ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ВОЙСК НАЦИОНАЛЬНОЙ ГВАРДИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (РОС Г ВАРДИЯ)

1 лавное управление вневедомственной охраны

УТВЕРЖДЕНЫ Начальником ГУ ВО Рос гварди и генерал-майором полиции А.В. Грищенко 16 ноября 2018 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Применение оборудования навигационно-мониторинговых систем в практической деятельности подразделений вневедомственной охраны войск национальной гвардии Российской Федерации

Р073-2018

Москва 2018

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ    4

1    Термины и определения    5

2    Общий анализ современных методов и технологий определения

местоположения    11

2.1    Принцип определения местоположения с помощью спутниковой

навигационной системы    11

2.2    Определение местоположения на основе навигационного счисления

пути    14

2.3    Определение местоположения в системах сотовой связи    16

2.4    Определение местоположения с помощью радиопеленгации    17

2.5    Гйбридные технологии определения местоположения    18

3    Краткие сведения о глобальных навигационных спутниковых

системах    20

3.1    GPS    20

3.2    ГЛОНАСС - история и перспективы развития    22

3.3    Средства функциональных дополнений    27

4    Навигационная аппаратура потребителей ГЛОНАСС и

ГЛОНАСС/GPS    29

5    Принципы построения СНМС    33

5.1    Терминал мобильный    34

5.2    Центр мониторинга    37

5.3    Способы передачи телеметрической и служебной информации 40

5.4    Схема навигационного мониторинга и управления подразделениями

вневедомственной охраны Росгвардии    44

6 Опыт использования СНМС подразделениями вневедомственной охраны войск национальной гвардии Российской Федерации в субъектах Российской Федерации    47

2 Общин анализ современных методов и технологий определения местоположения

В настоящее время для определения географического местоположения используют следующие технологии:

-технология определения местоположения на основе спутниковой навигации;

-технология    определения    местоположения    на    основе

навигационного счисления пути;

-    технология определения местоположения в системах сотовой связи;

- технология    определения    местоположения    на    основе

радиопеленгации;

-    гибридные технологии определения местоположения.

2.1 Принцип определения местоположения с помощью спутниковой навигационной системы

Спутниковая навигационная система — комплекс технических и программных средств, позволяющих получить свои координаты в любой точке земной поверхности путем обработки спутниковых сигналов. Основными элементами любой СНС являются (рисунок 1):

-    космический сегмент, в который входит орбитальная группировка искусственных спутников Земли;

-    сегмент управления - сеть наземных станций слежений и управления за искусственными спутниками Земли;

-    сегмент потребителей - приемники сигналов со спутников.

Рисунок 1 - Основные элементы навигационных спутниковых систем

Спутники постоянно перелают информацию о своем положении на орбите, наземные стационарные станции обеспечивают мониторинг и контроль положения спутников, а также их технического состояния. Приемное оборудование представляет собой различные спутниковые навигационные приемники (навигаторы), которые используются людьми в своей профессиональной деятельности или быту.

Принцип работы СНС основан на измерении расстояния от антенны приемного устройства до спутников, положение которых известно с большой точностью.

Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала, передаваемого спутником на приемник. Для определения координат приемника достаточно знать положение трех спутников. На деле используются сигналы с четырех (или более) спутников — для устранения погрешности, вызванной разницей между часами спутника и приемника. Более наглядно принцип определения местоположения по сигналам от спутников изображен на рисунке 2.

Зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, программа «зашитая» в навигатор вычисляет его положение в пространстве, таким образом, СНС позволяет быстро определить местоположение с высокой точностью в любой точке земной поверхности, в любое время, при любых погодных условиях.

Рисунок 2 - Определение местоположения с помощью спутников

Каждый спутник системы, помимо основной информации, передает также вспомогательную, необходимую для непрерывной работы приемного оборудования, в т.ч. полную таблицу положения всей спутниковой группировки, передаваемую последовательно в течение нескольких минут. Это необходимо для ускорения работы приемных устройств.

Общим недостатком использования любой навигационной системы является то, что при определенных условиях сигнал может не доходить до приемника, или приходить со значительными искажениями или задержками. Например, практически невозможно определить свое точное местонахождение внутри железобетонного здания, в тоннеле, в густом

лесу. Для решения этой проблемы используются дополнительные навигационные сервисы, такие, например, как А-GPS, который будет рассмотрен далее.

