–Низкая чувствительность к вибрации, ударам и к изменению температуры;

–Самокоррекция;

–Функциональные дополнительные возможности;

–Не требуют обслуживания.

4.5.Спутниковые компасы.

Принцип определения курса в спутниковом компасе. С

помощью среднеорбитальных навигационных спутниковых систем можно получать информацию не только о координатах и составляющих путевой скорости судна, но также и о его курсе. С этой целью используются двух или трехантенные системы.

В принципе для получения курса необходимо только две антенны. Третья антенна позволяет вместе с курсом судна определить углы килевой, бортовой качки и улучшить точность измерения курса, уменьшив негативное влияние на нее качки и рыскания.

Вид трехантенной системы представлен на рис. 4.17. Диаметр окружности, проходящей через антенны А1, А2, А3, приблизительно равен одному метру.

А1

А2 А3

Рис. 4.17. Трехантенная система спутникового компаса.

Для освещения принципа определения курса по данным GPS допустим, что имеются только две антенны А1 , А2, расположенные в диаметральной плоскости судна (рис. 4.18). Расстояние между антеннами обозначим b. У реальных спутниковых датчиков курса оно составляет порядка 85 см.

Передача сигналов навигационными искусственными спутниками Земли (НИСЗ) в системе GPS производится на двух частотах: F1=1575,42 и F2=1227,60 MГц. В бортовой аппаратуре GPS для гражданских судов используется только общедоступный С/А–код, которым модулируется частота F1. Длина волны этой несущей частоты составляет приблизительно 19 см.

149

При позиционных определениях по координатам судна и по эфемеридам спутников всегда могут быть рассчитаны горизонтные координаты НИСЗ: высота hS и азимут AS . На рис. 4.18 эти координаты показаны для одного из спутников.

Дистанции, которые проходит сигнал с определенного спутника до антенн А1, А2, отличаются на величину D. Эту разность расстояний можно найти, измерив сдвиг фаз Ф несущего сигнала, принимаемого антеннами А1, А2:

		Ф =	ψ + n ,
где n – целое число циклов,		ψ - дробная часть цикла.
Фазовым измерениям присуща многозначность, поэтому
измеряется только	ψ , а	n	должно быть определено по

дополнительным данным.

Направление на спутник

	hS	hS
		N
С
		AS
		qS
D F		K
qS	b	A1
ДП
A2		Плоскость
		горизонта

Рис. 4.18. К характеристике принципа работы спутникового компаса.

По значению Ф величина D находится по формуле:

D = λ Ф ,

где λ – длина волны несущего сигнала.

Зная D и высоту hS спутника над истинным горизонтом, можно найти курсовой угол qS спутника и истинный курс судна К:

150

A F =

D cos h

S

;

q

S

= arccos

A2 F

;

K = A

−q

S

.

2

b

S

Значения курса определяются по всем спутникам, находящимся над горизонтом, и усредняются.

Для вычисления координат объекта по навигационным сигналам спутников GPS в трехмерном пространстве необходимо измерить дистанции не менее чем до 4–х, а при двухмерной навигации – не менее чем до 3–х спутников. Для получения добавочно к координатам истинного курса объекта, число спутников, до которых измеряются расстояния, должно быть на один больше, так как количество определяемых параметров увеличивается на единицу. Кроме координат и постоянной погрешности расстояния здесь требуется также найти значение целого числа циклов n.

Для случаев, когда сигналы спутников GPS могут быть блокированы высокими зданиями, или мостами, под которыми проходит судно, спутниковый компас снабжается свободным гироскопом. По параметрам углового положения его оси обеспечивается выработка значений курса в те короткие промежутки времени, когда не поступают сигналы от спутников. Кроме того, названный гироскоп применяется для уменьшения влияния качки и рыскания на точность показаний курса.

Впериоды отсутствия сигналов НИСЗ вместо данных свободного гироскопа в спутниковом компасе для хранения курса может использоваться информация электронного магнитного курсоуказателя.

Состав аппаратуры спутникового компаса и его характеристики. В комплект спутникового компаса входит:

•три антенны, помещенные на жесткой с высокой точностью установленной платформе;

•основной модуль;

•устройство управления и отображения.

Восновном модуле располагаются приемник GPS, свободный гироскоп, процессор.

Спутниковый компас предоставляет информацию о координатах судна, курсе, путевом угле, путевой скорости, углах бортовой и килевой качки. По существу он является датчиком параметров кинематического состояния судна.

Устройство управления и отображения спутникового компаса фирмы “Furuno” показано на рис. 4.19. Этот курсоуказатель может отображать данные в трех формах, предназначенных для:

– управления судном рулевым (курс, подвижная картушка с неподвижным индексом курса, путевая скорость, путевой угол, углы килевой и бортовой качки),

151

–навигационных целей (дата, время, координаты места судна, путевая скорость и путевой угол);

–указания направления диаметральной плоскости судна (дата, время, курс, путевая скорость и путевой угол).

Спутниковый компас способен передавать информацию о курсе

судна в такие устройства, как РЛС, САРП, авторулевой, транспондер АИС, ЭКДИС и в другую аппаратуру. Он имеет такие характеристики:

•Средняя квадратическая погрешность (СКП) показаний курса – ±0.50;

•СКП показаний угла бортовой (килевой) качки – ±0.50;

•Точное слежение за курсом при скорости поворота – до 25 0/с;

•Время прихода в готовность после включения – 4 мин;

•95% погрешность определения места судна по GPS – ±10 м;

•95% погрешность определения места судна по DGPS – ±5 м;

•Интерфейс – МЭК 61162.

Рис. 4.19. Устройство отображения компаса фирмы “Furuno ”.

Другая бортовая аппаратура GPS подобного вида, приемоиндикатор NR230MII фирмы Sercel, обеспечивает точность показаний курса от 0.03 до 0.10, а углов бортовой и килевой качки – от 0.08 до 0.20. Время прихода в готовность этого приемоиндикатора занимает 1÷3 мин. Обновление показаний координат в приемоиндикаторе NR230MII производится через 0.6 с., а углов курса, килевой и бортовой качки – через 0.1 или 0.6 с.

На работу спутникового компаса не влияют скорость судна, ускорения, изменение широты, геомагнетизм. Этот компас имеет малую стоимость и не требует обслуживания.

Основной недостаток спутниковых курсоуказателей по сравнению с ГК – неавтономность.

152