ВЕСТНИК
МОРСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО
УНИВЕРСИТЕТА
серия
СУДОВОЖДЕНИЕ
Выпуск 5
Владивосток 2008
УДК 656.61.052(066)
Вестник Морского государственного университета. Вып. 5. Серия: Судовождение. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2008. – с.
Редакционная коллегия
Лентарев А.А., д-р техн. наук, проф.(отв. ред.),
Лобастов В.М., к.т.н., проф.(отв. ред.),
Завьялов В.В., д.т.н., доцент,
Чепцов Н.Р., к.ю.н., доцент.
| ISBN 5-8343-0310-2 | © Морской государственный университет имени адмирала Г.И.Невельского., 2008 |
ДАНИЭЛЬ НАУМОВИЧ РУБИНШТЕЙН
(19.09.1930 – 22.04.2008)
Вся жизнь Д.Н. Рубинштейна – пример служения Родине и добросовестного труда на её благо. После окончания Черноморского высшего военно-морского училища он проходил службу в составе Военно-морского флота на различных офицерских должностях, в том числе в должности штурмана соединения боевых кораблей. С 1967 года по 1981 год служил в ТОВВМУ им. адм. С.О. Макарова в должности старшего преподавателя, а затем доцента. После увольнения в запас Д.Н. Рубинштейн был принят на работу в ДВВИМУ им. адм. Г.И. Невельского. Более 25 лет он трудился на кафедре судовождения, вёл курсы навигации и лоции, математических основ специальности. Его высокий профессионализм широко проявился в преподавательской и научно-исследовательской работе. За эти годы Даниель Наумович опубликовал более 50 научных трудов, в том числе учебных пособий по специальности, принимал активное участие в научно-исследовательской работе, конференциях и семинарах. В своей повседневной деятельности Даниэль Наумович сочетал в себе лучшие человеческие качества – компетентность, принципиальность, творческую инициативу, деловой подход к решению сложных проблем, требовательность к себе и к курсантам, внимательное отношение к людям, благодаря чему он по праву снискал заслуженный авторитет и глубокое уважение со стороны коллег и курсантов.
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ
ОТЕЧЕСТВЕННЫХ МОРСКИХ НАВИГАЦИОННЫХ КАРТ
Д.Н. Рубинштейн,
МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток
В постановлении Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 г. № 568 «Об установлении единых государственных систем координат» указано: «Установить следующие единые государственные системы координат:
Система геодезических координат 1995 года (СК-95) для использования при осуществлении геодезических и картографических работ, начиная с 1 июля 2002 года;
Геодезическая система координат «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ-90) для использования в целях геодезического обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач».
Этим же постановлением на Федеральное агентство геодезии и картографии России возлагалось проведение организационно-технических мероприятий для перехода к использованию Системы координат 1995 г. (СК-95), до завершения которых использовалась Система координат 1942 г. (СК-42).
В 1946 г. Постановлением Совета Министров СССР от 7 апреля 1946 г. № 760 в нашей стране был принят новый референц-эллипсоид, получивший название «Эллипсоид Красовского» и введена единая система геодезических координат и высот на территории СССР – СК-42. 4 октября 1957 года в Советском Союзе впервые был выведен на орбиту искусственный спутник Земли (ИСЗ). Этому событию предшествовала огромная научно-исследовательская и организационная работа в различных отраслях науки и техники. Одной из важнейших задач являлись баллистические расчеты. При этом выяснилось, что для создания высокоточной спутниковой навигационной системы с началом координат ОХУZ в центре массы Земли и надежного прогноза орбит полетов ИСЗ, имеющихся сведений о параметрах гравитационного поля и фигуре нашей планеты, совершенно недостаточно. Наиболее слабо изученным было гравитационное поле Мирового океана. В 1950-х годах в СССР и США начались интенсивные работы, которые привели к созданию высокоточных геоцентрических систем координат «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ-90) и «Мировая геодезическая система» (WGS-84) после разработки ряда промежуточных моделей и выполнения Мировой гравиметрической съемки на суше и в Мировом океане.
Значение Мирового океана в экономическом, военном и политическом отношении резко возросло с начала 1950-х годов. Освоение природных ресурсов океана, гидротехническое строительство, развитие морского транспорта изменили требования к точности определения координат, характеру карт и навигационных пособий на всех акваториях Мирового океана. В связи с этим начала развиваться морская геодезия.
После появления спутниковых радионавигационных систем GPS и ГЛОНАСС стало возможным определять место на любых акваториях Мирового океана с высокой точностью. В резолюции ИМО А.953(23) от 5.12.2003 определены эксплуатационные требования к Всемирной радионавигационной системе (для судов со скоростью до 30 узлов). Они следующие:
– плавание на входах в порты, подходах к портам и в прибрежных водах, погрешность определения места судна (Р = 95 %) 10 метров;
– плавание в океанских водах – погрешность определения места судна (Р = 95 %) – 100 метров.
Анализ требований к точности определения координат на море показывает, что эту задачу можно реализовать на базе высокоточной единой геоцентрической спутниковой навигационной системы с начальным пунктом в центре масс Земли, а референцные геодезические системы здесь в принципе непригодны, так как любая из них наилучшим образом подходит к ограниченной территории, а не ко всей планете. Именно поэтому для решения навигационных задач постановлением от 28 июля 2000 года № 568 предусмотрена геоцентрическая система координат ПЗ-90. Следовательно, российские морские навигационные карты (НМК), коллекция которых охватывает весь Мировой океан, должны быть переведены в ПЗ-90, которая эквивалентна WGS-84 (с определенным допуском).
С помощью отечественных геодезических спутников к 1990 году было выполнено примерно 30 млн спутниковых измерений на суше и в Мировом океане, что позволило вычислить земной эллипсоид, не уступающий по своим характеристикам эллипсоиду WGS-84. По оценкам 1990 г. средние квадратические ошибки (СКО) отнесения пунктов космической геодезической сети (КГС) к центру масс Земли не превышали 2 м, а взаимного положения пунктов КГС 0,2-0,3 м. В дальнейшем для контроля и оценки точности координаты пунктов КГС вычислялись ежегодно (1991, 1992 и т.д.).
В США последовательно использовались геодезические системы координат WGS-60, WGS-66, WGS-72. Каждая последующая была точнее предыдущей. Требования к точности определения координат на суше и на море быстро возрастали. Вскоре выяснилось, что геоид и гравитационная модель Земли, принятые для СК WGS-72 устарели, а на точность определения координат оказывают заметное влияние относительно небольшие ошибки ориентации и масштабы этой системы.
Специалисты США разместили по всей планете 1591 доплеровскую станцию для определения с помощью ИСЗ поправок перевода местных систем координат в систему WGS-84. В марте 1983 г. Международное гидрографическое бюро (МГБ) рекомендовало всем гидрографическим службам мира использовать систему WGS в качестве основной для всех навигационных морских карт, и с конца 1983 г. США, Англия и некоторые другие страны начали издавать новые карты в системе WGS-72. На этих картах печатались поправки для перехода от WGS-72 в систему данной карты. В 1985 году было установлено, что начало координат системы WGS-84 смещено на 4,5 метра к югу от начала координат WGS-72, а нулевой меридиан WGS-84, от которого ведется счет долгот, смещен на 0,554 к западу от нулевого меридиана WGS-72. Поэтому с конца 1986 г. новые навигационные морские карты на прибрежные воды США и Канады начали издавать в североамериканской системе координат 1983 г. (NAD83), а в системе WGS-84 ряд стран издают карты и планы масштаба 1 : 50 000 и крупнее на порты, гавани и бухты по всему мировому океану.
