И сопряжения с другими навигационными средствами

 

Для уверенного приема сигналов навигационных спутников и обеспечения электромагнитной совместимости с другим радиоэлектронным оборудованием антенну приемника GPS устанавливают на высшей точке судна, где гарантируется минимальное время прерывания связи со спутником и обеспечивается максимальный обзор над горизонтом.

Вариант взаимного размещения судовых антенн и антенного поста приемника спутниковой навигационной системы показан на рис.1.

Дисплей приемоиндикатора располагается в любом удобном для оператора месте, но на расстоянии от магнитного компаса не менее указанного в документации.

Для сопряжения приемоиндикаторов GPS с другими навигационными приборами (плоттерами, РЛС, эхолотами и т.д.), средствами управления движением судна и автоматизированной радиосвязи в состав оборудования вводятся интерфейсы, формирующие сигналы обмена.

В первых разработках судового навигационного оборудования ведущие фирмы-изготовители разрабатывали свои форматы представления информации: Фуруно (Япония) — формат CIF, JRC (Japan Radio Co.,LTD) — формат JRC, Koden (Япония) — формат Koden, Shipmate (Дания) — формат Shipmate.

 

Рис. 1.

 

В настоящее время используется единый формат — NMEA (National Marine Electronic Association — Национальная морская электронная ассоциация), который представляет собой последовательность цифровых данных по параметрам движения судна.

Передача данных NMEA 0183 осуществляется 8‑ми битовыми ASCII кодами со скоростью 4800 Бод, с выходным уровнем напряжения 0—5В и периодичностью 2 секунды.

Различия в кодах определяется составом форматов NMEA:

 

Версия формата	Вид сообщения	Основное применение
0183А	BWC, APA, GLL, VTG	Выносные дисплеи, устаревший формат для авторулевых.
0183В	RMC, RMB	Навигационные данные для электронных карт, рекомендованные NMEA.
0183С	APB, GGA, BWC, VTG, GLL	Новый формат для авторулевых, данные о спутниках.

 

В сообщениях формата NMEA передается следующая информация:

— АРА: ошибка авторулевого (XTE - Cross Track Error), заданный курс, статус GPS, статус маршрута, название точки назначения, пеленг на нее (старый формат);

— APB: дополнительно к составу данных APA приводится курс для выхода в точку назначения, пеленг в точку назначения из текущих координат (магнитный или истинный);

— BWC: расстояние и пеленг на путевую точку;

— GGA: координаты GPS, время, качество определения координат, количество задействованных спутников, HDOP (горизонтальная потеря точности), исходная дифференциальная информация, срок поступления данных;

— GLL: рассчитанные по GPS широта и долгота, время определения координат;

— RMB: статус данных, XTE, направление управления, начальная точка, точка назначения, пеленг и скорость выхода в точку назначения;

— RMC: время, широта, долгота, скорость и курс относительно грунта, дата;

· VTG: магнитный и истинный курс, скорость относительно грунта (в узлах и км/ч).

 

На дисплее приемоиндикатора сообщение GLL в формате NMEA 0183 будет выглядеть следующим образом:

                    1            2      3                  4       5     6 7

$GPGLL,DDMM.mm,H,DDDMM.mm,H,hhmmss,A*BB<CR>,

например:

$GPGLL, 4728.31, N, 12254.25, W, 091342,A* 21<CR>

$          – символ начала сообщения;

GP      – источник навигационной информации (в данном случае, система GPS);

GLL    – вид сообщения;

4728.31,N – 47 градусов, 28,31 минут северной широты;

12254.25,W – 122 градуса, 54,25 минут западной долготы;

091342    – 09 часов, 13 минут, 42 секунды (время определения, UTC);

А*          – данные действительны (определены с заданной     точностью);

21           – контрольная сумма;

<CR><LF> – конец сообщения.

 

Аналогично отображаются на дисплее и другие сообщения:

 

APA

                            1 2 3    4 5 6 7 8   9 10

$GPAPA,A,A,X.XX,L,N,A,A,XXX,M,CCC<CR><LF>

 

1 —пропадание сигнала и отношение сигнал/шум (А‑ действительно, V‑ недействительно);

2 —блокировка цикла (А ‑ действительно, V ‑ недействительно);

3…5 —XTE, направление управления (L‑ влево, R‑ вправо) в морских милях;

6…7 —вход в зону допустимого отклонения от установленного курса, сигнализация выхода на рекомендованный курс в точку назначения;

8…9 —магнитный пеленг от текущей точки на точку назначения;

10 —идентификатор точки назначения.

