Научно–исследовательское отделение разработки и эксплуатации средств метрологического обеспечения координатно-временных и навигационных систем (НИО–8)

Научно-исследовательское отделение метрологии разработки и эксплуатации средств обеспечения координатно-временных и навигационных систем (НИО-8) является структурным подразделением ФГУП «ВНИИФТРИ», выполняющим работы по метрологическому обеспечению, стандартизации и сертификации в части координатно-временных и навигационных средств измерений.

Научно-исследовательское отделение разработки и эксплуатации средств метрологического обеспечения координатно-временных и навигационных систем было образовано в 2011 году.

Начиная с 2012 года НИО принимало активное участие в выполнении Федеральной целевой программы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы» (критическая технология — Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения), а также — в формировании концепций подпрограммы «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС» и подпрограммы «Комплексное развитие космических информационных технологий на 2020-2030 годы» (подпрограмма «Сфера») государственной программы Российской Федерации «Космическая деятельность России».

В рамках выполнения ФЦП «Глобальная навигационная система» и ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы» в отделении был создан комплекс средств метрологического обеспечения системы ГЛОНАСС. Созданный комплекс осуществляет оценку и контроль характеристик координатно-временных, частотно-временных, радиотехнически

Одновременно в НИО проводятся работы, направленные на решение задач метрологического обеспечения перспективных навигационных систем — систем навигации на основе измерения параметров геофизических полей.

Основные функции отделения:

поддержание в технической и эксплуатационной готовности эталонной базы, в том числе — первичных и вторичных эталонов, а также — средств метрологического обеспечения системы ГЛОНАСС;
проведение калибровки и поверки геометрических, координатно-временных, радиотехнических и гравиметрических средств измерений;
проведение испытаний в целях утверждения типа для геометрических, координатно-временных, радиотехнических и гравиметрических средств измерений;
выполнение исследований в области геометрических, координатно-временных, радиотехнических и гравиметрических измерений, разработки измерительных средств, а также их метрологического обеспечения;
проведение метрологической экспертизы, разработка и аттестация методик измерений в области деятельности НИО;
сертификационные испытания продукции (в том числе — в части отдельных требований, предъявляемых к С(У)ВЭОС ЭРА-ГЛОНАСС)
выполнение высокоточной электрохимической, химической и технологической об-работки деталей и узлов;
взаимодействие с международными организациями в области спутниковой навигации в интересах обеспечения совместимости и взаимодополняемости ГНСС.

Ключевые задачи НИО-8:

проведение фундаментальных и прикладных исследований, направленных на совершенствование системы обеспечения единства измерений для координатно-временных, радиотехнических, геофизических и дальномерных средств измерений из состава существующих (система ГЛОНАСС, навигационные системы СВЧ-диапазона) и перспективных (корреляционно-экстремальные системы, дополняющие источники навигационной информации) навигационных систем, систем мониторинга параметров навигационных полей, навигационной аппаратуры потребителей;
разработка средств и методов метрологического обеспечения существующих и перспективных навигационных средств в сфере транспорта, в том числе — беспилотных транспортных средств и цифрового транспорта;
разработка средств и методов метрологического обеспечения цифровой инфраструктуры в части геодезических, дальномерных и гравиметрических средств;
разработка средств и методов метрологического обеспечения систем координат и их составляющих;
разработка перспективных геофизических средств измерений;
участие в деятельности международных организаций в области спутниковой навигации: Международного комитета по ГНСС и Российско-китайского комитета проектов по стратегическому сотрудничеству в области спутниковой навигации.

Основу эталонной базы НИО-8 составляют:

ГЭТ 199-2018 - Государственный первичный специальный эталон единицы длины;

В период 2007-2017 годов в отделении были проведены работы по созданию и совершенствованию Государственного первичного специального эталона единицы длины (ГЭТ199-2018). Целью создания эталона являлось воспроизведение единицы длины в диапазоне до 4000 км и её передача радиотехническим и лазерным дальномерным средствам измерений, геодезическим средствам общего назначения, в том числе спутниковой геодезической навигационной аппаратуре, применяемой в таких областях как глобальные навигационные спутниковые системы, геодезия и картография, мониторинг характеристик объектов повышенной опасности, создание и развитие транспортных систем, в том числе — беспилотных и цифровых, проведение научных изысканий. На сегодняшний день характеристики ГЭТ 199-2018 находятся на уровне, соответствующем уровню эталонной базы ведущих зарубежных метрологических институтов.

Государственный вторичный эталон единицы ускорения свободного падения.

В 2017 году в НИО-8 были завершены работы по созданию Государственного вторичного эталона единицы ускорения свободного падения (2.1.ZZT.0236.2016), предназначенного для воспроизведения, хранения и передачи значений величины ускорения свободного падения в диапазоне от 9,77 до 9,85 м/с2 (от 977 до 985 Гал). Государственный эталон состоит из основного средства воспроизведения и передачи единицы ускорения свободного падения — абсолютного баллистического гравиметра и хранителя величины ускорения свободного падения — гравиметрического пункта № 1 ФГУП «ВНИИФТРИ».

На сегодняшний день вторичный эталон обеспечивает возможность передачи значений величины ускорения свободного падения к широкому кругу как существующих, так и перспективных средств измерений, применяемых в сфере геодезии и картографии, глобальные навигационные спутниковые системы, мониторинг характеристик, поиск полезных ископаемых и в других областях.

3.1.ZZT.0168.2015 Эталон единиц координат местоположения 1 разряда

В 2015 году в НИО-8 были завершены работы, направленные на создание государственного рабочего эталона единиц координат местоположения 1 разряда в области пространства до 8000000 м от поверхности геоида, скорости в диапазоне от 0 до 12000 м/с, беззапросной дальности в диапазоне от 0 до 90000000 м, скорости изменения беззапросной дальности, в диапазоне от 0 до 11000 м/с, углов пространственной ориентации в диапазоне от 0° до 360°. На сегодняшний день данный эталон является базовым эталоном, от которого осуществляется передача единиц к высокоточной навигационной аппаратуре потребителей ГНСС, в том числе — комплексированной, средствам имитации сигналов ГНСС, высокоточным навигационным измерительным системам, применяемым в таких областях как наземный (в первую очередь — автомобильный), водный и воздушный транспорт, системы поиска и спасения, персональная навигация, геодезия и картография, мониторинг окружающей среды, космическая навигация, строительство, сельское хозяйство, связь.

НИО-8 проводит следующие работы:

проведение калибровки и поверки геометрических, координатно-временных, радиотехнических и гравиметрических средств измерений;
проведение испытаний в целях утверждения типа для геометрических, координатно-временных, радиотехнических и гравиметрических средств измерений;
выполнение исследований в области геометрических, координатно-временных, радиотехнических и гравиметрических измерений, разработки измерительных средств, а также их метрологического обеспечения;
проведение метрологической экспертизы, разработка и аттестация методик измерений в области деятельности НИО;
сертификационные испытания продукции (в том числе — в части отдельных требований, предъявляемых к С(У)ВЭОС ЭРА-ГЛОНАСС);
выполнение высокоточной электрохимической, химической и технологической обработки деталей и узлов.

Инновационные направления работы НИО-8

Создание средств метрологического обеспечения корреляционно-экстремальных систем навигации и перспективных геофизических средств измерений.

Анализ требований потребителей и мировых тенденций развития технологий навигации показывает, что развитие средств координатно-временного и навигационного обеспечения (КВНО) связано не только с повышением точности, доступности навигационных услуг, но и с расширением сфер и областей их применения в сложных условиях навигации. Одним из наиболее перспективных направлений решения данной задачи является создание корреляционно-экстремальных навигационных систем на основе использования параметров.

В НИО-8 проводятся исследования, направленные на:

создание навигационно-гравиметрических карт;
создание наземных и бортовых навигационных гравиметрических датчиков;
создание космических измерителей параметров ГПЗ для уточнения её модели;
создание средств метрологического обеспечения корреляционно-экстремальных систем навигации и перспективных геофизических средств измерений.

Создание средств метрологического обеспечения навигационных средств, применяемых при создании беспилотного и цифрового транспорта.

Характеристики систем навигационно-информационного обеспечения перевозок, и перспективных беспилотных транспортных систем в существенной степени определяются характеристиками средств измерений (координатно-временных, частотно-временных, радиотехнических, дальномерных, угломерных и т. д.), входящих в их состав, — чем выше будет точность используемых средств измерений, тем выше будет точность получения информации, например, о местонахождении транспортных средств для различных потребителей. Одновременно необходимо учесть, что особое внимание должно быть уделено достоверности и объективности проводимых измерений. В противном случае в дальнейшем под угрозу могут быть поставлены жизнь и здоровье пассажиров транспортных средств. В НИО-8 проводятся исследования, направленные на создание полигонных и лабораторных измерительных комплексов и объектов для проведения оценки (в том числе — в натурных условиях) характеристик комплекса средств измерений, используемых для решения задачи определения местоположения и параметров движения беспилотных транспортных.

НИО-8 проводит фундаментальные и прикладные исследования, направленные на совершенствование системы обеспечения единства измерений геофизических средств измерений, совершенствование системы обеспечения единства измерений дальномерных и угломерных средств измерений, совершенствование системы обеспечения единства измерений координатно-временных средств измерений, а также в сфере измерения пространственных, временных, спектральных характеристик и мощности сигналов космических аппаратов, измерения оценки и контроля характеристик спутниковых навигационных систем на потребительском и системном уровне, в сфере метрологического обеспечения средств передачи информации радиочастотного и оптического диапазонов в части средств определения их метрологических характеристик и др.

Научно-технические достижения НИО-8

Создание и совершенствование средств метрологического обеспечения системы ГЛОНАСС, в том числе - навигационной аппаратуры потребителя

В рамках выполнения ФЦП «Глобальная навигационная система» и ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАССна 2012-2020 годы» в НИО-8 был создан комплекс средств метрологического обеспечения системы ГЛОНАСС. Созданный комплекс осуществляет оценку и контроль характеристик координатно-временных, частотно-временных, радиотехнических, оптических и других средств измерений, от которых в существенной степени зависят характеристики системы ГЛОНАСС в целом. Созданный комплекс включает:

комплексы метрологического обеспечения средств оценки характеристик средств наземного комплекса управления системы ГЛОНАСС;

Комплексы метрологического обеспечения для оценки характеристик СИ наземного сегмента ГЛОНАСС предназначены для обеспечения единства измерений этих СИ, расположенных в пунктах эксплуатации (отдельные командно-измерительные пункты, наземные измерительные пункты и т. д.) на местах и удалённо. Стационарный комплекс состоит из семи основных составных частей, а мобильный — из четырёх. В состав комплексов также входят уникальные СИ псевдодальности (L1, L2, L3 ГЛОНАСС) по фазе несущей частоты с погрешностью 0,001 м и по коду с погрешностью менее 0,03–0,05 м; формирования псевдодальности по фазе несущей частоты с погрешностью 0,001 м, а по коду — < 0,01 м; определения положения электрического центра антенно-фидерных устройств и его изменений в зависимости от угла места и азимута навигационного КА с погрешностью 0,9 мм; синхронизации шкалы времени к национальной шкале времени UTC(SU) с погрешностью 0,05 нс.

комплексы метрологического обеспечения бортовых средств навигационного космического аппарата (КА).

Комплекс метрологического обеспечения для оценки характеристик СИ навигационного КА ГЛОНАСС предназначен для обеспечения единства измерений в части аппаратуры на этапах проведения лётных испытаний и его использования по целевому назначению. Комплекс состоит из пяти основных частей, также в его состав также входит уникальный комплекс контроля энергетических, спектральных и временны́х параметров навигационных КА, позволяющий измерить канальную мощность сигналов ГЛОНАСС с погрешностью 0,8–0,9 дБ на этапе эксплуатации КА. Необходимо отметить, что характеристики комплекса находятся на уровне характеристик комплекса, произведённого в Китае, и имеющего антенну диаметром 40 м, в то время как диаметр антенны созданного во «ВНИИФТРИ»комплекса составляет всего 12 м.

Созданный комплекс включает также:

комплексы метрологического обеспечения навигационной аппаратуры потребителей системы ГЛОНАСС гражданского применения.

Комплекс метрологического обеспечения для оценки характеристик навигационной аппаратуры потребителей ГЛОНАСС гражданского применения предназначен для:

обеспечения единства измерений этой аппаратуры;
аппаратуры, комплексированной с инерциальными датчиками;
помехозащищенной аппаратуры.

Средства МлО НАП

К объектам исследований, проводимых на данном комплексе, относится навигационная аппаратура, применяемая, например, в сферах геодезии и картографии, транспорта, обеспечения безопасности дорожного движения, связи и передачи данных, а также в сельском хозяйстве и при проведении фундаментальных научных исследований. Основными составными элементами комплекса являются средства имитации пространственного навигационного поля Глобальных навигационных спутниковых систем. Они обеспечивают имитацию пространственного навигационного поля этих систем для 24 каналов с погрешностью не более 0,05 м. Характеристики созданных средств обеспечивают пространственное распределение источников навигационного сигнала в трёх плоскостях, что позволяет оценивать характеристики (в том числе перспективной навигационной аппаратуры) с антенными системами с адаптивной управляемой диаграммой направленности. Также был разработан комплекс средств калибровки навигационной частотно-временно́й аппаратуры потребителя с погрешностью 0,2–0,5 нс и мобильная лаборатория, обеспечивающая возможность оценки характеристик различной навигационной аппаратуры в натурных условиях (в том числе — в условиях застройки, в горных условиях, в лесу, в условиях непосредственной близости водоёмов).

Создание средств уточнения систем координат, в том числе — средств формирования моделей гравитационного поля Земли, цифровой модели квазигеоида, а также — системы высокоточных полигонов

В рамках выполнения работ, направленных на уточнение Государственной геоцентрической системы координат, в НИО-8 были созданы аппаратно-вычислительные средства, разработано программное обеспечение, а также — разработан проект уточненной версии Государственной геоцентрической системы координат, высокоточная планетарная модель гравитационного поля Земли в виде набора коэффициентов разложения геопотенциала в ряд по сферическим функциям до 720-й степени, цифровая модель квазигеоида. Кроме того, была создана сеть из трех высокоточных полигонов для подтверждения характеристик вышеуказанных систем и моделей.