В настоящее время в Европе существует сеть постоянно действующих станций наблюдения за ИСЗ систем GPS и ГЛОНАСС, в которой точность автономных определений координат пунктов 1-3 см.
Важную роль в создании высокоточных геоцентрических систем координат как в США, так и в СССР сыграли данные о гравитационном поле Земли (ГПЗ). Особенно активно участвовали в гравиметрических съемках в Мировом океане и на суше США, Англия, Канада, Италия, СССР, Япония.
В 1996 г. по программе «Европейский геоид» Институт геодезии Ганноверского университета рассчитал новый уточненный геоид EGG-96. При этом были использованы 27 млн гравиметрических пунктов и 700 млн высот земной поверхности в комбинации с глобальной моделью геопотенциала. Новая модель геоида для районов с хорошим обеспечением пунктами высокого качества оценивается СКП, равной ±1-5 см на расстоянии от 10 км до нескольких сотен и ±5-20 см – на расстоянии нескольких тысяч километров.
В настоящее время в СК WGS-84 издают НМК следующие страны: США, Канада, Австралия, Япония, Республика Корея, Новая Зеландия, Англия, Германия, Дания, Швеция, Латвия, Эстония, Польша, Аргентина, Венесуэла, Колумбия, Перу, ЮАР. Начали переиздание карт в этой системе Франция, Италия, Испания, Китай (карты масштаба 1: 500000 и мельче), Бразилия и др.
Следует подчеркнуть, что геоцентрические СК ПЗ-90 и СК WGS-84 создавались раздельно, без какой-либо совместной интеграции. Система ПЗ-90 закреплена координатами 30 опорных пунктов на территории бывшего СССР, полученными динамическим методом космической геодезии, разработанным в СССР.
Параметры СК ПЗ-90 и СК WGS-84 приведены в таблице.
| Система координат | а, м | f |
PЗ-90 WGS-84 | 6 378 136 6 378 137 | 1 : 298,257839303 1 : 298,257223563 |
Навигационные морские карты на воды, находящиеся под юрисдикцией Российской Федерации, и на открытые воды Мирового океана вне иностранной юрисдикции создаются в единой государственной геоцентрической системе координат «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ-90).
Навигационные морские карты на иностранные воды создаются в системах геодезических координат, принятых на иностранных исходных картографических материалах.
Специальные карты для ВМФ, морские вспомогательные и справочные карты создаются в единой государственной геодезической системе координат 1995 г. (СК-95).
На морских картах масштабов крупнее 1 : 2 000 000 приводится название cистемы геодезических координат карты.
На навигационных морских картах масштабов 1 : 500 000 и крупнее указываются поправки для перехода от Всемирной геодезической системы координат WGS-84 к системе геодезических координат данной карты, если линейные значения поправок на картах превышают 0,3 мм. Если же эти значения поправок не превышают 0,3 мм - на карте помещается надпись «Для перехода от любой геоцентрической системы координат к системе координат данной карты введения поправок не требуется».
На навигационных морских картах масштабов мельче 1 : 500 000 значения поправок приводятся только в тех случаях, когда линейные значения поправок на карте превышает 0,5 мм (извлечения из приложения к выпуску ИМ ГУНиО МО 9959.07; 2005 год).
Литература
Попов Б.Г. Плановое обеспечение навигационных морских карт //Записки по гидрографии. – 2007. - № 268. – с. 36-45.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СНС GPS
Д.Н. Рубинштейн,
МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток
Основой дальнейшего совершенствования СНС GPS является реализация новой структуры сигналов, как для военных, так и для гражданских потребителей.
В СНС GPS применена сложная структура сигналов, излучаемых космическими аппаратами. Каждый космический аппарат СНС GPS по существу представляет собой движущиеся по орбите атомные часы (сверхвысокостабильный генератор частоты). Передающая аппаратура действующих ныне космических аппаратов излучает синусоидальные сигналы на двух несущих частотах: L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц. Перед этим сигналы модулируются так называемыми псевдослучайными цифровыми последовательностями. Причем частота L1 модулируется двумя видами кодов: С/А кодом (код свободного доступа) и Р-кодом (защищенный код), а частота L2 – только Р-кодом. Кроме того, обе несущие частоты дополнительно кодируются навигационным сообщением, в котором содержатся данные об орбитах космических аппаратов (КА), информация о параметрах атмосферы, поправки системного времени.
Кодирование излучаемого спутником радиосигнала преследует несколько целей:
1. Обеспечение возможности синхронизации сигналов КА и приемника;
2. Создание наилучших условий различения сигнала в приемнике на фоне шумов;
3. Реализация режима ограниченного доступа к GPS когда высокоточные измерения возможны лишь при санкционированном использовании системы.
Код свободного доступа С/А (Coarse Acquisition) имеет частоту следования импульсов 1,023 МГц и период повторения 0,001 с, поэтому его декодирование в приемнике осуществляется достаточно просто. Однако точность автономных измерений с его помощью невысока.
Защищенный код Р (Рrotected) характеризуется частотой следования импульсов 10,23 МГц и периодом повторения 7 суток. Кроме того, раз в неделю происходит смена этого кода на всех спутниках.
В аппаратуре потребителя (СНС-приемника) принимаемый сигнал декорируется, т. е. из него выделяются кодовые последовательности либо С/А, либо С/А и Р, а также служебная информация. Полученный код сравнивается с аналогичным кодом, который генерирует сам СНС-приемник, что позволяет определить задержку распространения сигнала от спутника и таким образом вычислить псевдодальность. Точность определения псевдодальности по Р-коду примерно на порядок выше, чем по С/А коду.
Соответственно возможны определения местоположения потребителя обыкновенной (стандартной) точности SPS (Standart Position Service) когда используется гражданский С/А-код и измерения производятся на одной частоте L1, и повышенной точности РPS (Precise Position Service), когда используется Р-код и измерения производятся на двух частотах L1 и L2.
До недавнего времени измерения по Р-коду могли выполнять только потребители, получившие разрешение Министерства обороны США. Однако в результате утечки секретной информации «Тайное» стало «явным» и к Р-коду получил доступ широкий круг потребителей. МО США предприняло меры дополнительной защиты Р-кода. При этом выполняется дополнительное шифрование Р-кода, и он превращается в У-код. Расшифровка У-кода возможна только аппаратно, с использованием специальной микросхемы (криптографического ключа), которая устанавливается в СНС-приемнике. В любой момент без предупреждения может быть включен противопомеховый режим AS (Anti Spooffing).
Кроме того, для снижения точности определения координат несанкционированными потребителями МО США ввело так называемый режим выборочного доступа (ВД) (SA-Selective Availability). Иногда его называют режимом ограниченного или селективного доступа. В этом режиме в навигационное сообщение намеренно вводится ложная информация о поправках к системному времени и орбитах космических аппаратов, что приводит к снижению точности навигационных определений в 3-4 раза.