Сегодня в космосе работает несколько глобальных навигационных спутниковых систем:

-GPS (или NAVSTAR) — американская ГНСС, управляется Министерством обороны США;

-    ГЛОНАСС — российская ГНСС;

-    Galileo — европейская ГНСС.

Кроме того, некоторые страны разработали и развернули региональные ГНСС, например Китай и Индия, соответственно — Beidou и IRNSS, отличающиеся небольшим количеством спутников и национально-ориентированные.

2.2 Определение местоположения на основе навигационного счисления пути

Одним из методов определения местоположения подвижных объектов является метод навигационного счисления пути, называемый также методом инерциальной навигации. Этот метод предполагает оснащение транспортного средства датчиками направления (курса) и пройденного пути, по показаниям которых определяется местоположение объекта (рисунок 3).

Рисунок 3 - Структу рная схема устройства инерциальной навигации

Инерциальные навигационные системы имеют ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с другими системами навигации. Основное -полная автономность работы, а именно, для определения местоположения не требуется никаких внешних радиосистем. Функционально бортовое оборудование состоит из следующих блоков: датчика угловой ориентации, датчика пути и вычислительного блока. Принцип работы оборудования основан на непрерывном определении магнитного азимута движения и пройденного пути, на основании чего и вычисляются текущие координаты подвижного объекта.

Несмотря на свои преимущества, широкое распространение подобные системы до настоящего времени не получили из за высокой стоимости инерциальных приборов.

Вместе с тем, элементы инерциальных систем могут быть использованы для повышения точности определения координат в ряде случаев, например для СНС в условиях отсутствия информационного

сигнала в тоннеле.

2.3 Определение местоположения в системах сотовой связи

Поскольку в системах сотовой связи основным измерительным инструментом служит радиосигнал, соответственно методы определения местоположения основаны на классической пеленгации: дальномерной, угломерной и разностно-дальномерной.

Решение задачи определения местоположения в сетях сотовой связи началось с простейшего метода, который получил название Cell ID (числовой идентификатор "соты"). Этот метод основывается на определении местоположения абонента с точностью до соты путем фиксации базовой станцией сигнала радиотелефона, а при приеме несколькими станциями - определения максимальной амплитуды сигнала (рисунок 4).

Uk*m mw

Рисунок 4 - Схема определения местоположения в системе сотовой

связи

Территория, в которой может находиться абонент, может быть

уточнена, если используются секторные антенны.

В этом случае, при приеме сигнала несколькими базовыми станциями грубо вычисляются направления его прихода. Погрешность местонахождения таким способом достаточно низка и может доходить до 30 км.

Поэтому большинство существующих предложений систем определения местоположения на основе сотовых сетей базируется на трех более современных технологиях:

-    технологии времени прибытия TOA (Time of Arrival), основанной на измерении и сравнении интервалов времени прохождения сигнала от мобильного телефона абонента до нескольких базовых станций;

-    технологии разности времен OTD (от англ. Observed Time Difference), основанной на измерении и сравнении интервалов времени прохождения сигналов от нескольких базовых станций до мобильного телефона абонента;

-технологии совмещения сотовых телефонов с приемниками спутниковой радионавигации А-GPS (от англ. Assisted Global Positioning System), основанной на встраивании GPS-приемников в мобильные телефоны.

2.4 Определение местоположения с помощью радиопеленгации

Принцип работы системы основан на приеме сетью стационарных радиоприемных центров сигнала, излучаемого малогабаритным радиопередатчиком-маяком, и вычисления области возможного местоположения радиомаяка методом триангуляции. Точность определения местоположения зависит от плотности размещения стационарной радиоприемной сети на территории населенного пункта и может составлять единицы метров.

Радиопеленгационная система, несмотря на относительную дешевизну бортового оборудования, требует развертывания и поддержания разветвленной и достаточно дорогостоящей инфраструктуры стационарных средств навигации. Кроме того, пеленгация в городских условиях не способна обеспечить требуемую точность позиционирования подвижных объектов, существенно загружает радиопространство и не гарантирует получение навигационных данных от подвижных объектов при попадании их в радиотень одного из трех минимально необходимых приемников.

