Радионавигационный план государств - участников содружества независимых государств (стр. 2 )

создания систем автоматизированного управления, контроля и мониторинга транспортных потоков, перевозок специальных и опасных грузов;

обеспечения безопасности движения, в первую очередь пассажирских транспортных средств категорий М2 и М3, а также при перевозке специальных и опасных грузов, грузов под таможенным контролем;

обеспечения транзитных перевозок по международным транспортным коридорам;

обеспечения полетов воздушных судов и космических аппаратов различного назначения (дистанционного зондирования Земли, связи и других);

обеспечения навигации морского и речного транспорта;

мониторинга параметров ионосферы и тропосферы, параметров околоземного космического пространства;

дистанционного зондирования природной среды;

создания и развития геодезических сетей и систем координат;

геодезического обеспечения кадастровых, топографических, геологоразведочных, геофизических, изыскательских и других работ;

навигационно-гидрографического обеспечения гидрографических, геолого-геофизических и других инженерно-изыскательских работ;

обеспечения функционирования государственных систем предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций и гражданской обороны государств СНГ;

мониторинга состояния и динамики объектов нефтегазового комплекса, местных геодинамических, в том числе техногенных, процессов;

контроля подвижек искусственных сооружений и природных объектов;

обеспечения научной деятельности;

синхронизации работы систем управления телекоммуникационными, энергетическими и другими сложными системами;

системы точного земледелия;

системы обеспечения безопасности граждан и транспортных средств;

персональной навигации;

страховой и лизинговой деятельности;

статистического учета;

других, вновь открываемых областей применения.

 

Рис.1.1. Структура решаемых задач с использованием радионавигационных систем

2.2. Требования к радионавигационным системам

2.2.1. Общесистемные требования

Основными требованиями потребителей к РНС являются:

* требования к размеру рабочей зоны РНС;

* требования к точности определения местоположения и синхронизации шкал времени объектов;

* требования к доступности РНС;

* требования к целостности РНС;

* требования к непрерывности обслуживания (функционированию) РНС;

* требования к дискретности определения местоположения;

* требования к пропускной способности РНС.

Требования к размерам рабочей зоны

Рабочая зона (зона действия) - область пространства Земного шара (замкнутая поверхность), в пределах которой навигационная система позволяет потребителю определять местоположение, скорость и время с заданными характеристиками.

Нарастающая интенсивность движения, расширение границ перемещения, увеличение скоростей, высот и протяженности маршрутов (трасс) современных транспортных средств предъявляют все более высокие требования к навигационному обеспечению. Это предопределило необходимость удовлетворения требований потребителей по созданию условий точного местоопределения в любой точке Земли и околоземного пространства, т. е. требования глобальной рабочей зоны.

Требования к точности местоопределения

Точность местоопределения – это степень соответствия местоположения потребителя, определенного в данный момент времени с помощью навигационной системы, истинному положению.

Точность местоположения характеризуется допустимой величиной отклонения измеренных (обсервованных) координат от истинных. Количественной мерой точности являются абсолютное значение разности между определенными и истинными значениями координат или среднеквадратическая погрешность - СКП.

Требования к точности местоопределения объектов зависят от характера задач, решаемых потребителями. Численные значения точности местоопределения изменяются в широких пределах от долей метра до нескольких километров.

Требования к точности определения времени (синхронизации)

Точность определения (синхронизации) времени характеризуется величиной отклонения скорректированной по данным РНС шкалы времени объекта от принятой в качестве эталонной. Требования к точности зависят от характера задач, решаемых потребителями. Численные значения точности (СКП) изменяются в широких пределах от секунд до наносекунд.

Требования к доступности РНС

Доступность (эксплуатационная готовность) – это способность радионавигационной системы обеспечить проведение навигационных определений в заданный момент времени в определенной зоне действия.

Доступность радионавигационной системы характеризуется вероятностью получения потребителем в рабочей зоне достоверной навигационно-временной информации в определенный период времени и с требуемой точностью.

Требования к доступности изменяются в зависимости от используемых транспортных средств и задач, решаемых потребителями.

Исходя из обеспечения безопасности полетов самолетов и плавания морских и речных судов, наиболее высокие требования, при которых доступность должна равняться практически единице, предъявляются воздушными потребителями при заходе на посадку и посадке по категориям ИКАО, морскими и речными потребителями - при маневрировании в портах и движении по внутренним водным путям.