В первоначальной спецификации СНС GPS предусматривалась точность определения местоположения порядка 16 м для военных и 100 метров в режиме ВД для гражданских потребителей.
В интересах гражданских потребителей первый реальный шаг в сторону совершенствования СНС GPS был сделан несколько раньше, когда тогдашний президент США Клинтон дал указание о прекращении в полночь по восточному летнему времени 1 мая 2000 г. работы в режиме ВД. После отмены режима ВД погрешность определения места гражданского потребителя уменьшилось до 22,5 м в горизонтальной плоскости (95 %), 33 м по вертикали (95 %) и 200 нс (95 %) относительно Всемирного координированного времени (UТС) международного стандарта хранения времени.
Следующим, самым существенным фактором, определяющим погрешность определения местоположения в СНС GPS, является искажение сигнала, вызванное влиянием ионосферы Земли. Ионосфера – это ионизированный атмосферный слой в диапазоне высот 50-500 км, который содержит свободные электроны, концентрация, которых меняется в течение суток. Наличие этих электронов вызывает задержку распространения сигнала спутника, которая прямо пропорциональна концентрации электронов и обратно пропорциональна квадрату частоты радиосигнала. Для компенсации возникающей при этом ошибки определение псевдодальности используется метод двухчастотных измерений на частотах L1 и L2 (в двухчастотных приемниках). Линейные комбинации двухчастотных измерений не содержат ионосферных погрешностей первого порядка.
Военные потребители в настоящее время имеют доступ к двум частотам (поскольку Р-код передается на частотах L1 и L2) и поэтому могут путем сочетания измерений псевдодальности на частотах L1 и L2 исключать ошибку задержки сигнала в ионосфере, которая зависит от частоты сигнала. Для гражданских потребителей сейчас имеется только один полностью доступный сигнал (С/А на частоте L1). Поэтому основной задачей совершенствования с гражданской точки зрения является внедрение дополнительных кодированных гражданских сигналов.
В 1998 г. вице-президент Гор объявил, что второй гражданский сигнал будет передаваться на частоте L2 (его обозначили L2С). Как видно из таблицы использование С/А-кода на частоте L2 в сочетании с сигналом на частоте L1 уменьшит стандартную погрешность из-за влияния ионосферы и доведет автономную точность определения места до 8,5 м по сравнению с примерно 22,5 м при использовании только частоты L1.
Однако для удовлетворения еще более высоких требований служб по охране человеческой жизни в гражданской авиации к точности определения места самолета необходимо дополнительно ввести третий сигнал. В январе 1999 г. была выбрана частота третьего гражданского сигнала, которую обозначили как L5. она равна 1176,45 МГц и находится в той части спектра, которая отведена для аэрорадионавигационных служб. Вице-президент США также заявил, что такой сигнал будет передаваться начиная с 2005 г. Выигрыш от применения дополнительных сигналов будет значительным и создаст возможность выполнять точный заход на «слепую» посадку по приборам по третьей (самой трудной) категории сложности при минимальном дополнительном вложении средств в наземную инфраструктуру.
Погрешности SPS определения местоположения вне режима ВД
Источник погрешности | Среднеквадратическая погрешность псевдодальности, м | |
| Прием на одной частоте (С/А код на частоте L1) | Прием на двух частотах (С/А код на частотах L1 и L2) | |
Режим выборочного доступа | 0,0 | 0,0 |
| Задержка ионосферная | 7,0 | 0,1 |
| Задержка тропосферная | 0,2 | 0,2 |
| Погрешность часов КА и элементов орбиты | 2,3 | 2,3 |
| Шумы приемника | 0,6 | 0,6 |
| Многолучевость приходящего сигнала | 1,5 | 1,5 |
| Эквивалентная погрешность определения псевдодальности приемником | 7,5 | 2,8 |
| Суммарная погрешность автономного определения места в горизонтальной плоскости при ГФ = 1,5 | 22,5 | 8,5 |
Примечание:
1. Под автономным понимается определение места, когда принимаются только сигналы космического аппарата, и не используются подсистемы, расширяющие возможность СНС (дифференциальные, широкозонные, региональные, локальные и др.).
2. ГФ – геометрический фактор ухудшения точности определения места, зависящий от расположения используемых космических аппаратов (КА) относительно приемника.
Для автономных потребителей СНС GPS в реальном времени добавление второго и третьего гражданского сигнала даже без использования дифференциальных подсистем СНС обеспечит резервирование сигнала, повысит точность определения местоположения, увеличит доступность и целостность сигнала, улучшит непрерывность услуг и повысит устойчивость к радиочастотным помехам. (Под целостностью понимают способность системы обеспечивать потребителей своевременным предупреждением в случаях, когда систему нельзя использовать для навигации).
Для вариантов применения СНС GPS с научными целями, промеров, съемок в нединамическом режиме или не в реальном масштабе времени возникает возможность более быстрого и экономичного достижения точностей на уровне сантиметров, чем это возможно сегодня, за счет наличия трех частотных «дорожек» для разрешения целочисленных неоднозначностей при точных измерениях фазы несущей.
Три разнесенные в спектре гражданские частоты в сочетании с улучшенными характеристиками структуры сигнала значительно снизят вероятность воздействия неумышленных помех. В результате анализа выполненного ВВС США в середине 1990-х гг., был сделан вывод о необходимости значительного усиления сигнала, используемого военными. Кроме того, необходимость предотвращения несанкционированного использования СНС послужила стимулом для проведения исследований, направленных на совершенствование идентификации сигналов и оптимальное распределение выделенного для СНС спектра частот. Компания Aerospace Corporation возглавляла работы по поиску способов выделения военного сигнала без необходимости использования дополнительного спектра в уже сильно перегруженных полосах радиочастот.
Был сделан вывод о том, что в пределах выделенного диапазона частот возможно разместить новый военный сигнал большей мощности в менее широко используемых внешних частях выделенных полос частот. Сигнал получил название М-кода.
Структура военного сигнала будет усовершенствоваться путем введения М-кода на частотах L1 и L2. В то время как гражданский сигнал С/А передается в центральной части каждого частотного диапазона, перекрывая военный сигнал Р (У) М-код будет передаваться ближе к краям диапазона и будет иметь большую мощность. Большая мощность увеличит помехозащищенность, а разнесение спектров облегчит защиту системы GPS при одновременном исключении её использования противником в пределах театра военных действий путем ввода искажений в гражданский сигнал. При этом военные приемники США сохранят возможность работать и использовать систему.
В М-коде используется структура шифрования следующего поколения, которая делает его более защищенным, чем применяемый в настоящее время Р(У)-код (с точки ограниченности доступа, идентификации и секретности). Сигнал М-кода будет существовать совместно с сигналом С/А-кода и Р(У)-кода на частотах L1 и L2, не мешая работе существующего и будущего оборудования военных или гражданских потребителей.
Базовая схема захвата сигнала состоит в прямом захвате навигационного сигнала М-кода, а выигрыш при обработке достигается с помощью больших схем коррелятора в СНС-приемнике. Это дает возможность увеличить помехозащищенность сигнала меньшей мощности, охватывающего все «видимое» полушарие Земли (МЕ) и сигнала большей мощности, охватывающего локальный район действий.
