Неспутниковые системы позиционирования и навигации

Неспутниковые системы позиционирования и навигации +21

• 11.10.17 07:07

•
TS_Telecom
•
#339756
•
Хабрахабр

•

•

12500

Сетевые технологии, Беспроводные технологии, Стандарты связи, Блог компании ТЕХНОСЕРВ
Рекомендация: подборка платных и бесплатных курсов монтажа видео — https://katalog-kursov.ru/

«С женами спорить бесполезно, с ними даже навигатор соглашается».
(Из памятки молодоженам)

Эта история началась не сегодня и не вчера. И не в России. Просто прошло время, когда ее плоды стали, как говорится, налицо.

Не так давно капитан американского судна, находящегося неподалеку от Новороссийска обнаружил, что спутниковая система глобального позиционирования GPS неверно установила его местоположение и показывает, будто судно находился у шашлычной Жорика Вартанова, что в аэропорту Геленджика. Не найдя изъянов в работе навигационного оборудования, капитан связался с соседними судами и узнал, что все они также «в гостях» у Жорика. И вот уже New Scientist написал, что «сообщения о проблемах со спутниковой навигацией на Черном море наводят на мысль, что Россия, возможно, испытывает новую систему спуфинга (маскировки путем искажения данных)». Применительно к спутниковой системе спуфинг — это фальшивый сигнал с наземной станции, имитирующий работу спутника и вводящий в заблуждение абонентский приемник. Далее было написано, что, по-видимому, «Россия экспериментирует с новой формой электронного оружия. В прошлом году GPS-спуфинг хаотически нарушал работу приемников в приложениях для смартфонов в центре Москвы. Фальшивый сигнал, который, похоже, концентрируется вокруг Кремля, «перебрасывает» всех, кто оказывается неподалеку, за 32 км в аэропорт Внуково. Вероятно, это делается в целях обороны: многие управляемые бомбы, ракеты и беспилотники НАТО руководствуются GPS-навигацией, а успешный спуфинг не даст им поразить цели». Ну а Жорик по-видимому, делает это в маркетинговых целях, расширяя виртуальную клиентскую базу.

Впрочем, если журналисты и «откопали» здесь что-то новое, то разве что «технологию концентрации сигнала вокруг Кремля». Не иначе, этому помогают рубиновые звезды на башнях. В остальном же – ничего нового…

Future of Air Navigation

Conventional navigational practices including the use of VORs are evolving in favor of RNAV (Area Navigation) and GPS (Global Positioning System) navigation. These forms of navigation allow an aircraft to perform an instrument approach into an airport that does not have physical navigational units on the ground.

These forms of approaches allow an aircraft to fly a direct approach to a runway as only two “reference” points of such are required for lateral and vertical navigation.

Although these systems do not have dedicated on-ground systems, they are commonly coupled to an existing VOR or DME ground unit as a reference point, followed by an adjustment or a shift for the selected approach path.

This form of navigation has several advantages over VORs and NDBs, most noticeably being the efficiencies associated with it. More direct approaches allow for fuel and time savings along with a smoother traffic flow at busy airports.

Принцип действия

Принцип DGPS основан на том факте, что в соседних точках влияние ошибок измерения, как и эффекты добровольно добавленных ошибок, очень похожи: поэтому достаточно наблюдать флуктуации в известной точке. Измерения и передавать их на приемник, наблюдающий за теми же спутниками, чтобы последний мог исправить большую часть ошибок измерения, независимо от того, связаны ли они со спутником (часы), условиями распространения (тропосферные эффекты …) или произвольными колебаниями в передаваемый сигнал. Таким образом, можно перейти от точности порядка 10-20 метров к точности 5-3 метра на большой площади (несколько сотен километров). DGPS основан на наборе фиксированных станций, положение которых точно известно; они принимают сигналы от тех же спутников, что и мобильные терминалы, присутствующие в их зоне действия, и они непрерывно оценивают локальную ошибку позиционирования GPS, сравнивая вычисленное положение с их реальным положением. Эта информация передается по радио или через спутник ( Инмарсат или другой).

