Повышение достоверности навигационных измерений внавигационных системах подвижных наземных объектов
Сурков Владимир Олегович, аспирант
Тамбовский государственный технический университет
В статье предложено повышать достоверность навигационных измерений в навигационных системах подвижных наземных объектов с помощью контроля целостности спутниковой радионавигационной системы. С учетом особенностей функционирования навигационных систем обеспечить контроль целостности предлагается используя комплексную первичную обработку информации и методы марковской теории оптимального оценивания случайных процессов. Так же приведены некоторые особенности задачи комплексирования измерителей на уровне первичной обработки информации, учет которых необходим при создании навигационных систем и алгоритмов обработки информации в них.
Введение
В статье [1] производится обзор существующих навигационных систем, как военного, так и гражданского применения. В них подробно рассматривается работа некоторых датчиков, методы обработки информации в данных системах и сравниваются значений погрешностей в определения курса. В статье [2] сравниваются точностные характеристики и состав систем военного назначения. В статье [3] рассматриваются системы навигации подвижных наземных объектов отечественного производства. В статье [4] описаны направления повышения качества функционирования навигационных систем подвижных наземных объектов (ПНО), которые позволяют повысить точность данных, но не их достоверность.
Предложение использовать контроль целостности спутниковой радионавигационной системы для повышения достоверности навигационных измерений в навигационных системах ПНО в литературе не встречается.
Безопасность навигационного обеспечения ПНО зависит от достоверности и целостности навигационных измерений. Достоверность — способность навигационной системы поддерживать с заданной вероятностью в определенный промежуток времени в каком-либо районе в требуемых пределах свои характеристики [5]. Целостность является главной составной частью достоверности навигационных измерений. Под целостностью системы навигационного обеспечения понимается возможность своевременно обнаруживать аномальную работу ее элементов и защищать результат решения навигационной задачи от влияния этих аномалий.
Особенностью функционирования навигационных систем ПНО является зависимость значений погрешностей координат местоположения от наличия данных СРНС. При их отсутствии происходит значительный рост погрешностей в определении координат местоположения, который приводит к невозможности определения местоположения на основе данных от СРНС как для отечественных, так и для навигационных систем зарубежных производителей и негативно сказывается на точности и доступности данных как СРНС, так и всей системы.
Под доступностью понимается способность радионавигационной системы обеспечить проведение навигационных определений в заданный момент времени в определенной зоне действия.
Доступность радионавигационной системы характеризуется вероятностью получения потребителем в рабочей зоне достоверной навигационно-временной информации в определенный период времени и с требуемой точностью [6].
Для обеспечения доступности и достоверности данных необходим контроль целостности СРНС в навигационных системах ПНО. Контроль целостности будет включать контроль сигналов на входе приемника СРНС, контроля состояния самого приемника и проведение необходимой реконфигурации структуры навигационной системы по сигналам системы контроля.
В настоящее время в навигационных системах ПНО рассмотренных в применяется вторичная обработка информации. Под вторичной обработкой информации понимают выполняемую в специализированных вычислителях, обработку выходных сигналов измерителей для определения навигационных элементов. Комплексная вторичная обработка информации дает положительный эффект лишь тогда, когда соответствующие измерители работоспособны, т. е. на их выходах имеются достаточно «хорошие» сигналы (естественно, наблюдаемые с ошибками), сформированные в результате первичной обработки информации и не может позволить обеспечить целостность СРНС в навигационных системах ПНО.
Решить данную задачу можно при комплексной первичной обработке информации, применяя методы марковской теории оптимального оценивания случайных процессов.
Комплексирование оборудования на уровне первичной обработки информации позволяет [7]:
‒ устранить влияние движения наземного объекта на работу РТИ;
‒ сократить время поиска сигналов РТИ;
‒ уменьшить или полностью исключить вероятность ложных захватов следящих измерителей (уменьшить или устранить неоднозначность измерений);
‒ уменьшить вероятность срыва слежения за соответствующими параметрами радиосигналов;
‒ повысить характеристики точности и помехоустойчивости РТИ в режиме слежения;
‒ обеспечить режимы квазикогерентного приема и обработки радиосигналов (что часто не представлялось возможным в соответствующих некомплексных измерителях) и тем самым улучшить характеристики РТИ.
