Методы диагностирования, используемые в навигационных системах подвижных объектов

Произведен анализ методов диагностирования, используемых в навигационных системах подвижных объектов. Рассмотренные методы не позволяют определить факт наличия или отсутствия сигнала на входе измерителей, поэтому наиболее целесообразно в качестве метода диагностики навигационных систем подвижных наземных объектов использовать методы совместного обнаружения и оценивания параметров сигналов.

При создании современных навигационных систем необходимым является применение специальных средств обеспечивающих отказоустойчивость системы в процессе эксплуатации. Под отказоустойчивостью понимается способность системы выполнять свои функции после возникновения отказа. Нарушения функционирования могут быть вызваны отказами отдельных датчиков и систем, случайными пропаданиями сигналов, аномальными измерениями, сбоями в работе вычислительных устройств, приводящими к ошибочному выполнению алгоритмов, воздействием помех различного вида.

Устранить воздействие некоторых из перечисленных воздействий возможно за счет:

1. общего повышения требований к электромагнитной совместимости и помехозащищенности оборудования, экранировки аппаратуры, увеличения мощности используемых сигналов;
2. создания специальной системы контроля работы устройств, входящих в состав системы с дальнейшим восстановлением работоспособности.

В связи с определенными особенностями построения навигационных систем подвижных наземных объектов (ПНО), таких как зависимость точности позиционирования от наличия данных спутниковой радионавигационной системы (СРНС) система контроля должна иметь возможность определения факта наличия или отсутствия сигнала на входе приемника СРНС.

Далее рассмотрим методы диагностирования используемые при диагностике навигационных систем.

Создание системы контроля производится на основе методов функционального диагностирования. Под техническим диагностированием (ТД) в соответствии с [1] понимается диагностирование, осуществляемое во время функционирования объекта, на который поступают рабочие воздействия. Целью диагностирования является определение технического состояния объекта с указанием при необходимости места, вида и причины дефекта.

Наиболее часто используемыми методами контроля работоспособности навигационных систем являются методы диагностирования в пространстве сигналов.

Методы диагностирования в пространстве сигналов делятся на две группы:

1. Методы анализа характеристик сигналов — использование априорно известные сведений о характеристиках сигналов (амплитуде, частотных свойствах и др.).
2. Методы анализа алгебраических инвариантов — алгебраическое соотношений (контрольных условие), которым должна удовлетворять совокупность выходных сигналов объекта, дополненная при необходимости одним или несколькими избыточными сигналами. Инвариантность состоит в том, что при отсутствии дефектов оно обязано выполняться для любых входных сигналов и в любой момент времени.

Методы анализа алгебраических инвариантов в свою очередь разделяются на:

1. дублирование и резервирование;
2. использование естественной избыточности;
3. введение избыточных переменных;
4. использование наблюдателей состояния.

В настоящее время систему контроля можно построить на основе контроля состояния каждого из датчиков, входящих в состав системы за счет графоаналитического метода и дискретных марковских процессов [2; 4], за счет контроля их выходных напряжения [5], или за счет анализа невязок измерений [6–9] и использование наблюдателей состояния при диагностике навигационных систем в виде многогипотезных измерителей с межобзорной памятью гипотез, представляющих собой несколько параллельно работающих фильтров Калмана или банк фильтров Калмана совместно с введением в вектор наблюдения избыточных переменных [10–16]. В данном случае невозможно определить причину отказа датчика так как не происходит контроль определяемого им параметров.

− нейросетевых методов для контроля данных бесплатформенной инерциальной навигационной системы [17–18],

− избыточных переменных или дополнительных наблюдателей [19–21]) для контроля работоспособности фильтра Калмана.

Данные методы диагностики в настоящее время не используются в навигационных системах ПНО, поэтому возможно их использование в качестве дополнительных методов.

За счет введения избыточных переменных возможен контроль данных датчиков входящих в состав навигационной системы, например приемника СРНС за счет использования методов контроля целостности, описанных в статьях [22–26].