2.5 Гибридные технологии определения местоположения

В последние годы, для нужд различных потребителей создаются навигационные системы, использующие преимущества разных технологий.

Так совместное применение инерциальной навигационной системы и глобальной навигационной спутниковой системы позволяет объединить достоинства и скомпенсировать недостатки, присущие каждой из систем в отдельности (рисунок 5).

Лнтсма СНС

Рисунок 5 - Структурная схема навигационного устройства, совмещающего применение инерциальной и спутниковой систем

навигации

В то время как ошибки ГНСС обусловлены наличием помех в радиоканале, эфемеридными погрешностями и так далее, погрешности инерциальной навигационной системы имеют характер долгопериодической волны и не подвержены влиянию внешних факторов. Кроме того, в условиях ограниченной видимости спутников, навигационный приёмник ГНСС прекращает выдачу навигационной информации, что в ряде случаев совершенно недопустимо. Использование инерциальной навигационной системы позволяет компенсировать эти потери.

Совместное применение технологий сотовой связи и спутниковой навигации, позволили создать метод определения местоположения - A-GPS (рисунок 6). А-GPS позволяет принимать даже самые слабые спутниковые сигналы, что позволяет определять местоположение в «мертвых зонах» (тоннелях, впадинах, на узких городских улицах, окружённых высотными зданиями).

A»u«d GPS Sever ЛссмслфуюалД сервер Мобильиое устройство с GPS ормшиюм Рисунок 6 - Схема определения местоположения по технологии A-GPS

Принцип технологии А-GPS заключается в передаче потребителю через сеть сотовой связи уточнённых навигационных данных от эталонного навигационного приёмника.

3 Краткие сведения о глобальных навигационных спутниковых системах

Как уже было сказано выше, ГНСС имеют одно несомненное преимущество перед другими навигационными системами - доступность, т. е. способность обеспечивать проведение навигационных определений в заданный момент времени в определенной зоне действия. В соответствии с действующим законодательством в подразделениях вневедомственной охраны войск национальной гвардии Российской Федерации разрешается использовать системы мониторинга и охраны подвижных объектов на основе ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS. Поэтому в данных методических рекомендациях будет рассмотрено оборудование, использующее сигналы этих двух ГНСС.

3.1 GPS

GPS (от англ. Global Positioning System) известная и под другим названием - NAVSTAR (от англ. Navigation Satellite Timing and Ranging) разработана по заказу и находится под управлением министерства обороны США. Первый спутник системы был запущен на орбит)' в 1978 году.

Система предназначена для высокоточного определения трех координат места, составляющих вектора скорости и времени различных подвижных объектов.

Система GPS, состоит из подсистемы космических аппаратов, подсистемы контроля и управления и подсистемы потребителей.

ПКА образована орбитальной группировкой, номинально состоящей из 24-х основных НКА и 3-х резервных. НКА находятся на 6 круговых орбитах высотой около 20000 км, наклонением 55° и равномерно разнесённых по долготе через 60°.

7    Требования к СНМС, предназначенным для применения в

подразделениях вневедомственной охраны войск национальной гвардии Российской Федерации    51

8    Методика выбора и та1сгика применения СНМС    53

9    Справочные сведения о применяемых подразделениями

вневедомственной охраны образцах аппаратуры, использующих сигналы ГЛОНАСС и ГЛОНАСС/GPS    57

9.1    Система охраны транспорта «АВО»    57

9.2    СНМС «Алмаз»    60

9.3    Подсистема мониторинга подвижных объектов «Приток-МПО» 62

9.4    Система «Арго-страж»    68

9.5    Система мониторинга стационарных и мобильных объектов «Аркан» 70

9.5.1    Радиопеленгационная система «Аркан-СМ»    70

9.5.2    Система мониторинга «Аркан-сателлит»    73

10    Порядок организации приобретения и технического обслуживания СНМС

подразделениями вневедомственной охраны    75

11    Нормативно-правовая основа применения навигационной аппаратуры ГЛОНАСС (ГЛОНАСС/GPS) подразделениями вневедомственной охраны

войск национальной гвардии Российской Федерации    77

ЗАКЛЮЧЕНИЕ    82

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ    83

Приложение    84

Спутники излучают сигналы в диапазонах L1 (1575,42 МГц), L2 (1227,6 МГц), последние модели также в диапазоне L5 (1176,45 МГц).

