Способ глобального мониторинга жизнеобеспечения региона с помощью единой сети локальных контрольно-корректирующих станций - RU2659469C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к областям радиотехники, вычислительной техники, связи и глобальных навигационных спутниковых систем и может быть использовано в гражданской авиации, а также для прогнозирования землетрясений, ионосферных штормов и обнаружения ряда других изменений в экологии Земли.

Известен «Способ определения недопустимой аномалии принимаемых сигналов навигационных спутников» (патент РФ №2393504, МПК G01S 19/07, 23.10.2008 г.), характеризующийся тем, что наземная стационарная локальная контрольно-корректирующая станция (ЛККС), имеющая заранее точно определенные координаты своей дислокации, принимает и обрабатывает радиосигналы группы радиовидимых навигационных спутников (НС) действующих глобальных навигационных спутниковых систем с помощью последовательно соединенных антенного модуля, блока спутниковых приемников (БСП) и вычислителя (ВЧ), при этом получают расчетные данные координат ЛККС для различных навигационных спутниковых систем, при их совпадении/не совпадении в допуске между собой и с контрольными координатами дислокации самой ЛККС вырабатывают решение об исправности/не исправности конкретных НС соответствующих спутниковых навигационных систем, на основании чего блокируют в ВЧ использование некондиционных НС до их реабилитации, формируют и запоминают в ВЧ полученные при использовании кондиционных НС дифференциальные поправки (ДП) к кодам псевдодальности (ПД).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является «Способ повышения целостности используемых сигналов навигационных спутников с помощью локальной контрольно-корректирующей станции (ЛККС) с учетом влияния аномальной ионосферы» (патент РФ №2542326, МПК G01S 19/07, 04.10.2013 г.), характеризующийся тем, что наземная стационарная контрольно-корректирующая станция (ЛККС), имеющая заранее точно определенные координаты своей дислокации, принимает и обрабатывает радиосигналы группы радиовидимых навигационных спутников (НС) действующих глобальных навигационных спутниковых систем с помощью последовательно соединенных антенного модуля, блока спутниковых приемников (БСП) и вычислителя (ВЧ), при этом получают расчетные данные координат ЛККС для различных навигационных спутниковых систем, при их совпадении/не совпадении в допуске между собой и с контрольными координатами дислокации самой ЛККС вырабатывают решение об исправности/не исправности конкретных НС соответствующих спутниковых навигационных систем, на основании чего блокируют в ВЧ использование некондиционных НС до их реабилитации, формируют и запоминают в ВЧ полученные при использовании кондиционных НС дифференциальные поправки (ДП) к кодам псевдодальности (ПД).

Недостатком известных способов является потеря достоверности эталонной координаты ЛККС, на которой при ее строгой кондиции строится, в общем, очень эффективная система дифференциальных поправок (ДП), используемая в гражданской авиации. Однако потеря указанной достоверности возможна при соответствующем воздействии на поверхность Земли космических или сейсмических сил, а также - при соответствующем воздействии хозяйственной деятельности человека. В этом ряду наиболее частым явлением является сейсмическая активность, действующая на земную кору, изменяющая расстояние отточки дислокации ЛККС до конкретных навигационных спутников (НС) и, в конечном счете, приводящая к ошибке при определении псевдодальности (ПД) с помощью этой ЛККС.

Техническим результатом и целью заявляемого изобретения является устранение недостатка прототипа и расширение его функциональных возможностей путем создания и использования единой сети ЛККС с общим центром управления (ЦУ), и использования интегральных возможностей ЕС ЛККС подменой отказавшей конкретной ЛККС смежной исправной ЛККС, в том числе - при потере достоверности эталонной координаты дислокации отказавшей ЛККС.