Одной из важнейших проблем в связи с увеличением мощности сигнала является его воздействие на ранее выпущенные приемники. Считают, что в настоящее время можно увеличить силу сигнала только на 25 дБ, иначе сигнал не позволит использовать приемники, выпущенные ранее для гражданских потребителей.
Литература
- Соловьев Ю., Спутниковая навигация и её приложения. М.: Эко-Трендз. 2003. с. 7.
- Заколодяжный В.П., Алексеев С.П., Комарицын А.А. Спутниковая навигационная система: применение в вооруженных силах США. СПб.: ГУНиО МО РФ, 2006. С. 164-168.
УЧЕТ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА ПРИ РАДИОЛОКАЦИОННОМ НАБЛЮДЕНИИ
И. Н. Белоусов,
МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток
В настоящее время считается, что, выполняя те или иные действия, судоводитель ведет себя так, как предписывают нормативные документы. При этом различие между предписанным и действительным поведением обычно объясняется недостаточной подготовкой, ошибками, непониманием, помехами и т.д. Если судоводитель ошибается, то это, как правило, объясняется тем, что он плохо знает свое дело, либо относится к нему небрежно. Но зачастую не учитывается, что навигационная информация поступает в форме, не совсем удобной для быстрого восприятия и осмысливания. В подобных случаях даже высокая квалификация и добросовестность не могут застраховать судоводителя от ошибок.
В самом общем случае на работоспособность судоводителя влияют не только нормативные предписания, но и эмоциональное состояние, опыт, подготовка, время, которым он располагает для решения задачи, и множество других «переменных». Вместе с тем судоводитель остается человеком со всем присущим ему многообразием психофизических качеств.
Таким образом, учет человеческого фактора в судовождении ставит своей целью исследование свойств судоводителя не как информационного и управляющего звена, а как человека, перерабатывающего информацию. Такое понимание человеческого фактора является руководящим принципом современной инженерной психологии — принципом «активного оператора». Эта концепция органично направлена на то, чтобы технику максимально приспособить к человеку.
Конечно, в разработанных и предлагаемых блок-схемах операции зачастую взаимосвязаны и подвержены взаимовлиянию, которое выражается при последовательной структуре операций наличием следовых процессов от предыдущих действий. Иначе говоря, у человека нет "кнопки стирания памяти". Кроме того, судоводитель часто использует операцию контроля выполнения действия. Она представляет собой активное восприятие и осознание признака выполнения действия. Операция контроля относится не только к элементарным действиям, но и к более высоким общим операциям. Обычно разделяют два класса контроля: повторения и проверки по специальным алгоритмам. Операции первого класса ни что иное, как повторное выполнение проверяемого действия. Операции второго класса представляют либо часть (но наиболее характерную) проверяемого действия, либо совершенно иной алгоритм (зачастую упрощенный).
Одним из основных принципов человеческого поведения, который имеет важное значение в судовождении, является представление, что чем большее число операций содержит деятельность, тем менее вероятно, что она может быть выполнена безошибочно. Избыток разнородной информации быстро утомляет человека и в определенный момент вполне здоровый и знающий судоводитель не в состоянии ответить на элементарный вопрос. Психологами составлена определенная математически выведенная таблица приведенная ниже.
Зависимость вероятности безошибочной работы Р среднего оператора от числа элементарных операций в блоке алгоритма выражается следующим образом:
Таблица 1
| Число элементарных действий | Р |
| 1 7 | 0,995 |
| 515 | 0,99 |
| 1030 | 0,95 |
Прорабатывая задачу на уклонение от столкновения, основной операцией после процесса приема и переработки информации является создание оперативного образа (концептуальной модели) процесса расхождения. Оценивая обстановку, судоводитель выделяет из нее по степени риска и срочности те суда-цели, относительно которых будет маневрировать и должен принять решение. Затем просчитывают маневр графически или с использованием САРП и определяют параметры собственного судна после маневра. Учет результатов переработки информации, конкретной «навигационной обстановки, гидрометеорологических условий и требований МППСС-72 придает процессу строго направленный избирательный характер. В деятельности судоводителя существенную роль играет «Образное мышление», т.е. оперирование представлениями реальной ситуации, воссозданными на основе принятой и декодированной информации. Неотъемлемым компонентом образного мышления является предвидение (прогнозирование) хода процесса расхождения с судами и их возможное изменение положения параметров движения. Умение предвидеть не является некоторым качеством судоводителя. Оно формируется в процессе накопления профессионального опыта. Этому можно и необходимо обучать на радиолокационных тренажерах. Изложенное показывает, что при выполнении операции создания оперативного образа выполняется значительный объем графических работ, включающих около 20 элементарных действий (в зависимости от количества судов-целей), и время продолжает оставаться существенным фактором. Проигрывание расхождение на САРП и визуально-пространственное прогнозирование развития ситуации значительно повышает вероятность правильности выбранного маневра. Однако безошибочность выполнения этой операции в большей степени зависит от опыта судоводителя, практического знания МППСС-72 и динамических качеств собственного судна.
Опыт радиолокационных тренажёров показывает, что расчет маневра на расхождение с 3-4 опасными судами и полная оценка ситуации, ранее без использования САРП, практически занимала все время упреждения. В этих условиях оперативный контроль зачастую не производился, и судоводитель работал в неоптимальном режиме, поэтому вероятность безошибочного выполнения операции снижалась до значения Р-0,8.
При использовании САРП расчет маневра заменяется его имитацией, т.е. проигрыванием задуманного изменения курса и/или скорости с индикацией на экране индикатора нового положения символов целей на условный момент окончания маневра. Такое представление результатов маневра значительно сокращает время судоводителя для создания оперативного образа и полной оценки ситуации.
Таблица 2
| Число логических операций | Р |
| 1-2 | 0,995 |
| 3 | 0,99 |
| 4 | 0,98 |
| 5 | 0,90 |
При этом необходимо отметить широко известные в эргономике особенности поведения оператора:
- судоводители охотнее рискуют при трудных (неопределенных), чем при легких (определенных) стандартных решениях;
- ему требуется больший объем информации для изменения своего решения, чем для его первоначального принятия;
- он чувствителен к достоверности источника информации; при увеличении количества противоречивой информации судоводитель стремится к его уменьшению.
Опыт и подготовка штурманов улучшает деятельность по принятию решений, при этом их практическая подготовка является доминирующей. В силу этих причин обучение на тренажере в настоящее время рассматривается, прежде всего, как тренировка способности принимать решение.
В заключение можно сделать вывод, что человеческий фактор при ведении радиолокационного наблюдения является одним из важнейших условий, от которого зависят эффективность и надежность применяемых средств и методов.
Литература:
1. Ломов Б.Ф. Методологические и теоретические проблемы психологии.- М.: Наука, 1984. - 444 с.
2. Рекомендации по использованию судовой РЛС для предупреждения столкновений судов.–М.: В/О «Мортехинформреклама», 1983.–48 с.
3. Справочник по инженерной психологии / Под ред. Б.Ф.Ломова.- М.: Машиностроение, 1982. - 368 с.