«Дифференциальный» режим существует в нескольких вариантах; самый изощренный использует измерение фазы принимаемых сигналов (GPS RTK ), а не двоичный код для вычисления псевдодальностей  ; со станции, расположенной в известной точке, или из сети постоянных опорных станций на расстоянии нескольких километров друг от друга, используя GPS, мы получаем точные координаты с точностью до нескольких сантиметров в трех измерениях (геодезическая GPS или кинематика), что позволяет использовать не только для восходов солнца, а также для населенных пунктов в топографии . Мы можем даже достичь нескольких миллиметров с очень сложным программным обеспечением для обработки, используемым в отложенное время.

Для пользователя, желающего использовать DGPS, необходимо подключить приемник DGPS к обычному приемнику GPS (когда это возможно, потому что не все приемники совместимы с приемником DGPS), настроить приемник GPS, и тогда положение будет автоматически исправлено. …

Когда использовать ndb?

ndb — это модуль хранилища данных в App Engine для языка Python. Он предоставляет более высокоуровневый API, чем модуль хранилища данных vor и имеет ряд преимуществ. Однако, ndb не является универсальным инструментом и использование его не всегда доказывает свою эффективность.

ndb хорошо подходит для работ с сущностями, которые используются часто и требуют быстрого доступа к данным в хранилище. Он предоставляет автоматический кэш данных, без который пришлось бы вручную запрашивать и обновлять данные каждый раз, когда происходит обращение к ним. Кроме того, передача данных по ключу — что значительно быстрее, чем поиск идентификатора при помощи запросов.

Однако ndb может показаться избыточным и трудночитаемым в случае работы с небольшими и нечастоиспользуемыми данными. В таких случаях использование vor может оказаться более простым и эффективным. Кроме того, ndb имеет ограничения и проблемы с масштабируемостью при больших объемах данных.

Поэтому, при выборе между ndb и vor, следует ориентироваться на объем и сложность данных, их частоту использования и скорость доступа. В целом, при работе с сущностями ndb — лучший выбор, но для небольших приложений и данных можно использовать vor, чтобы избежать увеличения сложности приложения без толком используемых преимуществ ndb.

Расширяя горизонты…

Приложение позволяет осуществлять разнообразные настройки отображения. Из наиболее интересных можно указать возможность осуществления поиска по номеру борта и местоположению.

Настройка отображения

Например, на карте, вы можете найти борты компании S7, т.к. названии компании отражено в бортовом номере.

Применения фильтрации отобразит данные по авиакомпаниям, высоте и скорости полета.

Вы можете произвольно указать режим отображения, ведь фактически мы видим самолеты на карте Google, которая может отображать поверхность с различными настройками: физическая, спутник и в режиме дорог.

Так что любой самолет на карте гугл это всего лишь пиктограмма наложенная на спутниковую карту и перемещение которой синхронизируется с помощью технологии ADS-B.

Все как на ладони

Эта карта позволяет реализовать получаемую с воздушных судов информацию в виде пиктограмм, движущихся над картой мира.

При нажатии по иконке можно открыть окно в котором отобразятся рейсы самолетов, а также детальные данные о авиарейсе: номер борта и принадлежность к авиакомпании, маршрут и текущие координаты, высота и скорость.

Кроме того, окно содержит сведения о судне, его фотографии и даже маршрут самолета на карте мира.

Если вам интересен маршрут, при двойном нажатии приложение отобразит полные сведения о нем. Карта также дает возможность изменять масштаб в большом диапазоне значений, отображает количество воздушных судов в небе.

