6.2.2. Техническая экспертиза потенциальных мест установки ккс

Техническая экспертиза возможных вариантов размещения оборудования контрольно-корректирующей станции и радиомаяка с антенно-мачтовым устройством была проведена специалистами МАП Новороссийск, Гидрографической службы Черноморского флота, ГУНиО МО, ЗАО ЦНИИМФ и ЗАО Техномарин. Было проведено обследование следующих объектов:

- маяк Анапский;

- радиоцентр на горе Дооб;

- маяк Дообский;

- маяк Темрюкский;

- РЦУС ГМССБ в г. Новороссийске.

Как отмечалось, была окончательно выбрана схема трёхточечного расположения оборудования ККС в Азово-Черно­морском бассейне: на горе Дооб, на маяке Анапском (вблизи порта Темрюк) и в центре управления всей системой ККС, расположенном на РЦУС в г. Новороссийске. Тем не менее мы рассмотрим подробно все детали поиска мест расположения ККС на Юге России.

Принимались в расчёт следующие характеристики мест вероятной установки ККС ДГНСС, повлиявшие на критерий выбора места их установки:

- экономичность и простота реализации проекта;

- возможность достижения требуемой дальности действия в пределах морского района А₁ с таким расчётом, чтобы обеспечить высокоточной информацией зону интересов гражданских и военных потребителей;

- наличие и возможность использования имеющейся на месте инфраструктуры, линии электропитания переменного тока напряжением 220 В, а также зданий, изолированных помещений, приспособленных для размещения вторичных источников питания и комплекса оборудования ККС;

- наличие линии связи для организации дистанционного контроля и управления работой ККС и радиомаяка;

- наличие резервной сети питания переменного тока  дизель-генератора;

- наличие, размеры и состояние площадки для размещения антенного поля, которая должна соответствовать ориенти­ровочно минимальным размерам полей 6040 м²  для Т‑образной антенны и 5050 м²  для антенны типа "Зонт";

- максимальное расстояние между передатчиком радиомаяка и базовой станцией, ограниченное длиной соединительного кабеля 50 м;

- наличие места для установки мачты высотой 4 м для размещения 4 спутниковых антенн с минимальным затенением окружающими предметами, строениями в горизонтальной плоскости, для углов возвышения над горизонтом, бóльших 7°5';

- возможность обеспечения климатических условий эксплуатации аппаратуры ККС;

- возможность обеспечения условий безопасности в зоне антенного поля радиомаяка и месте размещения аппаратуры ККС;

- возможность обеспечения условий труда обслуживающего персонала;

- возможность обеспечения охранных мероприятий для защиты оборудования радиомаяка и безопасной его эксплуатации.

Как это делалось ранее при развёртывании сети ГМССБ, на всех перечисленных объектах аналогично учитывались все особенности местных климатических и гидрометеорологических условий, а также специфика уже известной помеховой обстановки в отношении вновь размещаемого оборудования ККС и ДГНСС.

Учёт гидрометеорологических условий. В данном регионе в период с августа–сентября по мартапрель преобладают ветры от NО, повторяемость которых достигает ~30% всего времени; в период с апреля по июль наиболее часты ветры от SО с повторяемостью 2830%. Обычно с октября по апрель дуют ветры силой до 4 баллов, а в остальное время года до 3 баллов. Зимой наблюдаются сильные ветры от NО, достигающие ураганной силы и носящие название бора. Эти ветры дуют мощными порывами с прибрежных гор.

При отрицательной температуре воздуха ветер способствует быстрому обледенению судов и береговых объектов. При действии боры вход в порт опасен. Дней со штормами в регионе бывает в среднем 55 в году, из них 45 дней приходится на бору. Наибольшее количество дней со штормом наблюдается в период с ноября по март и достигает 68 в месяц. Дней с туманами наблюдается в среднем 30 в году. Наибольшая повторяемость в период с января по май и в сентябре–октябре, когда число дней с ними в месяц составляет 3-5. Зимой туман обычно стелется по воде.

Течения в пределах акватории порта неустойчивы и обусловлены ветрами. Скорость не превышает 0.5 уз. Колебания уровня связаны со сгонными и нагонными ветрами. Колебания уровня не превышает 0.6 м. Данные климатические условия определяют необходимость их учета при выборе типа устройства для размещения спутниковых антенн, а также способов крепления, способных выдерживать ветровые нагрузки. Сильное обледенение GPS-антенн может приводить к прерыванию приёма сигналов от спутников и нарушению нормального функционирования диффподсистемы. Поэтому в комплекте поставки оборудования для ККС должны быть предусмотрены антиобледенительные устройства (WEATHER DOOM), которые являются радиопрозрачными укрытиями для GPS-антенн и предохраняют антенны от обледенения. С точки зрения помеховой обстановки, объекты на РМк Анапский и РМк Дообский сравнимы по характеристикам. Учитывая, что ККС диффподсистемы будет развернута на базе существующих радиомаяков, последние будут выведены из эксплуатации (работа в группе), что исключит нежелательное их воздействие на работу ККС.

Более сложные условия наблюдаются при выборе места установки ККС на Радиоцентре  гора Дооб. Существующие антенные поля радиопередающих устройств, работающих в диапазонах радиоволн  KB, ПВ и УКВ близко расположены к антенной системе РМк и могут создавать значительные уровни помех работе ККС, что может приводить к нарушению нормальной работы. При размещении ККС на горе Дооб дополнительно потребуются тщательные натурные исследования электромагнитной совместимости работы радиоэлектронных систем (РЭС).

