С помощью распределенной по территории города сети пеленгаторов или с помощью мобильных средств пеленгации возможно отслеживание местоположения объектов, оборудованных радиопередатчиками-маяками.
На практике метод пеленгации, как наиболее дешевый в начальные годы становления систем спутниковой навигации (когда стоимость спутниковых приемников измерялась тысячами долларов), был опробован полицейскими и пожарными службами США и Канады. Результаты опытной эксплуатации системы показали, что ома может очень хорошо использоваться на открытой местности. Однако данная система имеет большие погрешности в условиях плотной городской застройки. Кроме того, стоимость инфраструктуры, необходимой для охвата значительной площади, весьма велика. В настоящее время этот метод используется очень редко.
Примером AVL-системы, основанной на методах радиопеленгации, можно считать систему ГИПС (новое название — СКИФ). Принцип работы системы заключается в следующем. Прием сигнала, излучаемого малогабаритным радиомаяком на подвижном объекте, осуществляется сетью стационарных радиоприемных центров, и по полученным данным производится с помощью математических операций определение местоположения автомашины с наибольшей вероятностью. Применение широкополосных сигналов с базой 103 –108 обеспечивает частоту обновления информации один раз в секунду в системе из 5000 объектов при высокой помехозащищенности. Точность местоопределения зависит от плотности размещения стационарной радиоприемной сети на территории города и может составлять единицы метров в режиме непрерывного слежения и корректировки данных по электронной карте.
Подобную систему с применением пейджеров двухсторонней связи и сети приемопередающих станций предлагает фирма «МегаПейдж». Широкополосный передатчик, установленный на автомашине, включается по сигналу стандартного пейджингового приемника либо по сигналу системы противоугонной сигнализации. Определение местоположения передатчика осуществляется с помощью сети базовых станций пейджинговой системы.
Примером системы на базе мобильных пеленгаторов является хорошо известная по телевизионным шоу-программам канала НТВ — система LoJack. Пеленгаторами данной системы оборудованы автомашины специального батальона дорожно-постовой службы ГИБДД и посты-пикеты ГИБДД на выезде из Москвы и ряда других городов.[1]
1.3.2 Методы радионавигации
Космическая радионавигация воплотила в себе новейшие достижения компьютерных и телекоммуникационных технологий. Симбиоз спутниковой системы позиционирования, современной радиосвязи и электронной картографии позволяет определять местоположение и скорость транспортного средства, вычислять расстояния, прокладывать маршруты и отслеживать их соблюдение, получать справки о картографических объектах. Сегодня работают две системы: американская Navstar и отечественная ГЛОНАСС. Использование обеих систем позволяет более точно определять координаты и повышает надежность функционирования.
Методы на основе радионавигации реализуются в системах AVL на основе импульсно-фазовых наземных навигационных систем (типа LORAN-C, Чайка) и спутниковых среднеорбитальных навигационных систем (СРНС) Navstar и ГЛОНАСС. Наилучшие точностные и эксплуатационные характеристики в настоящее время имеют спутниковые навигационные системы, в которых достигается точность местоопределения в стандартном режиме не менее 50—100 м, а с применением специальных методов обработки информационных сигналов в режиме фазовых определений или дифференциальной навигации — до единиц метров.
Самой известной является глобальная спутниковая радионавигационная система Navstar (NavigationSystemusingTimingAndRanging) или GPS (GlobalPositioningSystem), созданная для высокоточного навигационно-временного обеспечения объектов, движущихся в космосе, воздухе, на земле и воде.
В ее состав входят навигационные спутники, наземный комплекс управления и аппаратура потребителей (пользователей). Применяемый в системе принцип состоит в том, что специальные приемники, установленные у потребителей, измеряют дальность до нескольких спутников и определяют свои координаты по точкам пересечения поверхностей равного удаления.
Дальность вычисляется по формулам, известным из школьных учебников, путем умножения скорости распространения радиосигнала на время задержки, при прохождении им расстояния от спутника до пользователя. Величина временной задержки определяется сопоставлением кодов сигналов, излучаемых спутником и генерируемых приемным устройством, методом временного сдвига до их совпадения. Временной сдвиг измеряется по часам приемника. Координаты спутников известны с высокой точностью. Для нахождения широты, долготы, высоты, исключения ошибок часов приемника достаточно решить систему из четырех уравнений. Поэтому приемник пользователя должен принимать навигационные сигналы от четырех спутников.
Скорость определяется по доплеровскому сдвигу несущей частоты сигнала спутника, вызываемому движением пользователя. Доплеровский сдвиг (Dopplershift) замеряется при сопоставлении частот сигналов, принимаемых от спутника и генерируемых приемником. Разумеется, все это происходит мгновенно и без какого либо участия пользователя.
Навигационные сигналы излучаются на двух частотах L-диапазона (полоса радиочастот 390-1580 МГц):
частота L1 - 1575,42 МГц;
частота L2 — 1227,6 МГц.
На частоте L2 излучаются сигналы с военным кодом Р(Y) с высокоточной информацией (precision — точный, или protected — защищенный), защищенным от имитационных помех.
Р-код представляет из себя последовательность псевдослучайных бистабильных манипуляций фазы несущей частоты (CarrierFrequency) с частотой следования, равной 10,23 МГц и периодом повторения в 267 суток. Каждый недельный сегмент этого кода является уникальным для одного из спутников GPS и непрерывно генерируется им в течение каждой недели, начиная с ночи с субботы на воскресенье.
На частоте L1 излучаются сигналы и с военным кодом P(Y), и с общедоступным гражданским кодом (CivilianCode), который часто называют C/A (ClearAcquisition – код свободного доступа). Прием сигнала по коду P(Y) обеспечивает работу в режиме PPS (PrecisePositioningService – высокая точность измерений). Сравнение времени прихода сигналов на частотах L1 и L2 позволяет вычислять дополнительную задержку, возникающую при прохождении радиоволн через ионосферу, что значительно повышает точность измерений навигационных данных.
Прием на частоте L1 с кодом C/A не позволяет определить ошибки, вносимые ионосферой. Структура кода C/A обеспечивает худшие характеристики в режиме SPS (StandartPositioningService – стандартная точность измерений). Так, если в режиме PPS с вероятностью 0,95 ошибки измерения широты и долготы не превышают 22-23 метра, высоты 27-28 метров и времени 0,09 мкс, то в режиме SPS они увеличиваются соответственно до 100, 140 метров и 0,34 мкс. Среднеквадратическая ошибка определения долготы и широты в режиме PPS составляет не более 8 метров, а в SPS – не более 40 метров. Министерство обороны США, исходя из интересов национальной безопасности, осуществляет «искусственное» ухудшение точности в режиме S/A (SelectiveAvailability – ограниченный доступ). Первоначально режим SPS был необходим для грубого определения пользователем своих координат при вхождении в код P(Y). В настоящее время уровень электроники, программного обеспечения и методов обработки навигационной информации позволяет осуществлять достаточно быстрый захват P(Y) без кода C/A, а также проводить высокоточные определения сигнала по фазе несущей. Кроме того, полностью отработанный наземный автоматический режим дифференциальной коррекции (DifferentialPositioning), позволяет в ограниченном регионе получать точное определение относительных координат взаимного расположения двух приемников, отслеживать сигналы одних и тех же спутников GPS. К примеру, штатные системы навигации транспорта, при использовании гражданского C/A кода определяют координаты автомобиля с точностью от 2 до 5 метров.
Отечественная навигационная система ГЛОНАСС (советская навигационная система Ураган) аналогична по своему построению американской, но имеет более высокую точность определения координат потребителя.
Впервые в России высококлассные GPS – системы, интегрированные с современными связными и картографическими комплексами, были поставлены компанией «Прин» в 1995 году в Инкомбанк, в специальные подразделения Министерства по чрезвычайным ситуациям, некоторые коммерческие структуры. Они были предназначены для оперативного контроля и управления транспортом в пределах города и региона. Кроме того, реализуются проекты для контроля за транспортом на любых расстояниях с использованием GPS и глобальной системы мобильной связи Inmarsat.
Достоинствами данного метода являются глобальность местоопределения, что позволяет применять его практически на любых территориях и трассах любой протяженности, хорошая точность, возможность определить положение объекта не карте местности, способность определять не только координаты, но и высоту, скорость и направление движения объекта, высокая степень совместимости с автоматизированными системами обработки информации. Не случайно у подобных систем самая широкая область применения. Это системы диспетчеризации городского и специального транспорта, обеспечения безопасности транспорта и материальных ценностей, работающие в реальном масштабе времени на территории города с десятками и сотнями подвижных объектов. Это системы контроля маршрутов транспорта, осуществляющего дальние междугородние и международные перевозки (с передачей информации о маршруте с помощью глобальных систем связи типа Inmarsat или с пассивным накоплении информации о маршруте с последующей обработкой).[1]
1.4 Методы навигационного счисления