наблюдения за один оборот спутника смещается к западу на 1500...800 миль (в широте 0°... 60°), т. е. на последующих витках спутника полосы частично перекрываются. Продолжительность наблюдения спутника равна 16 мин, если трасса спутника проходит через точку наблюдения. При смещении точки наблюдения относительно трассы на расстояние 1000 миль время наблюдения уменьшается приблизительно до 14 мин.

За одни сутки такой полярный спутник можно использовать для наблюдения два раза на экваторе и четыре раза на широте 60°. Для получения дискретности определения 0,5. . . 1,5 ч в любой точке земного шара необходимо иметь 5 ... 6 спутников на орбитах, равномерно смещенных вокруг Земли. Определение по спутнику невозможно, если он виден под углом менее 7° относительно горизонта, из-за больших помех и затухания радиоволн в атмосфере.

При определении места необходимо учитывать искривление пути радиоволн при их распространении через ионосферу, которое зависит от угла места спутника и частоты принимаемых колебаний.

Если используются метровые и дециметровые волны без учета ионосферной рефракции, ошибка в местоположении может достигать нескольких сотен метров. На сантиметровых волнах ошибка практически отсутствует и может быть полностью исключена при одновременном измерении навигационного параметра на двух различных частотах.

2.1.Типы спутниковых систем

2.1.1.Спутниковые радионавигационные системы (СРНС)

Использование навигационных искусственных спутников Земли для определения места судна в море возможно с помощью радиосигналов, "связывающих" судно со спутником, который в данном случае является навигационным ориентиром с известными координатами [1,13].

Место судна может быть определено принципиально одним из двух способов:

1. На судне - по радиосигналам спутника при известных его координатах в течение всего времени движения НИСЗ или на момент определения места.

Этот способ является основным и используется в различных действующих спутниковых РНС. Определение места осуществляется обычно в пассивном режиме, при котором на судне ведется только

прием сигналов. (Возможен и активный режим, требующий установки на судне приемопередающей аппаратуры).

2. На наземной контрольной станции - по радиосигналам запроса со спутника и ответа с судна.

Ответ судна не содержит данных о его координатах, рассчитываются они на контрольной станции, где имеются траекторные данные спутника и данные о моменте получения ответа судна. Такой способ пригоден для оперативного определения местоположения судов всего флота.

При беззапросном варианте спутник не запрашивает судно, а лишь принимает от него радиосигналы. При этом контрольная станция получает данные для определения места судна. В настоящее время беззапросный способ используется в космической системе поиска аварийных судов и самолетов (КОСПАС — САРСАТ) [16,17].

Спутниковые РНС обеспечивают независимое от времени суток и года глобальное обслуживание и выдают однозначные координаты судна с точностью от нескольких кабельтовых до нескольких метров.

Обслуживание информацией судов, находящихся в различных районах Земного шара, может быть обеспечено при наличии определенного количества ИСЗ. Орбиты, по которым происходит полет спутников, выбраны таким образом, чтобы ИСЗ находились в зоне радиовидимости в течение необходимого времени или постоянно. Определение места в некоторых, ранее применявшихся СРНС, например, в СРНС «Транзит» (США) осуществлялось лишь периодически с интервалом от получаса до нескольких часов в зависимости от района плавания, а в ныне действующих СРНС, например, в СРНС «Навстар» (США); «ГЛОНАСС» (Россия) — в любой момент времени и может быть непрерывным.

Непрерывность определения или определение по нескольким параметрам, в том числе - и при использовании эффекта Доплера, обеспечивают получение не только места судна, но и вектора его скорости.

В СРНС «Транзит» скорость судна определялась с точностью 0,5 ... 1,5 уз, а в СРНС «Навстар» определяется с точностью 0,2 уз.

Функционирование НИСЗ предполагает наличие на Земле системы специальных наземных станций слежения за спутниками и управления всей системой. Как на наземных станциях, так и на спутниках устанавливаются различные радиотехнические устройства, обеспечивающие радиосвязь между ними и передачу сигналов со спутника на судно.

На судне применяется приемоиндикатор, осуществляющий прием радиосигналов, их обработку и выдачу необходимой информации. Все это может быть выполнено только при объединении приемоиндикатора с ЭВМ. Поэтому, несмотря на то, что первые СРНС появились в середине 60-х годов, массовое применение приемоиндикаторов на судах торгового и рыбопромыслового флота стало возможным спустя не менее 10 лет, когда появились недорогие ЭВМ, выполненные на интегральных схемах.

Например, плата приемника современного приемоиндикатора СРНС «Навстар» содержит: высокочастотный приемный тракт, устройства сложной математической обработки принятых из космоса сигналов, компьютер с большим быстродействием и значительной памятью, микроэлектронные схемы его сопряжения с внешними устройствами и другие сложные элементы. Сама плата имеет несколько слоев печатного монтажа и обеспечивает одновременный прием и обработку сигналов до восьми спутников. Управляют этим «ансамблем» уникальные математические алгоритмы, реализованные в виде машинных программ [25].

