здесь - РИРВ

Л.А. Абрамов, 2В.Г. Боровицкий, 3С.П. Зарубин, 4В.В. Матвеев,
5
А.В. Никитин, 6С.В. Филатченков, 7Н.С. Хохлов
1
Главный специалист, 2Начальник отдела, 3Начальник отделения, 4Ведущий
специалист, 5Начальник отделения, 6Заместитель генерального директора,
7
Начальник лаборатории
ОАО «Российский институт радионавигации и времени»
(г. Санкт-Петербург)
1
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ КООРДИНАТНО-ВРЕМЕННОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РОССИИ
1. Введение
Арктическая зона имеет стратегическое значение для обеспечения
национальных интересов России. С развитием Арктики напрямую связано
решение долгосрочных задач государства, его конкурентоспособность на
мировых рынках. В «Стратегии развития Арктической зоны РФ и
обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года»
поставлены такие цели, как расширение ресурсной базы, сохранение и
обеспечение защиты природной среды, модернизация и развитие
инфраструктуры арктической транспортной системы, в том числе Северного
морского пути, формирование единого информационного пространства и
другие. Одним из ключевых и неотъемлемых инструментов для реализации
обозначенных приоритетных направлений развития Арктической зоны
России является координатно-временное обеспечение.
Экстремальные природно-климатические условия, огромная и
недостаточно изученная территория, большая удаленность от развитой
инфраструктуры, высокая стоимость проводимых работ, низкая устойчивость
экологических систем к антропогенным воздействиям, пристальное
внимание международной общественности и приарктических государств к
освоению Арктики – все эти факторы предъявляют повышенные требования
к надежности и точности координатно-временного обеспечения в
Арктической зоне.
В настоящее время во всем мире доминирующую роль в решении задач
координатно-временного обеспечения играют глобальные навигационные
спутниковые системы (ГНСС). Однако международный опыт эксплуатации
данных систем свидетельствует о наличии рисков преднамеренного или
непреднамеренного нарушения их работоспособности. Отмеченная проблема
использования ГНСС даже в сравнительно небольших масштабах (локальных
или региональных) может приводить к серьезным последствиям: от
небольших аварий до глобальных техногенных катастроф.
В
полярных
широтах
растет
вероятность
нарушения
работоспособности ГНСС и ухудшения обеспечиваемых ими параметров.
Это обусловлено нестабильностью ионосферных задержек сигналов от
космических аппаратов ГНСС, связанной с авроральными явлениями в
ионосфере, усиливающимися в период повышения солнечной активности.
В свете предъявляемых повышенных требований к надежности и
точности координатно-временного обеспечения в Арктической зоне
указанные проблемы обуславливают необходимость независимого
резервирования ГНСС, необходимость принятия специальных мер при
работе по сигналам ГНСС, а также необходимость интеграции
радионавигационных систем.
В данной работе рассматриваются возможности существующих и
перспективных навигационных технологий, которые предлагается
использовать в Арктической зоне России.
2. Резервные радионавигационные системы
В целях повышения надежности координатно-временного обеспечения
Арктической зоны России в данном регионе целесообразно использовать
следующие радионавигационные системы, обеспечивающие независимое
резервирование ГНСС:
а) наземные:
 фазовую
радионавигационную
систему
(ФРНС)
сверхдлинноволнового (СДВ) диапазона;
 импульсно-фазовую радионавигационную систему (ИФРНС)
длинноволнового (ДВ) диапазона;
в сочетании с дифференциальными подсистемами (ДПС),
обеспечивающими передачу корректирующей информации (КИ);
б) подводные:
 радиогидроакустические системы (РГС), обеспечивающие
подводную/подледную навигацию с использованием сигналов
ГНСС и ИФРНС, в том числе в дифференциальном режиме.
Выбор ФРНС и ИФРНС для обеспечения независимого резервирования
ГНСС объясняется их высокой помехоустойчивостью, обусловленной
особенностями используемого диапазона частот и большой мощностью
излучаемых сигналов, и, как следствие, сложностью создания для них
преднамеренных помех. Применение РГС расширяет пространственную зону
координатно-временного обеспечения, а также позволяет обеспечить
непрерывную навигацию объекта при переходе из одной среды в другую.