Предварительные результаты технической экспертизы возможных мест размещения ККС сводятся к следующему.

Радиомаяк Анапский. Анализ условий размещения диффподсистемы на маяке Анапский, расположенном на берегу Чёрного моря в 3 кбт к SSO от мыса Южный Анапский, показывает, что они благоприятны удалённостью (на расстояние 50 км) от порта Новороссийск (и на 80 км) от входа в Керчь-Еникальский канал. Координаты этого РМк: широта 44°53¹ N, долгота 37°18¹ Е; он является объектом Гидрографической службы Краснознаменного Черноморского флота (ГС КЧФ  Новороссийский район). Передатчик радиомаяка КРМ-300 работает на частоте 315,5 кГц в группе с РМк Дооб и Железный рог. В качестве антенны используется штатная судовая антенна высотой порядка 12 м.

Питание маяка осуществляется от:

• сети переменного тока напряжением 220 В  первичный источник питания;

• дизель-генератора в качестве резервного источника питания. Радиомаяк расположен на ограниченной территории и находится на расстоянии порядка 40 м от восьмигранной каменной башни светового маяка высотой 23.м. Радиомаяк плотно окружён жилыми, служебными строениями и деревьями.

Общий вид плана размещения Анапского маяка относительно акватории Чёрного моря показан на рис.5.1.

Установка на Дообском маяке аппаратуры ККС диффподсистемы потребует выполнения следующих работ:

- демонтажа существующей антенны радиомаяка и установки штатной антенны РМк Янтарь-2М-200, в качестве которой может использоваться зонтичная (высотой 25 м) или Т-образная антенны;

- установки противовеса в случае применения зонтичной антенны радиомаяка (этот противовес требует свободной площадки радиусом 25 м и с уклоном не более 5°);

Рис.5.1. Рабочая зона действия диффподсистемы субметровой точности ГЛОНАСС/GPS, установленной на маяке Дообский (на мыссе Дооб в ~7 милях южнее порта Новороссийск).

- установки двух мачт высотой 2530 м с расстоянием между мачтами около 40 м (при использовании Т-образной антенны); противовес для обеих антенн представляет собой сетку из медных или биметаллических проводов диаметром 36 мм, состоящую из 20 лучей длиной по 25 м, соединённых между собой в центре под полотном антенны в земле на глубине 1030 см;

- установки мачты высотой 4 м для размещения спутниковых антенн;

- создания линии связи для организации дистанционного контроля и управления работой диффподсистемы;

- совмещения работы РМк Анапский во всех его штатных режимах с установленной диффподсистемой. Из этого перечня работ на РМк Анапский можно сделать следующие выводы.

Площадь, занимаемая маячной службой, не позволяет разместить новое антенно-мачтовое устройство радиомаяка Янтарь-2М-200 с штатным для него противовесом. Это повлечёт дополнительные затраты на создание антенного поля излучателей для новой диффподсистемы, т.к. потребуется:

- демонтаж существующей антенны радиомаяка КРМ-300;

- снятие и восстановление асфальтового покрытия при укладке проводов противовеса;

- установка дополнительных мачт для Т-образной антенны и противовеса за пределами территории маяка;

- корчевание деревьев, попадающих в периметр антенны, и перепланировка других объектов, оказывающих влияние на работу антенны.

Выбор места установки мачты для спутниковых антенн диффподсистемы требует учёта известных ограничений:

1) Опорная станция должна осуществлять передачу дифференциальных поправок для спутников с углами возвышения над горизонтом более ~7.5°, следовательно, пространство, начиная с этих углов, должно быть открытым. Различные строения, возвышенности, деревья и другие мешающие объекты могут вызывать затенение антенны в горизонтальной плоскости, что приводит к прерыванию приёма сигналов от спутников. Поэтому спутниковые антенны должны располагаться в таком месте, чтобы минимизировать воздействие окружающих объектов в горизонтальной плоскости диаграммы направленности антенн.

2) Вторым фактором, воздействие которого необходимо учитывать и минимизировать, является эффект многолучевости принимаемых сигналов, возникающий за счёт отражения спутниковых сигналов от расположенных близко к антенне металлических объектов, строений, имеющих хорошую отражающую способность. Следовательно, металлические конструкции, мачты и другие объекты, которые находятся вблизи спутниковых приёмных антенн, должны быть удалены на значительные расстояния.

3) Антенные кабели спутниковых антенн должны быть ограничены длиной 30 м.

Существующая на маяке инфраструктура не обеспечивает возможности отнести мачту с антеннами от сооружений на расстояние, обеспечивающее нормальное, без затенения, их функционирование, а также не позволяет разместить их вне зоны наземного контура антенного поля радиомаяка.

Радиоцентр на горе Дооб. Анализ условий размещения диффподсистемы на горе Дооб.

Гора Дооб высотой 435 м расположена в 2.7 мили к юго-востоку от мыса Дооб. На горе Дооб расположен радиопередающий центр, который является объектом НМТП. На территории расположены Г-образная и Т-образная передающие антенны и мачта высотой 1518 м, на которой расположены антенны радиорелейной станции. На крыше здания, установлена мачта и УКВ-антенны различных служб.

Питание оборудования осуществляется от:

- сети переменного тока напряжением 220 В  первичный источник питания;

- дизель-генератора в качестве резервного источника питания. Между радиоцентром и МАП Новороссийск существует радиорелейная линия связи, которая может использоваться для дистанционного управления работой диффподсистемы.

