Батиметрия в условиях высокой электромагнитной интерференции. Навигационно-геодезическое обеспечение.

Невозможно переоценить значение периодического выполнения промеров глубин при обеспечении безопасности плавания судов в акваториях морских портов и на подходах к ним.  

Основными задачами таких промеров являются:

-выявление габаритов судоходных объектов морских путей;

-определение объемов планируемых и выполненных дноуглубительных работ;

-выявление величины и интенсивности заносимости судоходных объектов морских путей;

-обеспечение объектов дноуглубительных работ плановой разбивкой и вынос в натуру и обозначение на местности границ участков работ с заданной проектной точностью;

-обеспечение объектов дноуглубительных работ промерными материалами;

-контроль за состоянием мест отвалов (свалок) грунта и подходных путей к ним;

-контроль за качеством работы земснарядов и другие задачи.

Периодичность, точность, подробность и другие характеристики таких обследований нормируется ведомственными инструкциями. 

Промеры выполняются однолучевыми или многолучевыми промерными комплексами в состав которых, входят ГНСС приемники, обеспечивающие определение планово-высотного положения судна с требуемой точностью.  

С 2022 года, акватории портов и судовые пути защищаются средствами постановки помех, которые во многих случаях полностью блокируют прием сигналов от навигационных спутников обычными средствами, при этом порты продолжают функционировать и нужно обеспечивать безопасность плавания судов.

Одним из действенных способов НГО промерных работ в таких условиях является использование специализированных многоэлементных антенных решеток с адаптивной диаграммой направленности – противопомеховых антенн совместно с мультисистемными ГНСС приемниками.

В период с 19 по 20 ноября 2024 года в целях выполнения промерных работ специалистами Заказчика ООО "ГНСС плюс" в акватории одного из южных портов РФ, где помеховая обстановка не позволяет использовать обычные средства навигации, были привлечены  специалисты и оборудование ГНСС плюс, в задачу которых входило обеспечение определения места судна в условиях высокой электромагнитной интерференции.

При проведении работ параллельно решались две задачи – обеспечение позицией однолучевого промерного комплекса на основе ПО Trimble HYDROPro Navigation и эхолота Konsberg EA-400 и проведение испытаний морской модификации противомеховой антенны.

Были задействованы три независимых комплекта ГНСС оборудования:

-приемник Заказчика GNSSPLUS G77 и антенна CVX600А образовывали чистый канал;
-приемник GNSSPLUS G77 и 7-ми элементная противопомеховая антенна в OEM исполнении образовывали эталонный канал «антипомехи»;
-приемник GNSSPLUS G77 и 7-ми элементная противопомеховая антенна в исполнении Marine образовывали основной канал «антипомехи», который выдавал навигационную информацию в промерный комплекс в формате NMEA c частотой 5 Гц. 

Все приемники имели одинаковые настройки. Функция anti-jamming во всех приемниках была установлена в режим Auto. Противопомеховые антенны работали в режиме адаптивной решетки.

 

Антенна имеет 6 B1L1E1 антенных элементов и один элемент Full GNSS, одночастотный контур которого также используется при работе в режиме адаптивной решетки. Эта антенна оснащена разъемом TNC для подключения сигнального кабеля и 9-ти пиновым разъемом mini-D для подключения интерфейса и питания.

Антенна комплектуется 15-ти сантиметровым кабелем интерфейс/питание с разъемом mini-D с одной стороны и не заделанными проводками с другой, что обеспечивает удобство интеграции и позволяет пользователю изготовить кабель интерфейс/питание требуемой длины. Для установки антенны в корпусе имеются 4 сквозных отверстия.

Эта антенна содержит 6 B1L1E1 элементов и 1 высокоточный мультидиапазонный ГНСС элемент (Full GNSS), одночастотный контур которого также используется при работе в режиме адаптивной решетки. Антенна оснащена фильтром внеполосных помех, имеет покрытие стойкое к солевому туману, выдерживает ударные нагрузки до 50g и имеет класс защиты IP67.

Антенна оборудована установочным адаптером с центральной резьбой 5/8 дюйма. Также возможно крепление антенны на 4 винта. На корпус антенны нанесена диаграмма с промерами до L1 и L2 фазового центра высокоточного элемента, что будет востребовано при выполнении высокоточных работ в условиях отсутствия помехи.

Антенна имеет разъем TNC для подключения к ГНСС приемнику, а также разъем типа Lemo для подключения питания и интерфейса. 

В комплект антенны входят кабель интерфейс/питание, USB/RS232-422 преобразователь и блок питания от сети 220VAC. Запись данных по всем каналам велась одновременно с частотой 1 Гц в виде сообщения BESTPOSA и файлов RINEX 3.02. Кроме того, по каналам «антипомехи» с антеннами OEM и Marine велась  запись телеметрии антенн в память приемников. Указанное оборудование было смонтировано на промерном катере МГК-2.

Выполнение промеров глубин и проведение испытаний 

В первый день работ, при запуске оборудования у причала, оба канала антипомехи быстро вышли в режим определения позиции с количеством спутников в решении 10 и более. Применительно к решаемой задаче автономный режим позиционирования был признан достаточным по точности и было решено приступить к промеру глубин.

