Основы навигационного обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации

38

УТВЕРЖДАЮ

Начальник

Военной кафедры

Московского института инженеров

геодезии, аэрофотосъемки и картографии

Н.Лашков

«     » сентября 2011 г.

ЛЕКЦИЯ: Основы навигационного обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации

Москва

2011

38

Содержание

Введение

1. Основные понятия, цель и задачи навигационного обеспечения

2. Создание системы навигационного  обеспечения Вооруженных Сил Российской Федерации

3. Направления использования и развития систем навигации, применяемых при навигационном обеспечении Вооруженных Сил Российской Федерации

Заключение

Литература

38

Текст лекции

Введение

Важнейшей задачей топогеодезического и навигационного обеспечения (ТГ НО) является подготовка и доведение до войск исходных геодезических данных (ИГД). ИГД устанавливают единую систему отсчета координат и гравитации, фиксируют взаимное положение точек местности и объектов, обеспечивают применение средств разведки и управления оружием, обслуживают функционирование компьютерных географических информационных систем, поддерживают работу автоматизированных систем управления войсками.

Наиболее высокие требования к ИГД по составу и точности предъявляют системы оружия стратегического назначения. В частности, для обеспечения ракетного комплекса «Тополь» в точке старта ракеты необходимо знать пространственные координаты, азимут контрольного направления, значение ускорения силы тяжести, составляющие уклонения отвеса. Ввиду большой сложности подготовки такого комплекса астрономо-геодезических и гравиметрических данных  основная часть геодезических работ в настоящее время должно выполняться заблаговременно, что связанно  с оперативно-тактическими ограничениями на организацию боевого применения подвижного грунтового ракетного комплекса. Обязательным условием постановки подвижного грунтового ракетного комплекса на боевое дежурство является подготовка позиционного района в астрономо-геодезическом и гравиметрическом отношении. С применением штатных средств и методов выполнения геодезических работ затраты времени на подготовку маршрута боевого патрулирования ракетной дивизии составляют от 7 до 20 месяцев. Переход на площадной принцип боевого применения подвижного грунтового ракетного комплекса связан с многократным увеличением объема специальных геодезических  работ. Поэтому фактор астрономо-геодезического обеспечения становится критическим для перспективного подвижного грунтового ракетного комплекса «Тополь-М».

В сухопутных войсках основным видом потребляемых ИГД являются пространственные координаты объектов и азимуты ориентирных направлений. Снижение требований к составу и точности ИГД со стороны сухопутных войск не снижает остроты проблемы. С развитием средств и способов ведения войны ТГиНО становится ключевым элементом системы боевого управления войсками, расширяется круг потребителей геодезических данных, возрастают требования к оперативности  методов определения координат. Например, при подготовке и в ходе общевойскового боя в составе мотострелкового полка требуется выполнять привязку 20-25 огневых и технических позиций и различных постов оптико-электронного и радиолокационного наблюдения, при этом время готовности ведения огня с марша для минометных батарей составляет всего 1.5 минуты. Как показывает опыт локальных войн и вооруженных конфликтов, отсутствие  геодезических данных часто делает самое совершенное оружие не только бесполезным с военной точки зрения, но и губительным для своих войск и мирного населения. А для подразделений, действующих на местности автономно, наличие датчиков координат имеет жизненно важное значение.

Таким образом, уровень ТГиНО должен быть адекватным боевому потенциалу войск и оружия. Перспективы совершенствования средств подготовки ИГД состоят в активном использовании достижений в области создания систем навигации.

Основная часть

1. Основные понятия, цель и задачи навигационного обеспечения

Основные понятия навигации показаны на слайде № 4.

Под навигацией понимается – область отношений, возникающих в процессе научной, технической и эксплуатационной деятельности при решении навигационных задач управления морскими и речными судами (морская и речная навигация), летательными аппаратами (воздушная навигация), космическими аппаратами (космическая навигация) и наземными мобильными объектами (наземная навигация).

Основными задачами навигации являются ориентирование в пространстве и времени, расчет и выбор оптимального маршрута движения с целью обеспечения безопасности движения.

Главная задача навигации – безопасный и экономичный (по затратам времени и топлива) вывод объекта в заданную точку пространства.

Для решения задач навигации необходима следующая информация:

- координаты местоположения;

- навигационные элементы.

Навигационные элементы подразделяются:

на элементы движения;

на навигационные параметры функционирования навигационной системы).

Решение главной навигационной задачи зависит от точности навигационных элементов получаемых и обрабатываемых в процессе навигации. Функционально от точности навигации зависят возможность выполнения поставленной задачи и живучесть объекта, на котором установлена навигационная система.

С древних времен человек использовал знания о навигации. Простейшее ориентирование на местности – это тоже один из элементов навигации, который человек использует в своих целях

С совершенствованием общества и знаний человека совершенствовалась и навигация. Появились простейшие схемы (карты) которые человек использовал для планирования маршрутов и передвижения.

Человек научился ориентироваться по Солнцу и звездам, используя эти знания в судовождении (особенно на морях), а также в случае длительных сухопутных и воздушных передвижений.

Прогресс систем навигации сделал резкий скачек в развитии в XX веке в связи с появлением гироскопических и инерциальных систем навигации. Но одной из основополагающих, системообразующих, стержневых систем в навигации, стали глобальные навигационные спутниковые системы (далее – ГНСС) ГЛОНАСС/ GPS.

Увеличение погрешности навигации (погрешности навигационной информации) приводит к снижению вероятности выполнения поставленной задачи (рис.1) и увеличению вероятности уничтожения собственного объекта.

Рис. 1. Зависимость вероятности выполнения поставленной задачи

Увеличение времени навигационных определений (рис. 2) приводит к увеличению точности навигации и уменьшению живучести собственного объекта.

