Национальный центр космических исследований и технологий Институт космической техники и технологий Использование спутниковых навигационных технологий для. - презентация

1 Национальный центр космических исследований и технологий Институт космической техники и технологий Использование спутниковых навигационных технологий для решения задач отраслей экономики Республики Казахстан (проблемы разработки и производства систем высокоточной спутниковой навигации) Алматы 2010

2 Основные направления космической деятельности производство КА; пусковые услуги; услуги спутниковой связи; производство наземного оборудования (в частности, навигационного оборудования); услуги на основе спутниковых систем связи; дистанционное зондирование Земли и услуги на основе обработки данных ДЗЗ; космический туризм; проведение научных исследований в области космической деятельности.

3 Прогнозные экономические показатели в области производства и оказания услуг спутниковой навигации Согласно данным маркетингового отдела по проекту Галилео Еврокомиссии, общий экономический эффект от развития рынка навигационных систем и услуг может (Gross turnover) составить около 140 млрд. евро в 2015 г. и 150 млрд. евро в 2020 г. Среди основных тенденций рынка необходимо выделить рост доли услуг на основе навигационного оборудования по сравнению с его производством, а также рост потребительского рынка по сравнению с коммерческим. В частности, если доходы от предоставления услуг в 2003 г. составляли около 2,3 млрд. евро, то к 2020 г. доля услуг может вырасти до 112 млрд. евро (согласно исследованиям маркетингового центра системы Галилео при Еврокомиссии).

4 Предполагаемые объемы рынков оборудования и услуг, млн. тенге Наименование рынка Автомобильный транспорт (930,00) (1790,00) Водный транспорт (морской, речной), включая контейнерные перевозки 4392 (36,00) 8784 (72,00) Железнодорожный транспорт 3050 (25,00) 6588 (54,00) Авиационный транспорт 1830 (15,00) 427 (3,50) Государственные институты (МВД, МЧС и т.д.) 2684 (22,00) 3050 (25,00) Картография 4392 (36,00) 8784 (72,00) Итого: (1064,00) (2016,50)

5 Основные социально-экономические результаты внедрения спутниковых навигационных технологий Обеспечения высоких темпов экономического развития. Широкое внедрение спутниковых навигационных технологий лежит как в области получения и доставки координатно-временной и навигационной информации, так и в области ее использования в интересах конкретных потребителей. Эти технологии в свою очередь обеспечивают широкое распространение навигационно-временных услуг и создают базу дальнейшего стимулирования отечественного высокотехнологичного производства. Реализация проекта приведет к увеличению высокотехнологичных рабочих мест в стране. Повышения качества жизни населения за счет предоставления массовых услуг различным потребителям на основе координатно-временной и навигационной информации, созданной отечественными средствами и системами координатно-временного и навигационного обеспечения. Услуги с использованием КВиНО, подобно многим информационным услугам, получат широкое распространение и станут неотъемлемыми составляющими образа жизни. Повышения уровня национальной безопасности за счет предоставления оператором услуг спецпотребителям без использования компонент, находящихся вне территории Республики Казахстан, при достаточном обеспечении качества этих услуг и их номенклатуры. Создание и функционирование оператора обеспечит технологическую независимость страны, использование отечественных научных и технических решений, определение приоритетов развития в соответствии с интересами Республики Казахстан. Привлечение инвестиций в развитие отраслей. Формирование рынка массовых навигационных услуг, создание экономических механизмов и условий развития этого рынка, широкое распространение навигационных услуг способствуют улучшению инвестиционной привлекательности различных отраслей экономики Республики Казахстан.

6 Отрасли и группы пользователей высокоточной спутниковой навигацией п/п Группа пользователей Точность координатных определений, 2σ (м) Режим использования 1 Морской и речной транспорт0,5 – 1РРВ 2 Гидрографические службы0,2 – 0,5РРВ, ПО 3 Наземный (автомобильный и железнодорожный) транспорт всех ведомств 0,5 – РРВ 4 Геологоразведка и добыча полезных ископаемых 0,5 – 1РРВ, ПО 5 Геодезические пользователи (картографирование, землеустройство, кадастр, ГИС…) 0,02 – 0,2РРВ, ПО 6 Сельскохозяйственные предприятия0,2 – 0,5РРВ 7 МЧС (мониторинг строительных сооружений, подвижек почвы в сейсмоопасных и оползнеопасных регионах…) 0,01 – 0,1ПО

7 Научно-технологическое обеспечение технологии высокоточной спутниковой навигации математическое моделирование процесса высокоточного спутникового позиционирования; разработка численных методов и алгоритмов решения задачи высокоточного спутникового позиционирования; разработка программ обработки навигационных сигналов и решения задачи высокоточного спутникового позиционирования; разработки программного и информационного обеспечения для локальной системы дифференциальной коррекции; разработка технического обеспечения локальной системы дифференциальной коррекции; производство аппаратуры локальной системы дифференциальной коррекции.

8 Вариант размещения СВСН РК в составе 5 ПРДК

9 Основные функциональные подсистемы СВСН РК подсистема широкозонных дифференци-альных коррекций (ПШДК); подсистема региональных дифференци-альных коррекций (ПРДК); подсистема RTK сетей; подсистема прецизионных послесеансных определений (ПППО)

10 Структура ККС (производства НИИРИ)

11 Внешний вид ККС ККС - 1ККС - 3

12 Заключение уровень казахстанских специалистов позволяет в полной мере реализовать технологию высокоточной спутниковой навигации, а также практически весь цикл создания программного обеспечения и производства навигационной аппаратуры и полный спектр оказания услуг высокоточной навигации силами отечественных специалистов. освоение современных технологий высокоточной навигации отечественными специалистами позволит перейти к созданию новых программно-аппаратных комплексов (с учетом постоянного продвижения в области программно- математического и технического обеспечения), а также следующих поколений навигационной аппаратуры, при создании которых будут использованы новые информационные технологии и возможности существующих спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС, а также перспективных систем типа Galileo (ESA), Compass (China).

13 Благодарим за внимание!!!

14 Имеющийся задел Рассматривается спутниковая навигационная система GPS NAVSTAR В настоящий момент на орбите находится 31 КА на 6 орбитальных плоскостях с высотой орбиты км. Тип НКАМасса на орбите, кг Расчетный САС, летГод запуска первого НКА Блок-I Блок-II8445,01989 Блок-IIR10947,51997 Блок-IIF Каждый КА GPS оснащен 4 комплектами атомных часов (по 2 цезиевых и рубидиевых), транслирует PRN или С/А код на частоте L1 – 1575,42 МГц и на частоте L2 – 1227,60 МГц.

15 Основные уравнения для решения навигационной задачи t НАЧ 0,007 с

16 Основные характеристики точности позиционирования и источники ошибок DOP (параметр, характеризующий точность позиционирования) – GDOP, PDOP, TDOP, HDOP, VDOP. Circular Error – CЕn – показатель точности GPS позиционирования (СЕ90=10). Основными источниками ошибок в определении положения с использованием одиночного приемника GPS являются: ошибки в модели бортовых часов КА (0.5-1 м) ошибки в эфемеридах (1-2 м) ошибки в модели ионосферы (2-5 м, модель Клобучара ) ошибки в модели тропосферы (0.5-1 м, модели Хопфилда, Саастамойнена, UNB3m ) переотражения сигнала от местных препятствий (0.5-5 м) шум приемника при измерении псевдодальностей (0.5-1 м) ошибки вычислений с плавающей точкой.

17 Кодовые дифференциальные подсистемы Два типа поправок: коррекция координат; коррекция навигационных параметров. Точность позиционирования – 1-3 метра на расстояниях от базы км.

18 Используемый при экспериментах модуль u-blox LEA-4T имеет несинхронность до секунды. Для этого случая подходит линейная экстраполяция: Точность определения рассогласований – 1 микросекунда, что соответствует сдвигу спутника в 3 мм Основным видом ошибок в кодовом дифференциальном режиме являются погрешности измерений псевдодальностей PR, переотражения, шумы приемника по измеренным псевдодальностям.

19 Фазовые дифференциальные системы Использование фаз несущей частоты позволяет достичь точности см без разрешения целочисленных неопределенностей и 1-2 см с разрешением целочисленных неопределенностей. Несущая частота L1 составляет МГц, что соответствует длине волны около см. Фаза сигнала измеряется с точностью не хуже 1% длины волны, то есть около 2 мм, что позволяет добиться гораздо большей точности, чем при использовании только кодов (псевдодальностей).

20 Основные математические соотношения для фазовой дифференциальной коррекции

21 Получаем нецелочисленные решения: LAMBDA-метод Время инициализации – 0,5÷10 минут, 1-2 см

22 Экспериментальная база OEM-модуль LEA-4T ПараметрЗначение Количество каналов16 в полосе L1 Максимальная частота обновления сырых данных 10 Гц Сырые данныеФаза несущей (в циклах), доплеровский сдвиг, псевдодальности Поддерживаемые протоколыNMEA, UBX (бинарный) Точность определения положения при использовании алгоритмов встроенного процессора модуля (Baseband processor) 3- (2- в дифференциальном кодовом режиме) Массово-габаритные параметры модуляРазмеры чипа 22х17 мм, масса

23 Результаты натурных экспериментов

24 Условия проведения эксперимента База

25 Основные направления развития проекта разработка программно-математического обеспечения для системы высокоточного спутникового позиционирования в реальном режиме времени; разработка программно-математического обеспечения для систем ГЛОНАСС, Galileo; разработка программно-математического обеспечения систем GPS ориентации; разработка экспериментальных образцов локальной системы дифференциальной коррекции.

26 Спасибо за внимание!