Loran-C

Когда использование ГНСС стало обрастать рисками, тема создания чего-то альтернативного стала источником длительных обсуждений в APNT-сообществе, в котором пока еще нет общего согласия по нескольким направлениям, гарантирующим надежность, целостность/достоверность и точность (синхронизации или позиционирования). Но в целом общее направление движения уже понятно, и это модернизация системы Loran-C.

Упомянутая выше система Loran в своем развитии прошла несколько стадий развития. В частности, система Loran-C — первоначально была разработана для предоставления военным пользователям радионавигационных служб США с большей степенью покрытия и точности, чем ее предшественник (система Loran-А).

Loran-C была введена в эксплуатацию для гражданского применения в 1957 году. Система использовала радиосигналы от 24 вышек на берегу, управляемые Береговой Охраной США, для позиционирования в море и в воздухе. В дальнейшем она была выбрана для использования в качестве радионавигационной системы гражданским флотом.

Радионавигационная система (РНС) Loran-C (отечественный аналог — «Чайка») относится к разностно-дальномерным РНС с синхронизацией моментов излучения и фазы импульсных сигналов, излучаемых наземными передающими станциями. Станции располагаются цепочками по 3-5 станций, которые осуществляют передачу сигналов на одной и той же частоте с одинаковым для группы периодом повторения, некоторые станции работают одновременно в двух цепях на двух периодах повторения. Каждая цепь РНС состоит из одной ведущей и ведомых станций, работающих с одинаковым, только этой цепи присвоенным периодом повторения серий импульсов.

Этот период повторения служит отличительным признаком цепи. Сигнал станции содержит серию из 8 импульсов, следующих через 1 мс. Ведущая станция дополнительно излучает 9-й импульс. Ведомые станции излучают сигналы с различной задержкой – с определенным запаздыванием относительно сигналов ведущей. Задержка излучения служит отличительным признаком пары.

Для одновременного измерения не менее 2-х разностей расстояний система работает по принципу синхронизированного излучения сигналов (пачек импульсов) ведущей и ведомыми станциями на одной несущей частоте 100 кГц и общей для них частоте повторения. Излучение сигналов станциями производится с таким сдвигом по времени, чтобы в любой точке зоны действия системы обеспечивалось временное разделение сигналов. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы любая из ведомых станций начинала излучение своих сигналов после прихода на эту станцию последнего импульса предыдущей (по очереди работы) ведомой станции с учетом задержки этого импульса за счет его многократного отражения от ионосферы. Ведущая станция синхронизирует своими сигналами (как по огибающей импульса, так и по высокочастотному заполнению) работу ведомых станций.

Дальность действия системы Loran-C на суше и на море 1400-1800 и 1800-2000 км соответственно. Мощность излучения передающих станций — 200…1000 кВт. Надежность — 99,7%. Скорость определения местоположения — 10-20 засечек/сек. Погрешность синхронизации станций внутри цепи – 30-50 нс. Точность местоопределения — до 10-50 м в радиусе до 150-200 км.

В целом радионавигационным полем 25 станций Loran-C США и 4 станций Канады в свое время была покрыта территория Северной Америки площадью 9 629091 кв. км.

Десятилетиями Loran-C была стандартной навигационной системой для коммерческого рыболовства, малотоннажного флота и других морских судов, а также для многих самолетов. Систему использовало от 1,2 до 1,5 млн. пользователей. Рабочие зоны цепей Loran-C также расширялись, перекрывая территории США и Канады, почти все побережье Североамериканского континента, Северную Атлантику, Скандинавию и Западную Европу, Северное и Норвежское моря, Атлантическое побережье Франции и Восточную Атлантику, Средиземное море, центральный и северо-западный районы Тихого океана, весь Аравийский полуостров, районы Ближнего и Дальнего Востока, Красного моря, Персидского залива, залив Аден, часть побережья Индии. Общая площадь рабочих зон цепей Loran-C превышала 95 млн.кв. В настоящее на территории Северной Европы зона покрытия системы Loran-С составляет 100 морских миль от передающих станций.