Информация в С/А-коде (стандартной точности), распространяется свободно, бесплатно и без ограничений на использование.

Военное применение (точность выше на порядок) обеспечивается зашифрованным P(Y) кодом.

Полнофункциональную работу начала с 1995 года, но применялась уже в ходе войны в Персидском заливе в 1991 г. В настоящее время GPS состоит примерно из 30 спутников (включая неработающие, те, что находятся в резерве) на 6 орбитах (рисунок 7).

Рисунок 7 - Структурная схема ГНСС GPS

С 2000 года в США снят запрет (режим селективного доступа для гражданских потребителей) на определение точных координат с помощью сигнала GPS, что заметно уменьшило погрешность измерений горизонтальных координат - до нескольких метров. Вместе с тем следует учитывать возможность отключения для ряда потребителей на определенных территориях отключения сигнала или внесения преднамеренных искажений с целью полного прекращения

ВВЕДЕНИЕ

Данные методические рекомендации разработаны в целях проведения единой технической политики по внедрению аппаратуры спутниковой навигации на основе глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС в деятельность подразделений вневедомственной охраны войск национальной гвардии Российской Федерации.

В методических рекомендациях представлены краткие сведения об основных глобальных навигационных спутниковых системах, рассмотрены состав, принцип работы и структурные схемы навигационной аппаратуры потребителей, а также навигационно-мониторинговых систем, применяемых в подразделениях вневедомственной охраны, анализируется опыт использования навигационно-мониторинговых систем на основании данных, полученных от подразделений вневедомственной охраны субъектов Российской Федерации, приводятся действующие требования к навигационным устройствам, применяемым в подразделениях вневедомственной охраны, разъясняются правовые основы применения аппаратуры спутниковой навигации, работающей по сигналам ГЛОНАСС (ГЛОНАСС/GPS), предлагаются типовые методики выбора навигационно-мониторингового оборудования.

Методические рекомендации предназначены для использования в служебной деятельности подразделений вневедомственной охраны войск национальной гвардии Российской Федерации в качестве справочнометодического пособия.

1 Герм и мы и определения

В данных методических рекомендациях применяются следующие термины с соответствующими определениями:

Термины (сокращения)	Определения (расшифровка)
АвТС (ТС)	автотранспортное средство
Аппаратура спутниковой навигации (АСН)	изделия и оборудование на основе НАП
АПК Бортовое оборудование	аппаратно-программный комплекс совокупность технических средств, устанавливаемых на транспортное средство и обеспечивающих контроль и управление данным ТС.
Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС)	навигационная спутниковая система, предназначенная для определения пространственных координат, составляющих вектора скорости движения и поправки часов потребителя ГНСС в любой точке на поверхности Земли, акватории Мирового океана, воздушного и околоземного космического пространства
ГЛОНАСС	глобальная навигационная спутниковая система, разработанная в России
ЕИТКС-К	контур обработки конфиденциальной информации единой информационнотелекоммуникационной сети органов внутренних дел Российской Федерации.
CDMA	CDMA (англ. Code Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разделением (МДКР)) — технология связи, обычно радиосвязи, при которой каналы передачи имеют общую полосу частот, но

EDGE	разные кодирующие последовательности EDGE (EGPRS) (англ. Enhanced Data rates for GSM Evolution) — цифровая технология беспроводной передачи данных для мобильной связи
CSD	Circuit Switched Data (CSD)— технология передачи данных, разработанная для мобильных телефонов стандарта GSM
EV-DO	EV-DO(EVDO, Evolution-Data Only, Evolution-Data Optimized) — технология передачи данных, используемая в сетях сотовой связи стандарта CDMA
GPS	система глобального позиционирования, разработанная в США (от англ. Global Positioning System)
GPRS	пакетная радиосвязь общего пользования (от английского General Packet Radio Service)
GSM	GSM сначала означало (iroupe Special Mobile, по названию группы анализа, которая создавала стандарт. Теперь он известен как Global System for Mobile Communications (Глобальная Система для Мобильной Связи), хотя слово «Связь» не включается в сокращение
HSCSD	от англ. High Speed CSD —это улучшенная версия обычного модемного соединения для сетей GSM
LTE	от англ. Long - Term Evolution - долговременное развитие, часто обозначается как 4G LTE — стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными

Квитирование    уведомление отправителя пакета

информации об успешном приеме данных, генерируемое получателем пакета

ККС    контрольно-корректирующая станция

Контрольная зона (зона заданная на электронной карте область контроля)    произвольной формы, закреплённая за

конкретным транспортным средством с целью контроля за его местоположением

Навигационная аппаратура аппаратура, предназначенная для приёма и потребителя (НАП)    обработки радионавигационных сигналов

навигационных космических аппаратов ГНСС с целью определения пространственных    координат,

составляющих вектора скорости движения и поправки шкал времени потребителя ГНСС

космический аппарат, имеющий на борту аппарат аппаратуру, предназначенную для формирования    и    излучения

радионавигационных сигналов ГНСС, необходимых потребителю ГНСС для определения пространственных координат, составляющих скорости своего движения и поправки часов

Навигационные параметры пространственные    координаты,

составляющие вектора скорости движения, время в координированной шкале времени UTC(SU).

комплекс технических и аппаратно-программных средств на основе аппаратуры система спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS,    обеспечивающий

возможность контроля в центре мониторинга состояния и местоположения транспортных средств и позволяющий принимать решения по их управлению в соответствии с полученной информацией.

8 Орбитальная группировка совокупность навигационных космических аппаратов ГНСС, находящихся в данный момент времени в составе ГНСС Подсистема космических аппаратов (ПКА) совокупность навигационных космических аппаратов, распределенных в орбитальных плоскостях Подсистема контроля и управления (ПКУ) комплекс наземных технических средств, обеспечивающих контроль и управление ПКА Подсистема потребителей (ПП) навигационная аппаратура потребителей ГНСС и потребители ГНСС Потребитель ГНСС объект навигации, решающий навигационную задачу посредством приема и обработки радионавигационных сигналов ГНСС от навигационных космических аппаратов ПО программное обеспечение СДКМ система дифференциальной коррекции и мониторинга Сигнал стандартной точности (СТ) системы ГЛОНАСС навигационный радиосигнал позволяющий потребителям производить навигационные определения со стандартной точностью Система ПЗ-90 российская система геодезических параметров Земли 1990 года, используемая в ГЛОНАСС, в число которых входит система геоцентрических координат Система WGS-84 всемирная система геодезических параметров Земли 1984 года, используемая в GPS, в число которых входит система геоцентрических координат СНС спутниковая навигационная система

Спутниковая навигация решение задач координатно-временного

обеспечения с помощью ГНСС

Средства функциональных    комплексы    аппаратно-программных

дополнений (СФД)    средств, предназначенные для обеспечения

потребителей навигационных спутниковых систем дополнительной информацией, позволяющей улучшить качество их координатно-временного обеспечения

Терминал мобильный    (ТМ)    техническое средство, предназначенное для

определения текущего местоположения транспортного средства либо формирования сигналов для его определения, контроля внешних датчиков, управления внешними исполнительными устройствами, обмена информацией с центром мониторинга, выполнения других информационных функций

Триангуляция (от    лат.    один из методов создания сети опорных

triangulum—треугольник)    геодезических пунктов и сама сеть,

созданная этим методом состоит в построении рядов или сетей примыкающих друг к другу треугольников и в определении положения их вершин в избранной системе координат

всеобщее скоординированное время, основа гражданского времени, отличающегося на целое количество секунд от атомного времени

Центр мониторинга    совокупность технических и программных

(диспетчерский центр) средств, предназначенных для обмена ЦМ (ДЦ)    сообщениями с бортовым оборудованием

ТС, отображения информации о местоположении и состоянии ТС, хранения мониторинговой информации и выдачи отчетов о работе ТС

Электронная карта (ЭК) цифровая картографическая модель,

визуализированная или подготовленная к визуализации на экране средства отобра-

жения информации в специальной системе условных знаков, содержание которой соответствует содержанию карты определенного вида и масштаба

Эфемериды    система пространственных координат НКА

навигационного    ГНСС, формируемая в функциональной

космического аппарата зависимости от времени ГНСС

Эфемеридное обеспечение операция в технологическом цикле НКА ГНСС    управления глобальной навигационной

спутниковой системой, заключающаяся в определении и прогнозе параметров движения НКА и «закладке» на его борт эфемеридной информации