Установка диффподсистемы на горе Дооб потребует выполнения следующих работ:

- демонтажа существующей передающей антенны и установки штатной антенны РМк Янтарь-2м-200, в качестве которой необходимо использовать Г-образную антенну, учитывая что кабель от передатчика радиомаяка до антенны ограничен длиной 50 м;

- установки противовеса для антенны радиомаяка;

- установки на крыше здания мачты высотой 2 м для размещения спутниковых антенн;

- переноса металлической мачты УКВ-ретранслятора, которая находится на антенном поле антенны радиомаяка.

Использование радиоцентра на горе Дооб для установки диффподсистемы позволяет сделать следующие выводы. Рельеф местности и существующая инфраструктура, занимаемая службой, не обеспечивают условий, требуемых для размещения антенно-мачтового устройства радиомаяка Янтарь-2М-200 и создания противовеса. Значительные затраты по созданию эффективного антенного поля радиомаяка диффподсистемы включают:

- демонтаж и перенос существующей мачты антенн радиолинии; мачты для Г-образной и Т-образной антенн расположены на крутых горных склонах, что не позволяет создать эффективный противовес, который должен укладываться на площадке с уклоном не более 5°.

- перенос металлических предметов (арматура, цистерна и др.), корчевание деревьев, кустарника, которые расположены на площади антенного поля и противовеса.

Радиомаяк Дообский. Анализ условий размещения диффподсистемы на маяке Дообский.

Расположен на берегу Чёрного моря в 4 кбт от мыса Дооб и находится на расстоянии 7.5 миль от порта Новороссийск и 66.5 миль от входа в Керчь-Еникальский канал. Этот РМк имеет координаты  широта 44°38¹ N, долгота 37°55¹ Е; он является объектом Гидрографической службы Краснознаменного Черноморского флота (ГС КЧФ, Новороссийский район). Передатчик радиомаяка КРМ-300 работает на частоте 315,5 кГц в группе с РМк Анапский и Железный рог. В качестве антенны используется Т-образная антенна, установленная на мачтах высотой 40 м и разнесенных на расстояние свыше 40 м.

Имеется противовес, обеспечивающий нормальную работу радиомаяка. Эффективность антенны достигается за счёт большой действующей высоты и удобного расположения. Существующая антенна с минимальными доработками может успешно использоваться в составе диффподсистемы с радиомаяком Янтарь-2М-200. Стойка с оборудованием контрольно-корректирующей станции и радиомаяк Янтарь-2М-200 могут быть расположены в отапливаемом помещении-аппаратной после демонтажа передатчика КРМ-300.

Для питания маяка предполагается использовать:

- сеть переменного тока напряжением 220 В  первичный источник питания;

- два дизель-генератора АСДА-2 в качестве резервного источника питания.

На территории маяка расположена антенна РЛС телеуправляемого радиолокационного поста (РЛП), который принадлежит МАП Новороссийска.

Для передачи информации используется радиорелейная система (РРС), Mini-Link, фирмы Ericsson, Швеция (2 канала по 2 Мбит). Существующая система связи позволяет её наращивание, что обеспечивает возможность создания с минимальными затратами линии связи с пунктом дистанционного контроля и управления работой диффподсистемы.

Установка диффподсистемы потребует выполнения следующих работ:

• проведения ревизии мачт (покраска и очистка изоляторов) для размещения полотна антенны радиомаяка Янтарь-2М-200;

• замены полотна существующей антенны радиомаяка, которое входит в комплект радиомаяка Янтарь-2М-200;

• проведения замеров сопротивления противовеса;

• монтажа мачты высотой 4 м на расстоянии 1012 м от здания аппаратной, предназначенной для установки спутниковых антенн. Затраты на разработку чертежей и изготовление мачты составляют 15000 руб.

Выводы по предпочтительному использованию РМк Дообский для установки диффподсистемы сводятся к следующему. Существующая инфраструктура на маяке Дообский обеспечивает с минимальными затратами оптимальные условия для размещения оборудования ККС и радиомаяка диффподсистемы. На основе приведённого выше анализа принято решение о развертывании диффподсистемы ДГНСС на маяке Дообский. Этот выбор места определился следующими обсто­ятель­ствами.

Пункт размещения ККС принадлежит ГС КЧФ (Новороссийский район) и расположен на расстоянии 7.5 миль от порта Новороссийск и 66.5 миль от входа и 73 милях от выхода из Керчь-Еникальского канала (см. рис.5.1). Использование РМк Дообский для развертывания на его базе диффподсистемы ДГНСС рекомендовано ГУНиО МО и согласовано с МАП Новороссийск. Выявленная расчётом дальность действия диффподсистемы должна составлять 250300 км. В этом случае будут обеспечены надёжные и высокоточные измерения местоположения судов в прибрежном плавании от порта Новороссийск до порта Туапсе и плавании по Керчь-Еникальскому каналу, т.е. будут удовлетворены интересы потребителей различных ведомств. Рассматривался также вариант размещения диффподсистемы ДГНСС на маяке Анапский (см. рис.5.2).

В рабочей зоне, формируемой РМк Дообский, лучше обеспечиваются многие требования к параметрам, предъявляемым к дифференциальной подсистеме, включая погрешность определения координат судна менее 10 м (для вероятности Р=95%), хорошую информационную доступность и целостность системы во всём пространстве морских районов ГМССБ А₁ и А₂. Существующая инфраструктура на РМк Дообский, наличие инженерных сетей и дорог значительно сокращают затраты на доставку и развертывание оборудования опорной станции.