‒ оценить наличие радиосигналов на входах приемных устройств РТИ.
Особенностью навигационных систем с интеграцией оборудования на уровне первичной обработки информации является необходимость включения в состав системы дополнительных согласующих устройств, выполняющих преобразование координат и согласование динамических диапазонов сигналов. Кроме того, в составе системы необходимо предусмотреть коммутационные устройства, обеспечивающие перевод навигационной системы в другие режимы (в том числе и некомплексные) функционирования при выходе из строя тех или иных измерителей.
Основные особенности задачи комплексирования измерителей на уровне первичной обработки информации заключаются в следующем [8]:
1) различие в спектральных характеристиках погрешностей измерителей, являющееся важным условием выигрыша в точности оценивания при комплексировании, приводит к тому, что в этих задачах часть наблюдений (обычно это сигналы на выходах НРТИ) производится на фоне окрашенных (коррелированных во времени) шумов (погрешностей измерений), а другая часть (полезные сигналы на входах РТИ) — на фоне некоррелированных шумов; это вызывает необходимость разработки теоретических методов синтеза и анализа при частично окрашенных шумах наблюдений;
2) широкое использование ЭВМ для вторичной обработки информации обусловливает необходимость преобразования аналоговых выходных сигналов измерителей в цифровую форму (обычно эта операция выполняется встроенными в аппаратуру аналогово-цифровыми преобразователями АЦП), в то же время аналогово-цифровое преобразование входных радиосигналов во многих случаях наталкивается на определенные трудности, связанные с весьма высоким потребным быстродействием АЦП (особенно для сигналов диапазона СВЧ), поэтому синтез и анализ комплексных систем на уровне первичной обработки радиосигналов должен проводиться с учетом наличия дискретных и непрерывных компонент вектора наблюдения и охватывать случаи непрерывных, дискретных, импульсных, дискретно-непрерывных и других видов полезных сигналов;
3) для алгоритмов и структуры комплексной информационной части навигационной системы важно рациональное распределение информации (задание векторов состояния, наблюдения и управления): применение метода распределения информации может привести к зависимости вектора состояния от некоторых компонент вектора наблюдения;
4) длительность переходных процессов в РТИ и НРТИ различны из-за различия физических принципов их работы, что должно учитываться при разработке единых математических моделей информационных и сопутствующих процессов применительно к рассматриваемому классу задач;
5) при описании некоторых наблюдений на выходах НРТИ необходимо учитывать присущую им инерционность;
Таким образом, используя методы марковской теории оценивания случайных процессов и методов комплексирования измерителей в составе навигационных систем на уровне первичной обработки информации и учитывая особенности задачи комплексирования измерителей и особенности построения навигационных систем на уровне первичной обработки информации, возможно обеспечить контроль целостность СРНС в навигационных системах ПНО и тем самым обеспечить требуемую доступность и достоверность измерений.
Литература:
- Безмага В. М., Журавлев А. В., Навигационные комплексы наземных мобильных средств// Новости навигации — 2009 — № 1 — С. 29–36.
- Система топографического ориентирования «Трона-1» //Обозрение армии и флота — 2007. — № 4.
- Сурков В. О. Системы навигации подвижных наземных объектов и их характеристики/ В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2013. — № 7. — С. 76–79.
- Сурков В. О. Направления повышения качества функционирования навигационных систем для подвижных наземных объектов при решении навигационных задач // Молодой ученый. — 2015. — № 13. — С. 209–211.
- ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. Изд 3-е, перераб. — М.: Радиотехника, 2005,688 с., ил.
- Радионавигационный план Рос. Федерации: утв. приказом Министерства промышленности и торговли РФ от 2 сентября 2008 г. № 118: в редакции приказа Министерства промышленности и торговли РФ от 31 августа 2011 г. № 1177. [Электронный ресурс]. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс»
- Ярлыков М. С. Статистическая теория радионавигации. — М.: Радио и связь, 1985. — 344 с.
- Ярлыков М. С., Миронов М. А. Марковская теория оценивания случайных процессов. М.: Радио и связь, 1993.
