WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

На правах рукописи

АНДРЮШЕЧКИН Юрий Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕЧНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПОДСИСТЕМЫ ГЛОНАСС/GPS ДЛЯ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ

Специальность 05.13.06

Автоматизация и управление

технологическими процессами и

производствами (технические системы)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2012

Диссертация выполнена на кафедре технических средств судовождения и связи Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Каретников Владимир Владимирович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, доцент Сикарев Игорь Александрович

Кандидат технических наук Чистяков Глеб Борисович

Ведущая организация:        Санкт Петербургский государственный политехнический университет

       Защита состоится “27“ Сентября 2012 г. в 14 часов 00 мин., на заседании диссертационного совета Д.223.009.03 Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций по адресу:

198035, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7.

       С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

       Автореферат разослан “27“ Июня 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук,

доцент                                                                Е.Г. Барщевский

  1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

       

Актуальность темы диссертационной работы. Одной из важнейших проблем современного внутреннего водного транспорта (ВВТ) является обеспечение надлежащего уровня безопасности плавания при навигации, как в морских районах, так и на внутренних водных путях (ВВП) России, при соответствующем уровне организации транспортного процесса в целом. Наличие такой проблемы в значительной степени объясняется ежегодным ростом интенсивности судоходства на ВВП, внедрением современных высокоскоростных, крупнотоннажных речных судов и судов «река-море» плавания, причем в качестве основного метода судовождения штурманский состав в основном отдает предпочтение лоцманскому методу судоходства. Указанный метод, как показывает практика, не всегда позволяет в полной мере обеспечить достаточный уровень безопасности судоходства на ВВП России в соответствии с общепринятыми мировыми стандартами. В качестве конструктивного решения показанной задачи может выступать переход от лоцманского к инструментальному методу судоходства на ВВП, базирующемся на использовании систем электронной картографии в сочетании с высокоточными системами позиционирования, функционирующих на основе спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS, а также вовлечение в процесс обеспечения безопасности судоходства инфокоммуникационных систем мониторинга и управления транспортным процессом (ТП), строящихся по иерархическому принципу.

       Также необходимо отметить, что в настоящее время значительный интерес у специалистов водного транспорта вызывают вопросы, связанные с внедрением на ВВТ Российской Федерации инфокоммуникационных систем типа: корпоративная речная информационная служба (КРИС); речная информационная система (РИС) и автоматизированная система управления движением судов (АСУ ДС). Однако, полноценное функционирование указанных систем невозможно без формирования в их зоне действия сплошного высокоточного поля дифференциальной поправки. На акватории ВВП России такое поле, как правило, формируется в средне волновом (СВ) диапазоне контрольно-корректирующими станциями (ККС) локальной дифференциальной подсистемы (ЛДПС) ГЛОНАСС/GPS. Таким образом, для обеспечения высокого уровня безопасности судоходства, эффективного мониторинга и управления транспортным процессом на ВВП одной из наиболее актуальных задач в настоящее время является построение конструктивной топологии зон действия ККС ЛДПС, используемых для передачи корректирующей информации в СВ диапазоне, адекватной структуре судоходных путей, ВВП Российской Федерации. Реализация указанной задачи напрямую связано, с учетом влияния подстилающей поверхности, загоризонтной рефракции и параметров приемопередающего оборудования на процесс передачи корректирующей информации поверхностной волной СВ диапазона. Поэтому при построении практически любых речных инфокоммуникационных систем типа КРИС, РИС, АСУ ДС и их функциональных дополнений, имеет место необходимость качественного определения топологии комплексного радионавигационного поля высокоточного местоопределения с учетом частных вариаций зон действия всех ККС ЛДПС, принимающих участие в создании такого поля, а также найти новое решение актуальной научной задачи по определению дальности передачи дифференциальных поправок в СВ диапазоне, что, безусловно, напрямую связанной с обеспечением безопасности судоходства и оптимизации транспортного процесса на ВВП России.

С учетом вышеизложенного целью диссертационной работы является повышение эффективности информационного обеспечения речной дифференциальной подсистемы высокоточного местоопределения судов ГЛОНАСС/GPS при мониторинге и управлении движением судов на ВВП России.

Предметом исследования являются основные модели, методики и алгоритмы определения дальности передачи корректирующей информации в СВ диапазоне, формы периметров зон действия как отдельных ККС, так и их цепей в речных ЛДПС ГЛОНАСС/GPS.

Объектом исследования является система мониторинга и управления движения судов внутреннего водного транспорта России.

В такой постановке на защиту выносятся следующие положения:

  1. Сравнительный анализ принципов построения и математических моделей определения дальности передачи дифференциальных поправок ЛДПС в речных инфокоммуникационных системах.
  2. Аппроксимационная модель определения дальности действия ККС с учетом сферичности и неоднородности подстилающей поверхности, а также параметров приемо-передающего оборудования.
  3. Методика оценки дальности действия ККС с учетом сферичности и неоднородности подстилающей поверхности, а также параметров приемо-передающего оборудования.
  4. Аналитический расчет цепей ККС на реках: Обь, Иртыш; Енисей, Ангара и на Северном морском пути, работающих в СВ диапазоне с учетом влияния поликомпонентной подстилающей поверхности, параметров приемо-передающего оборудования и загоризонтной рефракции.

       Методы исследования. В диссертационной работе были использованы современные методы системного анализа, теории управления, теории случайных процессов и теории статических решений, теории математического моделирования, статистической теории связи.

       Научная новизна диссертации заключается в том, что найдено новое решение актуальной задачи по определению дальности действия и формы периметра зоны действия как одной ККС, так и цепей ККС с учетом произвольной однородной или кусочно-однородной подстилающей поверхности, загоризонтной рефракции и параметров приемопередающего оборудования.

       Практическая значимость результатов работы состоит в том, что создана методика выполнения аналитических расчетов, разработаны рекомендации и конструктивный инструментарий по оптимизации топологии структуры зон действия ККС на реках Обь, Иртыш, Енисей, Ангара и на Северном морском пути.

       Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной работе основные научные результаты приняты к реализации в малом инновационном предприятии ООО «Инфоком», Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций и ЗАО «Специализированные промышленные разработки».

       Апробация результатов. Основные положения и результаты работы по мере её выполнения докладывались, обсуждались и были одобрены на: II межвузовской научно-практической конференции, студентов и аспирантов СПГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России. (г. Санкт-Петербург, 2011г.), международной научно-практической конференции «Дни науки-2012» (г. Прага, 2012г.), III межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов СПГУВК «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России. (г. Санкт-Петербург, 2012г.).

       Публикации. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы опубликованы в 10 статьях, из них 6 в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

       Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 150 страниц текста, в том числе 49 рисунков и 10 таблиц, список использованных источников из 109 наименований.

  1. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ на основе современных методов системного анализа проведен анализ международного и российского опыта создания  инфокумманикационных систем строящихся по иерархическому принципу и функционирующих с целью повышения безопасности судоходства на ВВТ типа “КРИС-РИС-АСУ ДС”. Также в главе рассмотрена актуальность внедрения подобных систем на ВВП России. Рассмотрена структура семиуровневой КРИС утвержденная федеральным агентством Росморречфлот которая, включает: РИС1 – Зона Беломоро-Балтийского канала; РИС2 – Зона ГБУ “Волго-Балт”; РИС3 – Зона Москвы и канала им. Москвы; РИС4 – Зона большой Волги; РИС5 – Зона ГБУ “Волго-Дон”; РИС6 – Зона низовьев Дона и порта Азов; РИС7 – Зона ФГУ “Камводпуть”, где были выявлены типовые принципы построения таких систем.

В качестве основных принципов построения РИС выявлены гармонизированные информационные службы, содействующие управлению движением судов и перевозками в сфере внутреннего судоходства во взаимосвязи с другими видами транспорта. РИС призваны способствовать безопасному и эффективному процессу перевозок и наиболее полному использованию возможностей внутренних водных путей. Зоной действия РИС является формально ограниченная территория, где РИС официально объявлена действующей. Зона действия может охватывать конкретную акваторию, речной бассейн и т.д., в том числе трансграничный. В первой главе также изложена концепция построения речных информационных служб (РИС), где показано, что построение РИС может включать в себя одну или несколько речных автоматизированных систем управления движением судов (АСУ ДС), которые имеют ряд характерных, специфических особенностей, вызванных необходимостью управления движением судов в стесненных условиях плавания по внутренним водным путям. На (рис. 1.) представлена типовая структура современной речной АСУДС, которая, включает информационные

Рис. 1. Типовая конфигурация Центра СУДС.

подсистемы транкинговой связи, УКВ-радиосвязи, сотовой связи, АИС, радиолокационного контроля, включающие локальные и удаленные РЛС, видеонаблюдения, хранилища данных, центр СУДС.

В ходе выполненного анализа выявлена острая необходимость использования режима высокоточного местоопределения реализуемого на основе речной дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС/GPS работающей в СВ диапазоне для обеспечения качественного мониторинга и управления в иерархических триадах «КРИС» - «РИС» - «АСУДС».

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассмотрены основные принципы построения дифференциальных дополнений спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS. Дифференциальный режим таких систем реализуется с помощью контрольного навигационного приёмника, называемого базовой станцией. Базовая станция устанавливается в точке с известными географическими координатами. Сравнивая известные координаты (полученные в результате прецизионной геодезической съёмки) с измеренными координатами, базовый навигационный приёмник формирует поправки, которые передаются потребителям по каналам связи. Приёмник потребителя учитывает принятые от базовой станции поправки при решении навигационной задачи. Это позволяет определить его координаты с точностью до одного метра.

Условно дифференциальные подсистемы СРНС ГЛОНАСС/GPS можно классифицировать следующим образом: широкозональные, региональные, локальные.

Основой широкозональных дифференциальных подсистем (ШДПС) СРНС является сеть широкозональных контрольных станций. Данные, вырабатываемые этими станциями, передаются на широкозональные главные станции для совместной обработки с целью формирования общих поправок и сигналов целостности. Радиус рабочей зоны подобных дифференциальных подсистем составляет порядка 5000–6000 км. Сигналы целостности и ДП, выработанные на главной станции, передаются через наземные станции

Рис. 2. Зона покрытия ШДПС WAAS.

передачи данных на геостационарный космический аппарат (КА) типа Инмарсат, Артемис или МСАТ для последующей ретрансляции пользователям системы. В качестве примеров ШДПС можно привести WAAS (Wide Area Augmentation System) (рис.2.). Система контроля целостности в ШДПС основана на методах анализа разностей между измеренными и прогнозируемыми значениями псевдодальностей, а также методах, использующих избыточность измерений.

Региональные дифференциальные подсистемы СРНС предназначены для навигационного обеспечения отдельных регионов континента, моря, океана. Диаметр рабочей зоны может составлять от 400 до 4000 км и более. РДПС могут иметь в своем составе одну или несколько ККС, а также соответствующие средства передачи ДП и сигналов целостности. Эта информация вырабатывается на главной станции или ККС.

В локальных дифференциальных подсистемах СРНС протяженность радиолинии CВ диапазона в направлении ККС – потребитель может достигать 500 км и более. ЛДПС обычно включают одну ККС (рис.3.) (имеются варианты с несколькими ККС), аппаратуру управления и контроля (в том числе контроля

Рис.3. Принципиальная схема построения ЛДПС.

целостности) и средства передачи данных. Как правило, отдельные ЛДПС разворачивают на небольшом удалении от акваторий для обеспечения прибрежных районов высокоточным радионавигационным полем. В мировой практике принято соединять в цепь отдельные ЛДПС, это позволяет создать сплошное радионавигационное поле дифференциальной поправки.

Во второй главе также выполнен анализ современных основ создания и информационного обеспечения КРИС при использовании сетевого и комбинированного методов интеграции в случае её построения на ЕГС ВВП России. Здесь также рассматриваются весьма конструктивные алгоритмы и методы построения высокоточных систем местоопределения, а именно: сетевой метод интеграции, широкозональный метод интеграции, комбинированный метод ССТ (сетевой–сотовый–транкинговый), комбинированный метод ШСТ (широкозональный–сотовый–транкинговый). Рассмотрены основные принципы построения высокоточных систем местоопределения, строящихся на основе спутниковых радионавигационных систем (СРНС) второго поколения ГЛОНАСС/GPS. Исследованы принципы построения, и технология формирования полей дифференциальной поправки в системах мониторинга и управления водным транспортом, как с использованием контрольно-корректирующих станций, так и геостационарных космических аппаратов. На основе анализа в терминах современного инженерно-кибернетического подхода (обобщенных со-систем) сформулированы и выделены для последующего исследования в границах речной дифференциальной подсистемы работающей в СВ диапазоне на этапе построения для них модели учитывающей следующие характеристики:

  • На системном уровне (организация - поведения) такой характеристикой является топологическая структура зоны действия ККС с учетом особенностей распространения корректирующей информации на ВВП.
  • На агригативном уровне (структура – функции) такой характеристикой является дальность действия ККС определенная с учетом параметров приемных устройств потребителей системы.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ исследовано математическое и алгоритмическое обеспечение аналитического определения дальности и формы зон действия ККС работающей в СВ диапазоне средних для мониторинга и управления движения судов на ВВП России.

Одним из важнейших эксплуатационных параметров ЛДПС, работающих в СВ диапазоне, является форма периметра зоны действия. Как правило, ее определяют путем расчета дальности распространения сигнала ККС, содержащего корректирующую информацию с учетом параметров приемопередающего оборудования. В настоящее время существует несколько актуальных моделей, позволяющих решить такую задачу.

В случае, когда приемная и передающая антенны подняты над поверхностью Земли, а расстояние между ними незначительно, тогда кривизной Земли можно пренебречь. Здесь предполагается, что подстилающая поверхность гладкая и однородная на протяжении всей радиотрассы. При таких условиях с помощью модели Шулейкина–Ван-дер-Поля можно определить напряженность электромагнитного поля, создаваемого передающим устройством ККС в СВ диапазоне:

(1)

где Р – мощность передатчика, W– нелинейный множитель ослабления, r – удаленность от передатчика.

Множителем ослабления W является функцией численного расстояния , которое представляет собой безразмерный параметр. Численное расстояние можно определить следующим образом:

(2)

где – диэлектрическая проницаемость подстилающей поверхности.

Для определения W при известном можно пользоваться графиками, составленными Берроузом, где в логарифмическом масштабе по оси абсцисс отложены различные значения , на оси ординат расположены искомые значения W для двух видов поляризации. Модуль множителя ослабления также можно определить аналитическим путем по приближенной формуле

(3)

при > 25 выражение (5) примет вид

(4)

Данная модель достаточно актуальна при сравнительно малых расстояниях от передатчика, когда влиянием кривизны земной поверхности можно пренебречь.

Модель академика В.А. Фока используется при больших расстояниях, когда распространение радиоволн происходит над однородной подстилающей поверхностью и со значительной загоризонтной дифракцией. Расстояния близкие к пределу прямой видимости, когда первая зона Френеля закрыта только частично, называются областью полутени. Расстояния, при которых первая зона Френеля перекрыта полностью, называются областью тени. В области тени расчет напряженности поля ведется по соотношению (5),

  (5)

где G - множитель ослабления, являющийся произведением трех функций, – функция расстояния от передатчика м., – функция высоты подъема передающей антенны,- функция высоты подъема принимающей антенны.

В указанной модели связь между функциями ослабления V и W для освещенной части поверхности определяется как

(6)

К сожалению, указанная модель полностью нечувствительна к нелинейным переходам и не позволяет аппроксимировать поликомпонентные подстилающие поверхности может использоваться для вычисления однородных подстилающих поверхностей.

Для определения напряженности поля с учетом неоднородности подстилающей поверхности можно использовать модель профессора Е.Л. Фейнберга.

  (7)

Однако при аппроксимации поверхностей состоящих более чем из пяти участков можно столкнуться с трудностями вычислительного характера, что существенно ограничивает применимость данной модели.

Для облегчения аппроксимаций подстилающих поверхностей состоящих более чем из пяти однородных участков весьма конструктивно использование сегментационной теоремы, . Здесь полагается, что любую подстилающую поверхность, состоящую из сколь угодно большого числа участков, однородных по своим свойствам, можно представить в виде компонентов, причем = 0, 1, 2,… – число «двоек», а = 0, 1, 2… – число «троек» участков.

Причем  (8)

[0,),

[0,).

Такое замечательное свойство можно использовать при расчетах напряженности поля над кусочно-однородной подстилающей поверхностью. Применяя данную модель, можно аппроксимировать подстилающие поверхности, состоящие из сколь угодно большого количества однородных участков. В процессе аппроксимации такие поверхности можно разбить на двух- и трехкомпонентные сегменты и производить менее трудоемкие вычисления для простейших соотношений.

В результате проведенных исследований ряда математических моделей была выявлена необходимость синтеза новой модели позволяющей определять формы периметров зон действия ККС работающих в СВ диапазоне с учетом сферичности и неоднородности подстилающей поверхности, параметров приемопередающего оборудования.

       В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ синтезирована и предложена новая методика и алгоритм определения дальности и зоны действия локальных дифференциальных дополнений работающих в диапазоне средних волн, учитывающая специфику внутренних водных путей Выполнено математическое моделирование и определена топологическая структура цепи ККС формирующих дифференциальное поле на реках Обь и Иртыш, Енисей, Ангара и на Северном морском пути.

Несмотря на весьма хорошие точностные результаты, аналитических расчетах с использованием соотношения (7) возникают затруднения вычислительного характера, когда кусочно-однородная подстилающая поверхность состоит более чем из пяти участков, для устранения такого недостатка конструктивным решением может являться использование теоремы сегментации с последующей сшивкой граничных участков аппроксимационных сегментов N=n+m. Вначале необходимо найти функцию ослабления для трех участков.

На первом участке функция ослабления W1 известна:

(9)

Функция ослабления W2(1, 2; q1, q2) для трассы, состоящей из двух однородных участков (N=2), с угловыми длинами  1 =1, 2 = А - 1 и характеризуемых параметрами q = q1 и q = q2. для j=1,  функция ослабления второго участка может быть записана в виде:

(10)

Для предельного случая больших расстояний, когда каждой сумме можно оставить только один член (т.е. если каждый отрезок трассы соответствует уходу за горизонт, М1>1, М2>1). Вводя функцию ослабления V(1; q1) и V(2; q2) для каждого из участков трассы получим:

(11)

Таким образом, когда функция ослабления на втором участке найдена, можно приступить к поиску функции ослабления на третьем участке. Для такого случая можно использовать соотношение:

  (12) 

При использовании алгоритма сегментации основанного на теореме  N = n + m c учетом соотношений (11 и 12) и последующей сшивки конечных

Рис. 4. Аппроксимация шестикомпонентной подстилающей поверхности при использовании алгоритма преимущественных двоек.

участков 2-х и 3-х компонентных сегментов можно достаточно просто производить аппроксимации подстилающих поверхностей состоящих из произвольного количества однородных сегментов с учетом сферичности земной поверхности. На (рис.4) представлена аппроксимация шестикомпонентной подстилающей поверхности при использовании алгоритма преимущественных двоек.

На (рис.5) представлена аппроксимация шестикомпонентной подстилающей поверхности при использовании алгоритма преимущественных троек.

Рис. 5. Аппроксимация шестикомпонентной подстилающей поверхности при использовании алгоритма преимущественных троек.

Представленный алгоритм (рис.6) позволяет на основе использования современных методов автоматизированного расчета построить программу, позволяющую в режиме реального времени рассчитывать непосредственно дальность передачи корректирующей информации поверхностной волной СВ диапазона. Здесь в качестве начальных условий задаются количество участков и начальное значение протяженности подстилающей поверхности равное 1.В дальнейшем на каждом шаге работы программы размер подстилающей поверхности будет увеличиваться на 1км., что в свою очередь достаточно конструктивным с точки зрения длины волны исследованием диапазона. На втором шаге работы программы производиться проверка количества участков подстилающей поверхности с целью выбора аппроксимационной модели, которая будет использоваться в дальнейших расчетах. В случае если подстилающая поверхность состоит из одного участка и может рассматриваться как однородная, тогда для определения нелинейного множителя функции ослабления будет использована модель В.А. Фока. В противном случае будет применена методика сегментации преимущественных двоек или преимущественных троек базирующихся на сегментационной теореме N=n+m.

Рис. 6. Алгоритм расчета дальности действия ККС согласно модели с учетом сферичности и неоднородности подстилающей поверхности.

Такой подход позволяет, позволяет оптимальным образом сегментировать любую подстилающую поверхность, с целью определения нелинейной функции ослабления кусочно-однородной подстилающей поверхности. После определения функции ослабления однородной или поликомпонентной подстилающей поверхности определяется напряженность вертикальной составляющей электромагнитного поля дифференциальной поправки с дискретностью в 1км. Такой подход позволяет находить зоны нелинейного перехода, способные вводить существенные ограничения на дальность передачи дифференциальных поправок в рассматриваемом диапазоне. Далее путем ввода, в общее решение граничного условия характеризующего параметры приемопередающей аппаратуры можно определить непосредственно дальность передачи корректирующей информации. Предложенный алгоритм позволяет находить дальность передачи дифференциальной поправки в СВ диапазоне с учетом конкретных параметров приемопередающего оборудования для однородных и поликомпонентных подстилающих поверхностей.

Для организации высокоточного дифференциального сервиса предполагается использование девяти ККС на реках Обь и Иртыш. При занесении расчетных данных в таблицу (таб.1) и последующим нанесением на общую карту (рис.7.) видно, что поле дифференциальной поправки покрывает практически всю акваторию рассматриваемого района, однако имеет место

Рис. 7. Периметр зоны действия ККС на реках Обь и Иртыш.

область недостаточного перекрытия рабочих зон ККС Салехард и ККС Ханты-Мансийск в северном направлении, разрыв составляет 30км. Также стоит отметить, что имеет место несколько избыточное перекрытие зон действия ККС Ханты-Мансийск и ККС Тобольск, ККС Александровское, ККС Каргасок, ККС Кривошеино, а ККС Каргасок по предварительной оценке, сделанной на основании математического моделирования форм периметров зон действия, можно исключить из данной цепочки.

Таблица .1.

Периметры зон действия ККС на реках Обь и Иртыш

Название ККС

С,

[км]

СВ,

[км]

В,

[км]

ЮВ, [км]

Ю,  [км]

ЮЗ, [км]

З,  [км]

СЗ,

[км]

Салехард

500,0

461,0

288,0

288,0

288,0

288,0

288,0

288,0

Ханты-Мансийск

288,0

288,0

288,0

288,0

288,0

288,0

288,0

288,0

Тобольск

470,0

288,0

288,0

288,0

203,5

288,0

288,0

288,0

Омск

288,0

288,0

203,7

203,7

288,0

288,0

203,7

288,0

Сургут

371,7

371,7

288,0

288,0

288,0

288,0

288км

371,7

Александровское

371,6

371,6

203,7

470,0

203,7

203,7

203,7

470,0

Каргасок

288,0

203,7

203,7

470,0

203,7

203,7

203,7

470,0

Кривошеино

288,0

203,7

203,7

203,7

235,4

288,0

203,7

470,0

Новосибирск

288,0

288,0

288,0

203,7

288,0

470,0

470,0

288,0

Для организации высокоточного дифференциального сервиса на реках Енисей и Ангара (рис.8.) предполагается использование девяти ККС.

Рис. 8. Периметр зоны действия ККС на реках Енисей и Ангара.

Здесь поле дифференциальной поправки покрывает практически всю акваторию рассматриваемого района, однако имеет место область недостаточного перекрытия рабочих зон ККС Красноярск и ККС Кызыл в северном направлении разрыв составляет 10км. При этом стоит отметить, что имеет место избыточное перекрытие зон действия ККС Подкаменная Тунгуска, ККС Новоназимиво, ККС Мотыгино, ККС Новоназимиво по предварительной оценке, можно исключить из данной цепочки. Также стоит при этом отметить, что имеет место избыточное перекрытие зон действия ККС Иркутск, ККС Усть-

Баргузин. При этом есть надежное перекрытие совместной работы ККС Мотыгино, на реке Енисей и ККС Усть-Илимск на реке Ангара.

Для организации высокоточного дифференциального сервиса на Северном морском пути предполагается использование тринадцати ККС (рис.9.). Анализируя данные математического моделирования, стоит отметить, что имеет место, как правило, достаточное перекрытие рабочих зон действия ККС. Однако  имеет место зона чрезмерного перекрытия рабочих зон ККС о. Столбовой и ККС о-в Котельный (море Лаптевых).

Рис. 9. Периметр зоны действия ККС на Северном морском пути.

Для выявления конструктивности аппроксимационной модели учитывающей неоднородность подстилающей поверхности, загоризонтную рефракцию и параметры приемопередающего оборудования для определения топологической структуры высокоточных полей местоопределения формируемых ЛДПС был выполнен сопоставительный анализ результатов аналитических расчетов полученных с помощью указанной модели и результата моделирования полученного при помощи апроксимационной модели поликомпонентных подстилающих поверхностей строящаяся с учетом теоремы сегментации N = n + m.

В качестве примера рассмотрим трассу, состоящую из 5 однородных участков. Результаты аппроксимации такой подстилающей поверхности с использованием модели поликомпонентных подстилающих поверхностей строящаяся с учетом теоремы сегментации N = n + m показана на (рис.10 а)). Как видно из (рис. 10 а)) в рассматриваемом случае присутствуют две явные зоны нелинейного перехода, обусловленные значительной разницей в проводящих способностях соседних участках. Данные области расположены между 3-4 участком и 4-5 соответственно. Анализ результатов моделирования указывает на то, что в приделах рассматриваемой трассы будет иметь место зона приема 0-401 км, зона радиомолчания 402-600 км и вторичная зона уверенного приема. Анализируя данные аналитического расчета полученные на основе использования аппроксимационной модели учитывающей неоднородность подстилающей поверхности, загоризонтную рефракцию и параметры приемопередающего оборудования (рис.10 б)), видно, что дальность передачи корректирующей информации для рассматриваемого случая равна 401км. Сопоставляя результаты приведенных расчетов видно, что в данном случае зоны уверенного приема определенные с использованием модели поликомпонентных подстилающих поверхностей строящейся с учетом теоремы сегментации N = n + m и аппроксимационной модели учитывающей неоднородность подстилающей поверхности, загоризонтную рефракцию и параметры приемопередающего оборудования совпадают. Размер зоны составляет 401 км.

Рис. 10. Результаты аппроксимации пятикомпонентной

подстилающей поверхности.

Полученный результат определения дальности действия ККС на основе использования указанных моделей свидетельствует о достаточной степени совпадения, причем здесь необходимо отметить, что адекватность результатов получаемых на основе использования модели поликомпонентных подстилающих поверхностей строящейся с учетом теоремы сегментации  N = n + m проведенным ранее сопоставлением данных аналитического расчета и результатов натурных испытаний. Таким образом, можно со значительной степенью уверенности утверждать, что предложенная модель обладает всеми достоинствами апроксимационной модели поликомпонентных подстилающих поверхностей строящейся с учетом теоремы сегментации  N = n + m, а при большой протяженности подстилающей поверхности даже превосходит последнюю по точности получаемых результатов, так как позволяет учитывать загоризонтную рефракцию имеющую место при распространении поверхностных волн СВ диапазона.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В настоящей диссертационной работе представлено решение новой актуальной научной задачи формирования сплошных высокоточных радионавигационных полей в СВ диапазоне на ВВП России с учетом влияния поликомпонентной подстилающей поверхности, параметров приемопередающего оборудования и учета загоризонтной рефракции, на основе создания единого методологического подхода определения топологической структуры зоны действия ЛДПС, работающих для нужд управления движением судов ВВТ России.

На основе теоретических исследований поставленной задачи, математического моделирования формирования сплошных высокоточных радионавигационных полей в СВ диапазоне на ВВП России с учетом влияния подстилающей поверхности, параметров приемопередающего оборудования судов и береговых ККС и учета загоризонтной рефракции получены следующие результаты:

  1. На основе системного анализа основной международной и национальной нормативной базы определены и систематизированы основные методы построения автоматизированных систем обеспечения безопасности, мониторинга и управления транспортным процессом. Определена необходимость использования режима высокоточного местоопределения реализуемого на основе речной дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС/GPS, работающей в СВ диапазоне для обеспечения качественного мониторинга и управления в иерархических триадах «КРИС» - «РИС» - «АСУДС», работающих для нужд внутреннего - водного транспорта. В результате проведенных исследований ряда математических моделей была выявлена необходимость синтеза новой модели позволяющей определять формы периметров зон действия ККС работающих в СВ диапазоне с учетом сферичности и неоднородности подстилающей поверхности, параметров приемопередающего оборудования.
  2. Предложена новая методика определения дальности и зоны действия, локальных дифференциальных дополнений работающих в диапазоне средних волн, учитывающая специфику внутренних водных путей.
  3. Разработан новый алгоритм расчета дальности передачи корректирующей информации поверхностной волной СВ диапазона с учетом сферичности, неоднородности подстилающей поверхности, а также параметров приемного и передающего оборудования.
  4. Выполнено математическое моделирование и определена топологическая структура цепи ККС формирующих дифференциальное поле на реках: Обь Иртыш, Енисей, Ангара и на Северном морском пути.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, предусмотренных “Перечнем изданий ВАК”:

  1. Андрюшечкин Ю.Н. Влияние взаимных помех на дальность передачи корректирующих данных в информационном канале автоматизированных идентификационных систем/ Ю.Н.Андрюшечкин В.В. Каретников, А.А. Сикарев// Журнал Университета Водных Коммуникаций выпуск I (IХ) 2011 года СПб.: СПГУВК, 2011. С. 88 –91.
  2. Андрюшечкин Ю.Н. Особенности влияния подстилающей поверхности на дальность передачи корректирующей информации / Ю.Н.Андрюшечкин В.В. Каретников, А.А. Сикарев// Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. Вып. 1. – СПб.: СПГПУ, 2011. С. 74 –77.
  3. Андрюшечкин Ю.Н. Особенности влияния энергопотенциала транспондеров автоматизированных идентификационных систем на дальность передачи корректирующей информации / Ю.Н.Андрюшечкин В.В. Каретников, А.А. Сикарев// Морская радиоэлектроника. Вып. 3 (37). – СПб.: Типография Феникс, 2011. С. 34–35.
  4. Андрюшечкин Ю.Н. Определение архитектуры зон действий цепи базовых станций АИС на ВВП России / Ю.Н.Андрюшечкин В.В. Каретников, А.А. Сикарев// Морская радиоэлектроника. Вып. 4 (38). – СПб.: Типография Феникс, 2011. С. 12–13.
  5. Андрюшечкин Ю.Н. Основные аспекты конструктивного подхода к компенсации зон разрыва дифференцальных полей СВ-диапазона на ВВП России / Ю.Н.Андрюшечкин В.В. Каретников, А.А. Сикарев// Журнал Университета Водных Коммуникаций выпуск I (ХIII) 2012 года СПб.: СПГУВК, 2012. С. 112 –115.
  6. Андрюшечкин Ю.Н. Роль корректирующей информации в процессе обеспечения безопасности судоходства / Ю.Н.Андрюшечкин В.В. Каретников, А.А. Сикарев// Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. Вып. 1. – СПб.: СПГПУ, 2012. С. 75 –78.

В других изданиях:

  1. Андрюшечкин Ю.Н. Определение позиционирования судов на внутренних водных путях при использовании систем ГЛОНАСС/GPS/ Ю.Н. Андрюшечкин Материалы II межвузовской науч. -практич. конференции, студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России.» СПб.: СПГУВК, 2011. С. 122–125.
  2. Андрюшечкин Ю.Н. Использование дифференциального метода для навигационных определений морских судов / Ю.Н. Андрюшечкин Материалы II межвузовской науч. -практич. конференции, студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России.» СПб.: СПГУВК, 2011. С. 125–129.
  3. Андрюшечкин Ю.Н. Топология высокоточных полей позиционирования и дальности действия контрольно–корректирующих станций на внутренних водных путях России Материалы Междунар. науч.-техн. конференции «Дни науки - 2012» №90. – Прага.:Publishing House «Education and Science»Praha 2012г., 2012. – С. 15–16.
  4. Андрюшечкин Ю.Н. Определение зон действия речных контрольно-корректирующих станций для сферически неоднородных подстилающих поверхностей/ Ю.Н. Андрюшечкин Материалы III межвузовской науч. -практич. конференции, студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России.» СПб.: СПГУВК, 2012. С. 125–129.



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.