Рис.5.2. Рабочая зона действия диффподсистемы субметровой точности ГЛОНАСС/GPS, установленной на маяке Анапский (в ~25 милях северо-западнее порта Новороссийск).

Имеются здания, которые принадлежат ГС КЧФ. Оборудование диффподсистемы в стойке планируется разместить в помещении вместо передатчика КРМ-300. В аппаратной размещаются передатчик радиомаяка и аккумуляторы в качестве резервного источника питания и аппаратура ККС. Контрольная станция, включающая персональный компьютер с программным обеспечением, размещается в этом же помещении.

Существование готового антенного поля вблизи здания  важное достоинство выбранного места. В качестве антенны будет использованы эффективная Т-образная антенна, которая размещена над зданием, а также существующий противовес. Длина кабеля от передатчика до антенны в этом случае минимальна, что повышает к.п.д. антенной системы. Четыре спутниковые антенны планируется разместить на мачте высотой 4 м, которая устанавливается на расстоянии 1012 м от здания. Радиомаячная антенна станции интегрального контроля может быть установлена на крыше здания, учитывая предельную длину антенного кабеля 15 м.

Наличие централизованного энергоснабжения напряжением 220 В и резервного источника  дизель-генератора позволяет уменьшить объём операций по техническому обслуживанию автономных средств питания. Наличие радиорелейной системы связи позволяет организовать пункт дистанционного контроля и управления работой ККС и радиомаяка.

Зона действия ДГНСС в Азово-Черноморском бассейне. Для предварительной оценки рабочей зоны диффподсистемы DGPS при размещении ККС на маяке Дообский был проведён расчёт диаграммы напряжённости поля сигналов, которая представлена на рис.5.1. Для сравнения рабочая зона диффподсистемы ГЛОНАС/GPS на маяке Анапский показана на Рис.5.2. Если бы не преимущества инфраструктурного характера на РМк Дообский, географически обе зоны примерно равноценны. В гектаметровом диапазоне радиоволн (СВ-диапазон) при распространении сигналов над однородной водной поверхностью линейная аппроксимация между дальностью и напряжённостью поля сигналов наблюдается на удалениях от РМк на несколько сот километров.

Наличие на трассе участков суши с плохой проводимостью может сокращать дальность надёжного приёма сигналов [1]. Расчётные значения напряжённости поля и прогнозируемые уровни сигналов сделаны для излучаемой мощности РМк(Р_изл=100 Вт). Эффективная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ) при этом принимается равной 1 Вт.

Расчёт рабочей зоны проведён с учётом особенностей рельефа данного района и подстилающей поверхности на трассах распространения радиоволн (подробности расчётов см. [1]). Приняты следующие значения параметров подстилающей поверхности.

Распространение сигналов над морем:

- удельная электрическая проводимость 5 Сим/м;

- диэлектрическая проницаемость 70.

Распространение сигналов над сушей:

- удельная электрическая проводимость 0.003 Сим/м;

- диэлектрическая проницаемость 30.

Внутренний контур соответствует максимальному уровню сигнала 50 дБ/мкВ/м (316 мкВ/м). Каждый последующий контур обозначает границу зоны, уровень сигнала в которой ниже на 5 дБ/мкВ/м. Зона, выделенная сплошной линией, соответствует значению 34 дБ/мкВ/м, напряжённость поля сигнала в которой составит порядка 50 мкВ/м. В этой зоне обеспечивается устойчивый приём сигналов поправок и их декодирование без потери информации в форматах принимаемых сообщений.

С учётом возможного увеличения уровня атмосферных шумов или импульсных помех данный уровень сигнала на границе зоны обеспечивает отношение сигнал/шум на входе приёмника поправок порядка 10 дБ, что уменьшает вероятность ошибки демодуляции символа информации. Данный параметр непосредственным образом влияет на системные параметры диффподсистемы  доступность и точность обсервации, так как определяет темп приёма корректирующей информации. Увеличение интервала между приёмом двух кадров данных, вызываемым ошибками цифровой информации, приводит к квадратному увеличению погрешности определений. Для обеспечения требуемой доступности системы частота появления ошибок по битам, т.е. отношение числа ошибочно принятых битов к общему числу переданных должно быть менее 10^-3 (информационная надёжность системы 0,999). Данные условия выполняются при уровне принимаемого сигнала 50 мкВ/м, отношении сигнал/помеха С/П>10 дБ при наличии на входе приёмника импульсных помех с амплитудой 500 мкВ/м и периодом повторения 0.5 миллисекунды.

Зона уверенного приёма сигналов поправок (уровень 35 дБ/мкВ/м), формируемая ККС на радиомаяке (РМк) Дообский в районе порта Новороссийск, перекрывает все основные существующие фарватеры в прибрежном плавании до порта Туапсе, подходы к портам Новороссийск, Геленджик, Анапа, а также вход и плавание по Керчь-Еникальскому каналу. Следует отметить, что при использовании РМк Янтарь-2М-200 с излучаемой мощностью 200 Вт и Т-образной антенной высотой 40 м эффективная изотропная излучаемая мощность составит чуть более 2 Вт, что обеспечит расширение зоны надёжного приёма сигналов поправок вплоть до перекрытия Керчь-Еникальского канала и акватории Темрюкского залива. Расчётное значение уровней сигнала на Керчь-Еникальском канале для ЭИИМ=2 Вт составляет 3941 дБ/мкВ/м (для судовых антенн это обеспечит уровень сигнала выше 100 мкВ).

