GPS-навигация

Таблица 3.6 Разрядность, единицы измерения и диапазон значений слов альманаха системы

Слово	Число разрядов	Цена младшего разряда	Диапазон значений	Единица измерения
	28	2-27	±1	с
	32	2-31	±1	с
	22	2-30	±1,9?10-3	с
N4	5	1	1-31	4-х летний интервал
NA	11	1	1...1461	сутки
nA	5	1	1...24	безразмерная
	5	1	0...31	безразмерная
	21	2-20	±1	полуцикл
	21	2-5	0...44100	с
	18	2-20	±0,067	полуцикл
	22	2-9	±3,6?103	с/виток
	7	2-14	±2-8	с/виток2
	15	2-20	0...0,03	безразмерная
	16	2-15	±1	полуцикл
	2	1	0…3	безразмерная
B1	11	2-10	±0,9	с
B2	10	2-16	(-4,5…3,5)10-3	с/ссс
KP	2	1	0,1	безразмерная
	10	2-18	±1,9?10-3	с
	1	1	0...1	безразмерная

Слово - поправка к шкале времени системы ГЛОНАСС относительно UTC(SU). Поправка тс дана на начало суток с номером N^А.

Слово - поправка на расхождение системных шкал времени GPS(T_GPS) и ГЛОНАСС (Т_ГЛ) в соответствии со следующим выражением:

T_GPS - Т_ГЛ = ДФ + ,

где ДФ - целая часть, а T_GPS - дробная часть расхождения шкал времени, выраженного в секундах.

Слово N^А - календарный номер суток внутри четырехлетнего периода, начиная с високосного года, к которым относятся поправка и данные альманаха системы (альманах орбит и альманах фаз).

Слово n^A - условный номер спутника в системе, который соответствует номеру занимаемой спутником рабочей точки. А - номер несущей частоты навигационного радиосигнала, излучаемого спутником с номером n^A.

Слово - долгота в системе координат ПЗ-90 первого внутри суток с номером N^А восходящего узла орбиты спутника с номером n^A. Слово - время прохождения первого внутри суток с номером N^А восходящего узла орбиты спутника с номером n^A. Слово - поправка к среднему значению наклонения орбиты для спутника с номером n^A на момент (среднее значение наклонения орбиты принято равным 63°).

Слово - поправка к среднему значению драконического периода обращения спутника с номером n^A на момент времени (среднее значение драконического периода обращения спутника принято равным 43200 с.).

Слово - скорость изменения драконического периода обращения спутника с номером n^A.

Слово - эксцентриситет орбиты спутника с номером n^A на момент времени . Слово - аргумент перигея орбиты спутника с номером n^A на момент времени . Слово - признак модификации n-го НКА. "00" - ГЛОНАСС, "01" - ГЛОНАСС-М.

Слова В1 и В2 - коэффициенты линейного полинома для определения величины ДUT1 расхождения всемирного UT1 (время Гринвичского меридиана с учетом движения полюса) и координированного времени UTC(SU) государственного стандарта Российской Федерации:

ДUT1 = UT1 - UTC(SU)

Слово В1 - величина ДUT1 на начало суток с номером N^А, измеряется в секундах. Слово В2 - скорость изменения параметра ДUT1, измеряется в секундах за средние солнечные сутки (с/ссс).

ДUT1 = В1 + В2*(N_T - N^A).

Слово КР - признак ожидаемой секундной коррекции шкалы UTC на величину ±1с, как показано в табл. 3.7.

Таблица 3.7 Значения слова КР

KP	Информация о секундной коррекции UTC
00	В конце текущего квартала коррекции UTC не будет
01	В конце текущего квартала будет коррекция на плюс 1 с
11	В конце текущего квартала будет коррекция на минус 1 с

Признак КР помещается в навигационный кадр не позднее, чем за 8 недель до проведения коррекции. Однако, решение о предстоящей коррекции может быть принято раньше, чем за 8 недель. Поэтому с начала квартала до принятия решения передается признак 10 (решение ещё не принято), а после принятия решения передаётся один из 3-х вышеперечисленных признаков. Слово - грубое значение сдвига шкалы времени спутника с номером n^A относительно шкалы времени системы на момент времени , равное смещению ПСПД излучаемого навигационного радиосигнала относительно номинального положения. Слово - обобщенный признак состояния спутника с номером n^A на момент закладки неоперативной информации (альманаха орбит и фаз). Значение признака С_n = 0 указывает на непригодность спутника для использования в сеансах навигационных определений, а значение признака С_n = 1 - на пригодность спутника.

Точность передаваемых в составе альманаха параметров такова, что позволяет потребителю производить определение дальности и радиальной скорости спутника со среднеквадратическими значениями погрешностей, зависящими от времени, прошедшего с момента передачи альманаха ("возраста" данных), как показано в табл. 3.8.

Таблица 3.8 Зависимость погрешности навигационных определений от "возраста" данных альманаха

"Возраст данных альманаха"	СКО погрешности определения
	дальности (км)	радианальной скорости (м/с)
1 сутки	0,83	0,33
10 суток	2,0	0,7
20 суток	3,3	4,2

Таблица 3.9 Размещение слов альманаха в кадре навигационного сообщения

Слово	Число разрядов	Номера строк в кадре	Номера разрядов в строках
	32	5	38 - 69
	5	5	32 - 36
N4	22	5	10 - 31
NA	11	5	70 - 80
nA	5	6, 8, 10, 12, 14	73 - 77
	5	7, 9, 11, 13, 15	10 - 14
	21	6, 8, 10, 12, 14	42 - 62
	21	7, 9, 11, 13, 15	44 - 64
	18	6, 8, 10, 12, 14	24 - 41
	22	7, 9, 11, 13, 15	22 - 43
	7	7, 9, 11, 13, 15	15 - 21
	15	6, 8, 10, 12, 14	9 - 23
	16	7, 9, 11, 13, 15	65 - 80
	2	6,8,10,12,14	78-79
B1	11	74	70-80
B2	10	74	60-69
KP	2	74	58-59
	10	6, 8, 10, 12, 14	63 - 72
	1	6, 8, 10, 12, 14	80

3.6 Выводы по главе 3

1. Навигационное сообщение подразделяется на оперативную и неоперативную информацию. Оперативная информация содержит: оцифровку меток времени НКА; сдвиг шкалы времени НКА; отличие несущей частоты излучаемого навигационного радиосигнала; эфемериды НКА. Неоперативная информация содержит альманах системы, включающий в себя: сдвиг шкалы времени каждого НКА; параметры орбит всех НКА; сдвиг шкалы времени системы ГЛОНАСС от UTC(SU) и другие данные.