2.1 Фазовая радионавигационная система
ФРНС «Маршрут» – это дальномерно-гиперболическая фазовая
радионавигационная система сверхдальнего действия СДВ диапазона для
радионавигационного обеспечения летательных аппаратов, надводных и
подводных судов. Свойства распространения радиоволн СДВ диапазона
позволяют уверенно принимать сигналы мощных СДВ передатчиков на
значительных удалениях (до 13 000 км) и проводить радионавигационные
определения практически в любых погодных условиях на значительной
территории Земного шара (до 60 %), в том числе под водой и подо льдом. В
составе системы находятся 4 станции большой мощности, расположенные в
районах г. Новосибирск, г. Краснодар, г. Комсомольск-на-Амуре и п. Ревда
Мурманской обл. Рабочие зоны ФРНС приведены на рисунке 1.
Система из
3-х станций
Система из
4-х станций
Рис. 1. Рабочие зоны ФРНС «Маршрут»
В настоящее время ФРНС «Маршрут» обеспечивает точность
определения плановых координат в рабочей зоне не хуже 1,8 - 6,0 км. В
дифференциальном режиме данная система может обеспечивать точность
местоопределения 0,6 - 1,0 км.
ФРНС «Маршрут», кроме задач радионавигационного обеспечения,
может использоваться также для мониторинга параметров ионосферы,
солнечных протонных событий и т. п. исследований; передачи служебной
информации потребителям, находящимся на удалениях до 8 000 – 10 000 км
от границ Российской Федерации, как в воздушном пространстве, так и под
водой, и подо льдом [1].
Для реализации в Арктической зоне России возможностей
координатно-временного обеспечения, предоставляемых ФРНС «Маршрут»,
требуется модернизация существующих станций, направленная на
улучшение их тактико-технических и эксплуатационных характеристик, а
также на расширение функциональных возможностей
системы.
Необходимость модернизации ФРНС «Маршрут» предусмотрена в
«Стратегии развития Арктической зоны РФ и обеспечения национальной
безопасности на период до 2020 года» (п. 15 б).
2.2 Импульсно-фазовая радионавигационная система
ИФРНС «Чайка» – это дальномерно-гиперболическая импульснофазовая радионавигационная система дальнего действия ДВ диапазона для
радионавигационного обеспечения воздушных, морских и наземных
потребителей.
В настоящее время в составе Северной цепи ИФРНС «Чайка»,
обеспечивающей рабочую зону в Арктическом регионе, находятся 3
стационарные передающие станции, расположенные в районе г. Норильск,
г. Инта, п. Туманный. До 2008 г. в составе Северной цепи функционировало
5 станций (помимо указанных выше – п. Таймылыр, о. Панкратьева).
Прогнозные рабочие зоны ИФРНС «Чайка» при развитии системы в
Арктической зоне России приведены на рисунке 2.
Рис. 2. Прогнозные рабочие зоны ИФРНС «Чайка» в Арктике
В пределах рабочих зон ИФРНС «Чайка» обеспечивает точность
местоопределения 150 – 600 м. При учете в аппаратуре потребителей
поправки на распространение сигнала можно повысить точность до 50-75 м.
При реализации дифференциального режима работы точность определения
координат сравнима с точностью ГНСС и не превысит 5-10 м в локальных
зонах [2]. Для организации ДПС с некоторой потерей точности могут
использоваться существующие и новые передающие станции ИФРНС,
средневолновые радиомаяки, а также другие радиопередатчики различных
частотных диапазонов и различные информационные сети, отвечающие
требованиям к пропускной способности канала передачи КИ [3].
ИФРНС «Чайка» может использоваться также для передачи
оперативной информации (скорость передачи данных до 80 бит/с на
расстояния до 500 км от передающей станции) при определенных доработках
и передачи информации о единой шкале времени (UTC) на большие
расстояния. В настоящее время точность привязки шкалы времени
потребителя по сигналам ИФРНС составляет 1 мкс, потенциально может
быть достигнуто значение 50-70 нс.
С целью обеспечения необходимых рабочих зон ИФРНС «Чайка» в
Арктической зоне России, требуется разработка, изготовление и ввод в
эксплуатацию 7 новых автоматизированных станций [4].
2.3 Радиогидроакустические системы
Одним из перспективных и востребованных в условиях Арктики
направлений в сфере координатно-временного обеспечения является
создание навигационной системы для подводных/подледных потребителей
на основе интеграции радионавигационных и гидроакустических технологий.
В основу работы РГС положен принцип определения координат подводного
объекта относительно надводных плавающих, дрейфующих со льдом, а
также заякоренных буев, местоположение которых в свою очередь
определяется по сигналам ГНСС или ИФРНС, в том числе и в
дифференциальном режиме. РГС способны обеспечивать дальность действия
до 10 км, точность определения координат подводного объекта по ГНСС 0,5 6 м, по ИФРНС в дифференциальном режиме 7 - 20 м.
РМ
КИ
ИФРНС
Рис. 3. Схема функционирования РГС
3.
Интегрированная аппаратура потребителей
Для гарантированного и непрерывного обеспечения координатновременной информацией потребителей, осуществляющих деятельность в
воздушном, наземном, водном, подледном пространстве (а также при
переходе из одной среды в другую) в Арктической зоне России, должны быть
разработаны в разных вариантах исполнения:
 интегрированный приемник/приемоиндикатор, обеспечивающий
формирование навигационного решения путем совместной обработки
сигналов ГНСС, ИФРНС, ФРНС, ДПС и РГС;
 интегрированная синхронизирующая аппаратура, обеспечивающая
временную синхронизацию пространственно разнесенных объектов путем
совместной обработки сигналов ГНСС, ИФРНС, ФРНС и РГС.
Данная аппаратура позволит потребителям решать задачи
координатно-временного
обеспечения,
используя
возможности,
предоставляемые несколькими независимыми системами, каждой в
отдельности, а также их совокупностью.
4.
Системы высокоточного позиционирования
В целях обеспечения безопасности при разработке и эксплуатации
углеводородных месторождений на континентальном шельфе требуется
осуществлять непрерывный высокоточный мониторинг геодинамических
процессов и деформаций сооружений шельфовых объектов. Для решения
этой задачи целесообразно оснастить шельфовые объекты системами
высокоточного позиционирования, использующими сигналы ГНСС [5].
В настоящее время разработана высокоточная (прецизионная)
аппаратура геодинамических наблюдений «ГЕО-П» (ОАО «РИРВ»),
работающая по сигналам ГНСС ГЛОНАСС, GPS, GALILEO в трех частотных
диапазонах и обеспечивающая при проведении геодинамических измерений
определение относительного смещения элементов конструкций с точностью
до 2 мм.
Рис. 4. Приемник «ГЕО-П»
5. Заключение
Реализация представленных предложений позволит в Арктической зоне
России: повысить надежность и расширить пространственную зону
координатно-временного обеспечения, существенно снизить риски
преднамеренного или непреднамеренного нарушения работоспособности
ГНСС, обеспечить точность определения координат 5-10 м и точность
привязки шкалы времени потребителя 50-70 нс независимо от ГНСС. Данные
предложения могут быть реализованы до 2025 г. при ориентировочном
объеме финансирования 9 млрд. руб.
Список литературы
1. Болошин С.Б., Боровский В.В., Кустов О.В., Лукин А.А., Писарев
С.Б. Передача цифровой информации в фазовой радионавигационной
системе СДВ диапазона // Радиотехника. – 1999. - № 11. – С. 59-63.
2. Van Willigen D. eDLoran – next generation of differential Loran //
ENC-GNSS 2014. - Rotterdam. 2014.
3. Иванченков Д.А., Абрамов Л.А., Зарубин С.П., Хохлов Н.С.,
Чоглоков А.Е. Автоматизированный комплекс аппаратуры формирования и
излучения ККИ ГЛОНАСС/GPS/GALILEO/ИФРНС в средневолновом
диапазоне для приложений морской и речной навигации // Труды VII
Российской научно-технической конференции «НГО-2011». – СПб.:
ГНИНГИ. 2011. – С. 270-274.
4. Абрамов Л.А., Зарубин С.П., Хохлов Н.С. Исследование
особенностей формирования сигналов в перспективных радиопередающих
устройствах длинноволновых радионавигационных систем // Сборник
тезисов Всероссийской научно-технической конференции «Системы связи и
радионавигации». – Красноярск: ОАО «НПП «Радиосвязь». 2014. – С. 130131.
5. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных
систем в геодезии (т.1-2). - М.: ФГУП «Картгеоцентр». 2005.