иметь минимальное разрешение широты и долготы -0.001 минут;

· Иметь возможность для приема дифференциальных данных (DGPS);

· Отображать статус приемника и тревожные предупреждения.



5. ВОЗМОЖНОСТИ МОРСКИХ НАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ GPS

Аппаратура обеспечивает решение следующих задач:

· автоматическую непрерывную выработку координат, времени и вектора путевой скорости движения по сигналам СНС ГЛОНАСС, GPS, при совместной обработке сигналов СНС ГЛОНАСС и GPS;

· выдачу на индикацию с дискретностью 1с текущих координат в си-стеме координат WGS-84 или в местной системе координат;

· оценку прогнозируемой точности определения координат;

· прием, хранение и обновление альманахов СНС ГЛОНАСС и GPS;

· автоматический выбор СНС ГЛОНАСС и GPS с учетом их технического состояния;

· ввод и хранение до 500 маршрутных точек и до 50 маршрутов движения;

· автоматический контроль функционирования аппаратуры, тестовый контроль функционирования аппаратуры, индикацию неисправностей;

· отображение на экране приемоиндикатора признаков режимов работы аппаратуры, вводимых и выводимых параметров;

· запоминание текущих координат маршрутной точки;

· определение пеленга и расстояния от текущей точки до любой из маршрутных точек или между двумя любыми выбранными точками;

· движение по маршруту с выработкой параметров

· сопряжение с внешними приборами и системами по интерфейсу RS-232 (протоколы обмена IEC 61162, RTCM SC-104, BINR*);

· прием, учет и коррекция информации при работе в дифференциаль-ном режиме в соответствии с рекомендацией RTCM SC-104.



6. ОБЗОР МОРСКИХ НАВИГАЦИОННЫХ ПРИЕМНИКОВ GPS

6.1 ПРИЕМНИК FURUNO GP-150

Рисунок 2 - Внешний вид приемника Furuno GP-150

Furuno GP-150 представляет собой новый GPS приемник, удовлетво-ряющий требованиям IMO MSC. 112(73) и соответствующим стандартам IEC, вступившим в действие с 1 июля 2003 года. Высоконадежная автономная система электронного позиционирования передает информацию на АИС, радар, регистратор данных рейса и т.д.

Надежность приемника улучшена за счет применения системы мониторинга с использованием информации от пяти спутников, Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM), предоставляющей информацию о степени достоверности тремя уровнями: безопасном, предостережения и небезопасном.

Среди режимов дисплея есть Видеопрокладчик, Текст и Широкополосный тракт маршрута, обеспечивающий интуитивное определение курс и пеленг.

Система панорамного обзора WAAS повышает точность позиционирования. Дополнительная функция DGPS обеспечивается при встраивании или внешней установке дифференциального приемника.

Furuno GP-150 включает в себя антенну и дисплей. Серебристый 6-ти дюймовый яркий LCD дисплей обеспечивает оптимальное наблюдение без затемнения при дневном освещении.

Двойная конфигурация с использованием резервной системы обеспечивает дублирование или дистанционное управление, гарантируя работоспособность системы.

Точность GPS повышается за счет системы усиления сигнала. С помощью двух методов WAAS и DGPS производится оценка качества сигнала и передача правильной информации пользователям.

Таблица 2 - Технические характеристики приемника Furuno GP-150



6.2 ПРИЕМНИК FURUNO DG-500

Рисунок 3 - Внешний вид приемника DG-500

Отличительные особенности: Оснащен параллельным 18 канальным GPS сенсором повышенной точности. Позволяет быстро определять координаты судна с высокой точностью. Полностью отвечает требованиям резолюции ИМО MSC.112(73) для судов, попадающих под действие конвенции СОЛАС.

Сертифицирован в соответствии с требованиями стандартов *IEC, а так же одобрен Wheel Mark для судов под флагом Евросоюза. *IEC 61108-1 Ed.2, IEC 61162-1, IEC 61162-2, IEC 60945 (2002)

5.6-дюймовый ЖК TFT дисплей обладает широким углом обзора и внутренней LED подсветкой для увеличения срока эксплуатации.

Позволяет устанавливать три цветовых фона для считывания навигационной информации в различных световых условиях.

Позволяет определять координаты с точностью до 0.0001 минуты и быть источником данных для оборудования АИС.

Дисплей позволяет выставлять следующие режимы: Навигационные данные с ШИР/ДОЛ, курс и скорость, плоттер с записью 1000 точек, режимы CDI и MOB.

Позволяет сохранять до 20 маршрутов по 300 путевых точек в каждом.

Специализированная кнопка Человек-за-Бортом MOB сохраняет текущую позицию судна и помогает вернуться судну в точку падения.

Сохраняет до 20 реверсивных маршрутов, по 300 путевых точек в каждом, а так же до 2000 особых путевых точек для отметки позиций и мест назначения.

Технические характеристики:

· GPS Приемник: 1575.42 МГц, 18-канальный параллельный, C/A код, совместим с WAAS/MSAT;

· Точность определения координат * (2-DRMS): 10 метров без DGPS, 5 метров с DGPS;

· Точность курсоуказания * (HDOP?4): ±3Я(с SOG 1-17 узлов), ±1Я(с SOG свыше 17 узлов);

· SOG *Точность (RMS): 0.1 узел;

· Формат выходных данных: IEC 61162-1 (NMEA-0183);

· Формат ввода коррекции DGPS: RTCM-104 (Версия 2.0);

· Дисплей: 5.6” цветной ЖК TFT дисплей, LED-подсветка, разрешение QVGA;

· Требования по электропитанию: 24 В DC (диапазон рабочего напряжения от 11 до 36 В), потребляемая мощность 15 Вт;

· Размер корпуса: 248/196WX215/2196HX129D мм с/без установочного кронштейна;

· Вес: 2 кг с кронштейном;

· Окружающая среда: класс защиты IEC 60945-2002.



6.3 ПРИЕМНИК SAAB R4

Рисунок 4 - Внешний вид приемника SAAB R4

Навигационная система Saab R4 GPS и DGPS имеет типовое одобрение согласно требований СОЛАС и других организаций.

Система включает RAIM и полностью поддерживает ввод поправки от внешнего приемника DGPS, от внутреннего приемника маяков (R4 DGPS) и ввод дифференциальных спутниковых поправок от таких систем как WAAS и EGNOS. Устройство разработано в соответствии самых жестких требований. Конфигурация поддерживает метод резервирования и полностью дублируется. Прием дифференциальных поправок DGPS посредством АИС может осуществляться в комбинации с системой АИС R4 от компании Saab.

Серия оборудования R4 от компании Saab обладает системой самодиагностики и проста в управлении. Система осуществляет непрерывный обсчет RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring). Это позволяет вахтенному помощнику устанавливать необходимую точность навигационных данных на любом этапе движения судна. Навигационная система R4 - GPS и DGPS от компании постоянно дает отчет и сигнализацию, если данные выходят за пределы установленных.

Стандартные функции и особенности:

· Отвечает требованиям ИМО;

· Высококонтрастный универсальный многофункциональный дисплей;

· Интеграция с АИС, гирокомпасом, лагом, картографической системой и радарами;

· Большое количество портов ввода и вывода для поддержки интегрированных мостиковых систем;

· Отображение навигационных предупреждений вещаемых морской маячной службой;

· Полностью модифицируемое программное обеспечение для поддержки новых функцій;

· Резервная система DGPS, согласно требованиям DNV AW;

· Объединенная система Навигация/АИС на одном дисплее, используя приемопередатчик АИС R4;

· Соединительная коробка с заводским подключением кабелей;

· Установка дисплея в консоль или на стол.

6.4 ПРИЕМНИК SPR-1400

Рисунок 5 - Внешний вид приемника SPR-1400

Судовой навигационный GPS приёмник SPR-1400 соответствует требованиям последней редакции Главы V СОЛАС, а также Национальной Морской Администрации РФ, имеет Одобрение Типа Российского Морского Регистра Судоходства и Российского Речного Регистра.

Возможности:

· Приёмник имеет широкий диапазон напряжения питания и, благодаря своей компактности, удобен для установки, имеет удобный для эксплуатации графический ЖК-дисплей;

· Благодаря быстрому обнаружению сигналов спутников, SRG-1400 не требует ввода начальных установок;

· Для использования в темноте имеется регулируемая подсветка экрана и клавиатуры;

· Подключение дополнительного оборудования производится через встроенный интерфейс NMEA0183;

· SRG-1400 имеет возможность обмена с компьютером информации о путевых точках, маршрутах и т.п;

· Приёмоиндикатор имеет несколько режимов индикации экрана, которые

могут быть выбраны по усмотрению пользователя, в том числе режим плоттера, используемый при движении по маршруту. Имеются так же функции сигнализации и самодиагностики аппаратуры.

Таблица 3 - Технические характеристики приемника SPR-1400

Частота приемника	L1 1575.42MHz(C/A CODE)
Разрешение дисплея	128 x 64 точек LCD (3 дюйма)
Тип приема	цифровой, 12 дискретных каналов
Чувствительность приемника	менее -130dBm
Рабочий диапазон	1/1000Lat. и Долгота
Точность	GPS: a) позиция = 10m 2D RMS (HDOP 2, SA OFF) DGPS a) позиция = 3m 2D RMS (HDOP 2, SA OFF) b) скорость = 0.1Knots 2D RMS (HDOP 2, SA OFF)
Объем памяти	1000 точек
Отметки	позиции, курса, средней скорости, пункта назначения, названия пункта назначения, расстояния до пункта назначения, направления, необходимого времени, уклонения от курса
Режимы дисплея	режим плоттера, режим рулевого, режим хода, режим навигации, режим пользователя, цифровой спидометр
Режим плоттера	0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2.5, 19, 20, 50, 160, 320 мм
Режим хода	0.2, 0.4, 0.8, 1, 2, 4, 8, 16 nm
Рабочая температура	основной блок: -20°С ~ +55°С, антенна: -40°С ~ +85°С
Допустимая влажность	0~95%
Ввод/вывод данных	Ввод RS-232C, Вывод RS-232C & TTL - SAMYUNG, NMEA 0183 (Ver 1.5, 2.0), FURUNO(CIF), JRC
Питание	10 - 36V DC/ 0.08 ~ 0.3A (не более 4W)



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В наши дни приемники GPS стали привычной для судоводителей деталью в навигационных системах. Именно судовой GPS приемник, наряду с радиолокационной станцией обеспечивает безопасное судовождение в самых трудных навигационных условиях, позволяя с высочайшей точностью определить координаты нашего судна, невзирая на отсутствие видимости в любое время суток.

Помимо своей главной задачи, а именно определения местоположения, судовой приемник GPS также позволяет определить абсолютную скорость судна, путевой угол, время и пройденное расстояние.

Приемник GPS является неотделимой частью судовой навигационной системы, предоставляя данные для авторулевого, радара, автоматической идентификационной системы, системы ECDIS, регистратора данных рейса.

В данной работе были рассмотрены такие приемники GPS, как Furuno GP-150, Furuno DG-500, SAAB R4 и SPR 1400, каждый из которых имеет свои отличительные особенности.



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко-Трендз, 2000. - 225с.

2. Липкин И.А. Спутниковые навигационные системы. - М.: Вузовская книга, 2001. - 253с.

3. Радиотехнические системы. Под ред. Казаринова Ю.М. - М.: Высшая школа, 1990. - 197с.

4. Интернет-источник https://ru.wikipedia.org/wiki/Спутниковая_система_навигации

5. Интернет-источник http://www.marcomm.ru

6. Интернет-источник http://samyung-russia.ru

Размещено на Allbest.ru