Таким образом, достижение качественных характеристик контрольно-корректирующих станций регионов действия АИС становится одним из определяющих условий успешной реализации субметровой точности контроля навигационной обстановки в обслуживаемом АИС морском районе.

Общие требования к контрольно-корректирующим станциям. Для успешной реализации сетей АИС в мире необходимы субметровые (с погрешностями не более 510 м) точности местоопределения судов в обширных морских районах, называемых в ГМССБ, как районы А₁ и А₂. Такие точности достижимы в субметровых масштабах повсеместной реализации в мире только на основе спутниковых навигационных систем с дифференциальной коррекцией прямых измерений в системах GPS или ГЛОНАСС. В настоящее время действует временный Международный стандарт RTCM по форматам передачи поправок в совмещённой диффподсистеме DGPS/ДГЛОНАСС, принятый в 1999 г. С учётом этого обстоятельства, а также для исключения дополнительных расходов на неизбежные поэтапные модернизации уже действующего GPS-оборудования внедрение диффподсистемы на Юге России мы посчитали целесообразным реализовать программу строительства совмещённой диффподсистемы DGPS/ДГЛОНАСС в два этапа.

На первом этапе на выбранном месте дислокации контрольно-коректирующих станций (ККС) в районе порта Новороссийск необходимо установить оборудование и ввести в эксплуатацию первую очередь диффподсистемы, работающей в режиме передачи поправок по системе GPS/ГЛОНАСС. На втором этапе, после окончательного принятия Стандарта на совмещённую диффподсистему, уже на действующей ККС надо будет осуществить модернизацию DGPS с целью доведения её до полной комплектации ДГНСС (ДГЛОНАСС/DGPS). Модернизация может затронуть замену спутниковых антенн, поставку нового программного обеспечения для опорных станций и станции интегрального контроля, а также обновлённой версии программного обеспечения управления работой ДГНСС. Ориентировочная стоимость модернизации станции DGPS составит примерно 20 000 долл. США.

Для удобства анализа дифферециальную подсистему ГНСС можно условно разделить на отдельные элементы, каждый из которых выполняет одну или несколько необходимых подсистеме функций. Согласно международным Стандартам в состав диффподсистемы должно входить следующее оборудование:

- радиомаяк;

- антенна радиомаяка;

- опорная станция (ОС) с MSK-модулятором;

• станция интегрального контроля (ИК) за работой диффподсистемы; – контрольная станция (КС) управления с программно-аппаратурным комплексом RSIM (Reference Station/Integrity Monitor), который обеспечивает контроль работы диффподсистемы и дистанционное управление работой опорной станции и радиопередатчика. Полная комплектация ДГНСС со 100%-ным резервированием представлена на рис.5.3.

Рис.5.3. Полная комплектация ДГНСС

Радиомаяк (береговая станция, передающая радиосигналы точного местоположения) должен обеспечивать:

- работу с антенной, имеющей круговую диаграмму направленности в азимутальной плоскости;

- работу основного и резервного полукомплектов, а также системы автоматики, контролирующей исправную работу и переключение на резервный блок с настройкой антенного контура;

- передачу корректирующей информации в диапазоне частот 283,5  325 кГц;

- передачу только сигналов диффпоправок без излучения сигнала пеленгования;

- мощность излучения 200 Вт. Это определяется задаваемой дальностью действия диффподсистемы с учётом получения заданной точности в рабочей зоне требуемой надёжности и доступности системы;

- формирование дискретной сетки частот через 500 Гц.

Опорная станция (ОС) осуществляет обработку сигналов и определение дифференциальных поправок по всем спутникам, которые находятся в зоне радиовидимости ОС, преобразование их в стандартные дифференциальные сообщения для последующей передачи с помощью радиомаяка. Используется модуляция частоты передатчика методом MSK (Minimum Shift Keying) – манипуляция минимальным фазовым сдвигом (класс излучения G1D). В состав опорной станции входит 9- или 12-канальный приёмник сигналов GPS или 9- или 12-канальный приёмник ГЛОНАСС, способные формировать дифференциальные поправки.

Выбор числа каналов приёмника ОС. Число каналов приёмника определяется широтой места размещения опорной станции. Для обоснования числа каналов приёмника опорной станции был проведён расчёт числа видимых спутников для координат места установки опорной станции на маяке Дообский, соответствующих широте 44° 37^'6N и долготе 37⁰54^'8 E.

Результаты расчёта позволили выявить зависимость числа спутников в зоне радиовидимости ККС от времени суток и месяца года. Расчёт выполнялся на суточном интервале времени, на 15-е число каждого месяца с января по декабрь 1999 г. Анализ результатов этих расчётов показывает, что в зоне радиовидимости ККС в отдельные моменты времени, могут наблюдаться одновременно до 1112 спутников системы GPS, а минимальное их число  6. Таким образом, для основного и резервного комплектов опорных станций, размещаемых в районе порта Новороссийск, необходимо использовать 12-канальные GPS-приёмники.

Назначение ОС. Опорная станция может быть предназначена для «морской навигации» или быть «многофункциональной» для специального применения. Различие между ними заключается в качестве GPS-измерений, качестве формирования поправок псевдодальности (PRC) и скорости изменения поправок (RRC). Опорная станция для «морской навигации» обеспечивает точности определений в пределах рабочей зоны диффподсистемы порядка 5 м (для 95% вероятности). «Многофункциональная» опорная станция обеспечивает более широкий спектр пользователей при решении задач, требующих измерения координат в реальном масштабе времени с точностью лучше 1 м.

"Многофункциональная" ОС в дополнение к навигации обеспечивает решение таких задач, как дноуглубительные работы, гидрографическое траление акваторий, картографирование, обеспечение строительства портовых сооружений и причалов, исследование шельфа и т.д. Основное требование к таким опорным станциям  необходимость использования формата передача сообщений RTSM-9 со скоростью 200 Бод.

Технические характеристики аппаратуры ОС:

- точность измерения фазы С/А-кода должна быть (в линейных мерах) не хуже 30 см (СКП). Морская опорная станция должна иметь точность не хуже 80 см (СКП).

- точность измерения скорости изменения дальности С/А-кода должна быть не хуже 4 см/сек (СКП). Морская ОС должна иметь точность не хуже 10 см/сек (СКП);

- точность коррекции псевдодальности С/А-кода должна быть не хуже 35 см (СКП). Морская ОС должна иметь точность не хуже 85 см (СКП). Это определяется масштабным коэффициентом в сообщениях RTCM-1 и RTCM-9 и исключает влияние SA;

- точность поправок к скорости изменения дальности С/А-кода: специальная ОС должна иметь точность не хуже 5 см/сек (СКП). Морская ОС должна иметь точность не хуже 11 см/сек (СКП).

- время задержки поправок псевдодальностей определяется средним временем ожидания поправок: поскольку поправки выводятся в модулируемой форме из ОС, оно должно быть менее 1.0 сек как для специальной ОС, так и для морской ОС;

- показатель качества поправок в отсутствие SA: поправка должна быть менее 1.4 м (1 СКП) для морской и 0.6 м (1 СКП) для специальной ОС при скорости передачи 100 Бод и при 9 спутниках, на основе которых вырабатываются поправки.

Таким образом, приходим к выводу, что при специфике Новороссийского района и необходимости решения задач, требующих высокоточных измерений при строительстве нефтепричалов, контроле дноуглубительных работ на каналах, опорная станция и ККС для порта Новороссийск должна обеспечивать многофункциональный режим работы.

Формат передаваемых дифференциальных сообщений. Стандартом RTCM предусматривается до 64 различных типов сообщений, передаваемых ККС потребителям. Документ МСЭ-Р М.823 и комитет по радионавигации МАМС определяют перечень сообщений, которые обязательны для передачи в диффподсистемах ДГНСС GPS и ГЛОНАСС для использования морскими потребителями, а также определяют вид, объём, содержание и скорости передачи корректирующей информации.

Выбор типа сообщения 1 или 9 для передачи поправок ОС определяется национальными Администрациями. В сообщении типа 1 дифференциальные поправки представляют собой основную информацию, которая включает в себя поправки о псевдодальности и скорости их изменения для всех спутников, находящихся в зоне видимости ККС в данное время. Сообщение типа 9  это высокоскоростные дифференциальные поправки. Его структура была разработана для использования в морских диффподсистемах, в которых низка битовая скорость передачи корректирующей информации и преобладает импульсный характер помех в диапазоне частот морских РМк. Это позволяет получить минимальные задержки передаваемых поправок и исключить ошибки битовой информации.

Перечень обязательных типов передаваемых сообщений, рекомендованных МАМС и МСЭ, их характеристики даны в таблице 5.1. Основными преимуществами использования сообщения типа 9 являются:

• уменьшение величины задержки передаваемых поправок, что обеспечивает более высокие точностные характеристики, особенно в условиях быстрого изменения псевдодальностей по некоторым спутникам вследствие использования режима избирательного доступа (SA);

• более короткая длина сообщения увеличивает помехозащищённость, а наличие первых двух слов, предшествующих каждому сообщению, которые повторяются чаще за данный период времени, обеспечивает лучшие условия для синхронизации приёмной аппаратуры.

Таблица 5.1. Обязательные информационные сообщения в каналах ККС

НОМЕР И ТИП СООБЩЕНИЯ ДЛЯ ДГНСС
GPS		ГЛОНАСС
1	Дифференциальные поправки для всех спутников в зоне радиовидимости ОС	31
3	Параметры диффстанции, включающие точные координаты ОС и её состояние	32
5	Работоспособность созвездия спутников, включая номер, информацию о годности эфемеридной информации и т.д	33
6	Холостой кадр. Применяется, когда отсутствует информация от диффстанции, является обязательным для поддержания поблочной синхронизации в канале передачи диффпоправок	34
7	Альманах морских радиомаяков: координаты, дальность действия, частота, скорость передачи поправок, вид модуляции	35
9	Высокоскоростные диффпоправки	34
16	Специальная информация в коде ASC II	36

Типы сообщений 3,5,6, 7 и 16 для GPS и аналогичные типы для ГЛОНАСС, не содержат информации о поправках. Они являются служебными и передаются по расписанию. Приведённый анализ сообщений по каналам ККС позволяет заключить, что опорная станция диффподсистемы на маяке Дообский должна обеспечивать формирование сообщений типа 9, позволяющего обеспечить минимальный интервал обновления поправок и повышающего помехозащищённость ДГНСС, что весьма актуально в субтропической зоне действия сильных гроз, особенно в летнее время. По своему назначению АИС должна функционировать с заданной информационной надёжностью (0,999) в любых погодных условиях.

Станция интегрального контроля (СИК). Для проверки работоспособности ККС в подсистему дифференциальных поправок вводится станция интегрального контроля (ИК), выполняющая функции контроля целостности всей системы ДГНСС; она предназначена для проверки содержания дифференциальных сообщений, передаваемых опорной станцией. Станция контроля целостности работает на основе сравнения расчётных и измеренных псевдодальностей. Анализ остаточных (после ввода поправок) значений псевдодальностей позволяет оценивать характеристики диффподсистемы. Для выполнения функций контроля приёмники GPS/ГЛОНАСС в станции ИК должны быть, по крайней мере, такими же, как на ОС, используемой в диффподсистеме.

Сообщения на выходе станции ИК содержат информацию об ошибках измерений от отдельных спутников, что обеспечивает контроль работы ОС. Пороговые значения и период времени для срабатывания сигнала тревоги устанавливаются пользователем диффподсистемы. В случае превышения значения одним из параметров опасных порогов станция ИК немедленно передаёт сигнал на ОС, предупреждая об опасности и информирует о состоянии диффподсистемы. Станция ИК позволяет осуществлять полный контроль работы ККС. Совместная работа ОС и станции ИК позволяет исключать из корректирующих сообщений ошибки, вызываемые сбоями в работе спутника в период между закладкой очередного альманаха данных.

Аппаратура станции интегрального контроля должна иметь 100%-ое резервирование и иметь в пользовании 12-канальные GPS-приёмники. Контрольная станция (КС) обеспечивает в реальном масштабе времени контроль работы диффподсистемы. КС принимает предупреждения и сигналы тревоги от ОС, а также по определённому графику принимает сообщения о состоянии диффподсистемы.

Программа RSIM (Reference Station/Integrity Monitor) обеспечивает полный контроль параметров ОС и радиомаяка и возможность управления работой ОС и IM, включая изменения характеристик передач, переустановку данных, конфигурирование системы. Для обеспечения эффективного контроля необходимо использовать надёжные каналы связи между ОС и КС, способные работать в реальном масштабе времени. КС обеспечивает возможность текущего контроля функциональных и технических параметров ДГНСС, а также дистанционного управления работой ККС. Роль КС заключается в подтверждении работоспособности ККС, определении параметров передаваемых сообщений и контроле правильности работы АИС в целом. Наличие КС в составе диффподсистемы особенно необходимо в случае применения ДГНСС в стеснённых условиях плавания (фарватеры и подходные каналы), где требуется высокая доступность системы.

Текущий контроль правильности работы подсистемы ДГНСС позволяет свести к минимуму возможность ошибочных обсерваций и гарантирует быстрое оповещение потребителей об отказах диффподсистемы или отклонении её параметров за допустимые пределы, позволяя поддерживать целостность ДГНСС и своевременно оповещать о всех нарушениях нормальной работы. Для условий эксплуатации в таких портах, каким является Новороссийск с его экстремальными ветровыми ситуациями на акватории Цемесской бухты, введение в ККС режимов контроля работоспособности системы представляется обязательным. Оптимальный, широко использующийся на практике, состав оборудования диффподсистемы, когда резервируется только опорная станция, показан на рис 5.4.

Рис.5.4. Схема дублирования работы аппаратуры ККС для обеспечения надёжной работы ДГНСС в комплексе региональной АИС.

Для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик ККС (необходимой субметровой точности определения координат судов, доступности и целостности системы) применяются различные уровни резервирования. В частности, как уже отмечалось выше, аппаратура опорной станции и станции интегрального контроля имеет 100%-ое резервирование. Это связано с тем, что радиомаяк, передающий информацию о координатах того или иного судна, представляет собой автоматическую радиостанцию, работающую в конкретной географической точке и обеспечивающую всех потребителей ценнейшей информацией о координатах всех абонентов АИС. Поэтому к его работе предъявляют высокие требования по:

- надёжности при всех погодных условиях;

- автономности для всей акватории контролируемого морского района действия АИС;

- экономичности.

Для повышения надёжности в РМк Янтарь-2М-200 используется принцип резервирования, в том числе с применением двух полукомплектов оборудования. При выходе из строя основного полукомплекта обеспечивается автоматическое включение в работу резервного полукомплекта оборудования.

Применение радиомаяков в диапазоне средних волн (от 280 до 325 КГц; длина волны около километра) создаёт определённые трудности в реализации оптимальной системы радиомаяк–антенна. Все радиомаяки (отечественные и зарубежные) рассчитаны на работу с так называемыми укороченными антеннами (ведь для полуволнового вибратора в этом диапазоне потребовалась бы антенна длиной ~500 м), что вызывает трудности с получением КПД антенны выше 10%, а это приводит к снижению максимальной дальности действия системы радиомаяк–антенна. При выборе типа антенны следует учитывать рельеф местности и условия прохождения радиоволн по линии вероятного приёма. Поскольку над сушей средние волны распространяются хуже, чем над морской поверхностью, антенны радиомаяка и ККС следует располагать максимально близко к береговой черте.

Наиболее распространёнными в этом диапазоне частот являются зонтичные и Т-образные антенны. В настоящее время разработаны и серийно выпускаются зонтичные антенны типов АЗ-8 и АЗ-20 высотой 8 и 20 м, соответственно. Эффективность Т-образной антенны выше, чем у зонтичной, но для её установки требуется больше пространства, обустроенного более сложной системой “заземляющей поверхности”.

Использование в радиомаячной технике укороченных антенн приводит к большим потерям высокочастотной энергии, которые происходят в основном в трёх цепях системы передатчикфидерантенна:

- потери согласования передатчика с фидером;

- потери в фидере;

- потери согласования антенны с фидером.