Требования к целостности РНС

Целостность РНС – это способность РНС выдавать потребителю своевременное и достоверное предупреждение в тех случаях, когда какие-либо сигналы нельзя использовать по целевому назначению в полном объеме. Характеризуется соответствующей вероятностью.

Требования к целостности РНС морских, речных и наземных потребителей более низкие, чем воздушных потребителей, из-за меньших скоростей движения и больших интервалов обновления информации.

Требования к непрерывности обслуживания (функционирования) РНС.

Непрерывность обслуживания (функционирования)- это способность навигационной системы обеспечивать навигационное обслуживание потребителей в течение заданного временного интервала без отказов и перерывов. Характеризуется вероятностью.

Требования к дискретности определения местоположения.

Дискретность определения местоположения характеризуется временным интервалом, через который возможно новое определение местоположения с использованием одного и того же типа РНС. Для ГНСС (как и для ряда других РНС) требования не предъявляются.

Требования к пропускной способности РНС

Пропускная способность характеризуется количеством пользователей радионавигационной системы, которые могут обслуживаться одновременно.

Учитывая важное значение своевременного получения навигационной информации для обеспечения безопасного плавания и полетов, пропускная способность РНС должна быть неограниченной, а непрерывность, т. е. надежность обслуживания, должна соответствовать заданной величине.

2.2.2. Требования авиационных потребителей

В воздушном транспорте определены следующие основные фазы (этапы) полета воздушных судов (ВС):

*  взлет и выход в исходный пункт маршрута (трассы);

*  полет по маршруту (маршрутный полет);

*  полет в зоне аэродрома (терминальный полет);

*  некатегорированный (неточный) заход на посадку;

*  заход и посадка по категориям ИКАО.

Требования к навигационному обеспечению на каждом этапе различны.

Для маршрутного этапа полета воздушных судов установлены категории районов (зон):

*  океаническая (безориентирная местность);

*  внутренняя континентальная (местная) линия;

*  зоны выполнения специальных задач.

Одним из важнейших и наиболее ответственных этапов полета является заход на посадку и посадка ВС. Требования воздушных потребителей к точности определения места при заходе на посадку и посадке по категориям ИКАО, сформулированные на основе опыта использования инструментальных систем посадки типа СП-75, приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Требования воздушных потребителей при заходе и посадке по категориям

Категория посадки	Высота над взлетно-посадочной полосой (ВПП) для проверки, (м)	Требования к погрешностям (СКП)
Горизонтальная погрешность (м)	Вертикальная погрешность (м)
I	30,0	4,5…8,5	1,5…2,0
II	15,0	2,3…2,6	0,7…0,85
III	2,4	2,0	0,2…0,3

Для маршрутных полетов и операций в зоне аэродрома в гражданской авиации имеет место переход от требований на основе RNP (Required Navigation Performance) к требованиям, сформулированным с помощью концепции PBN (Performance Based Navigation) – навигации на основе характеристик. При этом PBN предполагает совместное использование зональной навигации (RNAV) и RNP. Таким образом, предъявляются требования к точности воздушной навигации не только на маршрутах, обозначенных навигационными радиомаяками, но и на маршрутах без РМ, формируемых в соответствии с принципами зональной навигации. В частности, используются следующие точностные характеристики, которые в пренебрежении ошибками пилотирования могут рассматриваться как удвоенные СКП определения места ВС:

RNAV 10 - предполагает отклонения ВС (95% времени полета) внутри коридора ±10 морских миль (м. м) или ±18,5 км без наземного контроля (СКП=9,25 км);

RNAV 5 - ±5 м. м. или ±9,25 км при радиолокационном контроле (СКП=4,62 км);

RNAV 2 - ±2 м. м. или ±3,7 км при радиолокационном контроле (СКП=1,85 км);

RNAV 1 - ±1 м. м. или ±1,85 км при радиолокационном контроле (СКП=0,92 км);

Basic - RNP 1 - - ±1 м. м. или ±1,85 км, где нет радиолокационного контроля и используется бортовая аппаратура ГНСС (СКП=0,92 км);

Основные требования ИКАО к навигационному обеспечению посредством спутниковых навигационных систем и их функциональных дополнений в соответствии с «Поправкой к SARPs ИКАО по GNSS, том 1, приложение 10, начало применения 18.11.2010г.» к характеристикам, обеспечиваемым навигационными системами на различных этапах полета, приведены в табл.2.2 и 2.3.