Рис. 2. Зависимость вероятности выполнения поставленной задачи

Навигационное обеспечение - комплекс (система) мероприятий, проводимых в целях создания и поддержания благоприятных условий для навигации мобильных объектов и эффективного применения систем и комплексов вооружения и военной техники.

Цели и основные задачи навигационного обеспечения перечислены на слайде № 5.

Определим цели и основные задачи навигационного обеспечения военных действий применительно к спутниковой навигационной системе:

создание, поддержание и контроль единого радионавигационного поля с заданными характеристиками по точности, целостности и пространственному охвату в районах оперативного предназначения и на маршрутах перемещения войск;

создание региональных (локальных) корректирующих радионавигационных полей мобильными или стационарными контрольно – корректирующими станциями в районах оперативного предназначения и на маршрутах перемещения войск;

организация обеспечения войск (сил) средствами навигационного обеспечения и средствами навигационной информации (СНО и СНИ) для выполнения задач подвижными и стационарными объектами с использованием навигационных систем;

Эффективное выполнение задач навигационного обеспечения достигается выполнением следующих мероприятий.

подготовка территорий для обеспечения навигации (навигационное оборудование районов);

создание единого радионавигационного поля [1];

создание СНО и СНИ, рассредоточение запасов на складах и в войсках;

централизованное руководство навигационным обеспечением со стороны штабов и вышестоящих органов управления топографической службы;

высокой профессиональной подготовкой специалистов создающих СНО и СНИ;

высокой профессиональной подготовкой специалистов использующих СНО и СНИ;

взаимодействие органов военного управления и постоянное ведение топографической разведки для уточнения навигационной обстановки [2].

В мероприятиях по навигационному обеспечению участвуют - космические войска, органы военного управления и воинские части топографической службы, объединения, соединения и воинские части.

Навигационное обеспечение Вооруженных Сил основано на использовании государственной системы координат и времени и решает следующие задачи:

установление единой системы отсчета координат и времени для всех видов Вооружений Сил и родов войск;

точная фиксация положения отдельных элементов боевого порядка с целью организации взаимодействия войск по месту и времени;

обеспечение исходными данными средств навигации, разведки, и целеуказания;

обслуживание автоматизированных систем управления войсками и оружием;

поддержка функционирования компьютерных технологий сбора, обработки, хранения и передачи информации о местности, систем обмена данными военного назначения;

создание условий для применения вычислительных методов подготовки данных для принятия решений (Слайд 2).

Навигационное обеспечение становится непременным фактором совершенствования оружия. Развитие военных технологий предполагает объединение средств разведки и целеуказания, органов управления, средств огневого поражения противника в единую систему, создание разведовательно-огневых и разведовательно-ударных комплексов, состоящих из множества взаимосвязанных элементов.

Методы определения координат и других навигационных параметров показаны на слайде №6.

В основе абсолютного способа определения координат лежит решение пространственной линейной засечки, где нам известны координаты спутников (эфемеридная информация) и вычисляем различными способами дальности до видимых спутников (измерительная информация). Для нахождения координат решаем систему линейных уравнений.

Относительный способ в основе использует способ абсолютных определений и дополнительной используется прием уточнения навигационных параметров или непосредственно определяемых координат.

На слайде № 7 показаны основные рабочие формулы.

Абсолютные вычисления производит микропроцессор, расположенный в навигационной аппаратуре. Для относительных определений, как правило, используется отдельный компьютер.

На слайде № 8 показаны составные части и основные характеристики спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и НАВСТАР (США).

Характеристики этих систем принципиально не различаются.

На слайде № 9 показана мгновенная доступность (сколько спутников ГЛОНАСС можно было увидеть одновременно) на 31 августа 2008 г. В настоящее время ситуация изменилась к лучшему.

Необходимо отметить, что, несмотря на свою глобальность, систему навигационного обеспечения необходимо рассматривать в комплексе, так как техногенность и подверженность воздействию космической группировки ГЛОНАСС/GPS делает возможность ее устойчивого использования только в мирный период.

Систему навигационного обеспечения необходимо рассматривать как совокупность средств навигации (ГНСС, радионавигационных систем, инерциальных систем, гироскопических систем, систем ориентации, топографических, цифровых, электронных, навигационных карт, различных планов, схем и т.п.).

Решение задачи навигации предполагает определение координат подвижного объекта, а также его скорость и направление движения. В настоящее время в мире применяется четыре типа систем наземной навигации:

- системы счисления пути одометрического типа;

- радионавигационные системы наземного базирования;

- спутниковые навигационные системы;

- инерциальные навигационные системы.

На слайде № 10 показаны образцы навигационной аппаратуры состоящей на вооружении в ВС РФ.

СНС поддерживает точные, достаточно производительные и экономические технологии определения координат подвижных и стационарных объектов. Однако применение СНС в условиях крупного военного конфликта может быть существенно ограничено по ряду причин. Во-первых, СНС включает множество элементов, которые могут выйти из строя в результате преднамеренного воздействия. Даже в мирное время МО США оставляет за собой право изменять расписание работы космического сегмента без уведомления потенциальных потребителей. Подобные изменения ощутимо мешают навигационным и геодезическим определениям. Во-вторых, на работу аппаратуры потребителя   оказывает влияние окружающая обстановка. Под кронами деревьев, возле высоких сооружений, в закрытой местности, в горах и на территории городской застройки прием сигналов сильно затруднен, показания аппаратуры нередко содержат большие никак не обнаруживаемые погрешности. В-третьих, полное решение задач навигации требует определения, как минимум, шести элементов - трех линейных пространственных координат и трех угловых координат ориентировки объекта. CНС не дает естественного способа определения углового положения объекта, тем более не приемлема для измерения параметров силового поля Земли на ее поверхности.