Очевидно, установка передатчика вместе с антенносогласующим устройством в непосредственной близости от антенны позволяет снизить общие потери энергии за счёт исключения потерь в фидере. Передатчик радиомаяка Янтарь-2М-200 выполнен в виде моноблока водозащищенного исполнения, име­ющего настольную конструкцию с возможностью крепления к стене с помощью комплектных кронштейнов. Блок питания (тоже настольной), а блок грозозащиты имеет настенную конструкцию. Все эти блоки обычно устанавливают в помещении.

Радиомаяк допускает эксплуатацию в прибрежных районах при уровнях температуры воздуха от минус 30 до +50°С и относительной влажности воздуха (при температуре 35°С) до 98%. Радиомаяк на объекте Дообский целесообразно установить непосредственно под антенной, что уменьшит потери в фидере. Поэтому можно ожидать, что в сочетании с высокоэффективной Т-образной антенной максимальная дальность надёжного приёма сигналов при напряжённости поля в точке приёма не ниже 50 мкВ/м составит не менее 150 миль.

Радиомаяк Янтарь-2М-200 и оборудование ККС должны иметь автономные источники электропитания, обеспечивающие непрерывную работу диффподсистемы при временном отключении внешних источников. Для этого они должны быть подключены по аналогии с береговыми станциями ГМССБ к источникам бесперебойного питания с резервированием от дизель-гене­ра­то­ра, автоматически включающегося при пропадании центрального сетевого питания и выключающегося при его восстановлении.

Технические требования к оборудованию диффподсистемы. Радиомаяк:

1. Диапазон частот  283.5  325 кГц.

2. Класс излучения  G1D.

3. Максимальная скорость передачи поправок  200 Бод.

4. Мощность передатчика на эквивалентной нагрузке с активным сопротивлением Rэ = 4 Ом и ёмкостью С = 600 пФ – 200 Вт.

5. Эквивалентные параметры антенн, с которыми согласуется передатчик:

- активное сопротивление 2  20 Ом;

- ёмкость 290-1100 пФ.

6. Управление передатчиком  дистанционное.

7. Мощность, потребляемая передатчиком от источника питания, не более 800 Вт.

8. Диапазон рабочих температур :

- для пульта дистанционного управления (ПДУ) 10  +50 °С;

- для передатчика и блока питания  50  +50 °С.

9. Диапазон предельных температур  60  +65 °С .

10. Относительная влажность  98% .

11. Степень защиты:

- передатчика, блока питания и грозозащиты  1Р65;

- ПДУ  1Р20 .

12. Длина кабеля между передатчиком и опорной станцией до 50 м.

Опорная станция (Reference Station):

1. Количество каналов приёмника  12 в GPS; 12 в ГЛОНАСС.

2. Тип принимаемого сигнала  С/А, L1.

3. Точность измерения псевдодальности  не хуже 0.3 м (1 СКП).

4. Интервал обновления и выдачи данных  < 0.5 сек.

5. Время первого определения при включении  < 2 мин.

6. Типы передаваемых сообщений  в соответствии со Стандартом RTCM, версия 2.1, с учётом принятия будущей версии 2.2.

7. Совместимость с форматом RSIM  обязательна.

8. Количество последовательных портов RS-232 для связи с другими устройствами  не менее 3.

9. Исполнение MSK-модулятора  может быть встроенный.

10. Ввод и переустановка исходных данных  с помощью клавиатуры с возможностью отображения параметров на дисплее.

11. Питание от сети переменного тока  220 В (^+10%/_15%), 50 Гц 5%; от сети постоянного тока  11  36 В.

12. Диапазон рабочих температур:

- для аппаратуры внутри помещений 0  + 50°С;

- для антенны, вне помещения 40  + 65°С ;

13. Длина антенного кабеля не менее 30 м.

Станция интегрального контроля (ИК):

1. Количество каналов приёмника  12 в GPS; 12 в ГЛОНАСС.

2. Тип принимаемого сигнала С/А, L1.

3. Время первого определения при включении  <2 мин.

4. Диапазон частот приёмника поправок  283.5  325 кГц

5. Типы принимаемых сообщений  в соответствии со стандартом RTCM, версия 2.1, с учётом принятия будущей версии 2.2.

6. Совместимость с форматом RSIM  обязательна.

7. Количество последовательных портов RS-232 для связи с другими устройствами  не менее 3.

8. MSK- модулятор  может быть встроенный.

9. Для приёма сигналов ГНСС и радиомаяка должны использоваться отдельные разнесённые антенны.

10. Ввод и переустановка исходных данных  с помощью клавиатуры с возможностью отображения параметров на дисплее

11. Питание (В):

- от сети переменного тока  220 В (^+10%/_15%), 50 Гц 5%;

- от сети постоянного тока  11  36 В.

12. Диапазон рабочих температур :

- для аппаратуры внутри помещений – 0  +50 °С;

- для антенны, вне помещения 40  +65 °С .

13. Длина антенного кабеля:

- к GPS/ГЛОНАСС-антенне  30 м;

• к MSK-антенне радиомаячного диапазона 15 м.

Контрольная станция:

Контрольная станция (КС) с программно-аппаратурным комплексом RSIM должна обеспечивать контроль и дистанционное управление работой ОС, ИК и передатчиком радиомаяка. Контрольная станция в стандартной комплектации включает персональный компьютер и программное обеспечение, совместимое с форматами RTCM/RSIM, а также модемы для дистанционного управления работой диффподсистемы.

Требования к установке компьютера на КС определяются общими требованиями, предъявляемыми к персональным компьютерам при их эксплуатации в помещениях.

--------------------------