День первый

Каналы антипомехи с антеннами Marine и OEM стабильно определяли позицию. Заметных сбоев выявлено не было.

День второй 

Канал антипомехи с антенной Marine испытывал значительные затруднения с выходом в режим, соотношения сигнал/шум отображали скачки с периодическим переходом ниже границы в 20 дБ по сигналам Beidou, сигналы от спутников Navstar по этому каналу не принимались. 

Стоит отметить, что антенна Marine была расположена несколько ближе к стенке причала, чем антенна OEM, катер был пришвартован в углу между двух причальных стенок и сами стенки были на уровне установки антенн. В десятке метров от кормы катера было пришвартовано более крупное судно, а на причале были расположены козловые краны. Т. е. условия были, пожалуй, максимально сложными для приема спутниковых сигналов плюс действие помехи.

При отходе от перечисленных препятствий на расстояние порядка 40 метров, канал антипомехи с антенной Marine вышел в режим стабильного определения позиции. 

По результатам двух дней можно сделать вывод, что задача навигационно-геодезического обеспечения батиметрических работ в условиях помех успешна выполнена. Оба канала антипомехи обеспечили надежное позиционирование на промерных галсах.

Анализ полученных результатов 

Погрешность позиционирования доступная в автономном режиме не всегда отвечает задачам изысканий, поэтому вопрос повышения точности при работе в зоне помех интересует многих. В различных испытаниях, проведенных в течение этого года, этому вопросу уделяется должное  внимание и пробуются различные варианты реализации дифференциального режима. Успешность и результирующая погрешность различаются от проекта к проекту. 

В отдельных случаях, при невысоком уровне помех, получается реализовать режим RTK подключившись посредством сотовой связи к NTRIP серверу, передающему поправки от одиночной базовой станции или сети БС, расположенных в районе работ и не подверженных влиянию помех. Погрешность определения планово-высотного положения при этом лежит на уровне от сантиметров для фазового режима, до дециметров и даже нескольких метров для кодового.

Определенное ограничение на получение высокой точности на расстояниях свыше 10 км от базовой накладывает наличие только одночастотных измерений в режиме адаптивной решетки в протестированных моделях противопомеховых антенн. 

Также отсутствие измерений по двум частотам в режиме адаптивной решетки не позволяет применять доступные бесплатные PPP-сервисы B2b и E6-HAS, при том, что в отсутствии помех, при работе по центральному Full GNSS-элементу, эти сервису доступны и обеспечивают погрешность определения планового положения на уровне первых дециметров.

Было отмечено, что в зоне помехи внутренняя оценка точности, реализованная в приемниках, отображает значения, вероятно, не являющиеся достоверными. Например, несмотря на индицируемую погрешность в несколько десятков или даже сотен метров, реальная траектория при движении по железнодорожным путям, полосам автомобильных дорог и при движении судна по промерным галсам намного стабильнее. 

Поскольку как-то нужно оценивать погрешность позиционирования в отсутствии других способов, на графиках представленных ниже приведены погрешности, вычисленные внутренними алгоритмами приемников.

Графики погрешностей по внутренней оценке приемника - день первый

Графики погрешностей по внутренней оценке приемника - день второй 

Основные выводы 

Во-первых, стоит отметить качество работы чистого канала в первый день, несмотря на помеху, приемник G77 в связке с антенной CVX600A позволили определять местоположение на отдельном участке траектории. Каналы антипомехи уверенно отработали всю траекторию в первый и во второй день. Скачок погрешности в центральной части траектории в первый день соответствует моменту сбоя в работе судового генератора, противопомеховые антенны был запитаны от  судовой сети. Приемники G77 имеют встроенный аккумулятор и на них это никак не повлияло. После восстановления питания оба канала антипомехи быстро вышли в рабочий режим.

При выполнении данного промера отсутствовала подписка на подключение к дифференциальному сервису, реализуемому на основе сети базовых станций, хотя при анализе доступности данных сервисов было выяснено, что район ответственности находится в зоне уверенного покрытия по крайней мере двух различных сетей БС. Поэтому использовался бесплатный сервис SBAS (EGNOS), реализуемый посредством передачи поправок от геостационарных спутников в диапазонах частот L1 и L5.  

Центральная часть траектории по каналу G77 + антенна Marine во второй день была отработана в дифференциальном режиме, что позволило повысить точность по внутренней сходимости и исключить скачки погрешности.

При визуальном контроле количества спутников при проведении промера было отмечено, что на открытой акватории канал с антенной Marine индицировал больше спутников как в слежении, так и в решении. 

При анализе качества приема сигналов на основе сырых данных из файлов RINEX можно отметить, что канал с антенной OEM обеспечивал меньшее количество срывов фазовых циклов для сигналов от спутников, находящихся на углах возвышения более 30°, при этом соотношение сигнал шум по некоторым спутникам Beidou было более высоким, чем по каналу c с антенной Marine.

За получением более подробной информации о проведенных испытаниях и обработке полученных результатов обращайтесь к инженерам нашей компании.