Указанные технический результат и цель достигаются тем, что способ глобального мониторинга жизнеобеспечения региона с помощью единой сети локальных контрольно-корректирующих станций, характеризующийся тем, что ЛККС, имеющая заранее точно определенные координаты своей дислокации, принимает и обрабатывает радиосигналы группы радиовидимых навигационных спутников (НС) действующих глобальных навигационных спутниковых систем с помощью последовательно соединенных антенного модуля, блока спутниковых приемников (БСП) и вычислителя (ВЧ), при этом получают расчетные данные координат дислокации ЛККС для различных комбинаций НС навигационных спутниковых систем, при их совпадении/не совпадении в допуске между собой и с известными контрольными данными координат самой ЛККС вырабатывают решение об исправности/не исправности конкретных НС конкретных глобальных спутниковых навигационных систем, на основании чего блокируют в ВЧ использование некондиционных НС до их реабилитации, формируют и запоминают в ВЧ полученные при использовании кондиционных НС дифференциальные поправки (ДП) к кодам псевдодальности (ПД) в единицах измерения длины, ДП периодически ЛККС выдает по УКВ-радиоканалу на воздушные суда (ВС), находящиеся в зоне действия ЛККС, а также тем, что используют единую сеть ЛККС (ЕС ЛККС) с центром управления (ЦУ), содержащим каналы обмена данными с ЛККС, компьютер, табло коллективного пользования, принтер и аппаратуру документирования, при выявлении недопустимого расхождения расчетных значений ЛККС, полученных на разных ее приемниках для одних и тех же кондиционных НС констатируют неисправность данной ЛККС сообщают об этом в ЦУ и восстанавливают эту ЛККС, при выявлении колебания расчетного значения ПД относительно эталонного значения ПД констатируют потерю достоверности значения эталонной координаты дислокации конкретной ЛККС из состава ЕС ЛККС, данная ЛККС прекращает выдачу ДП на ВС и сообщает об этом по соответствующему каналу обмена в ЦУ, который все сообщения документирует на аппаратуре документирования и отображает на табло, а также обеспечивает получение ДП всеми ВС, находящихся в зоне аэропорта отказавшей ЛККС, для этого ЦУ определяет кондиционную ЛККС, смежную к отказавшей, и сообщает ей по соответствующему каналу обмена о необходимости увеличить мощность ее передатчика УКВ-канала для обеспечения передачи ДП на ВС своей и смежной зоны, при выявлении недопустимого роста значений ДП на заданном интервале времени для кондиционных НС и исправной ЛККС констатируют нарушение прохождения радиосигнала через разделяющую среду от НС до ЛККС, связанное с ионосферным штормом, при этом данная ЛККС на ВС выдает по УКВ-каналу ДП с признаком «нарушение целостности ДП» для конкретных НС и конкретного времени, а также сообщает об этом в ЦУ, который осуществляет соответствующие документирование, отображение и дублирование ЛККС в ионосферном шторме на смежную ЛККС, действующую вне ионосферного шторма, в ЦУ по данным от всех ЛККС региона регистрируют с привязкой к моменту получения данных в единой системе времени интегральные карты - матрицы текущего состояния ионосферы региона и матрицы текущего сейсмического состояния региона, об экстремальных ситуациях которых сообщают соответствующим специальным службам.

При выявлении потери достоверности значения эталонной координаты дислокации конкретной ЛККС прогнозируют землетрясение с эпицентром в указанной координате и сообщают об этом соответствующим службам. При определении ионосферного шторма с помощью конкретной ЛККС определяют вектор его развития и предупреждают из ЦУ соответствующие ЛККС региона о приближении к ним ионосферного шторма. На табло коллективного пользования отображают интегральные карты региона - выборки на текущий или заданный прошлый момент времени о техническом состоянии ЕС ЛККС, о сейсмической активности в регионе, об ионосферном шторме в регионе, о некондиционных НС всех глобальных навигационных систем. Из ЦУ по соответствующему каналу обмена конкретной ЛККС и далее по ее УКВ-каналу обеспечивают экстренно двустороннюю связь с любым ВС региона. В качестве каналов обмена ЦУ и ЛККС используют интернет. Применяют дополнительные выносные передатчики УКВ-каналов.

В процессе работы ЕС ЛККС на компьютере ЦУ документируют информацию о всех сообщениях от ЛККС и о всех указаниях ЦУ, которая может быть при необходимости просмотрена на табло или выведена на принтер.

На чертеже представлен поясняющий эскиз, на котором показаны:

1 - группа навигационных спутников (НС) 1.1, 1.2, …1.n;

2 - группа локальных контрольно-корректирующих станций (ЛККС), образующих единую сеть (ЕС) ЛККС 2.1, 2.2, …2.m с

2.1.1, 2.2.1, …2.m.1 - антенными модулями,

2.1.2, 2.2.2, …2.m.2 - блоками спутниковых приемников (БСП),

2.1.3, 2.2.3, …2.m.3 - вычислителями (ВЧ),

2.1.4, 2.2.4, …2.m.4 - передатчиками УКВ;

3 - центр управления (ЦУ) с

3.1 - компьютером,

3.2 - аппаратурой документирования,

3.3 - принтером,

3.4 - табло коллективного пользования;

4 - радиоканалы УКВ для передачи ВС дифференциальных поправок (ДП) от

4.1 - ЛККС 2.1,

4.2 - ЛККС 2.2;

5 - воздушное судно (ВС);

6 - ионосфера.