При этом под характеристиками систем понимаются:

- точность, как и выше, - способность системы с 95% вероятностью удерживать ВС в пределах суммарной погрешности системы в каждой точке установленной схемы полета;

- целостность – мера доверия, которая может быть отнесена к правильности информации, выдаваемой системой в целом; целостность включает способность системы обеспечить пользователя своевременными и обоснованными предупреждениями (срабатывания сигнализации);

- непрерывность обслуживания - способность всей системы функционировать без перерывов в ходе выполнения намеченной операции;

- готовность - способность всей системы выполнять свою функцию в момент начала намеченной операции.

- срабатывание сигнализации, индикация для любых систем ВС или предупреждение пилоту о том, что данный параметр навигационной системы находится вне допуска;

- порог срабатывания сигнализации, превышение допустимого отклонения для данного измеряемого параметра, вызывающее срабатывание сигнализации;

- задержка срабатывания сигнализации (время до предупреждения); максимально допустимое время, прошедшее от наступления выхода системы за допустимые пороги до срабатывания сигнализации.

Таблица 2.2. Требования к характеристикам сигнала в пространстве

Типовая операция	Точность в горизонтальной плоскости, м, Р=95%/СКП (прим. 1-3)	Точность по вертикали, м, Р=95%/СКП (прим. 1-3)	Целостность (прим. 2)	Время до предупреж., с. (прим. 3)	Непрерывность (прим. 4)	Эксплуатационная готовность (прим. 5)
На маршруте	3700/1850	Не назначена	1-10-7/ч	300	От 1-10-4/ч до 1-10-8/ч	От 0,99 до 0,99999
На маршруте и в зоне аэродрома	740/370	Не назначена	1-10-7/ч	15	От 1-10-4/ч до 1-10-8/ч	От 0,99 до 0,99999
Начальный заход, промежуточный заход, неточный заход (NPA), вылет	220/110	Не назначена	1-10-7/ч	10	От 1-10-4/ч до 1-10-8/ч	От 0,99 до 0,99999
Неточный заход на посадку с управлением по вертикали (APV-I)	16/8	20/10	1-2*10-7 за заход	10	1-8*10-6 в любые 15 с	От 0,99 до 0,99999
Неточный заход на посадку с управлением по вертикали (APV-II)	16/8	8,0/4,0	1-2*10-7 за заход	6	1-8*10-6 в любые 15 с	От 0,99 до 0,99999
Точный заход на посадку по категории I	16/8	6,0…4,0/ 3,0…2,0	1-2*10-7 за заход	6	1-8*10-6 в любые 15с	От 0,99 до 0,99999

Примечания.

1. Для осуществления планируемой операции на самой низкой высоте над порогом ВПП требуется 95%-ное значение ошибки определения местоположения с помощью GNSS, трактуемое здесь как 2 СКП. Детальные требования определены в добавлении B SARPs, а инструктивный материал приведен в п. 3.2 дополнения D.

2. Определение требования к целостности включает порог срабатывания сигнализации, в зависимости от которого оно может быть оценено. Диапазон ограничений по вертикали для точного захода на посадку по I категории имеет отношение к диапазону пределов погрешности в вертикальной плоскости в зависимости от характеристик контрольного устройства системы. Значения порога срабатывания сигнализации приведены ниже в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Пороги срабатывания для контроля целостности

Типовая операция	Порог срабатывания по горизонтали, м	Порог срабатывания по вертикали, м
На маршруте (океаническое/ континентальное воздушное пространство с низкой плотностью движения)	7400	Не назначено
На маршруте (континентальное воздушное пространство)	3700	Не назначено
На маршруте, в зоне аэродрома	1850	Не назначено
NPA	556	Не назначено
APV-I	40,0	50
APV-II	40,0	20,0
Точный заход на посадку по категории I	40,0	От 15,0 до 10,0

3. Требования к точности и задержке срабатывания сигнализации включают номинальные эксплуатационные характеристики безотказного приемника.

4. В связи с тем, что требование непрерывности при полете по маршруту и в зоне аэродрома при выполнении этапов начального захода на посадку, неточного захода на посадку (NPA) и операций вылета зависит от нескольких факторов, включая предполагаемую операцию, плотность воздушного движения, сложность воздушного пространства и эксплуатационную готовность альтернативных средств навигации, то это требование представляется интервалами значений. Более низкое значение представляет минимальные требования для областей с низкой плотностью воздушного движения и простой структурой воздушного пространства. Более высокое значение соответствует областям с интенсивным движением и сложной структурой воздушного пространства (п. 3.4 в дополнении D).