Использует

дыхательные пути

Передатчик NDB на 49 ° 12,35 ‘северной широты, 2 ° 13,20’ западной долготы. Позывной JW — «Запад Джерси». 329,0 кГц.

А несущий — это линия, проходящая через станцию ​​и указывающая в определенном направлении, например, на 270 градусов (на запад). Пеленги NDB обеспечивают нанесенный на карту последовательный метод определения траекторий полета самолета. Таким образом, NDB могут, как и VOR, определять «дыхательные пути «в небе. Самолеты следуют по заранее определенным маршрутам, чтобы завершить план полета. Воздушные трассы пронумерованы и стандартизированы на диаграммах. Цветные воздушные трассы используются для низко- и среднечастотных станций, таких как NDB, и показаны коричневым на диаграммах сечения. Зеленые и красные дыхательные пути нанесены на восток и запад, а желтые и синие дыхательные пути — на север и юг. В континентальной части континента остался только один цветной дыхательный путь. Соединенные Штаты, расположенный у побережья Северной Каролины и называется G13 или Green 13. Аляска — единственный штат в Соединенных Штатах, где используются цветные дыхательные пути. Пилоты следуют по этим маршрутам, отслеживая радиалы на различных навигационных станциях и поворачивая на некоторых. В то время как большинство воздушных трасс в Соединенных Штатах основаны на VOR, воздушные трассы NDB распространены повсюду, особенно в развивающихся странах и в малонаселенных районах развитых стран, таких как Канадский Арктический, поскольку они могут иметь большую дальность действия и намного дешевле в эксплуатации, чем VOR.

Все стандартные дыхательные пути нанесены на аэронавигационные карты, например, диаграммы разрезов США, выпущенные Национальное управление океанографии и атмосферы (NOAA).

Исправления

NDB уже давно используются в самолетах навигаторы, а ранее моряки, чтобы помочь получить исправить их географического положения на поверхности Земли. Исправления вычисляются путем продления линий через известные навигационные ориентиры до их пересечения. Для визуальных ориентиров углы этих линий можно определить по компас; пеленг радиосигналов NDB определяется с помощью радиопеленгатор (RDF) оборудование.

Построение исправлений таким образом позволяет экипажам определять свое положение

Это использование важно в ситуациях, когда другое навигационное оборудование, такое как VORs с оборудование для измерения расстояния (DME), не удалось. В морской навигации NDB могут быть полезны, если GPS прием сбой

Определение расстояния от станции NDB

Чтобы определить расстояние по отношению к станции NDB в морских милях, пилот использует этот простой метод:

1. Поворачивает дрон таким образом, чтобы станция находилась прямо за одной из законцовок крыла.
2. Летит по этому направлению, рассчитывая время, необходимое для пересечения определенного количества пеленгов NDB.
3. Используется формула: время до станции = 60 х количество летных минут / градусы изменения пеленга.
4. Использует бортовой компьютер для расчета расстояния самолета от станции; время * скорость = расстояние

NDB подходит

ВПП, оснащенная NDB или VOR (или обоими) в качестве единственного навигационного средства, называется ВПП для неточного захода на посадку; если она оборудована системой ILS, она называется взлетно-посадочной полосой для точного захода на посадку.

Системы инструментальной посадки

NDB чаще всего используются в качестве маркеров или «локаторов» для система посадки по приборам (ILS) подход или стандартный подход. NDB могут обозначать начальную зону для захода на посадку по ILS или путь, по которому следует следовать для захода на посадку по ILS. стандартный терминал прибытия процедура или ЗВЕЗДА. В Соединенных Штатах NDB часто сочетается с внешним маркером радиомаяка при заходе на посадку по ILS (так называемый локатор внешний маркер, или LOM); в Канаде маломощные NDB полностью заменили маркерные маяки. Маркерные радиомаяки на заходах на посадку по ILS постепенно выводятся из эксплуатации во всем мире. DME диапазоны, используемые вместо этого для разграничения различных сегментов подхода.