2.1.2.Спутниковая система морской радиосвязи

Оборудование ИСЗ радиотехнической аппаратурой для ретрансляции сигналов дало возможность создать глобальную систему радиосвязи при ограниченном количестве спутников. Применение радиоволн короче 10 м обеспечивает независимость системы связи от времени суток и года, следовательно, делает эту связь весьма надежной. Важным преимуществом такой спутниковой системы является возможность работы широкополосными сигналами и, следовательно, применения многоканальной радиосвязи через один и тот же комплект приемопередающей аппаратуры, установленной на Земле, спутнике и судне. Через один спутник одновременно сможет передаваться свыше сотни телефонных сообщений. Таким образом, предоставляется возможность передавать радиосообщения как циркулярно всем судам, так и индивидуально отдельным судам, находящимся в пределах зоны радиовидимости данного ИСЗ. Несколько ИСЗ, расположенных на соответствующих орбитах и работающих в единой системе, в состоянии перекрыть весь земной шар.

С 1981 г. действует международная система спутниковой радиосвязи ИНМАРСАТ, использующая четыре ИСЗ на экваториальных геостационарных орбитах высотой около 36000 км.

Спутниковая система ИНМАРСАТ применяется в глобальной морской системе связи при бедствии и для обеспечения безопасности мореплавания – система ГМССБ. (Английская аббревиатура GMDSS

– The Global Maritime Distress and Safety System).

На судах морского флота связь через спутники системы ИНМАРСАТ осуществляется с помощью специальной приемопередающей аппаратуры, называемой «судовым терминалом спутниковой связи». В состав аппаратуры входит надпалубное и подпалубное оборудование. Надпалубное оборудование представляет собой направленную антенну параболического типа, которая с помощью микропроцессора и следящего привода все время наводится на ИСЗ при любом курсе и наличии крена или качки судна

[16,17].

Для защиты от внешних воздействий вся аппаратура антенного устройства закрывается радиопрозрачным колпаком. В первых терминалах спутниковой связи антенное устройство имело большую массу (до 300 кг) и габариты, на него приходилась основная часть стоимости аппаратуры. В настоящее время масса снизилась до нескольких десятков килограммов. Стали применять ненаправленные антенные устройства массой около 10 кг, однако такое устройство обеспечивает только телексную (более узкополосную) связь.

Подпалубное оборудование содержит передающее, приемное и другие устройства, обеспечивающие необходимый вид связи (радиотелефонию, телекс, факсимильную связь).

Через связные ИСЗ возможны и телевизионные передачи, если на судне имеется соответствующая антенна.

Судовые терминалы спутниковой связи непрерывно упрощаются, габариты их надпалубного устройства уменьшаются, стоимость аппаратуры снижается. Разрабатываются устройства для связи через один терминал одновременно с тремя корреспондентами на берегу, скоростной передачи информации с научных судов и т. д.

2.1.3. Спутниковая система поиска и спасания на море

Определение места судна по радиосигналам пролетающего ИСЗ позволило решить обратную задачу — по принятым на ИСЗ радиосигналам с судна определить место судна. Используя ИСЗ на круговой орбите даже не очень большой высоты, можно иметь достаточно обширную зону радиовидимости и осуществить одновременный прием сигналов от многих судов, находящихся в этой

зоне. Несколько ИСЗ, работающих в общей системе, дают возможность обслуживать весь земной шар.

Целесообразность создания такой системы для поиска аварийных судов и самолетов позволила в 1977 г. четырем странам (СССР, США, Канада, Франция) приступить к разработке такой системы.

В 1982 г. в СССР для этой цели был запущен первый ИСЗ, затем в 1983 г. произведен запуск одного советского и одного американского спутников, а в 1984 г. — еще двух спутников каждой страной. Спутники выведены на круговые орбиты, близкие к полярным, высотой около 1000 км и периодом обращения 103... 105

мин [17].

Система получила название КОСПАС — САРСАТ (COSPASSARSAT – Космическая система поиска аварийных судов - Search and rescue satellite – aided tracing system), так как в ее составе имеются устройства, независимо разработанные в СССР и США. Позже к системе, помимо Канады и Франции, подключился в качестве пользователей ряд других стран. Для передачи сигналов бедствия через ИСЗ системы КОСПАС—САРСАТ на судне необходим аварийный радиобуй или аварийная радиостанция, излучающие радиосигналы на частотах 121,5 МГц и 406,025 МГц. Излучение ведется кратковременными посылками длительностью около 0,5 с с интервалами 50 с. Поэтому одновременно в зоне видимости могут подавать сигналы без взаимных помех до 20 аварийных судов. Используя эффект Доплера, аппаратура ИСЗ определяет координаты источника радиосигналов с точностью 3 ... 5 км и передает эти данные по радиоканалу на наземный приемный пункт информации (ППИ), который по наземным линиям связи пересылает их в центры КОСПАС

— САРСАТ.

Если при подаче аварийных сигналов ИСЗ находился не в зоне радиовидимости ППИ, то информация на спутнике запоминается до вхождение его в эту зону. Всего на ИСЗ может быть запомнена информация от 200 аварийных судов за время одного оборота спутника. При ограниченном количестве ИСЗ для избежания пропуска приема сигналов на спутнике, пока он находится не в зоне радиовидимости, в течение нескольких часов аварийный буй работает без выключения.

В Советском Союзе промышленность выпускала аварийный радиобуй «КОСПАС-АРБ-МК» для системы КОСПАС—САРСАТ, предназначенный для определения местоположения судов, потерпевших аварию по радиомаяку спутникового канала (АРБ-406) и