Все используемые в способе устройства широко применяются в РФ. Например, в качестве компьютера 3.1 используют любой персональный компьютер с системным блоком, дисплеем, клавиатурой и «мышью», а в качестве аппаратуры документирования 3.2 - средство расширения памяти компьютера 3.1 - накопитель на магнитных дисках (НМД).

На чертеже не показаны дисплей, системный блок, клавиатура, «мышь», другие органы управления ЦУ, а также - элементы и цепи электропитания, элементы конструкции, заземления, согласования… - все то, что не требуется для рассмотрения заявляемого способа.

Способ глобального мониторинга жизнеобеспечения региона с помощью единой сети локальных контрольно-корректирующих станций (ЕС ЛККС), характеризующийся тем, что каждая ЛККС из группы 2, имеющая заранее точно определенные координаты своей дислокации, принимает и обрабатывает радиосигналы группы 1 радиовидимых навигационных спутников (НС) 1.1, 1.2, …1.n действующих глобальных навигационных спутниковых систем с помощью последовательно соединенных антенного модуля 2.1, блока спутниковых приемников (БСП) 2.2 и вычислителя (ВЧ) 2.3, при этом получают расчетные данные координат дислокации каждой ЛККС из группы 2 для различных комбинаций НС 1.1, …1n навигационных спутниковых систем, при их совпадении/не совпадении в допуске между собой и с известными контрольными данными координат каждой ЛККС из группы 2 вырабатывают решение об исправности/не исправности конкретных НС 1.1, …1.n конкретных глобальных спутниковых навигационных систем, на основании чего блокируют в соответствующем ВЧ из 2.1.3, …2.m.3 использование некондиционных НС 1.1, …1.n до их реабилитации, формируют и запоминают в указанных ВЧ полученные при использовании кондиционных НС из группы 1 дифференциальные поправки (ДП) к кодам псевдодальности (ПД) в единицах измерения длины, ДП периодически каждая ЛККС из группы 2 выдает по соответствующему УКВ-радиоканалу 4 на воздушные суда (ВС) 5, находящиеся в зоне действия соответствующей ЛККС из группы 2, а также тем, что используют единую сеть ЛККС (ЕС ЛККС) 2 с центром управления (ЦУ) 3, содержащим каналы обмена данными с ЛККС 2.1, …2.m, компьютер 3.1, табло 3.4 коллективного пользования, принтер 3.3 и аппаратуру 3.2 документирования, при выявлении недопустимого расхождения расчетных значений каждой ЛККС из группы 2, полученных на разных ее приемниках 2.1.2, …2.m.2 для одних и тех же кондиционных НС из группы 1 констатируют неисправность данной ЛККС, сообщают об этом в ЦУ 3 и восстанавливают эту ЛККС, при выявлении колебания расчетного значения ПД относительно эталонного значения ПД констатируют потерю достоверности значения эталонной координаты дислокации конкретной ЛККС из состава ЕС ЛККС 2, данная ЛККС из группы 2 прекращает выдачу ДП на ВС 5 и сообщает об этом по соответствующему каналу обмена в ЦУ 3, который все сообщения документирует на аппаратуре 3.2 документирования и отображает на табло 3.5, а также обеспечивает получение ДП всеми ВС 5, находящихся в зоне аэропорта отказавшей ЛККС, для этого ЦУ 3 определяет кондиционную ЛККС, смежную к отказавшей, и сообщает ей по соответствующему каналу обмена о необходимости увеличить мощность ее передатчика УКВ-канала для обеспечения передачи ДП на ВС 5 своей и смежной зоны, при выявлении недопустимого роста значений ДП на заданном интервале времени для кондиционных НС из группы 1 и исправной ЛККС из группы 2 констатируют нарушение прохождения радиосигнала через разделяющую среду от НС до ЛККС, связанное с ионосферным штормом, при этом данная ЛККС на ВС 5 выдает по соответствующему УКВ-каналу ДП с признаком «нарушение целостности ДП» для конкретных НС и конкретного времени, а также сообщает об этом в ЦУ 3, который осуществляет соответствующие документирование, отображение и дублирование ЛККС в ионосферном шторме на смежную ЛККС, действующую вне ионосферного шторма, в ЦУ 3 по данным от всех ЛККС из группы 2 региона регистрируют с привязкой к моменту получения данных в единой системе времени интегральные карты - матрицы текущего состояния ионосферы 6 региона и матрицы текущего сейсмического состояния региона, об экстремальных ситуациях которых сообщают соответствующим специальным службам.