2. Суперкадр имеет длительность 2,5 минуты и состоит из 5 кадров длительностью 30 с. Каждый кадр состоит из 15 строк длительностью 2 с.

3. Навигационный кадр является частью суперкадра. Каждый навигационный кадр имеет длительность 30 с и состоит из пятнадцати строк длительностью 2 с каждая. В пределах каждого кадра передается полный объем оперативной ЦИ для данного НКА и часть неоперативной ЦИ.

4. Длительность строки ЦИ равна 2 с, и из них 0,3 с в конце строки занимает МВ в виде укороченной ПС последовательности ПСПМВ, состоящей из 30 символов длительностью 10 мс. Остальную часть строки (1,7 с) занимает собственно ЦИ с символьной частотой 50 Гц, сложенная по модулю два с меандром двойной символьной частоты 100 Гц (бидвоичный код).

4. РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ОРБИТАЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ СПУТНИКОВ ГЛОНАСС

Приведенный ниже комплекс программ составлен на основе формул для расчета орбит спутников по данным альманах ГЛОНАСС в полном соответствии с интерфейсным контрольным документом ГЛОНАСС [3].

Рисунок 4.1 Структура комплекса расчета и моделирование орбитального движения спутников ГЛОНАСС

Данные, использованные при изучении, а именно альманах в формате .txt получен с помощью приемника СНС Навиор-24 (СН 4701) (приложение 24).

4.1 Файл ORBITA_GLONASS

Программа рассчитывает орбиты спутников ГЛОНАСС по данным альманаха в строгом соответствии с интерфейсным контрольным документом ГЛОНАСС.

Входные данные: альманах ГЛОНАСС; год ; месяц ; день; координаты точки, из которой проводится наблюдение спутников (WGS84); широта в радианах - 56 градусов, 8 минут и 0 секунд для города Чебоксары; долгота в радианах - 47 градусов, 15 минут и 0 секунд для города Чебоксары; высота в метрах, например, 120.9. шаг в секундах; расчетный интервал, например, 24 часа; количество спутников, для которых строятся графики орбитального движения; номера спутников, для которых строятся графики орбитального движения.

Выходные данные: координаты спутника x, y, z c номером i на момент времени j в системе ECEF - прямоугольная подвижная геоцентрическая система координат; координаты спутника x, y, z c номером i на момент времени j в системе ECI - абсолютная неподвижная система координат; скорости спутника c номером i на момент времени j по осям x, y, z; угол места спутника c номером i на момент времени j; угол азимута спутника c номером i на момент времени j; дальность до спутника c номером i на момент времени j; график орбит спутников ГЛОНАСС системе ECEF; график орбит спутников ГЛОНАСС системе ECI; график видимости спутников; график скоростей спутников ГЛОНАСС.

Файл ORBITA_GLONASS.m приведен в приложении 1.

4.2 Входные данные

Входные данные представляют их себя альманах в формате .txt получен с помощью приемника СНС Навиор-24 (СН 4701).

Содержит информацию о номере спутника, здоровье, номере литеры, уходе шкалы времени спутника в секундах, долготе первого внутри суток восходящего узла в радианах, наклонении орбиты в градусах, эксцентриситете, аргументе перигея орбиты спутника в радианах, времени прохождении восходящего узла орбиты в секундах, драконическом периоде, скорости изменения драконического периода. Входные данные в виде функции приведены в приложении 24.

4.3 Функция map

Применена функция MatLab для внесения в графики орбитального движения изображения Земли. Функция приведена в приложении 2.

4.4 Функция read_Alm

Функция предназначена для записывания данных с альманаха в массив alm для последующей обработки в программе и определение количества работающих спутников. Функция приведена в приложении 3.

4.5 Функция Gln_data_from_NA

Функция предназначена для преобразования номера дня NA (день привязки альманаха от ближайшего високосного года) в текущую дату.

Входные данные: ближайший високосный год - 2004, день привязки альманаха - 15 ноября 2007 года.

Выходные данные: year = 2007 mon = 11 day = 16.

Функция приведена в приложении 4.

4.6 Функция JD_data

Функция основывается на вычислениях функции JD_epohi и вычисляет: номер юлианского дня, номер дня года.

Входные данные: структура timeUTC - год, месяц, день.

Выходные данные: юлианский день; день от начала года.

Функция приведена в приложении 5.

Функция JD_epohi. Функция рассчитывает номер юлианского дня до начала года (epoha) на 12 часов, 0 дня в январе.

Входные данные: epoha, размерность - год.

Выходные данные: номер юлианского дня до начала года.

Функция приведена в приложении 11.

4.7 Функция LLH_to_ECEF

Функция преобразования географических координат (LLH) в прямоугольную геоцентрическую систему координат (ECEF).

Входные данные: географические координаты - долгота (радиан), широта (радиан), высота (метр); a, b - большая и малая полуоси земного эллипсоида в WGS84 (метр).

Выходные данные: координаты x, y, z в прямоугольную геоцентрическую систему координат (ECEF).

Функция приведена в приложении 6.

4.8 Функция WGS84_to_PZ90

Функция преобразует координаты из системы WGS84 в систему ПЗ-90.

Функция приведена в приложении 7.

4.9 Функция ECEF_to_LLH

Функция преобразует координаты из системы ECEF в географическую систему.

Входные данные: a, b - большая и малая полуоси земного эллипсоида (метр); координаты x, y, z в ECEF;

Выходные данные: географические координаты - долгота (радиан), широта (радиан), высота (метр).

Функция приведена в приложении 8.

4.10 Функция GLN_satfind

Функция вычисляет координаты спутников ГЛОНАСС, углы видимости и количество видимых спутников.

Входные данные: a, b - большая и малая полуоси земного эллипсоида; параметры времени; широта, долгота и высота точки, из которой наблюдаются спутники, данные альманаха спутников ГЛОНАСС.

Выходные данные: количество видимых спутников ГЛОНАСС, углы видимости спутников, координаты спутников в абсолютной системе координат (ECI); координаты спутников в подвижной системе координат (ECEF).

Функция приведена в приложении 9.

Функция init_data. Функция предназначена для инициализации массивов

Функция приведена в приложении 12.

Функция JD_from_epohi. Функция вычисляет количество дней от указанного года (epoha) до текущей даты, указанной в структуре timeUTC, представленной в виде года (year), месяца (mon), дня (day).

Функция приведена в приложении 13.

Функция s0_Nut. Функция рассчитывает среднее звездное время на 0 часов UTC

Входные данные: дата, на которую требуется рассчитать среднее звездное время.

Выходные данные: среднее звездное время на 0 часов UTC.

Функция приведена в приложении 14.

Функция llh_to_eci. Функция вычисляет позицию приемника в абсолютной геоцентрической системе координат (ECI).

Входные данные: a, b - большая и малая полуоси земного эллипсоида (метр); текущее время (секунды), среднее звездное время, координаты приемника - долгота (радиан), широта (радиан), высота (метр).

Выходные данные: географические координаты приемника в абсолютной геоцентрической системе координат (ECI) - долгота (радиан), широта (радиан), высота (метр); координаты приемника в абсолютной прямоугольной геоцентрической системе координат (ECI) x, y, z.

Функция приведена в приложении 15.

Функция init_satpos_gln. Функция предназначена для инициализации структуры sat_pos.

Функция приведена в приложении 16.

Функция gln_a_1. Функция рассчитывает координаты и скорости спутников ГЛОНАСС.

Входные данные: номер спутника, номер текущих суток внутри 4-х летнего периода (от ближайшего високосного года), текущее время обсервации от начала дня, истинное звездное время в текущий момент обсервации, альманах спутников ГЛОНАСС.

Выходные данные: координаты по оси x, y, z; скорости по оси x, y, z.

Расчет координат и составляющих вектора скорости НКА по данным альманаха системы ГЛОНАСС в абсолютной геоцентрической системе координат ОХ_аУ_аZ_а (начало системы координат и направление оси OZ_а совпадает с началом системы координат OХУZ и направлением оси 0Z, плоскость ХOZ отстоит от плоскости Х_аOZ_a на величину звездного времени S, а ось OY_а дополняет систему до правой) на заданный момент времени t_i (московское декретное время суток с номером N₀ внутри четырехлетнего периода) проводится в два этапа.

Сначала с помощью величин , и рассчитываются момент прохождения восходящего узла орбиты t_k на витке с номером К, к которому принадлежит заданный момент времени t_i (), и долгота восходящего узла на этом витке. Остальные параметры принимаются постоянными и равными тем, которые содержатся в навигационном кадре.

Затем оскулирующие элементы пересчитываются с момента t_k по аналитическим формулам на момент. При этом учитываются вековые и периодические возмущения в элементах орбиты НКА от второй зональной гармоники С₂₀ в разложении геопотенциала, характеризующей полярное сжатие Земли.

Полученные на момент t_i оскулирующие элементы переводятся в кинематические параметры.

Последовательность проведения расчета и используемые рабочие формулы в функции gln_a_1:

1) Методом последовательного приближения находится большая полуось орбиты а:

где , и .

За начальное приближение принимается

км.

2) Рассчитываются момент прохождения восходящего узла орбиты t_k на витке, к которому принадлежит момент t_i и долгота восходящего узла на этом витке :

,

,

,

где W - целая часть W_k ,

,

,

,

где , , .

Здесь: С₂₀ - коэффициент при второй зональной гармонике разложения геопотенциала в ряд по сферическим функциям, равный -1082,63*10^-6; а_е - экваториальный радиус Земли, равный 6378, 136 км; S₀ - истинное звездное время на гринвичскую полночь даты N₀, к которой относится время t_i; - угловая скорость вращения Земли, равна 0,7392115*10^-4 с^-1; - константа гравитационного поля Земли, равна 398600,44 км³/с².

3) Вычисляются константы интегрирования на момент :



где , , , , , , , , .

4) вычисление поправок к элементам орбиты НКА на момент времени t_i за счет влияния второй зональной гармоники C₂₀:

Величины вычисляются для и по формулам (4.1) при .

5) Вычисляются возмущенные элементы орбиты НКА на момент времени t_i:

,

где , , , .

Здесь i -индекс принадлежности ко времени t_i.

6) Вычисляются координаты и составляющие вектора скорости НКА в системе координат OX_aY_aZ_a на момент времени t_i:

, , ,

, ,

,

,

,

,

,

,

,

,

.

Весь расчет выполняется в функции приведенной в приложении 17.

Функция semi_axis_1. Функция вычисляет радиус орбиты спутника ГЛОНАСС в соответствии с интерфейсным контрольным документом ГЛОНАСС.

Входные данные: драконический период обращения спутника ГЛОНАСС (секунды), наклонение орбиты спутника ГЛОНАСС (радиан), эксцентриситет, аргумент перигея орбиты спутника ГЛОНАСС (радиан).

Выходные данные: большая полуось орбиты спутника ГЛОНАСС (километр).

Функция приведена в приложении 22.

Функция kepler. Функция предназначена для решения уравнения Кеплера.

Функция приведена в приложении 23.

Функция satpos_eci_in_metr. Функция преобразует координаты satpos_eci (структура), заданные в километрах в координаты satpos_eci, satpos_gln в метрах.

Функция приведена в приложении 18.

Функция eci_to_ecef. Функция преобразования координат из неподвижной системы координат в подвижную.

Входные данные: среднее звездное время в текущий момент обсервации, текущее время, координаты x, y, z в абсолютной неподвижной системе координат (ECI); cкорости vx, vy, vz в абсолютной неподвижной системе координат (ECI).

Выходные данные: координаты x, y, z в подвижной системе координат (ECEF); cкорости vx, vy, vz в подвижной системе координат (ECEF).

Функция приведена в приложении 19.

Функция top_coord. Функция выполняет расчет топоцентрических координат объекта по заданным географическим (долгота, широта, высота) и геоцентрическим (x, y, z) координатам приемника, а также геоцентрическим координатам объекта (x, y, z).

Входные данные: номер спутника, широта (рад) приемника, долгота (рад) приемника, высота (м) приемника, прямоугольные геоцентрические координаты приемника (м), прямоугольные геоцентрические координаты объекта (м).

Выходные данные: проекция вектора дальности на ось, направленную на Юг (South), проекция вектора дальности на ось, направленную на Восток (East), проекция вектора дальности на ось, направленную в Зенит, дальность до объекта, угол азимута объекта, угол видимости объекта.

Функция приведена в приложении 20.

Функция rewrite_satpos. Функция предназначена для перезаписи структуры satpos в массив структур result.

Функция приведена в приложении 21.

4.11 Функция ris_vis_sat

Функция строит графики спутников, видимых из точки наблюдения.

Функция приведена в приложении 10.

4.12 Результаты выполнения файла ORBITA_GLONASS

Рисунок 4.2 Координаты x, y, z спутников 6, 14, 23 за 24 часа в прямоугольной подвижной геоцентрической системе координат ECEF

Рисунок 4.3 Координаты x, y, z спутников 6, 14, 23 за 24 часа в абсолютной неподвижной системе координат ECI



Рисунок 4.4 График скоростей спутников 6, 14, 23 за 24 часа

Рисунок 4.5 График времени наблюдения спутников 1, 4, 6, 7, 8, 10, 14, 15, 21, 23, 24 за 24 часа

4.13 Вывод по главе 4

1. Получены орбиты движения спутников ГЛОНАСС под номерами 6, 14, 22 за 24 часа в двух системах координат: прямоугольной подвижной геоцентрической системе координат ECEF и абсолютной неподвижной системе координат ECI. Рис. 4.2 и рис. 4.3 показывает эллиптическую орбиту движения спутников.

2. Получены графики скорости движения спутников ГЛОНАСС под номерами 6, 14, 22 за 24 часа абсолютной неподвижной системе координат ECI. Получены проекции скоростей на плоскостях XOY, ZOY, ZOX.

3. Получена видимость спутников ГЛОНАСС за 24 часа, из точки обзора - город Чебоксары.

4. По рис. 4.5 выявлено, что в промежутки времени с 4 до 8 и с 15 до 19 часов число видимых спутников над Чебоксарами не достаточно для определения координат местоположения приемником ГЛОНАСС.

5. Экономическая часть

5.1 Обоснование необходимости проведения НИР

В выпускной квалификационной работе осуществляется исследование орбитального движения спутников ГЛОНАСС методом имитационного моделирования на компьютере.

Моделирование представляет собой мощный метод научного познания, при использовании которого исследуемый объект заменяется более простым объектом, называемым моделью. Основными разновидностями процесса моделирования можно считать два его вида - математическое и физическое моделирование. При математическом моделировании объект (процесс) заменяется системой дифференциально-интегральных уравнений, описывающей динамику объекта (процесса). При физическом (натурном) моделировании исследуемая система заменяется соответствующей ей другой материальной системой, которая воспроизводит свойства изучаемой системы с сохранением их физической природы.

5.2 Определение трудоемкости проведения НИР

Для определения трудоемкости выполнения научно-исследовательской работы (НИР) составляется перечень всех основных этапов и видов работ, которые должны быть выполнены [19]. На основе анализа смыслового содержания каждого вида работ и определения квалификационного уровня исполнителей заполняется табл. 5.1.

Таблица 5.1 Распределение работ по этапам, видам и должностям исполнителей

Этап проведения НИР	Вид работ	Должность исполнителя
Разработка ТЗ	Составление и утверждение ТЗ на НИР	Инженер 1-й кат.
Выбор направления исследования	Изучение ТЗ на НИР	СНС
Теоретические и экспериментальные исследования	Изучение научно-технической литературы	Инженер 1-й кат., МНС
	Сбор информации	МНС, инженер 1-й кат.
	Теоретические исследования	Инженер 1-й кат.
	Проведение расчетов и построение графиков для подтверждения отдельных положений теории Проведение экспериментов	Инженер 1-й кат.
Теоретические и экспериментальные исследования	Обработка полученных данных (анализ результатов выполненной работы)	МНС
	Графическое построение	Инженер 1-й кат.
Обобщение и оценка результатов исследований	Разработка рекомендаций по использованию результатов проведения НИР	Инженер 1-й кат.

Трудоемкость выполнения НИР определяется по сумме трудоемкости этапов и видов работ, оцениваемых экспертным путем в человеко-днях, и носит вероятностный характер. Для этого применяются оценки минимально возможной трудоемкости выполнения отдельных видов работ - , максимально возможной - и наиболее вероятной - . По этим величинам оценивается ожидаемое значение трудоемкостей и их дисперсий по следующим формулам:

(5.1)

. (5.2)

Экспертные оценки и расчетные величины приведены в табл. 5.2.

Дисперсия характеризует степень неопределенности выполнения работы за ожидаемое время . Если разброс между и мал, то мала степень достоверности того, что работа будет выполнена точно в срок.

Таблица 5.2 Оценка трудоемкости отдельных видов работ в днях

Вид работ	Оценка трудоемкости	Расчетные величины
Составление и утверждение ТЗ	3	3	4	3	0,03
Изучение ТЗ на НИР	3	3	4	3	0.03
Изучение научно-технической литературы	4	5	5	5	0,03
Сбор информации	5	5	7	5,3	0,11
Теоретические исследования	4	5	5	5	0,03
Проведение расчетов, построение графиков для подтверждения положений теории. Проведение экспериментов	14	15	16	15	0,11
Анализ полученных результатов	4	5	5	5	0,03
Графическое построение	5	5	7	5,3	0,11
Разработка рекомендаций по использованию результатов проведения НИР	1	1	2	1,16	0,02

5.3 Расчет себестоимости проведения НИР

Целью планирования себестоимости проведении НИР является экономически обоснованное определение величины затрат на ее выполнение.

В плановую себестоимость НИР включаются все затраты, связанные с ее выполнением. Определение затрат на НИР производится путем составления калькуляции плановой себестоимости. Калькуляция плановой себестоимости проведения НИР составляется по следующим статьям: специальное оборудование; основная заработная плата; дополнительная заработная плата; отчисления на социальные нужды; накладные расходы. Расчёт затрат на специальное оборудование приведён в табл. 5.3.

Таблица 5.3 Расчёт затрат на специальное оборудование

Специальное оборудование	Норма расхода	Ср. цена за ед., руб.	Сумма на изделие, руб.
Компьютер	1	20000	20000
Компьютерный стол	1	3000	3000
Кресло офисное	1	750	750
Лампа настольная	1	500	500
Программное обеспечение			12000
Канцтовары			500
Принтер	1	2300	2300
Итого	39050

Средняя заработная плата за один рабочий день определяется для каждой категории работающих исходя из месячного оклада и количества рабочих дней в месяце. Расчёт заработной платы работникам проведен в табл. 5.4.

Таблица 5.4 Расчёт заработной платы работникам

№	Вид работы	Должность исполнителя	Трудоемкость, чел. - дн.	Численность, чел.	Длительность работы, дн.	Дневная ставка, руб.	Фонд оплаты труда, руб.
1	Составление и утверждение ТЗ	МНС	1	1	1	500	500
2	Изучение ТЗ	СНС	3	1	3	600	1800
3	Изучение научно-технической литературы	МНС	5	1	5	500	2500
		инженер 1-й кат.	6	1	6	400	2400
4	Сбор информации	МНС	9	1	9	500	4500
		инженер 1-й кат.	11	1	11	400	4400
5	Теоретические исследования	инженер 1-й кат.	15	1	15	400	6000
6	Проведение расчетов	инженер 1-й кат.	10	1	10	400	4000
7	Анализ полученных результатов	МНС	4	1	4	500	2000
8	Графическое построение	инженер 1-й кат.	8	1	8	400	3200
9	Анализ результатов проведения НИР	МНС	3	1	3	500	1500
Итого ()	32800

В табл. 5.4 проведен расчёт заработной платы работникам.

Дополнительная заработная плата пропорциональна основной заработной плате с учётом коэффициента норматива :

.(5.3)

Расчёт отчислений на социальные нужды:

(5.4)

где - норматив отчислений на социальные нужды.

Накладные расходы:

,(5.5)

где - норматив цеховых расходов.

Расчет затрат сведем в табл. 5.5

Таблица 5.5 Калькуляция затрат

Статья калькуляции	База	Процент от базы	Сумма, руб.
ДЗП	ОЗП	10	3280
Отчисление на социальные нужды	ОЗП + ДЗП	35,6	12844,48
Накладные расходы	ОЗП	180	59040
Итого	99764.48

Таблица 5.6 Калькуляция плановой себестоимости выполняемых работ

Статья затрат	Сумма, руб.
Материалы	-
Специальное оборудование	39050
Основная заработная плата	32800
Дополнительная заработная плата	3280
Отчисления на социальные нужды	12844,48
Накладные расходы	2000
Расчёты на служебные командирования	-
Затраты на работы, выполняемые сторонними организациями	-
Прочие прямые расходы	-
Накладные расходы	-
Итого	75164

5.4 Построение ленточного графика проведения НИР

Одной из основных целей планирования НИР является определение общей продолжительности их проведения. Вычисление продолжительности каждой работы определяется по формуле, дней:

,(5.6)

где - трудоемкость работ, человек-день; - численность исполнителей, человек. Календарный график построим по пятидневной рабочей неделе.

Вычислим общую продолжительность работ :

(5.7)

где i соответствует числу работ при проведении НИР.

(5.8)

Вычислим продолжительность НИР с учетом параллельности выполнения работ различными по квалификации сотрудниками :

(5.9)

Таблица 5.7 Ленточный график проведения НИР

Из приведенного выше ленточного графика (табл. 5.7) видно, что НИР длилась 61 рабочих дней, тогда как общая продолжительность работ составляет 75 дней. Это объясняется параллельностью выполнения работ различными по квалификации сотрудниками. Фонд оплаты труда за время проведения НИР составил 32800 рублей, а плановая себестоимость выполняемых работ составила 89974,48 рублей.

5.5 Выводы по главе 5

1. В данной главе выпускной квалификационной работы проведено обоснование необходимости проведения научно-исследовательской работы, произведен расчет основных затрат на покупные изделия, расчет заработной платы работникам и определена плановая себестоимость выполняемых работ. Все данные, полученные из расчётов, сведены в ленточный график, иллюстрирующий технико-экономическое обоснование НИР.

6. Безопасность и экологичность выпускной квалификационной работы

6.1 Характеристика объекта с точки зрения безопасности

Безопасность жизнедеятельности человека предполагает выполнение необходимых условий труда для обеспечения долгой и здоровой жизни. Сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда - одна из самых важных задач в современной социальной и производственной деятельности человека.

Целью данной выпускной квалификационной работы является исследование орбитального движения спутников ГЛОНАСС. Работа будет проводиться в небольшом закрытом помещении. Для исследования используется рабочее место, оборудованное компьютером. Следовательно, будет использоваться электрическая сеть переменного напряжения 220 В. В целях безопасности необходимо рассмотреть ряд проблем, в частности освещенность рабочего места, воздействие электрического тока и пожарную опасность, а также учесть влияние электромагнитных излучений на человека.

6.2 Анализ опасных и вредных факторов

Опасность - негативное свойство живой и неживой материи, способное причинять ущерб самой материи: людям, природной среде, материальным ценностям [20].

Вредный фактор - негативное воздействие на человека, которое приводит к ухудшению самочувствия или заболеванию.

Опасные и вредные факторы: воздействие электрического тока; воздействие плохой освещенности; пожарная опасность; вредные факторы при работе за компьютером.

Воздействие электрического тока. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действие.

Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела, нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути тока вызывая в них значительные функциональные расстройства. Электролитическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей. Биологическое действие проявляется раздражением и возбуждением живых тканей организма, а также нарушением внутренних биологических процессов.

Опасность воздействия электрического тока на человека зависит от следующих факторов: сопротивление тела человека (при сухой и чистой коже составляет сотни килоом); величина приложенного напряжения (безопасное напряжение до 42 В.); сила тока, проходящего через тело человека; длительность воздействия; путь прохождения; род и частота тока; индивидуальные свойства; влажность (нормальная относительная влажность не более 60 %).

В помещениях с повышенной опасностью (например, с повышенной влажностью) электроинструменты, переносные светильники, электроустановки и так далее должны быть выполнены с двойной изоляцией или их напряжение питания не должно превышать 42 В. В помещениях должны быть предусмотрены рубильники электрического тока, для того, чтобы в случае попадания человека под напряжение своевременно прекратить подачу электричества. Все электрические установки, имеющие металлический корпус должны быть заземлены.

Основные параметры освещения. Сохранность зрения человека, состояние его центральной нервной системы, безопасность и повышение производительности труда во многом зависят от освещения.

Лучистый поток, - это мощность лучистой энергии электромагнитного поля в оптическом диапазоне волн, Вт.

Световой поток, - это мощность световой энергии, оцениваемой по зрительному восприятию, т.е. величина F является не только физической, но и физиологической, лм.

Видность, - отношение светового потока к лучистому. Максимальная видность (при длине 554 Нм) составляет 683 лм/Вт.

Сила света, - пространственная объективная плотность светового потока в пределах телесного угла, кд.

Освещенность, - плотность светового потока на освещаемой поверхности, лк.

Яркость поверхности в данном направлении определяется из отношения силы света , излучаемой поверхность в этом направлении, к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

.(6.1)

Коэффициент отражения, характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток; определяется по формуле:

,(6.2)

где - отраженный световой поток, лм. - световой поток, падающий на поверхность, лм.

Качественные показатели систем производственного освещения являются компонентами и определяют условия зрительной работы.

Фон - поверхность, непосредственно прилегающая к объекту различения. Под объектом различения понимается минимальный элемент рассматриваемого предмета, который необходимо выделить для зрительной работы.

Контраст объекта с фоном, - определяется из соотношения яркостей рассматриваемого объекта и фона:

.(6.3)

Видимость, - величина, комплексно характеризующая зрительные условия работы. Зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном и др. Оценивается видимость числом пороговых контрастов , содержащихся в действительном контрасте:

.(6.4)

Пороговый контраст - наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым.

Показатель ослепленности, - это критерий оценки слепящего действия источников света, вычисляемый по формуле:

,(6.5)

где - видимость объекта различения при экранированном источнике света; - видимость при разэкранированном источнике искусственного света. Яркость объекта и фона увеличивается за счет появления бликов , что приводит к снижению показателя контрастности:

,(6.6)

а значит и к уменьшению показателя видимости.

Коэффициент пульсации освещенности, - критерий оценки изменения освещенности поверхности вследствие периодического изменения во времени светового потока источника света:

(6.7)

Необходимость в показателе вызвана применением газоразрядных ламп. При питании их переменным током наблюдается пульсация во времени величины светового потока.

Естественнее освещение имеет положительные и отрицательные стороны. Более благоприятный спектральный состав, высокая диффузность света способствуют улучшению зрительных условий работы. В то же время, при естественном освещении, освещенность во времени и пространстве непостоянна, зависит от погодных условий, возможно тенеобразование, ослепление при ярком солнечном свете.

Искусственное освещение помогает избежать многих недостатков, характерных для естественного освещения, и обеспечить оптимальный световой режим. При недостаточном естественном освещении в светлое время суток используют и искусственный свет. Такое освещение называется совмещенным.

Естественное освещение по конструктивному исполнению бывает боковое, верхнее, комбинированное. Наиболее эффективно комбинированное естественное освещение, обеспечивающее более равномерное распределение внутри производственного помещения. Искусственное освещение по конструктивному исполнению бывает двух видов: общее и комбинированное, когда к общему освещению добавляется местное, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах. Общее освещение подразделяется на общее равномерное и общее локализованное. Общее освещение может быть рабочим и аварийным.

Рабочее освещение является обязательным во всех помещениях и на освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы, прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение предусматривается для обеспечения минимальной освещенности в производственном помещении на случай внезапного отключения рабочего освещения.

Пожарная опасность. Электрические приборы и установки являются источниками повышенной пожарной опасности. При коротком замыкании или недопустимом увеличении тока, возможно оплавление изоляции проводов и ее возгорание.

Источником пожарной опасности может являться естественный нагрев электроустановок или их компонентов. Так, например, корпуса мощных выпрямительных приборов могут нагреваться до 200-250 градусов.

Анализ вредных факторов при работе за компьютером. Зрительное утомление. Уже в первые годы компьютеризации было отмечено специфическое зрительное утомление у пользователей дисплеев, получившее общее название "компьютерный зрительный синдром" (CVS - Computer Vision Syndrome). Причин его возникновения несколько. И, прежде всего - сформировавшаяся за миллионы лет эволюции зрительная система человека, которая приспособлена для восприятия объектов в отраженном свете (картин природы, рисунков, печатных текстов и т. п.), а не для работы с дисплеем. Изображение на дисплее принципиально отличается от привычных глазу объектов наблюдения - оно светится; состоит из дискретных точек; оно мерцает, т. е. эти точки с определенной частотой зажигаются и гаснут; цветное компьютерное изображение не соответствует естественным цветам (спектры излучения люминофоров отличаются от спектров поглощения зрительных пигментов в колбочках сетчатки глаза, которые ответственны за наше цветовое зрение). Но не только особенности изображения на экране вызывают зрительное утомление. Большую нагрузку орган зрения испытывает при вводе информации, так как пользователь вынужден часто переводить взгляд с экрана на текст и клавиатуру, находящиеся на разном расстоянии и по-разному освещенные.

Микротравмы. Микротравма - это постепенный износ организма в результате ежедневных нагрузок. Большинство нарушений в организме происходит из-за накапливающихся микротравм. Такой тип повреждений не возникает вдруг, как перелом руки или ноги (макротравма). Прежде, чем возникнут болевые ощущения, может пройти несколько месяцев сидения в неправильной позе или повторяющихся движений. Боль может ощущаться по-разному: в виде жжения, колющей или стреляющей боли, покалывания.

Заболевания, вызванные повторяющимися нагрузками (ПВПН) и повторяющиеся травмирующие воздействия при работе с компьютером (ПТВРК). Повторяющиеся действия приводят к накоплению продуктов распада в мышцах. Эти продукты и вызывают болезненные ощущения. Очень трудно предотвратить повторяющиеся движения кистей и ладоней при работе на компьютере.

6.3 Мероприятия по защите от опасных и вредных факторов

Мероприятия по организации электробезопасности. Электробезопасность на производстве обеспечивается соответствующей конструкцией электроустановок; применением технических способов и средств защиты; организационными и техническими мероприятиями (ГОСТ 12.1.009 - 76).

Наиболее распространенными техническими средствами защиты являются защитное заземление и зануление.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.009 - 76).

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.009 - 76).

Защита человека от поражения электрическим током в сетях с занулением осуществляется тем, что при замыкании одной из фаз на зануленный корпус в цепи этой фазы возникает ток короткого замыкания, который воздействует на токовую защиту (плавкий предохранитель, автомат), в результате чего происходит отключение аварийного участка от цепи.

Таким образом, чтобы обеспечить эффективную электробезопасность, необходимо заземлить или занулить все металлические части конструкции электроустановок. Не допускать попадания внутрь электроприборов влаги и посторонних предметов.

Мероприятия по обеспечению необходимой освещенности рабочего места. Естественное освещение в помещении должно осуществляться в виде бокового освещения. Величина коэффициента естественной освещенности (к.е.о.) должна соответствовать нормативным уровням по СНиП 2-4-79 "Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования".

Искусственное освещение в помещении следует осуществлять в виде комбинированной системы освещения с использованием люминесцентных источников света в светильниках общего освещения.

Источники света по отношению к рабочему месту следует располагать таким образом, чтобы исключить попадание в глаза прямого света. Пульсация освещенности используемых ламп не должна превышать 10%.

Расчет освещенности рабочего места. Работа с оборудованием будет происходить в помещении 463 м. Освещение для такого рода работ требуется комбинированное (общее + местное).

Характеристика работы средней точности, размер объектов различения от 0,5 до 1 мм, что соответствует IV-му разряду работ.

По таблице нормирования искусственной освещенности в производственных помещениях.

При IV-ом разряде работ при среднем контрасте объекта с фоном и средней яркости фона - (разряд IV в), минимальная величина комбинированной освещенности должна быть 400 Лк.

С запасом возьмем величину освещенности Лк.

Так как освещение комбинированное, разделим его на общее и местное:

(6.8)

ВыберемЛк

Лк

Местное освещение - светильник над рабочим столом. Расчет будем вести точечным методом (одна лампа).

,(6.9)

где - сила света, [кд]; - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, [м]; - расстояние до приборов, [м]; - угол между Н и R.

,(6.10)

где - световой поток, [Лм].

Так как ,(6.11)

То ,(6.12)

где - коэффициент запаса. Для данного вида работ .

Так как для лампы дается не сила света (), а световой поток (), то, подставляя выражения, получаем:

.(6.13)

Так как , то

.(6.14)

Отсюда,[Лм]

Вычисляем и находим по значению светового потока тип лампы и мощность:

Лк

Выберем , .

Тогда, по формуле ; что соответствует углу примерно в 45.

Находим :

Лм

По этому значению находим тип лампы и определяем ее мощность.

По ГОСТ 2239 - 79 это будет лампа накаливания Г215 - 225 - 200 , рассчитана на рабочее напряжение сети 220 В, мощность 200 Вт.

Рассчитаем общее освещение.

Требуемая величина освещения Лк.

Размеры комнаты: длина - 6 м, ширина - 4 м, высота - 3 м.

,

где Лк; - площадь комнаты, ; - коэффициент запаса, К=1,3; - коэффициент неравномерности светового потока (для люминесцентных ламп ).

- число ламп. Выберем .

Лампы сгруппированы по 2, расстояние между ними , лампы равномерно распределены.

- коэффициент использования светового потока, зависит от , где

,(6.15)

- показатель смещения, - длина комнаты, - ширина, - расстояние от точки подвеса ламп (потолка) до рабочей поверхности.

,

где - высота комнаты, 3 м. - расстояние от пола до рабочей поверхности, м.

По таблице находим значение .

При По формуле находим :

Лм.

По ГОСТ 6825 - 74 для люминесцентных ламп выбираем лампы ЛБ-40.

Световой поток такой лампы - 3120 Лм.

Рабочее напряжение - 220 В.

Мощность - 40 Вт.

Влияние электромагнитных излучений. Характер воздействия на человека электромагнитного излучения в разных диапазонах различен. В связи с этим значительно различаются и требования к нормированию различных диапазонов электромагнитного излучения.

В производственных условиях на рабочего оказывает воздействие широкий спектр электромагнитного излучения. В зависимости от диапазона длин волн различают: электромагнитное излучение радиочастот м), инфракрасное излучение м), видимую область м), ультрафиолетовое излучение м), рентгеновское излучение, гамма-излучение м) и др.

Электромагнитное поле (ЭМП) диапазона радиочастот обладает рядом свойств, которые широко используются в технике. Свойства электромагнитных волн распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела сред широко используют в таких областях, как радиосвязь, телевидение, радиолокация, дефектоскопия и других, поэтому телевизионные и радиолокационные станции, антенны радиосвязи являются также мощными источниками ЭМП диапазона радиочастот. Различают технологические и паразитные источники ЭМП.

Единицами ЭМП являются: частота f (Гц); напряженность электрического поля Е (В/м); напряженность магнитного поля Н (А/м); плотность потока энергии J (Вт/м?). В ЭМП существуют три зоны, которые различаются по расстоянию от источника ЭМП.

Дальняя зона характеризуется тем, что в ней электромагнитная волна считается сформировавшейся. В этой зоне на человека воздействует только энергетическая составляющая ЭМП - плотность потока энергии. Если источник ЭМП имеет сверхвысокие частоты (СВЧ), то практически он создает вокруг себя зону энергетического воздействия - дальнюю зону, имеющую радиус: .

Биологическое действие ЭМП радиочастот характеризуется тепловым действием и нетепловым эффектом. Под тепловым действием подразумевается интегральное повышение температуры тела или отдельных частей при общем или локальном облучении. Нетепловой эффект связан с переходом электромагнитной энергии в объекте в нетепловую форму энергии (молекулярное резонансное истощение, фотохимическая реакция).

Влияние ЭПМ на организм зависит от таких физических параметров как длина волны, интенсивность излучения, режим облучения - непрерывный или прерывистый, а также от продолжительности воздействия на организм, комбинированного действия с другими производственными факторами, которые способны изменять сопротивляемость организма на действие ЭПМ. Наиболее биологически активен диапазон СВЧ, менее активен УВЧ и затем диапазон ВЧ (длинные и средние волны), т.е. с укорочением длины волны биологическая активность почти всегда возрастает. Комбинированное действие ЭПМ с другими факторами производственной среды - повышенная температура (свыше 28 ?С), наличие мягкого рентгеновского излучения - вызывает некоторое усиление действия ЭМП, что было учтено при гигиеническом нормировании СВЧ поля.

Нормирование воздействия электромагнитного излучения радиочастот. Оценка воздействия ЭМИ РЧ на человека согласно СаНПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 осуществляется по следующим параметрам:

В диапазоне частот 30 кГц…300 МГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями напряженности электрического поля (E, B/м) и напряженности магнитного поля (Н, А/м).

В диапазоне частот 300 МГц … 300 Гц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями плотности потока энергии (ППЭ, Вт/м², мкВт/см²).

Энергетическая экспозиция (ЭЭ) ЭМИ РЧ в диапазоне частот 30 кГц … 300 МГц определяется как произведение квадрата напряженности электрического или магнитного поля на время воздействия на человека.

Энергетическая экспозиция, создаваемая электрическим полем, равна

,(6.16)

где Е - напряженность электрического поля, Т - время воздействия.

Энергетическая экспозиция, создаваемая магнитным полем, равна

.(6.17)

Энергетическая экспозиция за рабочий день (рабочую смену) не должна превышать значений, указных в табл. 6.1.

Таблица 6.1 Предельно допустимые значения энергетической экспозиции

Диапазон частот	Предельно допустимая энергетическая экспозиция
	По электрической составляющей (В/м)2ч	По магнитной составляющей (А/м)2	По плотности потока энергии (мкВт/см2) ч
30кГц…3МГц	20000	200	-
3…30МГц	7000	Не разработаны	-
30…50МГц	800	0,72	-
50…300МГц	800	Не разработаны	-
300МГц…300ГГц	-	-	200

Примечание. В настоящих Санитарных нормах и правилах во всех случаях при указанном диапазоне частот каждый диапазон исключает нижний и включает верхний предел частоты.

Предельно допустимые значения интенсивности ЭМИ РЧ (Е_пду, Н_пду, ППЭ_пду) в зависимости от времени воздействия в течение рабочего дня (рабочей смены) и допустимое время воздействия в зависимости от интенсивности ЭМИ РЧ определяется по формулам:

(5.18)

Предельно допустимая интенсивность воздействия от антенн, работающих в режиме кругового обзора, или сканирования с частотой не более 1 Гц и скважностью не менее 20 определяется по формуле:

,(5.19)

где К - коэффициент ослабления биологической активности прерывистых воздействий, равный 10.

Независимо от продолжительности воздействия интенсивность не должна превышать максимальных значений (например, 1000 мкВт/см? для диапазона частот 300 МГц … 300 ГГц).

Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ должны, как правило, определяться, исходя из предположения, что воздействие имеет место в течение всего рабочего дня (рабочей смены).

Сокращение продолжительности воздействия должно быть подтверждено технологическими распорядительными документами и (или) результатами хронометража.