5. Для требований эксплуатационной готовности дается диапазон значений, поскольку эти требования зависят от эксплуатационной потребности, которая основана на нескольких факторах, включая частоту выполнения операций, погодные условия, масштаб и продолжительность отказов, эксплуатационную готовность альтернативных средств навигации, зону действия радиолокатора, интенсивность воздушного движения и обратимость эксплуатационных процедур. Более низкие значения требований соответствуют минимальной эксплуатационной готовности, при которой система GNSS используется на практике, но не может адекватно заменить другие средства навигации (не GNSS). Более высокие приведенные значения для маршрутной навигации соответствуют использованию GNSS в качестве единственного средства навигации в некоторой области. Более высокие приведенные значения для операций захода на посадку и вылета отвечают требованиям к эксплуатационной готовности в аэропортах с большой интенсивностью воздушного движения в предположении, что операции посадки и взлета на нескольких взлетно-посадочных полосах взаимосвязаны, но используемые раздельные эксплуатационные процедуры гарантируют безопасность операции (п. 3.5 в дополнении D).

Для точного захода на посадку по категории I определен диапазон значений. Значение 4,0 м определяется техническими требованиями системы ILS и представляет консервативный вариант этих требований (п. 3.2.7 дополнения D). Обозначения APV-I и APV-II относятся к двум различным уровням захода на посадку и посадки с вертикальным управлением (APV) и не предполагают обязательного эксплуатационного использования. Требования к характеристикам GNSS для выполнения точного захода на посадку по категориям II и III находятся на рассмотрении и будут представлены позднее.

2.2.3. Требования морских потребителей

В морском транспорте определены следующие стадии плавания судов:

* океанское плавание;

* прибрежное плавание в районах с невысокой интенсивностью движения;

* плавание в портах, на подходах к ним и в прибрежной зоне с высокой интенсивностью движения.

Международные требования морских потребителей к точности определения места, доступности, целостности РНС в зависимости от районов плавания определены Международной морской организацией ИМО - 953(23) от 01.01.2001 г., МSС.112(г, МSС.113(г., МSС.115(г. Требования определены для судов, скорость которых не превышает 70 узлов.

Требования морских потребителей к РНС зависят от районов плавания и составляют:

* в районе океанского плавания:

- погрешность определения координат, с вероятностью Р=0,95 не более 100 м (СКП=50 м);

- доступность не менее 99,8% за 30-ти суточный период;

* в районе прибрежного плавания при невысокой интенсивности движения судов:

- погрешность определения места, с вероятностью Р=0,95 не более 10 м (СКП=5 м);

- частота определения места должна быть не менее одного раза в 1 с. Значение дифференциальной поправки должно обновляться не реже одного раза в 30 с;

-доступность не менее 99,5% за двухлетний период;

-непрерывность функционирования системы не менее 99,85% в течение 3 часов;

* при плавании в портах, на подходах к ним и в прибрежной зоне с высокой интенсивностью движения судов:

- погрешность определения места, с вероятностью Р=0,95 не более 10 м (СКП=5 м);

- доступность не менее 99,8% за двухлетний период;

-непрерывность функционирования системы не менее 99,97% в течение 3 часов.

В соответствии с Резолюциями ИМО МSС.112, МSС.113, МSС.115, в районах океанского и прибрежного плавания, а также при плавании в портах и на подходах к ним, темп обновления данных о координатах места должен быть не реже, чем 1 раз в 1 с, а для высокоскоростных судов рекомендуемая дискретность составляет 0,5 с.

Показатель «целостности системы» (промежуток времени, в течение которого потребителям должно поступить предупреждение о том, что характеристики сигнала искажены, и эти данные нельзя использовать для обеспечения навигационной безопасности плавания) не может быть более 10 с.

Анализ вышеизложенных требований морских потребителей указывает на возможность их удовлетворения в наибольшей степени с использованием перспективных глобальных навигационных спутниковых систем, базирующихя на таких системах как ГЛОНАСС и GPS, функционально дополненных дифференциальными подсистемами. Исходя из этого, в ноябре 2001 г. 22-я Ассамблея ИМО утвердила требования к будущей системе ГНСС, которые изложены в 915(22) «Пересмотренные положения морской политики и требования к перспективным Всемирным спутниковым навигационным системам».