Способ осуществляется следующим образом.

Каждая стационарная наземная ЛККС из группы 2, установленная в соответствующем аэропорту (в настоящее время в 110 крупнейших аэропортах РФ) имеет выверенную точную координату своей дислокации с соответствующим геодезическим колышком. Зона действия конкретной ЛККС из группы 2 (порядка 300 км вокруг соответствующего аэропорта обеспечивается мощностью соответствующего УКВ-передатчика из группы передатчиков 2.1.4, …2.m.4, обеспечивающих радиоканалы 4) определяется необходимостью своевременно обеспечить все ВС 5, находящиеся в этой зоне, значительно более точными данными о их текущих координатах местонахождения, для чего на эти ВС 5 выдаются ДП к псевдодальностям (ПД) по соответствующим НС 1.1, …1.n. Каждое ВС 5 самостоятельно определяет ПД с значительно меньшей точностью чем ЛККС с помощью своего спутникового приемника, а затем их уточняет с помощью получаемых ДП. Координата местоположения ВС 5 в данный момент времени далее автоматически рассчитывается как точка пересечения ПД от любых четырех кондиционных НС из группы 1.

Каждая ЛККС из группы 2 одновременно принимает радиосигналы всех радиовидимых НС 1.1, …1.n всех четырех действующих глобальных спутниковых навигационных систем: GPS (США), ГЛОНАС (РФ), ГАЛИЛЕО (Евросоюз) и КОМПАС (Китай). Для этого в каждом блоке спутниковых приемников (БСП) 2.1.2, 2.2.2, …2.m.2 каждой ЛККС 2.1, …2.m имеются соответствующие приемники, причем для надежности с дублированием. Практически каждая ЛККС из группы 2 одновременно принимает радиосигналы примерно 80 НС различных систем (почти половина небесной радиовидимой полусферы). При этом каждый НС из группы 1 периодически излучает во все стороны свой, отличающийся от других НС из группы 1 радиосигнал (относительно короткая радиопосылка с закодированной информацией, например, у ГЛОНАС на своей несущей частоте для каждого НС, а у GPS на одной несущей частоте, но с разной фазой для каждого НС и т.д.). Соответствующий приемник селектирует свои радиопосылки и отождествляет их с конкретным НС из группы 1.

Важнейшим общим радионавигационным принципом для всех глобальных навигационных систем является способ определения псевдодальности (ПД) по каждому НС из группы 1 (расстояния отданного НС до конкретного приемника, получившего радиопосылку от этого НС), который состоит в следующем. В каждой радиопосылке каждого НС из группы 1 содержится очень точное время ее излучения (на НС используют атомные часы), а принявший радиопосылку приемник фиксирует в системе единого времени момент приема соответствующей радиопосылки. Тогда код ПД определяют (автоматически в приемнике) как произведение разности указанных выше моментов времени и скорости распространения радиосигнала - 300000 км/с. Таким образом определяют с привязкой к системе единого времени коды ПД каждым приемником по каждому НС из группы 1. Далее рассчитывают географическое место нахождения ЛККС на Земле как общую точку пересечения трех различных ПД (трех наклонных дальностей), полученных от трех любых кондиционных НС из группы 1 в один и тот же момент времени.

