eng
Выпуск #9/2018
Корнеев Игорь Леонидович, Егоров Валерий Васильевич
Проблемы локализации навигационно-связной аппаратуры. Состояние дел с разработкой отечественных приемников и модулей локальных систем навигации
Проблемы локализации навигационно-связной аппаратуры. Состояние дел с разработкой отечественных приемников и модулей локальных систем навигации
Просмотры: 3003
Рассмотрена проблема локализации навигационно-связной аппаратуры. Показано что доля отечественной продукции на этом рынке в 2016 году составила 0,3 %, тогда как в 2009 году эта доля составляла 100 %. Приведены меры государственной поддержки продажи отечественной продукции на уровне постановлений правительства РФ. Приведены критерии локализации и указаны приоритеты в процессе локализации. Рассмотрено состояние дел с разработкой отечественной высокоточной навигационной аппаратуры. В частности, рассмотрена разрабатываемая помехоустойчивая локальная система навигации, имеющая ряд преимуществ перед ГНСС. Приведены результаты испытаний отечественной высокоточной навигационно-связной аппаратуры.
УДК 629.05
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.31.36
УДК 629.05
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.31.36
Теги: era-glonass system global navigation satellite systems (gnss) local navigation systems navigation-communication terminals navigation receivers rtk mode tachographs глобальные навигационные спутниковые системы (гнсс) локальные системы навигации навигационно-связные терминалы навигационные приемники режим rtk система эра-глонасс тахографы
Практически все мировые лидеры поставляют на отечественный рынок навигационные приемники с поддержкой российской системы ГЛОНАСС. При этом доля отечественной продукции на этом рынке в 2016 году составила 0,3 %, тогда как в 2009 году эта доля составляла 100 %. Как показали исследования, причина такой малой доли отечественной продукции не в отставании качества отечественных изделий, а в незначительном превышении цены отечественной продукции над импортной на полностью открытом отечественном рынке.
Для сравнения качества отечественных и импортных изделий были проведены испытания приемников на соответствие их требованиям системе ЭРА-ГЛОНАСС на полигонах ФГУП ЦНИИмаш и ФГУП НАМИ. В докладе представлены результаты испытаний: из 6 испытанных приемников успешно прошли испытания 4 приемника — 2 отечественных и 2 импортных.
Сегодня российское производство компонентов представляет собой главным образом малые серии изделий военного и специального применения, что определяет высокую себестоимость их производства.
В этих условиях между импортными и российскими компонентами общего применения, за редким исключением, нет конкуренции даже на внутрироссийском рынке — российские компоненты (в тех случаях, когда они вообще производятся), как правило, дороже импортных (иногда в разы), что является следствием в первую очередь малой серийности.
Для обеспечения информационной и технологической безопасности государства существенным моментом является, кто разработал электронный компонент и существует ли у России контроль над процессами его разработки и модернизации. Если вся конструкторская документация, а также программное обеспечение разработаны в России, то соответствующий электронный компонент может считаться отечественным независимо от того, на какой фабрике произведен — внутри России или за рубежом. Естественно, при изготовлении компонента на российской фабрике степень локализации соответствующей отечественной аппаратуры возрастает.
Ни одна страна в мире не может обойтись без импорта электронных компонентов, т. к. лидирующие позиции в разных технологических направлениях занимают компании из разных стран и отказ от использования импортных компонентов влечет за собой значительное снижение характеристик выпускаемой аппаратуры. Пока в России не развито массовое производство конечной гражданской продукции, у российских производителей электронных компонентов нет стимула для их устойчивого развития. Даже в случае введения радикальных ограничений на импорт электронных компонентов (а сегодня это сделать в принципе невозможно) объем внутреннего российского рынка компонентов, как правило, не позволяет обеспечить возврат инвестиций в развитие их производства в России (особенно это касается производства микросхем).