 

BWC

             _{1         2 3           4 5  6 7  8  9 10    11 12}

$GPBWC,XXXXXX,XXXX.XX.N,XXXXX.XX,W,XXX.,T,XXX.,M,XXX.X,N,CCCC<CR>

1 —время определения пеленга;

2‑3 —широта точки назначения N или S;

4‑5 —долгота точки назначения E или W;

6‑7 —истинный пеленг;

8‑9 —магнитный пеленг;

10-11 —расстояние в морских милях;

12 —идентификатор точки назначения.

GGA

                        _{1       2 3  4 5 6 7  8   9 10 11 12 13 14}

$LCGGA,hhmmss.ss,lll.ll,a,yyyyy,a,x,xx,x.x,x.x,M,x.x,M,x.x,xxxx*hh<CR>

1 —время определения координат;

2‑3 —широта точки назначения N или S;

4‑5 —долгота точки назначения E или W;

6 —индикатор качества определения по GPS:

0= определение невозможно или сомнительно;

1= нормальное определение;

3= определение по DGPS;

7 —число используемых спутников;

8 —HDOP;

9-10 —высота антенны над уровнем моря и единицы измерения;

11-12 —значение и единицы измерения разницы между эллипсоидом WGS84 и средним уровнем моря (геоидом);

13 —время в секундах от последней поправки по DGPS;

14 —идентификатор станции, передающей дифференциальные поправки.

RMB

1 2 3 4     5       6      7     8       9  10 11 12 13 14 

$GPRMB,A,X.XX,L,CCCC,CCCC,DDMM.SS,N,XXXXX.XX,W,XXX.X,XXX.,XX.X,A*XX<CR>

1 —статус (А= действительно; V= недействительно);

 2‑3 —XTE, морские мили и направление управления (L или R);

4 —идентификатор текущей точки назначения;

5 —идентификатор точки назначения;

6‑7 —широта точки назначения (N или S);

8‑9 —долгота точки назначения (Е или W);

10 —расстояние от текущей позиции до конечной точки назначения в морских милях;

11 —истинный пеленг от текущих координат в точку назначения;

12 —скорость в узлах в точку назначения;

13 —14 —контрольная сумма.

 

RMC

           _{1      2     3  4         5        6 7 8             9 10  11 12}

$LCRMC,XXXXXX,A,XXXX.XX,N,XXXXX.XX,W,XX.X,XXX.,XXXXXX,XX.,E^*XX<CR>

1 —время, UTC

2 —статус (А= действительно, V= недействительно);

3‑4 —широта, N или S;

5‑6 —долгота, E или W;

7 —скорость относительно грунта, узлы;

8 —курс относительно грунта;

9 —дата (день/месяц/год);

10 —магнитное склонение, градусы;

11 —направление склонения, E или W;

12 —контрольная сумма.

 

VTG

                           _{1 2  3     4    5   6    7     8}

$GPVTG,XXX.,T,XXX.,M,XX.X,N,XX.X,K<CR>

1‑2 —истинный курс, градусы;

3‑4 —магнитный курс, градусы;

5‑6 —скорость, узлы;

7‑8 —скорость, км/час.

Для обеспечения дальнейшей эксплуатации существующего на судах парка радио- и электронавигационного оборудования в современных приемоиндикаторах GPS предусмотрены, как правило, возможности обмена навигационной информацией и в используемых ранее форматах. При подключении к приемоиндикатору других приборов необходимо:

· выяснить полную структуру их сигналов обмена;

· сопоставить с форматами, представляемыми для использования приемоиндикатором;

· установить программно или с помощью дополнительных интерфейсов полное соответствие сигналов обмена.

1.4. Особенности использования морских

навигационных и электронных карт при работе

с приемоиндикаторами GPS

 

Высокая точность определения координат судна с помощью приемоиндикаторов GPS (особенно при работе в дифференциальном режиме) не может быть реализована без учета геодезической основы и системы координат, в которой составлены морские навигационные и электронные карты.

Морские навигационные карты, выпускаемые в России, составлены в Пулковской системе координат 1942 г. или в геодезической системе SGS-90, в США — преимущественно в системе WGS-84 или WGS-72, в других странах мира — в местных геодезических системах, принятых в этих странах.

В приемоиндикаторах GPS предусмотрен выбор той или иной геодезической системы (кроме геодезических систем, принятых в России). В ряде современных приемоиндикаторов предусмотрена возможность пересчета результатов навигационных определений в более 170 местных геодезических систем.

Использование разных геодезических основ объясняется тем, что наименьшие погрешности (в частности, при нанесении береговой черты на картах) могут быть получены лишь при местных системах, привязанных к разным территориям Земного шара.

Для примера в табл.2 приведены районы применения некоторых геодезических систем.

