15.6. Дифференциальный режим

Спутниковые навигационные системы позволяют потребителю получить координаты с точностью порядка 10–15 м. Однако для многих задач, особенно для навигации в городах, требуется большая точность. Один из основных методов повышения точности определения местонахождения объекта основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.

Дифференциальный режим DGPS (Differential GPS) позволяет установить координаты с точностью до 3 м в динамической навигационной обстановке и до 1 м – в стационарных условиях. Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного GPS-приёмника, называемого опорной станцией. Она располагается в пункте с известными координатами, в том же районе, что и основной GPS-приёмник. Сравнивая известные координаты (полученные в результате прецизионной геодезической съёмки) с измеренными, опорная станция вычисляет поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу в заранее оговоренном формате.

Аппаратура потребителя принимает от опорной станции дифференциальные поправки и учитывает их при определении местонахождения потребителя.

Результаты, полученные с помощью дифференциального метода, в значительной степени зависят от расстояния между объектом и опорной станцией. Применение этого метода наиболее эффективно, когда преобладающими являются систематические ошибки, обусловленные внешними (по отношению к приёмнику) причинами. По экспериментальным данным, опорную станцию рекомендуется располагать не далее 500 км от объекта.

В настоящее время существуют множество широкозонных, региональных и локальных дифференциальных систем.

В качестве широкозонных стоит отметить такие системы, как американская WAAS, европейская EGNOS и японская MSAS. Эти системы используют геостационарные спутники для передачи поправок всем потребителям, находящимся в зоне их покрытия.

Региональные системы предназначены для навигационного обеспечения отдельных участков земной поверхности. Обычно региональные системы используют в крупных городах, на транспортных магистралях и судоходных реках, в портах и по берегу морей и океанов. Диаметр рабочей зоны региональной системы обычно составляет от 500 до 2000 км. Она может иметь в своём составе одну или несколько опорных станций.

Локальные системы имеют максимальный радиус действия от 50 до 220 км. Они включают обычно одну базовую станцию. Локальные системы обычно разделяют по способу их применения: морские, авиационные и геодезические локальные дифференциальные станции.

15.7. Развитие спутниковой навигации

Общее направление модернизации обоих спутниковых систем GPS и Глонасс связано с повышением точности навигационных определений, улучшением сервиса, предоставляемого пользователям, повышением срока службы и надёжностью бортовой аппаратуры спутников, улучшением совместимости с другими радиотехническими системами и развитием дифференциальных подсистем.

Помимо использования СНС в целях повышения точности и надежности навигации воздушных судов, значительно снижаются прямые расходы государств по обеспечению воздушного движения. Так, например, стоимость бортового оборудования GPS составляет 18-25% от стоимости бортового оборудования VOR/DME, а стоимость наземного оборудования GPS, предназначенного для обеспечения посадки ВС, составляет 10% от стоимости системы посадки ILS. При этом следует учесть, что для аэродрома с двумя ВПП необходимо иметь четыре комплекта ILS и только один комплект соответствующего наземного оборудования GPS.

Ввиду неоспоримых технических и экономических преимуществ спутниковой системы, ИКАО было принято решение о создании всемирной спутниковой системы связи, навигации, наблюдения и организации воздушного движения – CNS/ATM (Communication Navigation and Surveillance/Air Traffic Management) с использованием глобальной навигационной спутниковой системы GNSS (Global Navigation Satellite System), функционирующей на основе GPS и ГЛОНАСС. Специально созданным комитетом ИКАО была разработана концепция будущих аэронавигационных систем CNS/ATM. По масштабу производимых изменений переход к системам CNS/ATM становится самой крупной программой, которую когда-либо приходилось решать авиационному сообществу.

Рассматривая основные аспекты системы CNS/ATM необходимо отметить, что возможно использование линии связи «ВС – спутник – диспетчерский пункт» для передачи речевой информации и данных в полосе частот, выделенных исключительно для авиационной подвижной спутниковой службы (AMSS). В то же время по-прежнему, где возможно, будет использоваться обычная связь в УКВ-диапазоне и режим S радиолокатора вторичного обзора (SSR). Все эти каналы передачи данных (AMSS, УКВ, режим S) будут интегрированы посредством сети авиационной электросвязи (ATN). При этом созданная структура системы связи обеспечит широкий круг возможностей – от базовых низкоскоростных до высокоскоростных систем передачи данных и речевой информации.

Что касается навигации, то здесь отдается полное предпочтение GNSS. Решение навигационных задач на всех этапах полета перекладывается на спутниковые системы и соответствующее бортовое оборудование. Предполагается, что СНС постепенно заменит все существующие навигационные системы, используемые в настоящее время, и станет единственным средством, обеспечивающим навигацию на всех этапах полета. Включая обеспечение точного захода на посадку по третьей категории ИКАО. В настоящее время разработаны требуемые навигационные характеристики (RNP), которые определяют требования, предъявляемые к точности выдерживания навигационных параметров на различных этапах полета и в различных районах воздушного пространства.

Для наблюдения, особенно в районах с высокой интенсивностью и плотностью воздушного движения, по-прежнему будет широко применяться SSR, дополненный режимом S там, где это возможно. В других районах, особенно в океаническом воздушном пространстве и в удаленных районах суши наблюдение будет осуществляться посредством автоматического зависимого наблюдения (ADS). При использовании воздушное судно автоматически передает информацию о своем местоположении центрам обслуживания воздушного движения через спутниковую или иную линию связи. Такая система обеспечит информацией ОВД в тех районах, где в настоящее время службы наблюдения отсутствуют.

Внедрение новых систем для организации воздушного движения позволит обеспечить более тесное взаимодействие между наземными и бортовыми системами до и во время полета. Это даст возможность выполнять полеты по заданным пространственно-временным программам, т.е. более полно использовать преимущества зональной навигации (RNAV). Таким образом, система CNS/ATM обеспечит более эффективное использование воздушного пространства как на маршруте, так и в районах аэродромов.