Выходу предприятий отрасли на массовые рынки продукции гражданского назначения могло бы содействовать формирование государством подхода к реализации мер государственной поддержки, которые в целом хорошо известны:
• практика ценовых и других преференций для отечественных производителей аппаратуры при осуществлении государственных и муниципальных закупок, а также закупок корпораций с государственным участием, которые необходимо совершенствовать и расширять;
• введение ввозных квот и ввозных таможенных пошлин (в том числе антидемпинговых) по отношению к импорту целевых видов аппаратуры;
• стимулирование и поддержка участия отечественной электронной промышленности в реализующихся в России крупных государственных и частно-государственных инфраструктурных проектах;
• предоставление налоговых льгот для предприятий отрасли, осуществляющих инвестиции в модернизацию производства;
• субсидирование расходов, связанных с продвижением продукции российской электронной промышленности на российский и мировой рынки.
В 2016 году официально через таможню были ввезены в РФ около 600 тыс. навигационных модулей, примерно 1 млн модулей были ввезены в РФ как цифровые микросхемы.
Самый массовый навигационно-связной прибор — это терминал системы экстренного вызова при аварии (ЭРА-ГЛОНАСС). Рынок таких приборов оценивается в 3 млн единиц в год. Несмотря на то, что система ЭРА-ГЛОНАСС считается государственной, в отечественных терминалах этой системы на сегодняшний день нет ни одной позиции отечественной ЭКБ. С этим трудно смириться, и по поручению вице-премьера РФ Рогозина Д. О. была проведена работа по составлению плана импортозамещения ЭКБ в этих изделиях. Были организованы рабочие группы по решению проблемы локализации. Кроме навигационного оборудования, это коснулось вычислительной техники и более широко — телекоммуникационного оборудования. Было показано, что новое поколение отечественных навигационных приемников сможет обеспечить соответствующее качество, но ликвидировать разницу в цене с импортными приемниками не удастся.
В докладе приводится анализ цен отечественной и импортной НАП: цены отечественной продукции почти конкурентные, но нужна государственная поддержка в продвижении отечественной продукции, в частности, в аппаратуру ГАИС ЭРА-ГЛОНАСС, где на сегодняшний день нет ни одной позиции отечественной ЭКБ. На сегодня государством уже принят ряд решений, накладывающих запреты и ограничения на доступ иностранных товаров к системе госзакупок товаров, работ (услуг) не только для нужд обороны и безопасности государства, но также и в гражданской сфере.
В сентябре 2016 года были приняты постановления №№ 968 и 925, касающиеся ограничений допуска импортной продукции для закупки в интересах государственных и муниципальных нужд и приоритета товаров российского происхождения перед импортными товарами при этих закупках. Постановлением правительства РФ № 719 были введены критерии отнесения продукции радиоэлектронной промышленности к категории продукции, произведенной на территории Российской Федерации. Изменения в это постановление были выпущены в виде Постановления правительства № 734, в котором конкретно введены ограничения на использование в навигационно-связном оборудовании импортной ЭКБ, в частности:
• модуль навигационного приемника;
• GSM/GPRS/UMTS-модем;
• микроконтроллер;
• энергонезависимая флеш-память;
• интегральные микросхемы управления питанием;
• аккумулятор;
• соединители;
• печатная плата;
• антенны ГЛОНАСС/GPS.
Очень важная позиция — это связной модем 3G (GSM/GPRS/UMTS). По разным причинам работы по созданию модемов для систем сотовой связи в России были остановлены, в то же время мировые лидеры вели эффективные исследования и разработки в этой области на протяжении 25–30 лет. В таких условиях самый короткий путь создания отечественного модема 3G — это лицензирование зарубежных IP и разработка модема, сначала с использованием импортных чипов, а затем собственных чипов на лицензионных IP. Это путь, по которому собирается идти НИИМА «Прогресс».
Другой важный компонент терминала — это микроконтроллер уровня CORTEX M4. Такая разработка сейчас ведется в России. Также ведется разработка отечественного SIM-чипа. Планируется, что все эти компоненты будут конкурентоспособными и по качеству, и по цене.
Опыт разработки остальных компонентов терминала: акселерометра, энергонезависимой памяти, интерфейсов и элементов питания, также имеется в России, но пока нет конкурентоспособных приборов. Требуется два года на их разработку, а также необходимы инвестиции, условием получения которых является полная уверенность в конкурентоспособности результатов. В этом и заключается проблема. Введенные критерии призваны обеспечить защиту действующих предприятий, выполняющих большой объем разработки и производства продукции по отношению к предприятиям, реализующим «отверточную» сборку (или упаковку) продукции на территории Евразийского Союза. Для этого должен быть использован критерий степени локализации. Суть подхода по определению степени локализации представлена в табл. 1.
В процессе локализации навигационно-связной аппаратуры должны быть расставлены четкие приоритеты.
Первый приоритет — это государственная поддержка продажи отечественной НАП. Все последующие стадии создания и внедрения НАП напрямую зависят от этого пункта. Даже если построить современные полупроводниковые фабрики, они не смогут выжить, если объем производства на них будет меньше десятков тысяч пластин в месяц. Это миллионы чипов. Если не будет обеспечена продажа изделий, то не нужны ни разработка, ни массовое производство чипов и модулей.
Второй приоритет — организация сборки чипов в пластиковые корпуса. Сейчас в России организована сборка чипов только в металло-керамические корпуса стоимостью до 6–8 тыс. рублей. Но если нет дешевых корпусов, то и дешевые отечественные чипы тоже никому не нужны. Проблему сборки в пластик в России решил только частный завод General Satellite. Они купили сборочный завод под ключ.
Третий приоритет — поддержка отечественного массового производства чипов по технологии 40–65 нм. Без решения предыдущих двух проблем нечего браться за решение этой проблемы. Но если эти проблемы будут решены, останется проблема обеспечения цены и качества таких же СБИС, как в Юго-Восточной Азии. Конкурентная цена СнК цифрового приемника в пластике — $2,5.
Четвертый приоритет — разработка чипов. Сейчас около семи дизайн-центров занимаются или могут заниматься разработкой чипов для НАП. Основная проблема — это инвестиции в разработку.
Пятый приоритет — производство модулей НАП. Проблемы нет, если будет обеспечена господдержка продажи отечественной НАП и будут доступны оборотные средства (недорогие кредиты).
Шестой приоритет — разработка модулей НАП. Нет никакой проблемы, если будет решена 1-я задача. Цена НАП будет конкурентной. Квалификация разработчиков НАП соответствует мировому уровню.
Очень важным направлением работы является создание отечественной высокоточной навигационной аппаратуры. Массовые отечественные приемники «Геос-3» и NV-08, успешно прошедшие сравнительные испытания, позволяют обеспечить высокоточную навигацию в режиме RTK (real time kinematic), так как поддерживают фазовые измерения навигационного сигнала, что обеспечивают далеко не все импортные приемники. Режим RTK востребован, в частности, в системах точного земледелия, суть которого заключается в обработке почвы, севе, внесении удобрений с высокой точностью (порядка 5–10 см) в одни и те же борозды, а не по всему полю. При этом получается большая экономия семян, удобрений, времени и горючего. Эффективность использования точного земледелия составляет 20 %.
Проблема заключается в том, что сейчас в России и трактора, и навигационное оборудование, установленное на них, — импортные. Соответственно, прибыль от продажи этой дорогостоящей техники остается в зарубежных компаниях. Хотя вполне возможно организовать производство такой техники в России с использованием средств системы ГЛОНАСС.
Другим примером использования высокоточной навигации являются робототехнические комплексы, такие как беспилотный автомобиль в проекте КАМАЗа «Автонет». В этом проекте к навигационной аппаратуре предъявляются требования по точности местоопределения 10 см. В режиме RTK можно получить требуемую точность, но вопрос заключается в условиях движения автомобиля; если это открытая местность, то точность обеспечивается, а в условиях плотной городской застройки или в лесу фаза сигнала «срывается» и приемник перестает работать, что обусловлено недостатками использования глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).
ГНСС имеет ряд неоспоримых преимуществ, таких как полное покрытие Земли и околоземного пространства, бесплатное использование систем для координатно-временного определения, унификация оборудования для всех пользователей и т. д. Опыт эксплуатации ГНСС ГЛОНАСС и GPS, а также теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в России и за рубежом, показали, что наряду с очевидными преимуществами ГНСС имеет и ряд существенных недостатков, главными из которых являются:
• плохой прием сигналов в лесистых и горных местностях, в условиях плотной высотной городской застройки, а также внутри зданий;
• характеристики точности, целостности и доступности ГНСС не в полной мере удовлетворяют требованиям некоторых потребителей;
• недостаточная помехоустойчивость: локальные помехи небольшой мощности могут затруднить или сделать невозможной навигацию по сигналам ГНСС.
Кроме того, во время конфликтов возможно подавление глобальных навигационных спутниковых систем либо путем воздействия на сами спутники, либо путем постановки заградительных или имитационных помех сигналам ГНСС. В этой ситуации высокоточное определение координат и топографическая привязка объектов на местности с использованием ГНСС становятся невозможными и появляется необходимость использования локальных систем навигации (ЛСН), независимых от сигналов спутников и обладающих на несколько порядков большей помехоустойчивостью по сравнению с ГНСС. Около двух десятков локальных систем навигации были разработаны в разных странах начиная с 1958 года. Наиболее совершенная из них — система LocataNets австралийской компании Locata, разработанная в 2014 году.
Сейчас в АО «НИИМА «Прогресс» разрабатывается современная отечественная ЛСН, способная реализовать все преимущества использования навигационного сигнала с большей защитой от помех, чем в системе LocataNets. Разрабатываемая система дополняет ГНСС и имеет более десятка преимуществ перед ними и ряд преимуществ перед системой компании Locata.
Проблема борьбы с помехами в предлагаемой ЛСН решается за счет того, что:
• расстояние между абонентскими и опорными станциями в 1000 раз меньше, чем от Земли до спутника;
• имитация сигнала («спуфинг») ЛСН практически невозможна из-за очень сложного закона смены псевдослучайной последовательности;
• рабочие частоты ЛСН не зафиксированы и могут меняться в диапазоне от 100 МГц до 2500 МГц.
Погрешность определения координат зависит от точности синхронизации опорных станций и может быть получена на плоскости в пределах 1–10 см, а по высоте — в пределах 15 см.
Как известно, задачу точного определения координат автомобиля в условиях плотной городской застройки, например, по требованию страховых компаний невозможно решить с использованием ГНСС в режиме RTK. Но эта задача решается с использованием ЛСН, разрабатываемой в настоящее время в АО «НИИМА «Прогресс». На сегодняшний день разработаны специализированные СБИС радиотракта и цифрового тракта ЛСН, а также унифицированные приемопередающие модули на этих СБИС, которые могут использоваться как в опорных, так и в абонентских станциях. Сейчас идет разработка и испытания макета системы.
Есть предварительные результаты испытаний макета локальной системы навигации, проведенные на поле с/х академии им. Тимирязева. Высокоточная навигация (2–4 см) на открытой местности выполняется с использованием ГНСС в режиме RTK. В условиях города для обеспечения точности 0,1–0,5 м (требование страховых компаний) используется локальная система навигации. Опорные станции ЛСН расположены на вышках операторов сотовой связи.
Таким образом, ряд отечественных разработок высокоточной навигационной аппаратуры ГНСС и локальных систем навигации могут составить достойную конкуренцию зарубежной продукции на массовом отечественном рынке. Но этот отечественный рынок необходимо защитить.
ЛИТЕРАТУРА
1. Немудров В., Корнеев И. Опыт разработки электронно-компонентной базы аппаратуры для локальных систем навигации // Международная конференция «Микроэлектроника-2015». Интегральные микросхемы и микроэлектронные модули: проектирование, производство и применение. Сборник докладов. — Москва: Техносфера, 2016. — С. 13–20.
2. Корнеев И., Егоров В. Опыт разработки электронно-компонентной базы аппаратуры для локальных систем навигации // Международная конференция «Микроэлектроника-2015». Интегральные микросхемы и микроэлектронные модули: проектирование, производство и применение. Сборник докладов. — Москва: Техносфера, 2016. — С. 76–83.
3. Корнеев И., Егоров В. Преимущества разрабатываемой отечественной локальной системы навигации // Международный форум «Микроэлектроника-2016». 2-я научная конференция «Интегральные схемы и микроэлектронные модули». Сборник докладов. — Москва: Техносфера, 2017. — С. 60–62.
Для сравнения качества отечественных и импортных изделий были проведены испытания приемников на соответствие их требованиям системе ЭРА-ГЛОНАСС на полигонах ФГУП ЦНИИмаш и ФГУП НАМИ. В докладе представлены результаты испытаний: из 6 испытанных приемников успешно прошли испытания 4 приемника — 2 отечественных и 2 импортных.
Сегодня российское производство компонентов представляет собой главным образом малые серии изделий военного и специального применения, что определяет высокую себестоимость их производства.
В этих условиях между импортными и российскими компонентами общего применения, за редким исключением, нет конкуренции даже на внутрироссийском рынке — российские компоненты (в тех случаях, когда они вообще производятся), как правило, дороже импортных (иногда в разы), что является следствием в первую очередь малой серийности.
Для обеспечения информационной и технологической безопасности государства существенным моментом является, кто разработал электронный компонент и существует ли у России контроль над процессами его разработки и модернизации. Если вся конструкторская документация, а также программное обеспечение разработаны в России, то соответствующий электронный компонент может считаться отечественным независимо от того, на какой фабрике произведен — внутри России или за рубежом. Естественно, при изготовлении компонента на российской фабрике степень локализации соответствующей отечественной аппаратуры возрастает.
Ни одна страна в мире не может обойтись без импорта электронных компонентов, т. к. лидирующие позиции в разных технологических направлениях занимают компании из разных стран и отказ от использования импортных компонентов влечет за собой значительное снижение характеристик выпускаемой аппаратуры. Пока в России не развито массовое производство конечной гражданской продукции, у российских производителей электронных компонентов нет стимула для их устойчивого развития. Даже в случае введения радикальных ограничений на импорт электронных компонентов (а сегодня это сделать в принципе невозможно) объем внутреннего российского рынка компонентов, как правило, не позволяет обеспечить возврат инвестиций в развитие их производства в России (особенно это касается производства микросхем).
Выходу предприятий отрасли на массовые рынки продукции гражданского назначения могло бы содействовать формирование государством подхода к реализации мер государственной поддержки, которые в целом хорошо известны:
• практика ценовых и других преференций для отечественных производителей аппаратуры при осуществлении государственных и муниципальных закупок, а также закупок корпораций с государственным участием, которые необходимо совершенствовать и расширять;
• введение ввозных квот и ввозных таможенных пошлин (в том числе антидемпинговых) по отношению к импорту целевых видов аппаратуры;
• стимулирование и поддержка участия отечественной электронной промышленности в реализующихся в России крупных государственных и частно-государственных инфраструктурных проектах;
• предоставление налоговых льгот для предприятий отрасли, осуществляющих инвестиции в модернизацию производства;
• субсидирование расходов, связанных с продвижением продукции российской электронной промышленности на российский и мировой рынки.
В 2016 году официально через таможню были ввезены в РФ около 600 тыс. навигационных модулей, примерно 1 млн модулей были ввезены в РФ как цифровые микросхемы.
Самый массовый навигационно-связной прибор — это терминал системы экстренного вызова при аварии (ЭРА-ГЛОНАСС). Рынок таких приборов оценивается в 3 млн единиц в год. Несмотря на то, что система ЭРА-ГЛОНАСС считается государственной, в отечественных терминалах этой системы на сегодняшний день нет ни одной позиции отечественной ЭКБ. С этим трудно смириться, и по поручению вице-премьера РФ Рогозина Д. О. была проведена работа по составлению плана импортозамещения ЭКБ в этих изделиях. Были организованы рабочие группы по решению проблемы локализации. Кроме навигационного оборудования, это коснулось вычислительной техники и более широко — телекоммуникационного оборудования. Было показано, что новое поколение отечественных навигационных приемников сможет обеспечить соответствующее качество, но ликвидировать разницу в цене с импортными приемниками не удастся.
В докладе приводится анализ цен отечественной и импортной НАП: цены отечественной продукции почти конкурентные, но нужна государственная поддержка в продвижении отечественной продукции, в частности, в аппаратуру ГАИС ЭРА-ГЛОНАСС, где на сегодняшний день нет ни одной позиции отечественной ЭКБ. На сегодня государством уже принят ряд решений, накладывающих запреты и ограничения на доступ иностранных товаров к системе госзакупок товаров, работ (услуг) не только для нужд обороны и безопасности государства, но также и в гражданской сфере.
В сентябре 2016 года были приняты постановления №№ 968 и 925, касающиеся ограничений допуска импортной продукции для закупки в интересах государственных и муниципальных нужд и приоритета товаров российского происхождения перед импортными товарами при этих закупках. Постановлением правительства РФ № 719 были введены критерии отнесения продукции радиоэлектронной промышленности к категории продукции, произведенной на территории Российской Федерации. Изменения в это постановление были выпущены в виде Постановления правительства № 734, в котором конкретно введены ограничения на использование в навигационно-связном оборудовании импортной ЭКБ, в частности:
• модуль навигационного приемника;
• GSM/GPRS/UMTS-модем;
• микроконтроллер;
• энергонезависимая флеш-память;
• интегральные микросхемы управления питанием;
• аккумулятор;
• соединители;
• печатная плата;
• антенны ГЛОНАСС/GPS.
Очень важная позиция — это связной модем 3G (GSM/GPRS/UMTS). По разным причинам работы по созданию модемов для систем сотовой связи в России были остановлены, в то же время мировые лидеры вели эффективные исследования и разработки в этой области на протяжении 25–30 лет. В таких условиях самый короткий путь создания отечественного модема 3G — это лицензирование зарубежных IP и разработка модема, сначала с использованием импортных чипов, а затем собственных чипов на лицензионных IP. Это путь, по которому собирается идти НИИМА «Прогресс».
Другой важный компонент терминала — это микроконтроллер уровня CORTEX M4. Такая разработка сейчас ведется в России. Также ведется разработка отечественного SIM-чипа. Планируется, что все эти компоненты будут конкурентоспособными и по качеству, и по цене.
Опыт разработки остальных компонентов терминала: акселерометра, энергонезависимой памяти, интерфейсов и элементов питания, также имеется в России, но пока нет конкурентоспособных приборов. Требуется два года на их разработку, а также необходимы инвестиции, условием получения которых является полная уверенность в конкурентоспособности результатов. В этом и заключается проблема. Введенные критерии призваны обеспечить защиту действующих предприятий, выполняющих большой объем разработки и производства продукции по отношению к предприятиям, реализующим «отверточную» сборку (или упаковку) продукции на территории Евразийского Союза. Для этого должен быть использован критерий степени локализации. Суть подхода по определению степени локализации представлена в табл. 1.
В процессе локализации навигационно-связной аппаратуры должны быть расставлены четкие приоритеты.
Первый приоритет — это государственная поддержка продажи отечественной НАП. Все последующие стадии создания и внедрения НАП напрямую зависят от этого пункта. Даже если построить современные полупроводниковые фабрики, они не смогут выжить, если объем производства на них будет меньше десятков тысяч пластин в месяц. Это миллионы чипов. Если не будет обеспечена продажа изделий, то не нужны ни разработка, ни массовое производство чипов и модулей.
Второй приоритет — организация сборки чипов в пластиковые корпуса. Сейчас в России организована сборка чипов только в металло-керамические корпуса стоимостью до 6–8 тыс. рублей. Но если нет дешевых корпусов, то и дешевые отечественные чипы тоже никому не нужны. Проблему сборки в пластик в России решил только частный завод General Satellite. Они купили сборочный завод под ключ.
Третий приоритет — поддержка отечественного массового производства чипов по технологии 40–65 нм. Без решения предыдущих двух проблем нечего браться за решение этой проблемы. Но если эти проблемы будут решены, останется проблема обеспечения цены и качества таких же СБИС, как в Юго-Восточной Азии. Конкурентная цена СнК цифрового приемника в пластике — $2,5.
Четвертый приоритет — разработка чипов. Сейчас около семи дизайн-центров занимаются или могут заниматься разработкой чипов для НАП. Основная проблема — это инвестиции в разработку.
Пятый приоритет — производство модулей НАП. Проблемы нет, если будет обеспечена господдержка продажи отечественной НАП и будут доступны оборотные средства (недорогие кредиты).
Шестой приоритет — разработка модулей НАП. Нет никакой проблемы, если будет решена 1-я задача. Цена НАП будет конкурентной. Квалификация разработчиков НАП соответствует мировому уровню.
Очень важным направлением работы является создание отечественной высокоточной навигационной аппаратуры. Массовые отечественные приемники «Геос-3» и NV-08, успешно прошедшие сравнительные испытания, позволяют обеспечить высокоточную навигацию в режиме RTK (real time kinematic), так как поддерживают фазовые измерения навигационного сигнала, что обеспечивают далеко не все импортные приемники. Режим RTK востребован, в частности, в системах точного земледелия, суть которого заключается в обработке почвы, севе, внесении удобрений с высокой точностью (порядка 5–10 см) в одни и те же борозды, а не по всему полю. При этом получается большая экономия семян, удобрений, времени и горючего. Эффективность использования точного земледелия составляет 20 %.
Проблема заключается в том, что сейчас в России и трактора, и навигационное оборудование, установленное на них, — импортные. Соответственно, прибыль от продажи этой дорогостоящей техники остается в зарубежных компаниях. Хотя вполне возможно организовать производство такой техники в России с использованием средств системы ГЛОНАСС.
Другим примером использования высокоточной навигации являются робототехнические комплексы, такие как беспилотный автомобиль в проекте КАМАЗа «Автонет». В этом проекте к навигационной аппаратуре предъявляются требования по точности местоопределения 10 см. В режиме RTK можно получить требуемую точность, но вопрос заключается в условиях движения автомобиля; если это открытая местность, то точность обеспечивается, а в условиях плотной городской застройки или в лесу фаза сигнала «срывается» и приемник перестает работать, что обусловлено недостатками использования глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).
ГНСС имеет ряд неоспоримых преимуществ, таких как полное покрытие Земли и околоземного пространства, бесплатное использование систем для координатно-временного определения, унификация оборудования для всех пользователей и т. д. Опыт эксплуатации ГНСС ГЛОНАСС и GPS, а также теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в России и за рубежом, показали, что наряду с очевидными преимуществами ГНСС имеет и ряд существенных недостатков, главными из которых являются:
• плохой прием сигналов в лесистых и горных местностях, в условиях плотной высотной городской застройки, а также внутри зданий;
• характеристики точности, целостности и доступности ГНСС не в полной мере удовлетворяют требованиям некоторых потребителей;
• недостаточная помехоустойчивость: локальные помехи небольшой мощности могут затруднить или сделать невозможной навигацию по сигналам ГНСС.
Кроме того, во время конфликтов возможно подавление глобальных навигационных спутниковых систем либо путем воздействия на сами спутники, либо путем постановки заградительных или имитационных помех сигналам ГНСС. В этой ситуации высокоточное определение координат и топографическая привязка объектов на местности с использованием ГНСС становятся невозможными и появляется необходимость использования локальных систем навигации (ЛСН), независимых от сигналов спутников и обладающих на несколько порядков большей помехоустойчивостью по сравнению с ГНСС. Около двух десятков локальных систем навигации были разработаны в разных странах начиная с 1958 года. Наиболее совершенная из них — система LocataNets австралийской компании Locata, разработанная в 2014 году.
Сейчас в АО «НИИМА «Прогресс» разрабатывается современная отечественная ЛСН, способная реализовать все преимущества использования навигационного сигнала с большей защитой от помех, чем в системе LocataNets. Разрабатываемая система дополняет ГНСС и имеет более десятка преимуществ перед ними и ряд преимуществ перед системой компании Locata.
Проблема борьбы с помехами в предлагаемой ЛСН решается за счет того, что:
• расстояние между абонентскими и опорными станциями в 1000 раз меньше, чем от Земли до спутника;
• имитация сигнала («спуфинг») ЛСН практически невозможна из-за очень сложного закона смены псевдослучайной последовательности;
• рабочие частоты ЛСН не зафиксированы и могут меняться в диапазоне от 100 МГц до 2500 МГц.
Погрешность определения координат зависит от точности синхронизации опорных станций и может быть получена на плоскости в пределах 1–10 см, а по высоте — в пределах 15 см.
Как известно, задачу точного определения координат автомобиля в условиях плотной городской застройки, например, по требованию страховых компаний невозможно решить с использованием ГНСС в режиме RTK. Но эта задача решается с использованием ЛСН, разрабатываемой в настоящее время в АО «НИИМА «Прогресс». На сегодняшний день разработаны специализированные СБИС радиотракта и цифрового тракта ЛСН, а также унифицированные приемопередающие модули на этих СБИС, которые могут использоваться как в опорных, так и в абонентских станциях. Сейчас идет разработка и испытания макета системы.
Есть предварительные результаты испытаний макета локальной системы навигации, проведенные на поле с/х академии им. Тимирязева. Высокоточная навигация (2–4 см) на открытой местности выполняется с использованием ГНСС в режиме RTK. В условиях города для обеспечения точности 0,1–0,5 м (требование страховых компаний) используется локальная система навигации. Опорные станции ЛСН расположены на вышках операторов сотовой связи.
Таким образом, ряд отечественных разработок высокоточной навигационной аппаратуры ГНСС и локальных систем навигации могут составить достойную конкуренцию зарубежной продукции на массовом отечественном рынке. Но этот отечественный рынок необходимо защитить.
ЛИТЕРАТУРА
1. Немудров В., Корнеев И. Опыт разработки электронно-компонентной базы аппаратуры для локальных систем навигации // Международная конференция «Микроэлектроника-2015». Интегральные микросхемы и микроэлектронные модули: проектирование, производство и применение. Сборник докладов. — Москва: Техносфера, 2016. — С. 13–20.
2. Корнеев И., Егоров В. Опыт разработки электронно-компонентной базы аппаратуры для локальных систем навигации // Международная конференция «Микроэлектроника-2015». Интегральные микросхемы и микроэлектронные модули: проектирование, производство и применение. Сборник докладов. — Москва: Техносфера, 2016. — С. 76–83.
3. Корнеев И., Егоров В. Преимущества разрабатываемой отечественной локальной системы навигации // Международный форум «Микроэлектроника-2016». 2-я научная конференция «Интегральные схемы и микроэлектронные модули». Сборник докладов. — Москва: Техносфера, 2017. — С. 60–62.
Отзывы читателей