Таблица 2

Обозначение геодезической системы	Страны и территории применения
SGS-90	Россия, страны СНГ
WGS84	Страны, использующие  СНС GPS
WGS72	Страны, использующие СНС “Транзит”
TOKYO	Япония, Корея и Окинава
NAD27	Северная Америка
EUROP	Европейские страны
AUS84	Австралия и о. Тасмания
NAD83	Аляска, Канада, Мексика,        Центральная Америка
ASTRO	Антарктида
HU-TZU-SHAN	Тайвань

 

Перенос данных, полученных с помощью приемоиндикатора GPS в базе WGS-84, на морские карты в случае различия их геодезической основы приводит к погрешностям прокладки.

Дополнительные возможности по обеспечению решения штурманских задач появились с введением в современные приемоиндикаторы GPS режима работы с электронными картами. Электронные карты не заменяют морские навигационные карты, однако их совместное использование облегчает работу штурмана.

Носителями данных электронных карт являются постоянные запоминающие устройства приемоиндикаторов или сменные картриджи, устанавливаемые с передней панели приемоиндикатора.

Электронные карты, предназначенные для работы в приемоиндикаторах GPS, выполнены, в основном, в системах WGS-84 и WGS-72, а наиболее точные морские навигационные карты для конкретных районов плавания — преимущественно в местных базах. Новые и откорректированные картриджи включают в себя информацию как о местной базе исходной морской навигационной карты, так и WGS-84. В этом случае при настройке приемоиндикатора отображение на дисплее электронных карт и результатов определения позиции по GPS могут выбираться как в местной геодезической базе, так и WGS-84 (международный стандарт).

При обращении к режиму работы с электронной картой на дисплей приемоиндикатора выводится информация об издателе морской навигационной карты, перенесенной на электронный носитель (например, NOS — National Ocean Servey — Национальная служба исследования Океана) и о геодезической основе, в которой изготовлена исходная карта.

Сообщение на дисплее CHART DATUM UNKNOWN свидетельствует об отсутствии информации о геодезической системе координат электронной карты.

Многие приемоиндикаторы GPS позволяют автоматически вносить поправки в отображение положения судна на экране дисплея с изображением электронной карты, даже если в приемоиндикаторе работа с использованной геодезической базой не предусмотрена.

Для получения поправки надо вывести судно на точку с известными координатами, произвести определение с помощью приемоиндикатора GPS и включить режим коррекции погрешности. После коррекции координаты отметки позиции судна будут совпадать с полученными с помощью приемоиндикатора координатами. Этот режим позволяет исключить все постоянные погрешности при определении координат.

Однако следует учитывать, что интервал корреляции ионосферных погрешностей составляет около 15 мин, а намеренно вводимых в код С/А GPS погрешностей (Selective Availability) —около 6 мин.

При работе с приемоиндикаторами GPS следует учитывать и систему координат, в которой выдаются результаты навигационных измерений. В настоящее время практическое применение в приемоиндикаторах получили следующие координатные системы:

· Lat/Long (Latitude/Longitude — широта/долгота);

· UTM (Universal Transverse Mercator — Универсальный поперечный Меркатор);

· TD (Time difference of arrival — разница во времени поступления сигнала);

· OSGB (Ordnance survey og Great Britan — Артилерийская топография Великобритании).

В морской навигации основное применение получила система координат Lat/Long, представляющая собой указание широты места в градусной мере, отсчитываемой от экватора на север (N) или юг (S), и долготы, отсчитываемой от начального (Гринвического) меридиана на восток (Е) или запад (W).

Система UTM в морской практике используется реже. В этой системе вся земная поверхность между 84 с.ш. и 80 ю.ш. разбита на 60 зон по 6 градусов каждая. Местоположение судна в этой системе описывается тремя элементами: зоной нахождения, восточным и северным удалениями (в метрах) на координатной сетке.

Так, например, координаты судна на дисплее приемоиндикатора в этих системах будут представлены в виде:

Таблица 3

Координатная система Lat/Lon		Координатная система UTM
град/мин/сек	град/мин
43 09 00 N	43 09.000 N	11 4 23 818 Е
131 53 00 Е	131 53.000 E	37 74 624 N

 

Система координат TD вошла в морские карты, когда были введены в эксплуатацию навигационные системы Лоран, и представляет собой сетку линий положений (LOP) на которых нанесены временные задержки прихода импульсов от станций системы Лоран.

Другие системы (например OSGB) могут использоваться совместно с навигационными картами, выпущенными в других геодезических базах, отличных от WGS84 или WGS72.

Для удобства работы с морскими картами выбор геодезических баз и координатных систем осуществляется оператором через вспомогательные меню приемоиндикатора GPS.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: