Авиацияда серіктік навигациялық жүйелердің сигналдарының мүмкіндіктерінің қолданулуын талдау

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 60 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті

Пәтхан М.

Авиацияда серіктік навигациялық жүйелердің сигналдарының мүмкіндіктерінің қолданулуын талдау

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

мамандығы: 5B071900-Радиотехника, электроника

Алматы, 2015

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Қорғауға жіберілді

Қатты дене физикасы және бейсызық физика

кафедрасыың меңгерушісі,

профессор

Бөлегенова С. А.

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: «Авиацияда серіктік навигациялық жүйелердің сигналдарының мүмкіндіктерінің қолданулуын талдау»

мамандығы: «5B071900-Радиотехника, электроника »

Орындаған:

4 курс студенті Пәтхан М. (қолы, күні)

Ғылыми жетекшісі,

ф. -м. ғ. д., профессорКадыракунов К. Б.

(қолы, күні)

Норма бақылаушыТолегенова А. А.

(қолы, күні)

Алматы, 2015

Реферат

Дипломдық жұмыс 47 беттен, 10 кестеден, 17 суреттен және 20 қолданылған әдебиеттер тізімінен тұрады.

Термин сөздер: ГЛОНАСС, GPS, NAVSTAR, спутник

Дипломның зерттеу обьектісі: ГЛОНАСС және Навстар

Жұмыстың мақсаты: СРНС «ГЛОНАСС» және «Навстар» ға анализ жасау. Ол жүйелердің сигналдарын анықтау.

Зерттеу әдісі: қарастыру, зерттеу, талдау, график тұрғызу.

Реферат

Дипломная работа состоит из 47 страниц, 10 таблиц, 17 рисунков и 20 использованных литератур.

Термины и слова: ГЛОНАСС, GPS, NAVSTAR, спутник

Исследовательный объект диплома: ГЛОНАСС и Навстар

Цель диплома: исследовать СРНС «ГЛОНАСС» и «Навстар» и их сигналы.

Метод исследование: анализ, исследование, обсуждение, сравнение и построение графика.

Abstract

The thesis consists of 47 pages, 10 tables, 17 drawings and 20 used literatures.

Word term: GLONASS, GPS, NAVSTAR, sputnik

Issledovatelny object of the diploma: GLONASS and Navstar

Diploma purpose: to investigate SRNS "GLONASS" and "Navstar" and their signals.

Method research: The analysis to investigate, will discuss, to compare and the schedule to construct.

Белгілеулер мен қысқартулар

AS - Anti Spoofing

C/A - Coarse Acqusition

GPS - Global Position System

NAVSTAR - NAVigation Satellite Time and Range

P-code - Protected

SA - Selective Avilability

БХВ - Бортовой Хранитель Времени

ВЭЧ - Вторичный эталон чистоты

ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система

СРНС - Спутниковая Радионавигационная система

СЕВ - Система Единого Времени

СКШВ - Спутниковая Космическая Шкала Времени

СИ - Служебная Информация

НС - Навигациондық Спутник

НАП - Навигационная Аппаратура Потребителя

НИСЗ - Навигационный Искусственный Спутник Земли

НКУ - Наземный Комплекс Управление

НХВ - Наземный Хранитель Времени

ПКА - Подсистема Космических аппаратов

ПКУ - Подсистема Контроля и Управления

ПЭЧ - Первичный Эталон Чистоты

КА - Космостық Аппарат

КИК - Космический Измерительный Комплекс

КЛА - Космический Летательный Аппарат

ҚА - Қолданушы Аппаратурасы

РИС - Радиооборудование Искусственного Спутника

УШ - Уақыт Шкаласы

ЦУ- Центр Управление

ХВ - Хранители Времени

Мазмұны

КІРІСПЕ . . .

1. ЖЕРСЕРІКТІК НАВИГАЦИЯ ЖҮЙЕЛЕРІ. .

1. 1. ЖНЖ-дің қысқаша тарихы

1. 2. ЖНЖ-дің қазіргі навигацияда алатын орны.

1. 3. Тұтынушылардың Жерсеріктік радионавигациялық жүйелерге талаптары. .

1. 3. 1. Әуе кемелерін навигациялық қамтамасыздандыруға қойылатын талаптар.

1. 4. ЖНЖ-дің авиацияда қолданылуы. .

2. ЖНЖ ЖҰМЫСЫНЫҢ ЖАЛПЫ ҚАҒЫЙДАСЫ

2. 1. Координаталарды анықтаудың жалғанқашықтық әдісі

2. 2. Nаvstаr GPS сипаттамасы.

2. 3. ГЛОНАСС сипаттамасы. .

2. 4. ЖНЖ-дің дәлдігіне әсер ететін факторлар

2. 5. Қабылдағыштардағы алгоритмдер

3. ФУНКЦИОНАЛДЫҚ ТОЛЫҚТАУЫШТАР

3. 1. Борттық ЖНЖ жабдықтардың сипаттамалары.

3. 2. Борттық ЖНЖ жабдықтарда информацияның бейнеленуі

3. 3. Борттық ЖНЖ жабдығының негізгі режимдері мен функциялары.

3. 4. ЖНЖ-ді ұшуды дайындау және орындау кезінде қолдану. .

3. 4. 1. ЖНЖ индикатор-қабылдағышының ұшуға дайындығының жалпы ережелері

3. 4. 2. ЖНЖ индикатор-қабылдағышының ұшу кезінде қолдану. .

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТ ТІЗІМІ. .

КІРІСПЕ

Жерсеріктік навигациялық жүйелер (ЖНЖ) ГЛОНАСС және GPS өздерінің жерүсті және ғарыштық толықтауыштарымен адамдардың іс-шараларының әртүрлі аяларына белсенді түрде кірісуде.

Бұл жүйелер әуе, ғарыштық, теңіздік және жерүсті қозғалмалы құралдарының координаталарын, жылдамдығын және уақытын анықтауда жоғары дәлдіктегі сипаттамаларын көрсетті. Олар тасымалды құралдардың қозғалысының қауіпсіздігінің жоғарылауын, апатқа душар болғандарды іздестіріп, оларға көмек көрсетілуін, кеңістікте таралған объекттердің біріктірілуін қамтамасыз етуі мүмкін.

«Әуе-жер» деректерін беру жүйелерімен бірге ЖНЖ әуе кеңістігінің кез- келген ауданында автоматты тәуелді бақылау (АDS) жүргізуге мүмкіндік береді. ЖНЖ енгізу және болашақта жерүсті навигациялық құралдарын қолданыстан алып тастау әуе тасымалының ұшуының бірқалыптылығын, әсерлілігін, үнемділігін және қауіпсіздігін арттырады.

ЖНЖ сигналдарын әуе кемелерінің навигациясының дәлдігі мен беріктілігін арттыру мақсатында қолданудан тыс мемлекеттердің әуе өозғалысының шығындары азаяды. Жерсеріктік жүйенің техникалық және экономикалық артықшылықтарын ескеріп, ХААҰ (Халықаралық азаматтық авиация ұйымы) бүкіләлемдік Жерсеріктік байланыс, навигация, бақылау және әуе қозғалысын ұйымдастыру жүйесін - GPS пен ГЛОНАСС негізінде жұмыс істейтін және GNSS (Globаl Nаvigаtion Sаtellite System) глобалды навигациялық Жерсеріктік жүйесін қолданумен CNS/АTM (Communicаtion Nаvigаtionаnd Surveillаnce/АirTrаffic Mаnаgement) құру жайлы шешім қабылдады. Арнайы құрылған ХААҰ комитетімен болашақ аэронавигациялық CNS/АTM жүйелерінің концепциясы жасалды. Жасалатын өзгерістер масштабы бойынша CNS/АTM жүйелеріне көшу авиациялық ұйымдарға шешу керек болған ең ірі программа болып табылады.

Бұл дипломдық жұмыстың мақсаты - ЖНЖ сигналдарын авиацияда қолдану мүмкіндіктерін зерттеу.

1. ЖЕРСЕРІКТІК НАВИГАЦИЯ ЖҮЙЕЛЕРІ

1. 1. ЖНЖ-ның қысқаша тарихы

Бұл жүйенің жұмыс істеу қағыйдасы Допллер эффектісінде негізделген. Қазір істеп тұрған ЖНЖ-ларда бұл қағыйда негізгі емес, бірақ біршама қолданылады. Оның тек тарихи құндылығы ғана бар деп айта алмаймыз, сондықтан оны тереңірек зерттейік.

Сурет 1. Допллерлық ЖНЖ көмегімен жату түзулерін анықтау

Теңіз кемесінде орнатылған қабылдағыш ұшып бара жатқан Жерсеріктен радиосигналдар қабылдайды. Жерсеріктің сәулелену жиілігі және оның орналасқан жері белгілі. Бірақ Жерсерік кемеге қатысты қозғалады, сондықтан, Допллер эффектісіне сәйкес, қабылданатын сигнал жиілігі шығарылатын сигнал жиілігінен өзгеше болады. Бұл жиіліктердің айырмашылығы тек кез келген уақыт аралығында дәл есептеліне алатын Жерсеріктің жылдамдығынан ғана емес, сонымен қатар Жерсеріктің жылдамдық векторы мен Жерсеріктен теңіз кемесіне бағыт арасындағы бұрыштан да тәуелді. Яғни, допллерлік ауысым толық жылдамдық ИСЗ өзін емес, оның Жерсеріктен кемеге бағытына проекциясын тудырады ( Vr радиал жылдамдық) .

Кеңістікте радиал жылдамдықтың бір шамасы осі бойынша Жерсеріктың жылдамдық векторы бағытталған конустың барлық нүктелерінде орын алады. Сондықтан радиал жылдамдықтың әрбір шамасына (демек доплерлік ауысымның да) құйма бұрышы бар өзінің конусы сәйкес келеді. Кемедегі доплер ауысымын өлшеп кеменің қай конуста орналасқанын анықтауға болады. Берілген конус кеңістіктің беттік жатысы болып табылады. Бұл бет Жер бетін (дәлірек - теңіз беті, себебі теңіз кемелерін қарастырып жатырмыз) бір нүктесінде кеме орналасқан белгілі бір жатыс түзуінде кесіп өтеді. Осыған ұқсас басқа Жерсеріктің көмегімен екінші жатыс түзуін анықтап кеме орнын табуға болады.

Қазіргі уақытта ЖНЖ кең тараған, оны жиі GPS деп атайды, дегенмен басқа да (Жерсеріктік болуы міндетті емес) орналасу жерлерін анықтаудың глобалды жүйелері бар.

Nаvstаr GPS жүйесінің бірінші тесттік жерсерігі орбитаға 1975 жылдың 14 шілдесінде шығарылған, ал 24 Жерсеріктен тұратын толық топтың құрылуы 1993 жылы аяқталды. Осыған ұқсас ЖНЖ Кеңес Одағында да құрылған. ГЛОНАСС жүйесінің алғашқы спутнигі 1982 жылдың 12 қазанда ұшырылды, бірақ ол тек 12 Жерсеріктен құралды. Тек 1995 жылы ғана 24 Жерсерікпен жабдықталып бітті. 2011 жылдың қаңтарында орбитада 26 Жерсерік болды.

Осылайша, қазіргі уақытта әлемде екі глобалды ЖНЖ жұмыс істейді - американдық GPS және ресейлік ГЛОНАСС. GPS пен ГЛОНАСС жұмыс істеу қағыйдасы бойынша бірдей болғандықтан Ресей мен АҚШ арасында екі жүйеден де сигнал қабылдай алатын ЖНЖ қабылдағыштарын шығару жайлы келісім жасалды.

1. 2. ЖНЖ-ның қазіргі навигацияда алатын орны

ЖНЖ дәстүрлі радиотехникалық жүйелерге (РТЖ) қарағанда біршама басым қасиеттерге ие:

Координаталарды анықтаудағы жоғары дәлділік;
Жерсеріктердің жоғары биіктіктерде ұшуы Жерсерікте сияқты ұшақта да қарапайым антенналық құрылғыларды пайдаланып глобалды, яғни бүкіл жер шарын қамтитын, іс-шара ауданын құруға мүмкіндік береді;
Жерсеріктің оның радиотехникалық құралдарының іс-шара ауданының кез келген нүктесіндетура көрініс шектерінде табылуы кедергілерге қарсы тұратын радиотолқындардың диапазондарын қолдануға және ең аз бұрмалаумен сигналдарды жіберуге мүмкіндік береді;
Таратқыштың және сигналдарды өңдеудің қазіргі технологиялардың жоқтығымен шартталған ұшақтағы ЖНЖ құралдарының салыстырмалы қарапайымдылығы мен арзандылығы қамтамасыздандырылады;

ЖНЖ-ның осы айтылған қасиеттері әуелік қозғалысты қамтамасыздандырудың біршама мәселелерін шешуді жеңілдетуге көмектеседі. Олардың ішіндегі ең маңыздылары:

Ұшулардың қауіпсіздік деңгейін арттыру;
Навигацияның дәлдігін арттыру, әсіресе жерүсті құралдарының навигациялық РТЖ-тың әлсіз дамыған құрылымдары бар аудандарда және су кеңістіктерінде;
ұшақты топтастыру интервалдарын азайту және әуе кеңістігінің өткізгіштік қасиеттерін арттыру;
Әуе жолларын түзету.

Азаматтық авиация тәжірибесіне Жерсеріктік навигациялық жүйелердің енгізілуі революциялық жағдай болды. Координаталарды анықтаудың дәлдігі ондаған және жүздеген еселеп артты, ұшақтың орналасқан жерін әлемнің кез келген нүктесінен анықтау мүмкін болды. ЖНЖ ХААҰ енгізетін глобалды -масштабтағы байланыс, навигация, бақылау және әуе қозғалысын ұйымдастыру жүйесі - CNS/АTM(Communicаtion, Nаvigаtion аnd Surveillаnce /Аir Trаffic Mаnаgement) маңызды бөлігі. Жасалатын өзгерістер масштабы бойынша CNS/АTM жүйелеріне көшу авиациялық ұйымдарға шешу керек болған ең ірі программа болып табылады.

GNSS мұхиттық аудандарды, әуежайлардың аудандарын және бағыттарында, және ұшудың барлық кезеңдерінде, жер шарының барлық аудандарында навигациялық қызмет көрсетуді қамтамасыз етеді. ХААҰ GNSS-ты енгізу мемлекеттерге толықтай немесе бөлшектеп қазіргі жерүсті навигациялық құралдар (радиомаяктар, отырғызу жүйелері) жүйесін құртуға көмегін тигізеді деп ойлайды. GNSS-ты CNS/АTM шектерінде пайдалану оның нені қамтамасыз ететінімен шартталған:

Глобалды негізде жоғарытұтас, жоғарыберік, барлық ауа райында істейтін навигациялық қызмет көрсету;
Төртөлшемді навигация кезіндегі орналасу орнын анықтаудағы жоғары дәлдік;
Жерүсті навигациялық құралдарды істен шығару арқылы үнемдеу;
ВПП және әуежайларды эффективті пайдалану;
Қону мүмкіндіктерін жақсарту;
Ұшқышқа түсірілетін жүктемені азайту мүмкіндігі;
икемді бағыттар арқылы қоршаған ортаға әсер етуді азайту мүмкіндігі.

Қазіргі уақытта навигацияның сапасына шарттар PBN (Performаnce Bаsed Nаvigаtion - сипаттамаларда негізделген навигациялар) концепциясының негізінде қойылады. Осы концепцияның шектерінде әртүрлі құралдардың қолданысы қарастырылады, бірақ негізгі ретінде - ЖНЖ, себебі тек олар ұшудың кейбір кезеңдерінде қажет дәлдікті қамтамасыз етуі мүмкін. «Әуе-жер» деректерін беру жүйелерімен бірге ЖНЖ әуе кеңістігінің кез келген ауданында автоматты тәуелді бақылау (АDS) жүргізуге мүмкіндік береді. Автоматты тәуелді бақылау АDS (Аutomаdic Dependent Surveilence) - бұл бақылау әдісі, онымен сәйкес әуе кемелері беру түзулерінде борттық навигациялық жүйелерден және орын анықтау жүйелерінен алынған мәліметтерді, онымен қоса әуе кемесінің анықтама индексі мен орны жайлы төртөлшемді мағлұматтарды, автоматты түрде береді. Бұл ЖНЖ көмегімен ұшақ бортында алынған информацияның жерге автоматты түрде жеткізілетінін білдіреді.

1. 3. Тұтынушылардың Жерсеріктік радионавигациялық жүйелерге талаптары.

Азаматтық тұтынушылардың мұқтаждықтарын зерттеу ерекше қасиеттердің болу қажеттілігін анықтайды. Бірақ ЖРНЖ-ді орын анықтауда және ұшақтар мен тікұшақтардың навигациясы мақсатында қолдану жаңа, көп жағдайда қозғалыс қауіпсіздігін қамтамасыздандыру үшін жоғары, сандық талаптарды қозғайды. Мұндай талаптар дәлдіктік сипаттамаларға қатысты болады, мысалы, навигациялық параметрлерді анықтаудағы орташаквадратты қателерге қатысты (ОКҚ), және навигациялық қамтамасыздандыру сенімділігінің көрсеткіштеріне қатысты. Соңғы талаптар былай түсіндіріледі:

қолжетімділік, оның өлшемі ретінде РНС-тың мәселені шешу барысындағы жұмыс қабілеттілігінің ықтималдылығы болып табылады;
тұтастылық, өлшемі ретінде тең немесе берілгеннен кіші уақыт ішіндегі сәтсіздіктің анықталу ықтималдылығы анықталады.
Қызмет етудің үздіксіздігі, өлшемі ретінде өозғалыс уақытының ең жауапты кездерінде жүйенің жұмыс істеу қабілетінің ықтималдығы қабылданады.

ХААҰ (Халықаралық азаматтық авиация ұйымы) сияқты халықаралық ұйымдардың құжаттарының талаптарын, сол сияқты басқа елдердің ұлттық радионавигациялық жоспарларын ескеру керек.

1. 3. 1. Әуе кемелерін навигациялық қамтамасыздандыруға қойылатын талаптар

Бұл талаптар қазір орын алған әуе кеңістігін бөлу жағдайында ұшақ ұшуларының қауіпсіздігін қамтамасыздандыру қажеттілігінде негізделген. Осыған сәйкес ұшудың әр түрлі сатылары қарастырылады, мысалы, жолдар, әуе түзулері, жоллардан тыс кеңістік бойынша ұшулар, ұшып шығу, қонуға даярлану және қону. Бұдан бөлек ұшып-қону жолағындағы (ҰҚЖ) жүгіріс және рөлдік жолақтардағы басқару қарастырылады.

Кесте1 де РРНП мәліметтері бойынша жоспарлық координаталарды және әуе кемесінің ұшу биіктігін анықтаудың ортаквадратты қателіктері берілген (жоллар мен жергілікті түзулер бойымен - абсолют, қонуға даярлық кезінде - геометриялық) . Қажетті көрсеткіштер есептелінетін негізге мәселелер үшін берілген, мысалы, бағыттық ұшу, әуежай ауданындағы ұшу, арнайы ұшу, қонуға даярлық. Қонуға даярлық үшін ХААҰ дәлдіктік сипаттамалардың тексерісі өтетін дәрежелары бойынша ҰҚЖ үстіндегі биіктіктер көрсетілген.

кесте1. Координаталарды және ұшудың биіктігін анықтау дәлдігіне қойылатын талаптар.

Шешілетін мәселелер

Координаталарды анықтаудың дәлдігі (СКО), м

Биіктікті анықтаудың дәлдігі (СКО), м

Шешілетін мәселелер: Бағыттық ұшу:

Координаталарды анықтаудың дәлдігі (СКО), м:

Биіктікті анықтаудың дәлдігі (СКО), м:

Шешілетін мәселелер: Мұхит үстінде (бағдарсыз кеңістік)

Координаталарды анықтаудың дәлдігі (СКО), м: 5800