ПЛОТНОСТЬ ВИДИМЫХ СПУТНИКОВ НА НЕБЕСНОЙ СФЕРЕ
С.В. Коркишко, Ю.А. Комаровский,
МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток
Спутники системы Навстар GPS по сути дела являются радионавигационными ориентирами, с помощью которых определяется место судна по расстояниям. Из элементарных рассуждений становится ясно, что от расположения спутников относительно антенны приёмника СРНС Навстар GPS зависит точность определения места. Косвенным показателем, с помощью которого принято оценивать точность текущих обсервованных координат, в приёмниках GPS выступает горизонтальный геометрический фактор, или HDOP (Horizontal Dilution of Precision). В документе [1] упоминается о том, что точность определения места зависит от географических координат судна. К сожалению, HDOP не в состоянии учесть влияние широты и долготы, а поэтому не может применяться для оценки потенциальной точности в данном районе плавания. В силу этого возникает необходимость критерия, учитывающего особенности прохождения спутников относительно наблюдателя в данной точке поверхности Земли.
Видимое перемещение спутников по небесной сфере относительно неподвижного наблюдателя строго детерминировано вследствие постоянства параметров орбит. Когда же вследствие неизбежных возмущений параметры орбиты изменяются и выходят из заданных пределов, спутник по команде с Земли выполняет соответствующий манёвр. Следовательно, положение спутников на небесной сфере всегда можно предвычислить, зная параметры его орбиты. Отсюда следует другой вывод: спутники на небесной сфере не могут занимать какое угодно положение относительно неподвижного наблюдателя в данной точке земной поверхности. Таким образом, если в течение длительного времени фиксировать координаты видимых спутников и наносить их, скажем на звёздный глобус, то окажется, что плотность распределения спутников на небесной сфере будет неодинаковой. Там, где она выше, спутники будут наблюдаться чаще в течение длительного времени. Если диаметрально противоположные участки сферы имеют различные плотности, то по этому направлению следует ожидать большие средние квадратические погрешности определения обсервованных координат судна, так как случайные погрешности измерения псевдодальностей не компенсируются.
Чтобы рассчитать плотность спутников по различным участкам небесной сферы и оценить распределение плотностей, необходимо сначала решить задачу деления небесной сферы на равные по площади части. Обозначим через h высоту спутника. Высотой будем считать угол между плоскостью горизонта и направлением на спутник из точки наблюдателя O. Угол h отсчитывается от 0 до 90. Азимутом спутника A будем считать угол между нордовой частью истинного меридиана наблюдателя и направлением из точки O на точку проекции спутника на плоскость горизонта. Азимут отсчитывается от 0 до 360 по ходу часовой стрелки.
Судовые приёмники СРНС Навстар GPS выбирают для определения места спутники не с любыми высотами. Как правило, сигналы спутников с высотами менее 10 и более 70 не используются для получения обсервованных координат. Следовательно, необходимо получить формулы деления на равные части пояса верхней небесной полусферы.
Рис. 1. Определение площади шарового пояса
Чтобы решить эту задачу, необходимо сначала получить формулу для расчёта длины дуги, заключённой между высотами 
и 
верхней полусферы. Пусть радиус небесной сферы будет 
. Обратимся к рис. 1.
Уравнения окружности в параметрической форме запишутся следующим образом:
Запишем их производные
Площадь шарового пояса 
можно выразить так:
где 
– дифференциал дуги, заключённой между высотами 
и 
.
Тогда
Обозначим через ширину по горизонту участка шарового пояса полусферы (см. рис. 2).
Рис. 2. Пояснение к вычислению площади участка
Понятно, что 
Тогда площадь 
участка шарового пояса шириной 
можно вычислить по следующей формуле:
Получим формулы для вычислений высот, между которыми будут располагаться равные по площади части. Пусть их число будет равным n. Примем также, что 
Тогда
Каждый из равных по площади частей шарового пояса необходимо обозначать. Вполне естественно каждую часть задавать азимутом середины сектора 
и средней высотой, которая делит каждую часть на две равные по площади половины.
Понятно, что число p участков площади S будет равно 
Если принять азимут середины первого участка совпадающим с направлением на север, то азимут середины второго участка будет равен 
Отсюда азимут середины j-го участка можно вычислить как 
где 
Получим формулу для средней высоты k-й части шарового пояса.
Чтобы вычислить плотность, достаточно зафиксировать через равные промежутки времени координаты спутников (азимут и высоту), а затем подсчитать их количество, приходящееся на каждую часть шарового пояса небесной сферы. В результате будет получен двумерный 
массив, служащий характеристикой потенциальной точности определения обсервованных координат.
Литература
1. Global Positioning System. Standard Positioning Service Signal Specification. 2nd Edition, June 2, 1995. – 89 p.
ТОЧНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ НА ОРИЕНТИР С ПОМОЩЬЮ GPS-ПРИЁМНИКА GP-37
Ю.А. Комаровский,
МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток
Необходимость точного определения поправки курсоуказателя возникает перед выходом судна в рейс, например, после прихода гирокомпаса в меридиан. Такая процедура выполняется на ошвартованном судне. В качестве удалённых ориентиров в этом случае выбираются такие точечные ориентиры, которые нанесены на карту крупного масштаба или на план. В последние годы решение подобных задач значительно упростилось в связи с переходом большинства государств на изготовление морских карт в геодезической системе координат WGS-84.
Для пояснения постановки задачи данного исследования обратимся к рис. 1.
Рис. 1. Погрешность направления на удалённый ориентир
Пусть в точке O находится антенна судового приёмника СРНС Навстар GPS. Координаты точки O (X, Y) известны с высокой точностью, так как получены осреднением n текущих обсервованных координат приёмника за длительный промежуток времени, например, за сутки.
(1)
Координаты ориентира (0, 0), расположенного в точке A, также известны заранее с высокой точностью. Поэтому будем считать угол 0 истинным направлением на ориентир. В i-й момент времени приёмник определяет свои текущие координаты,. Отсюда возникает задача оценки погрешности, которая создаётся в ситуациях, когда штурман принимает обсервованные координаты, в качестве X, Y при расчётах истинного направления на ориентир.
Для решения поставленной задачи сначала преобразуем координаты, выраженные в угловой мере, в линейную меру таким образом:
(2)
где x0, y0 – линейные координаты (в метрах) ориентира относительно начала координат в точке O, xi, yi – линейные координаты (в метрах) текущего обсервованного места судна относительно начала координат в точке O, 0, 0 – широта и долгота ориентира, Y, X – долгота и широта соответственно истинного места установки антенны судового приёмника, 
– длина (в метрах) одной минуты меридиана и одной минуты параллели соответственно в точке установки антенны приёмника СРНС Навстар GPS.
Обозначим через i угол, который отсчитывается от оси X до линии, проходящей через точку с текущими координатами xi, yi и место ориентира. Величина этого угла определится так:
(3)
Если пренебречь погрешностью определения места судна (ОМС) с помощью судового приёмника СРНС Навстар GPS (точки O), то образующаяся вследствие этого текущая погрешность i расчёта направления на ориентир естественно определится как разность
(4)
Понятно, что абсолютная величина i убывает с увеличением расстояния до ориентира. Здесь давно назрела необходимость исследования самого угла i с тем, чтобы при малых расстояниях до ориентира, еcли не исключить его полностью, то существенно уменьшить. В Приложении 4 к Рекомендациям по организации штурманской службы на судах Минморфлота СССР (РШС-89) учреждается минимальное расстояние до ориентира 200 м. Зададимся этим расстоянием в дальнейшем анализе.
Для решения поставленной задачи в качестве метода исследования выбрано имитационное моделирование. В нём случайные величины и не генерировались с помощью ЭВМ, а последовательно выбирались из массива реальных наблюдений за работой приёмника СРНС Навстар GPS GP-37. Наблюдения были выполнены автором осенью 2006 года на высокоточном полигоне в Артёмовской топографо-геодезической экспедиции Приморского аэрогеодезического предприятия. Для данного моделирования были взяты суточные наблюдения с 0 часов до 24 часов UTC 7 октября. После устранения сбойных записей и дополнительного форматирования получился массив, состоящий из 43194 пар обсервованных широт и долгот. Затем были выполнены расчёты по формулам (1) – (2).
Чтобы оценить влияние величины пеленга с судна на ориентир (K0) на исследуемую погрешность, расчёты по формулам (3) – (4) выполнялись для K0 от 0° до 110° с шагом 5°. При этом расстояние до ориентира оставалось неизменным и равным 200 м. В результате вычислений было получено 23 массива погрешностей i, каждый из которых содержал 43194 элемента. Далее для каждого массива по известным формулам были рассчитаны средние значения погрешностей и их средние квадратические отклонения (СКО). Результаты вычислений представлены на графиках рис. 2.
Рис. 2. Зависимость средней погрешности и СКО от пеленга
На рис. 2 видно, что средние значения погрешностей определения истинных направлений (левая панель) ничтожно малы и не превышают по абсолютной величине 0,0004 градуса. Тем не менее, характер изменения средних значений позволяет сделать заключение о том, что большая ось фигуры погрешностей обсервованных координат, использованных в имитационном моделировании, не параллельна меридиану. Дальнейшие расчёты позволили определить, что большая ось фигуры погрешностей отклонена от меридиана на 3,3 градуса к востоку.
Гораздо больший интерес представляет правая панель рис. 2, на которой можно видеть, что СКО погрешностей меняются от 0,2683 градусов до 0,3322 градусов. Отсюда можно сделать важный вывод о том, что при использовании приёмников СРНС Навстар GPS заявленных в РШС-89 200 метров до удалённого ориентира явно недостаточно для достижения точности не хуже 0,1 градуса. На графике видно, что минимальная погрешность достигается тогда, когда ориентир находится по пеленгу 3,3 градуса, а минимальная – по пеленгу 93,5 градуса. Следовательно, если известна ориентация главных осей фигуры погрешностей обсервованных координат, получаемых приёмником СРНС Навстар GPS на стоянке судна, то ориентир для пеленгования необходимо выбирать так, чтобы он располагался как можно ближе к большей оси этой фигуры.
Чтобы иметь представление о характере распределения случайной величины i, на рис. 3 изображена гистограмма для ориентира, расположенного по пеленгу 95 градусов.
Рис. 3. Гистограмма распределения погрешностей
На гистограмме ширина интервала равна 0,2 градуса. На ней видно, что максимум частоты приходится не на 0 градусов, а на интервал с серединой 0,2. Этот факт свидетельствует об асимметрии расположения обсервованных координат, полученных приёмником GP-37 7 октября 2006 года, относительно линии истинного пеленга 95 градусов. Факт асимметрии также подтверждает результат расчёта моды распределения случайной величины i для этого пеленга. Величина моды составила 0,13057 градуса, что значительно отличается от нулевого значения, которое бы соответствовало симметричному характеру распределения погрешностей i.
Несколько ранее автором подобное исследование проводилось с приёмником СРНС Навстар GPS GP-270ML. Для оценки зависимости точности определения направления на ориентир от типа приёмника будет полезным сравнение результатов моделирования с использованием координат GP-37 и GP-270ML. Сравнение характеристик точности можно выполнить с использованием таблицы 1. В ней строки “Размах” означают размахи варьирования i по данному пеленгу на ориентир.
Таблица 1
Результаты моделирования точности определения направлений по координатам приёмников GP-270ML и GP-37
| Пара- метры точности | Пеленг на ориентир, градусы | ||||
| 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | |
| GP-270ML | |||||
| Среднее i | 0,0026 | 0,0015 | 0 | -0,0001 | 0,0014 |
| СКО i | 0,5059 | 0,5388 | 0,6614 | 0,7913 | 0,8769 |
| Размах | 4,085 | 4,938 | 6,162 | 6,629 | 6,771 |
| GP-37 | |||||
| Среднее i | -0,00007 | -0,00018 | -0,00032 | -0,00031 | -0,00015 |
| СКО i | 0,2692 | 0,2742 | 0,2927 | 0,3143 | 0,3291 |
| Размах | 2,039 | 2,032 | 2,052 | 2,438 | 2,693 |
Сравнение средних величин погрешностей позволяет сделать вывод о том, что при использовании приёмника GP-37 достигается точность почти на порядок выше. В два раза у этого приёмника СКО меньше по сравнению с приёмником GP-270ML. Такой же вывод можно сделать о размахе варьирования погрешностей. Следовательно, применение приёмника GP-37 предпочтительнее по сравнению с приёмником GP-270ML.
В заключении следует сказать о том, что подобные исследования необходимо продолжить в направлении оценки скорости сходимости осреднённых координат к их истинному значению. Здесь неизбежно возникнет проблема оценки вклада систематических погрешностей определения обсервованных координат. К сожалению, до сих пор известно только, что систематические погрешности зависят от типа приёмника СРНС Навстар GPS, времени суток и сезона, а также от широты места.
РЕГРИСИОННЫЙ АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ СЛУЧАЙНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОЙ СКОРОСТИ ПРИЕМНИКОМ GP-37 НА ХОДУ СУДНА
Ю.А. Комаровский,
МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток
Работа любого измерителя скорости судна характеризуется неизбежным присутствием в его показаниях систематических и случайных погрешностей. Систематические погрешности принято исправлять поправками, которые зависят от скорости судна. Поправки определяются на мерной линии или другим способом. Что же касается случайных погрешностей, то считается, что при длительном плавании постоянной скоростью они компенсируют друг друга и в конечном итоге не оказывают влияния на точность определения лагом пройденного судном расстояния.
В последние годы интересы создателей судовых измерителей скорости стали всё чаще распространяться на проектировании систем, обеспечивающих безопасную швартовку и доковые операции крупнотоннажных судов. Достаточно перспективным техническим решением в этой области выглядит объединение в одну систему приёмников спутниковой радионавигационной системы (СРНС) Навстар GPS, устанавливаемых на носу и на корме судна. В таких системах величины случайных погрешностей измерения мгновенной скорости могут существенно повлиять на результат того или иного решения по управлению судном, что, в свою очередь, может привести к крайне нежелательным последствиям для корпуса судна и для причала. Причал начинает разрушаться, если на заключительном этапе швартовки крупнотоннажного судна его скорость превышает 0,05 м/с – 0,08 м/с [1]. Современные профессиональные судовые GPSприёмники, например NavTracXL, способны измерять абсолютную скорость с разрядностью 0,01 узла (0,00514 м/с) [2,3,4]. Чаще всего на судне можно встретить приёмники СРНС, измеряющие абсолютную скорость с разрядностью 0,1 узла (0,0514 м/с), чего недостаточно для реализации системы швартовки.