Каждая ЛККС из группы 2, имеющая заранее точно определенные координаты своей дислокации, принимает и обрабатывает радиосигналы от группы 1 радиовидимых НС 1.1, …1.n действующих глобальных навигационных спутниковых систем, при этом получают расчетные данные координат дислокации ЛККС для различных комбинаций НС навигационных спутниковых систем, при их совпадении/не совпадении в допуске между собой и с известными контрольными (эталонными) данными координат самой ЛККС из группы 2 вырабатывают решение об исправности/не исправности конкретных НС из группы 1 конкретных глобальных спутниковых навигационных систем, на основании чего блокируют использование некондиционных НС из группы 1 до их реабилитации, формируют и запоминают полученные при использовании кондиционных НС из группы 1 ДП к кодам ПД в единицах измерения длины, ДП периодически (два раза в секунду) каждая ЛККС выдает по УКВ-радиоканалу 4 на ВС 5, находящиеся в зоне действия данной ЛККС. При этом точность определения координат ВС 5 повышается примерно на порядок.

Однако все сказанное выше осуществляется только при сохранении достоверности значения эталонной координаты дислокации каждой ЛККС из группы 2. Например, при развитии сейсмической активности в конкретном регионе, где размещены ЛККС (как правило, за несколько часов и даже суток до землетрясения) поверхность Земли начинает незначительно колебаться. Эти колебания не уловимы многими специальными приборами, но очень четко влияют на работу соответствующих ЛККС, находящихся в соответствующем месте. Используемые сегодня ЛККС из группы 2 ощущают потерю своей кондиции уже при изменении эталонной координаты своей дислокации всего на 1 см.

Пусть ЛККС 2.1 и 2.2 (см. чертеж) являются наиболее близкими смежными станциями (находятся в соответствующих ближайших друг к другу аэропортах) и пусть ЛККС 2.1, выдававшая ДП 4.1 на ВС 5, находящийся в зоне действия этой ЛККС, в результате сейсмической активности с некоторого момента времени потеряла достоверность координаты своей дислокации и может формировать ДП 4.1 с ошибкой. Потерю этой достоверности определяет сама ЛККС 2.1 путем расчета своей координаты дислокации на нескольких дублирующих друг друга приемниках (предполагается, что все сразу отказать не могут), получающих избыточные радиосигналы от группы НС более трех (для расчета координаты необходимо и достаточно три НС). При этом характерным признаком является колебание в одну и другую сторону относительно эталонного значения координаты дислокации ЛККС 2.1, которая информирует об этом ЦУ 3 (для документирования на аппаратуре 3.2 документирования и отображения на табло 3.4 с помощью компьютера 3.1) и прекращает выдавать на ВС 5 ДП 4.1. Вместо этого обладающая достоверными эталонными координатами своей дислокации ЛККС 2.2 выдает ДП 4.2 на все ВС, в т.ч. ВС 5, находящиеся в зоне двух соответствующих аэропортов. При необходимости по команде от ЦУ 3 на ЛККС 2.2 увеличивают мощность передатчика 2.2.4 УКВ-канала ЛККС 2.2. Вместо этого также применяют выносные дополнительные УКВ-передатчики.

При выявлении потери достоверности значения эталонной координаты дислокации конкретной ЛККС прогнозируют землетрясение с эпицентром в указанной координате и сообщают об этом соответствующим службам.

При определении ионосферного шторма с помощью конкретной ЛККС определяют вектор его развития и предупреждают из ЦУ 3 соответствующие ЛККС из группы 2 региона о приближении к ним ионосферного шторма. На табло 3.4 коллективного пользования отображают интегральные карты региона - выборки на текущий или заданный прошлый момент времени о техническом состоянии ЕС ЛККС 2, о сейсмической активности в регионе, об ионосферном шторме.

В процессе работы ЕС ЛККС 2 на компьютере 3.1 ЦУ 3 документируют информацию о всех сообщениях от ЛККС из группы 2 и о всех указаниях ЦУ 3, которая может быть, при необходимости, просмотрена на табло 3.4 или выведена на принтер 3.3.

Реферат

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является повышение достоверности мониторинга жизнеобеспечения региона посредством единой сети. Способ, характеризующийся тем, что конкретная локальная контрольно-корректирующая станция (ЛККС), имеющая заранее точно определенные координаты своей дислокации, принимает и обрабатывает радиосигналы группы радиовидимых навигационных спутников (НС) действующих глобальных навигационных спутниковых систем с помощью последовательно соединенных: антенного модуля, блока спутниковых приемников (БСП) и вычислителя (ВЧ), передатчика УКВ, центра управления (ЦУ) с компьютером, аппаратуры документирования, принтера, табло коллективного пользования; радиоканалов УКВ для передачи ВС дифференциальных поправок (ДП). 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула