Анализ точностных характеристик систем навигации подвижных наземных объектов иих сравнение стребуемыми характеристиками взависимости от решаемой задачи
Сурков Владимир Олегович,аспирант
Тамбовский государственный технический университет
В статье дан сравнительный анализ точностных характеристик систем навигации подвижных наземных объектов и их сравнение с требуемыми характеристиками в зависимости от решаемой задачи. В ходе анализа выявлено, что значения СКО при определении координат в автономном режиме для всех рассмотренных систем, принимая значения от 190 до 600 м, не удовлетворяют требованиям, поэтому предложены способы повышения точности навигационной системы.
В статьях [1, 2] производится обзор существующих навигационных систем, как военного, так и гражданского применения. В них подробно рассматривается работа некоторых датчиков, методы обработки информации в данных системах и сравниваются значений погрешностей в определения курса. В статье [3] сравниваются точностные характеристики и состав систем военного назначения. В статье [4] рассматриваются системы навигации подвижных наземных объектов отечественного производства. В [5] и [6] дается анализ систем навигации отечественного и иностранного производства с указанием оптимального режима работы систем, без сравнения представленных точностных характеристик между собой. Так же в данных статьях недостаточно подробно описаны задачи, решаемые навигационными системами и не приведены требуемые характеристики точности необходимая при их решении.
Однако сравнительный анализ всех точностных характеристик навигационных систем для ПНО иностранного и отечественного производства их сравнение с требуемыми характеристиками в зависимости от решаемой задачи в литературе не встречается. Целью статьи является анализ точностных характеристик систем навигации подвижных наземных объектов и их сравнение с требуемыми характеристиками в зависимости от решаемой задачи.
Система навигации ПНО включает в свой состав нерадиотехнические измерители и радиотехнические измерители.
Нерадиотехнические измерители (НРТИ) предназначены для определения координат, параметров движения и пространственного положения продольных осей ПНО.
В качестве таких измерителей могут быть использованы следующие устройства:
− измеритель ускорения и углов крена и тангажа — инерциальная навигационная система (входит в состав большинства навигационных систем);
− измеритель магнитного поля Земли: 3-осный магнитометр (система «КомпаНав-2М», Ekinox-N);
− измеритель скорости, выполненный в виде механического («Гамма — 1» [6]) или доплеровского датчика скорости («ГАЛС — Д2М»);
− измеритель высоты — барометрический высотомер (система «КомпаНав-3»);
− измеритель пройденного пути, который может выполняться в виде одометра (система «БИНС-Тек», «Азимут», Ellipse-N).
В качестве радиотехнических измерителей используются аппаратура приема сигналов радионавигационных систем (РНС) (приемник спутниковой навигационной системы (СРНС) (ГЛОНАСС/GPS) и приемники систем дальней навигации («Чайка» и «LORAN-C»)) и доплеровский измеритель скорости (ГАЛС-Д2М).
Системы навигации ПНО с помощью РНС и НРТИ определяют координаты местоположения объекта и параметры его движения, углы ориентации подвижного объекта и выдают необходимую информацию пользователю. Эта информация может быть использована для:
− обеспечения безопасности движения и организации перевозок пассажиров и грузов в процессе хозяйственной деятельности
− вызова полиции, пожарных, скорой помощи
− поиска гостиницы, ресторана и т. д.
− нахождения маршрута
− защиты от угона
− слежения за экологически опасными грузами
− управления на маршруте
− определения места транспортного средства
− определения места аварии
− определения места при транзите.
В соответствии с перечисленными задачами в таблицах 1 и 2 [7] представлены требования наземных потребителей к радионавигационным системам, входящих в состав навигационных систем ПНО.
Таблица 1
Требуемые точностные характеристики
|
Задача |
Точность, (СКО) м |
|
Управление транспортом |
100 |
|
Вызов полиции, пожарных, скорой помощи |
10 |
|
Использование сервиса (гостиницы, рестораны и т. д.) |
10 |
|
Нахождение маршрута |
25 |
|
Возвращение потерянных и украденных транспортных средств |
10 |
Таблица 2
Требуемые точностные характеристики для автотранспорта
|
Задача |
Точность, (СКО) м |
Целостность, с |
Доступность,% |
|
Управление на маршруте |
5 |
1 |
99,7 |
|
Определение места транспортного средства |
30 |
5 |
99,7 |
|
Определение места аварии |
5 |
11 |
99,7 |
|
Определение места при транзите |
10 |
5 |
99,7 |
В таблице 3 и 4 приведены сравнительные точностные характеристики систем ПНО.
Таблица 3
Точностные характеристики навигационных систем подвижных наземных объектов
|
Система |
Режим работы |
Координаты (СКО) |
|
КомпаНав-2Т |
Р2 |
5м |
|
Р1 |
500м |
|
|
БИНС-Тек |
Р2 |
5м |
|
Р1 |
0,25 %от пр. пути |
|
|
Ellipse-N |
Р2 |
2м |
|
Р1 |
190 |
|
|
Ellipse-E |
Р2 |
2м |
|
Р1 |
190м |
|
|
Ekinox-N |
Р2 |
1.5 м |
|
Р1 |
||
|
SBAS |
0.6 м |
|
|
DGPS |
0.4 м |
|
|
RT2500 |
Р2 |
3м |
|
Р1 |
190м |
|
|
SBAS |
2.0 |
|
|
DGPS |
0.9 |
|
|
RT2502 |
Р2 |
3 м |
|
Р1 |
0,25 %от пр. пути |
|
|
SBAS |
2.0 |
|
|
DGPS |
0.9 |
|
|
RT2002 |
Р2 |
1,5 м |
|
Р1 |
0,2 % от пр. пути |
|
|
SBAS |
0.6 м |
|
|
DGPS |
0.4 м |
|
|
RT3100 |
Р2 |
1.8 м |
|
Р1 |
||
|
SBAS |
0.6 м |
|
|
DGPS |
0.4 м |
|
|
RT3102 |
Р2 |
1,8 м |
|
Р1 |
||
|
SBAS |
0.6 м |
|
|
DGPS |
0.4 м |
|
|
RT3002 |
Р2 |
1,5 м |
|
Р1 |
||
|
SBAS |
0.6 м |
|
|
DGPS |
0.4 м |
|
|
RT3003 |
Р2 |
1,5 м |
|
Р1 |
||
|
SBAS |
0.6 м |
|
|
DGPS |
0.4 м |
|
|
Survey+ |
Р2 |
1,5 м |
|
Р1 |
||
|
SBAS |
0.6 м |
|
|
DGPS |
0.4 м |
|
|
Survey+ L1 |
Р2 |
1,8 м |
|
Р1 |
||
|
SBAS |
0.6 м |
|
|
DGPS |
0.4 м |
|
|
«Азимут» |
Р2 |
25м |
|
Р1 |
1,2 %от пр. пути |
|
|
КомпаНав-3 |
Р2 |
6 м |
|
Р1 |
500м |
|
|
КомпаНав-2М |
Р2 |
6 м |
|
Р1 |
600м |
|
|
Ориентир |
Р2 |
50 м |
|
Р1 |
0,2 % от пр. пути |
|
|
КС-100М |
Р2 |
60 м |
|
Р1 |
500 м |
|
|
Малогабаритная навигационная аппаратура ФГУП НКТБ «ФЕРРИТ» |
Р2 |
20 м |
|
Р1 |
1,0 % от пр. пути |
|
|
«Трона-1». |
Р2 |
10 м |
|
Р1 |
0,7 % от пр. пути |
|
|
ТНА-4 |
Р2 |
|
|
Р1 |
0,9 % от пр. пути |
|
|
«Гамма -1» |
Р2 |
25 м |
|
Р1 |
0,6 % от пр. пути |
|
|
«Гамма -2» |
Р2 |
25 |
|
Р1 |
1 % от пр. пути |
|
|
ГАЛС-Д2М-1 |
Р2 |
33 м |
|
Р1 |
0,5 % от пр. пути |
|
|
ГАЛС-Д2М-2 |
Р2 |
22 м |
|
Р1 |
0,25 % от пр. пути |
|
|
ГАЛС-Д2М-3 |
Р2 |
14 м |
|
Р1 |
0,1 % от пр. пути |
|
|
ГАЛС-Д2М-4 |
Р2 |
8 м. |
|
Р1 |
0,05 % от пр. пути |
В таблице 3: Р1 — автономный режим; Р2- режим с коррекцией от СРНС; пр. путь — пройденный путь; SBAS — режим работы, при котором дифференциальные поправки определяются с помощью космических систем дифференциальной коррекции; DGPS — режим работы, при котором дифференциальные поправки определяются с помощью локальной системы дифференциальной коррекции.
В таблице 3 приведены систем навигации часть, из которых имеет точностные характеристики, которые полностью удовлетворяют приведенным выше требованиям. В число данных систем входит в основном системы иностранного производства и две модели навигационных систем отечественного производства. В иностранных системах для определения координат массово используется дифференциальный режим работы СРНС. Его использование позволяет получать точность порядка 0,4 м. Координаты, полученные с точностью от 6 м до 25 м в режиме с коррекцией от СРНС от систем КомпаНав-3, «Азимут», «Трона-1» «Гамма -1», «Гамма -2», ГАЛС-Д2М-2, ГАЛС-Д2М-3, ГАЛС-Д2М-4не могут быть использованы при решении задач управления на маршруте и определения места аварии. Системы, имеющие точность определения координат от 33 м до 60 м в режиме с коррекцией от СРНС могут быть использованы только для управления транспортом.
Для систем имеющих точность от 6 до 60 м необходимо повысить точность используя:
− приемники СРНС имеющие более высокую точность определения координат и других параметров;
− дифференциальный режим СРНС и локальные системы на основе псевдоспутников.
Таким образом, в статье был проведен анализ точностных характеристик существующих навигационных систем ПНО и их сравнение с требуемыми характеристиками в зависимости от решаемой задачи. В ходе анализа выявлено, что часть систем имеет характеристики точности (от 6 до 60 м) не позволяющие использовать их для выполнения определенных задач, поэтому были предложены способы повышения точности определения координат местоположения для данных навигационных систем.
Литература:
- Безмага В. М., Журавлев А. В. Навигационные комплексы наземных мобильных средств / А. В. Журавлев, В. М. Безмага // Новости навигации — 2009 — № 1 — С. 29–36.
- Комраков Д. В. Навигационные комплексы наземных мобильных средств / Д. В. Комраков // Технические науки: теория и практика: материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Чита, апрель 2012 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2012. — С. 47–49.
- Система топографического ориентирования «Трона-1» //Обозрение армии и флота — 2007. — № 4.
- Сурков В. О. Системы навигации подвижных наземных объектов и их характеристики/ В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2013. — № 7. — С. 76–79.
- Сурков В. О. Сравнительный анализ отечественных и зарубежных систем навигации подвижных наземных объектов / В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2015. — № 13. — С. 211–214.
- ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. Изд 3-е, перераб. — М.: Радиотехника, 2005,688 с., ил.
- Радионавигационный план Рос. Федерации: утв. приказом Министерства промышленности и торговли РФ от 2 сентября 2008 г. № 118: в редакции приказа Министерства промышленности и торговли РФ от 31 августа 2011 г.