На точность измерения абсолютной скорости GPS-приёмником оказывают влияние многие факторы. Многочисленные эксперименты с разными типами приёмников на неподвижном основании позволили выявить зависимость статистических характеристик случайных погрешностей скорости от восхода-захода Солнца, времени суток, геомагнитной обстановки, горизонтального геометрического фактора и среднего значения скорости [4 – 14]. В ходе морских испытаний на движущимся судне с целью оценки чувствительности приёмников был выявлен ранее неизвестный факт того, что приёмник GP-270ML компании Icom прекращал измерение скорости, когда она становилась менее 1 узла [8]. В работе [4] было теоретически обосновано уменьшение погрешностей измерения абсолютной скорости с её увеличением. В экспериментах с неподвижным приёмником была получена противоположная зависимость [15]. Поэтому возникла необходимость проведения экспериментов на движущимся судне, которое могло бы перемещаться переменными ходами.
К сожалению, выполнить такой эксперимент в полной мере не удалось. Экспериментальные наблюдениями проводились на боту учебной научно-исследовательской лаборатории (УНИПЛ) “Галс”, принадлежащей кафедре технических средств судовождения МГУ им. адм. Г. И. Невельского. Наблюдения проводились 20.08.07, 27.08.07 и 3.09.07 во время рейсов между водной станции МГУ и бухтой Нарва. Источником абсолютной скорости (SOG) был навигационный приёмник СРНС Навстар GPS GP-37, изготовленный компанией Furuno. Во время рейсов режим осреднения скорости в приёмнике был отключён. Данные от приёмника в виде предложений стандарта NMEA 0183 автоматически записывались на жёсткий диск ноутбука. Модули абсолютной скорости судна (SOG), время, текущие координаты и путевые углы (COG) в ходе последующей предварительной обработки выделялись из предложения NMEA $GPRMC. График изменения SOG во время рейса из Владивостока представлен на рис. 1.
Рис. 1. Изменение SOG в рейсе в б. Нарва 3 сентября 2007 года
На рис. 1 видно как изменялась абсолютная скорость судна в Амурском заливе под действием течений. Размах SOG в этом рейсе составил 1,2 узла.
Затем полученный массив абсолютных скоростей был разбит на одноминутные и двухминутные смежные интервалы. По каждому такому интервалу были рассчитаны средние значения SOG и средние квадратические отклонения (СКО). Задавшись линейной зависимостью СКО от средних величин SOG, были рассчитаны коэффициенты этой регрессии. Корреляционные поля и графики зависимостей представлены на рис. 2. Левая панель рис. 1 соответствует одноминутным интервалам осреднения, а правая – двухминутным интервалам.
Рис. 2. Зависимость погрешностей SOG от её средней величины
На левой и правой панелях рис. 2 видны отрицательные тренды. Это свидетельствует об отрицательной статистической связи погрешностей (СКО) и величиной абсолютной скорости.
Расчёты коэффициентов линейной регрессии позволили получить следующие аналитические выражения для СКО одноминутных интервалов (
) и двухминутных интервалов (
).
где v – значение абсолютной скорости.
Теснота статистической связи СКО и средней абсолютной скорости оценивалась коэффициентом корреляции r. 
Знаки полученных коэффициентов корреляции подтверждают факт уменьшения случайных погрешностей измеряемой GPS-приёмником абсолютной скорости с её увеличением. С увеличением интервала осреднения коэффициент корреляции увеличивается, хотя остаётся заметно меньше –0,5.
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.
1. Результаты обработки собранного статистического материала подтверждают предположение об уменьшении погрешностей SOG, измеряемых GPS-приёмниками, при увеличении SOG, выдвинутое в [4]. Это, в свою очередь, входит в противоречие с результатами, полученными в ходе экспериментов с неподвижным приёмником. Следовательно, на уровне чувствительности приёмника существует грань, разделяющая механизмы формирования погрешностей измерения SOG на подвижном носителе и на неподвижном.
2. Полученные регрессионные выражения справедливы для SOG, изменяющихся от 7,4 узлов до 8,2 узлов. Диапазона изменения SOG в экспериментах на УНИПЛ “Галс” явно недостаточно, чтобы получить регрессионную зависимость случайных погрешностей от величины абсолютной скорости судна, изменяющейся в более широких пределах. Поэтому целесообразно продолжить наблюдения на других плавсредствах с иной динамикой. С точки зрения полезности таких экспериментов для создания систем безопасной швартовки наибольший интерес представляет диапазон скоростей от 0 до 2 узлов.
Литература
1. Хребтов А. А. и др. Судовые измерители скорости. Справочник [Текст] / А. А. Хребтов, В. Н. Кошкарёв, Б. А. Осюхин, К. А. Виноградов, В. В. Чернявец – Л.: Судостроение, 1978. – 286 с.
2. Комаровский Ю. А. Система предупреждения дрейфа судна на якоре [Текст] / Ю. А. Комаровский // Материалы международной научно-практической конференции MARINE ECOLOGY-2002 (MOREC-2002). МГУ им. адм. Г. И. Невельского, Владивосток, 2002. Том 2. – С. 7 – 14.
3. Комаровский Ю. А. Анализ измерений абсолютной скорости судна приёмоиндикатором СРНС Навстар GPS [Текст] / Ю. А. Комаровский // Современные информационные технологии и проблемы экологии Дальневосточных морей: Материалы регионального научн.-практ. семинара. – Владивосток.: ДВГМА, 2000, С. 26 – 31.
4. Комаровский Ю. А. Анализ проблемы оценки точности измерения скорости судовым GPS-приёмником [Текст] / Ю. А. Комаровский // Транспортное дело России. – Москва, 2005. Специальный выпуск № 3. С. 103 – 108.
5. Комаровский Ю. А. Исследование измерений ПИ Навстар GPS скорости неподвижного судна без режима избирательной доступности [Текст] / Ю. А. Комаровский // Современные технологии судовождения на базе систем электронной картографии и спутниковой навигации. – Владивосток.: ДВГМА, 2001, C. 78 – 81.
6. Комаровский Ю. А. Оценка влияния времени суток на точность измерения SOG [Текст] // Ю. А. Комаровский // Судовождение – 2002. Сб. науч. тр. Новосиб. гос. акад. водн. трансп. – Новосибирск, 2002, С. 58 – 66.
7. Комаровский Ю. А. Погрешность измерения скорости неподвижным приёмником GP-37 [Текст] / Ю. А. Комаровский // Материалы междунар. научн.-практ. конф. “Морская экология” (“MAREC–2005”). 5–7 окт. 2005 г. Том II. – Владивосток: МГУ им. адм. Г. И. Невельского, 2006. С. 56 – 66.
8. Комаровский Ю. А. Пригодность приёмника СРНС Навстар GPS для измерения перемещения дрейфующих буёв [Текст] / Ю. А. Комаровский // Материалы междунар. научн.-практ. конф. “Морская экология” (“MAREC–2005”). 5–7 окт. 2005 г. Том II. – Владивосток: МГУ им. адм. Г. И. Невельского, 2006. С. 30 – 38.