Военно-морское оперативное использование

Подводные лодки ВМС Германии во время Второй мировой войны оснащались самонаводящимися маяками Telefunken Spez 2113S. Этот передатчик мог работать на частотах от 100 кГц до 1500 кГц с мощностью 150 Вт. Он использовался для передачи местоположения подводной лодки другим подводным лодкам или самолетам, которые были оснащены пеленгаторными приемниками и рамочными антеннами.

Источники

Wikimedia Foundation
.
2010
.

• Космическая навигация
• Инерциальная навигация

Смотреть что такое «Воздушная навигация» в других словарях:

Воздушная навигация
— комплекс действий экипажа, направленный на достижение наибольшей точности, надежности и безопасности вождения воздушного судна и групп воздушных судов по заданной траектории, а также в целях вывода их по месту и времени на заданные объекты (цели) … Официальная терминология

Навигация воздушная
— Воздушная навигация, аэронавигация наука о методах и средствах вождения воздушного судна по программной траектории. Задачи аэронавигации Определение навигационных элементов летательного аппарата широта, долгота высота НУМ высота над поверхностью… … Википедия

НАВИГАЦИЯ
— (лат. navigatio от navigo плыву на судне), 1) наука о способах выбора пути и методах вождения судов, летательных аппаратов (воздушная навигация, аэронавигация) и космических аппаратов (космическая навигация). Задачи навигации: нахождение… … Большой Энциклопедический словарь

навигация
— и; ж. 1. Судоходство, мореплавание. Из за обмеления реки н. невозможна. 2. Такое время в году, когда по местным климатическим условиям возможно судоходство. Открытие навигации. Суда в порту ждали начала… … Энциклопедический словарь

Навигация
— В Викисловаре есть статья «навигация» Навигация (лат. navigatio, от лат. navigo плыву на судне): Мореплавание, судоходство Период времени в году, когда по местным климатическим условиям возможно су … Википедия

навигация
Энциклопедия «Авиация»

навигация
— Рис. 1. Определение местоположения ЛА по линиям положения. навигация летательных аппаратов, аэронавигация (от греч. aēr воздух и лат. navigatio мореплавание), наука о методах и средствах вождения летательных аппаратов из… … Энциклопедия «Авиация»

НАВИГАЦИЯ
— (лат. navigatio, от navis корабль) 1) мореплавание. 2) наука об управлении кораблем. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. НАВИГАЦИЯ 1) искусство управления кораблем в открыт. море; 2) время года, в… … Словарь иностранных слов русского языка

Навигация (морск.)
— Навигация (лат. navigatio, от navigo ‒ плыву на судне), 1) мореплавание, судоходство. 2) Период времени в году, когда по местным климатическим условиям возможно судоходство. 3) Основной раздел судовождения, в котором разрабатываются теоретические … Большая советская энциклопедия

НАВИГАЦИЯ
— НАВИГАЦИЯ, и, жен. 1. Наука о вождении судов и летательных аппаратов. Школа навигации. Воздушная н. Межпланетная (космическая) н. 2. Время, в течение к рого возможно судоходство, а также само судоходство. Начало, конец навигации. Н. открыта. |… … Толковый словарь Ожегова

Казалось бы, быстрее и удобнее всего лететь по прямой между двумя аэропортами. Однако на самом деле по кратчайшему пути летают только птицы, а самолеты — по воздушным трассам. Воздушные трассы состоят из отрезков между путевыми точками, а сами путевые точки — это условные географические координаты, имеющие, как правило, определенное легко запоминаемое название из пяти букв, похожее на слово (обычно латиницей, но в русскоязычных используется транслитерация). Обычно это «слово» ничего не обозначает, например, NOLLA или LUNOK, но иногда в нем угадывается название близлежащего населенного пункта или какого-то географического объекта, например, точка OLOBA расположена недалеко от города Олонец, а NURMA — это окрестности деревни Нурма.

Карта воздушных трасс

Маршрут строится из отрезков между точками для упорядочивания воздушного движения: если бы все летали произвольно, это сильно бы осложнило работу диспетчеров, поскольку было бы очень сложно предугадать, где и когда окажется каждый из летящих самолетов. А тут все раз — и летят друг за другом. Удобно! Диспетчеры следят, чтобы самолеты летели на расстоянии не более 5 километров друг от друга, и если кто-то кого-то нагоняет, его могут попросить лететь чуть медленнее (или второго — чуть быстрее).

1.3 Что такое SID/STAR и Flightplan

1. Полоса, с которой осуществляется взлёт. Имеет двухзначный номер (округлённый до десятков магнитный курс полосы). При наличии параллельных полос добавляется постфикс L/C/R (Left/Center/Right). Например, в Шереметьево сейчас всего 6 полос — 06/L/R/C и соответствующие им с обратным курсом 24L/C/R.
2. SID (Standard Instrument Departure) — стандартная схема выхода, которая устанавливается обычно самим аэропортом, согласовывается со службой организации воздушного движения и вносится в AIP. Идея в том, чтобы при вылете каждый раз «не изобретать велосипед», а дать пилотам название схемы, которую будет необходимо пролететь после взлёта. При этом схемы SID могут быть образованы, NDB,VOR, произвольными точками, иметь ограничения по скоростям/высотам.
3. Transition (необязательно) — переходной этап от SID непосредственно к воздушной трассе. Обычно задаётся набором отдельных точек в пространстве.
4. Enroute — набор точек и/или воздушных трасс/радионавигационных средств для полёта по маршруту.
5. Transition (необязательно) — переход от полета по воздушной трассе к STAR.
6. STAR (Standard Terminal Arrival) — по аналогии с SID стандартная схема прибытия, которая доводит нас до точки конечного захода на посадку (до начала выбранной инструментальной системы захода, например, ILS).
7. И, наконец, полоса, на которую осуществляется посадка

1. UUEE — ICAO код Шереметьево.
2. 24C — полоса (центральная).
3. AR24E — SID для полосы 24C в Шереметьево.
4. OBL1E — Transition.
5. B239 — воздушная трасса, DB — NDB привод на трассе, B160 — другая воздушная трасса, OKULO — точка на трассе.
6. GENP1B — схема прибытия в аэропорту Санкт-Петербурга для ВПП 28L.

AFTNИнтересные факты:

1. План полёта — это то, без чего полёт самолёта в контролируемом воздушном пространстве невозможен. Совсем.
2. Как следствие п.1, крайне редкая фраза диспетчера «не могу найти ваш флайт-план» говорит о предстоящем как минимум полуторачасовом геморрое с подачей нового флайт-плана.
3. В России по правилам флайт-план должен быть подан как минимум за час для внутренних рейсов и за три — для международных. При этом флайт-план попадает во внутреннюю систему ОрВД и доступен всем диспетчерам в процессе полёта. При этом, одна из задач диспетчера — контроль вашего полёта на предмет соответствия флайт-плану.
4. В Европе существует единая структура для управления воздушным движением — Евроконтроль. Наличие единой системы позволяет серьёзно «спрямлять» маршруты — например, сразу после взлёта следовать на точку границы для выхода из Евросоюза, что диспетчера и делают при первой же возможности.
5. В России же спрямления маршрутов официально запрещены (тут должна была быть отдельная история, но прибережём ее до следующего раза). Но есть, как обычно, несколько тонкостей, позволяющих официально обойти данный запрет и пилотам, и диспетчерам.
6. Вся аэронавигационная база в FMGC обновляется раз в 24 дня и имеет объём порядка двух старых добрых дискет формата 3.5″ 1,44Мб (мегабайт). Надеюсь, вы помните, что это такое. Отличный пост на эту тему есть у lx_photos.