9. Комаровский Ю. А. Оценка влияния захода Солнца на точность определения абсолютной скорости перемещения пятна нефти [Текст] / Ю. А. Комаровский // Вестник Морского государственного университета. Серия “Теория и практика защиты моря”. Владивосток: Мор. гос. ун-т, (3/2004) – 2004. С. 13 – 19.
10. Комаровский Ю. А. Анализ погрешностей измерения абсолютной скорости навигационным приёмником СРНС НАВСТАР GPS [Текст] / Ю. А. Комаровский // Вестник Морского государственного университета. Серия “Судовождение”. Владивосток: Мор. гос. ун-т, (2/2004) – 2004. С. 3 – 10.
11. Комаровский Ю. А. Статистическая оценка точности измерения абсолютной скорости судна приёмниками СРНС НАВСТАР GPS [Текст] / Ю. А. Комаровский // Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ: Сб. ст./ ТОВВМИ им. С. О. Макарова. – Вып. 39. – Владивосток, 2002. С. 149 –157.
12. Комаровский Ю. А. Исследование горизонтального геометрического фактора приёмников GPS дрейфующих буёв [Текст] / Ю. А. Комаровский // Вестник Морского государственного университета. Серия “Теория и практика защиты моря”. Владивосток: Мор. гос. ун-т, (3/2004) – 2004. С. 19 – 30.
13. Комаровский Ю. А. Влияние восхода-захода Солнца на погрешности определения абсолютной скорости судна приёмником GP-37 [Текст] / Ю. А. Комаровский // Владивосток: Дальнаука, 2007. С. 43 – 49. (Тр. УАФО; т. 10, вып. 10).
14. Комаровский Ю. А. Корреляционный анализ зависимости HDOP и погрешности измерения приёмником GP-37 абсолютной скорости [Текст] / Ю. А. Комаровский // Вестник Морского государственного университета. Вып. 15. Серия: Судовождение. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2007. С. 3 – 9.
15. Комаровский Ю. А. Исследование декорреляции погрешностей измерения абсолютной скорости приёмником системы GPS [Текст] / Ю. А. Комаровский // Транспортное дело России. – Москва, 2005. Специальный выпуск № 3. С. 37 – 40.
СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБСЕРВОВАННЫХ КООРДИНАТ ПРИЁМНИКА SPR-1400
Ю.А. Комаровский,
МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток
Как показали предыдущие исследования, характеристики точности определения координат приёмником спутниковой радионавигационной системы (СРНС) Навстар GPS GP-37 компании Furuno изменяются в зависимости от времени года [1]. В 2006 году в лабораторию радионавигационных приборов кафедры технических средств судовождения Морского государственного университета им. адм. Г. И. Невельского поступили два приёмника СРНС Навстар GPS SPR-1400, изготовленные в Республике Корея компанией Samyung ENC Co., Ltd. С 7 ноября по 28 декабря 2006 года были выполнены наблюдения за работой одного из них. В течение этого периода времени выход приёмника был подключён к ноутбуку, на жёсткий диск которого каждую секунду записывались обсервованные координаты. Результаты обработки собранных данных опубликованы в работе [2]. В частности, было обнаружено явление суперпозиции двух распределений в общем распределении широт и долгот. Оно проявлялось в том, что помимо значений обсервованных координат, принимавших значения с разрядностью 0,0001, наблюдались резко выделяющиеся частоты, соответствующие значениям обсервованных координат с разрядностью 0,001 (см. рис. 1). Этот факт свидетельствовал об одновременном существовании двух различных распределений обсервованных широт и долгот.
В работе [2] распределению координат, принимавших значение с разрядностью 0,0001 присвоено название основного распределения, а другому – дополнительного. Таким образом, погрешности координат приёмника SPR-1400 характеризовались тремя распределениями: основным, дополнительным и общим.
Рис. 1. Гистограмма общего распределения частот широты приёмника SPR-1400 в зимних наблюдениях 2006 года [2]
Летом 2007 года с 3 июля по 7 августа проводился повторный эксперимент с тем же приёмником с целью проверки влияния времени года на характеристики обнаруженных распределений. Обработка полученных данных проводилась по тем же алгоритмам, по которым обрабатывались зимние 2006 года наблюдения. Они изложены в работе [2]. Основные характеристики, полученные по результатам обработки зимних и летних наблюдений представлены в табл. 1.
Таблица 1.
Основные характеристики зимних 2006 года и летних 2007 года распределений обсервованных координат приёмника SPR-1400
| Вид распределения | Зимние наблюдения | Летние наблюдения | ||
| Число наблюдений | % | Число наблюдений | % | |
| Общее распред. широты | 2040120 | 2559744 | ||
| Основное распред. широты | 1207574 | 59,19 | 213104 | 8,32 |
| Дополнительное распред. широты | 832546 | 40,81 | 2559744 | 91,67 |
| Общее распред. долготы | 2040120 | 2559744 | ||
| Основное распред. долготы | 1254589 | 61,49 | 213189 | 8,33 |
| Дополнительное распред. долготы | 785531 | 38,51 | 2346555 | 91,67 |
Из табл. 1 следует, что летом дополнительное распределение превалирует над основным по сравнению с зимними наблюдениями. Если попытаться построить гистограммы общего распределения широты и долготы, аналогичные рис. 1, то частоты основного распределения не будут различимы из-за масштаба. Поэтому на рис. 2 и 3 изображены гистограммы основного и дополнительного распределений широт соответственно раздельно.
Сравнение рис. 2 и 3 позволяет сделать вывод о том, что выборочная плотность основного распределения широты обладает большей симметричностью, нежели дополнительного.
Рис. 2. Гистограмма летнего основного распределения широты SPR-1400
Рис. 3. Гистограмма летнего дополнительного распределения широты SPR-1400
Статистические характеристики распределения координат приёмника SPR-1400 в летних наблюдениях сведены в табл. 2 и 3.
Таблица 2.
Статистические характеристики распределения широты в летних 2007 года наблюдениях
| Характеристика | Распределение широты | ||
| Общее | Основное | Дополнительное | |
| Минимальная широта, мин | 0,157 | 0,157 | 0,157 |
| Максимальная широта, мин | 0,1771 | 0,1771 | 0,177 |
| Размах варьирования, мин | 0,0201 | 0,0201 | 0,02 |
| Размах варьирования, м | 37,2168 | 37,2168 | 37,0316 |
| Средняя широта, мин | 0,16937 | 0,16978 | 0,16933 |
| СКО, мин | 0,00117 | 0,00114 | 0,00117 |
| СКО, м | 2,1720 | 2,1018 | 2,1651 |
Таблица 3.
Статистические характеристики распределения долготы в летних 2007 года наблюдениях
| Характеристика | Распределение долготы | ||
| Общее | Основное | Дополнительное | |
| Минимальная долгота, мин | 0,0526 | 0,0526 | 0,053 |
| Максимальная долгота, мин | 0,0653 | 0,0653 | 0,065 |
| Размах варьирования, мин | 0,0127 | 0,0127 | 0,012 |
| Размах варьирования, м | 17,2269 | 17,2269 | 16,2774 |
| Средняя долгота, мин | 0,05915 | 0,05957 | 0,05912 |
| СКО, мин | 0,001 | 0,00096 | 0,001 |
| СКО, м | 1,3649 | 1,3039 | 1,3591 |