Таким образом, рассмотренные методы диагностики при их реализации в соответствии с вышеуказанными случаями не предусматривают контроль наличия сигналов на входе приемника сигнала или датчика, например радиотехнического (СРНС), поэтому является необходимым использовать другие методы, например методы совместного обнаружения и оценивание параметров сигналов.

Литература:

1. ГОСТ 20911–89 Техническая диагностика. Термины и определения.
2. Иванов Ю. П. Метод оценки целостности спутниковой навигационнойсистемы на основе графоаналитического подхода / Ю. П. Иванов, В. Г. Никитин, С. П. Соболев // Н34 Научная сессия ГУАП Сб. докл. В 3 ч Ч 1 Техническиенауки / ГУАП СПб, 2006 251 с ил, с. 27–30.
3. Иванов Ю. П. Анализ целостности спутниковой навигационной системы посадки / В. Г. Никитин, А. А. Рогова, О. И. Саута, С. П. Соболев // Сборник научных трудов НГТУ (Сборник научных трудов Новосибирского Государственного технического университета). — 2006 – № 2(44) — С. 9–20.
4. Иванов Ю. П. Метод оценки целостности спутниковой навигационной системы / Ю. П. Иванов, В. Г. Никитин, А. А. Рогова, О. И. Саута, С. П. Соболев // Изв. вузов России. Радиоэлектроника / СПбГЭТУ «ЛЭТИ» — 2006 — Вып. 5 Радиоэлектроника и телекоммуникации — С. 69–77.
5. Клевцова Т. В. Методы обнаружения скрытых дефектов в навигационных системах / Т. В. Клевцова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. — 2009.— № 1.— С. 134–141.
6. Чернодаров А. В. Контроль и адаптивно-робастная оценка состояния интегрированных навигационных систем на базе квантово-оптических измерителей // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. — 2012. — №. 185.
7. Сухомлинов Д. В., Чернодаров А. В., Патрикеев А. П. Контроль и адаптивно-робастная оценка состояния интегрированных навигационных систем на базе квантово-оптических измерителей // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». — 2012. — Т. 1.
8. Чернодаров А. В., Матюшин В. А. Прогнозирующий контроль и оценка уровня надежности инерциальных измерительных модулей в режиме реального времени // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. — 2009. — №. 148.
9. Чернодаров А. В., Матюшин В. А. Управление состоянием интегрированных навигационных систем по полетным данным // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. — 2005. — №. 89.
10. Зинчук В. М., Якименко С. Ю. Синтез оптимальных алгоритмов многоальтернативного совместного обнаружения и оценки параметров при неизвестных вероятностях появления обнаруживаемых сигналов / В. М. Зинчук, С. Ю. Якименко // Автоматика и телемеханика, 1983, — М — № 2, С. 102–114.
11. Глумов В. М. и др. Алгоритмическое обеспечение отказоустойчивости систем автоматического управления / В. М. Глумов, С. Д. Земляков, В. Ю. Рутковский, А. В. Силаев // Автоматика и Телемеханика, М — 1988, № 9, С. 3–33.
12. Кошаев Д. А. Многоальтернативный метод обнаружения и оценки нарушений на основе расширенного фильтра Калмана // Автоматика и Телемеханика. 2010. № 5. С. 70–83.
13. 13 Безмен Г. В., Колесов Н. В. Функциональное диагностирование линейных динамических систем с использованием нечеткого анализа / Г. В. Безмен, Н. В. Колесов // Информационно-управляющие системы — 2009 — № 6. — С. 67–73.
14. Безмен Г.В., Колесов Н. В. Функциональное диагностирование динамических систем с использованием нечетких правил анализа и принятия решений об отказе / Г. В. Безмен, Н. В. Колесов // Известия РАН. Теория и системы управления — 2011 — № 3. — С. 3–12.
15. Дмитриев С. П., Колесов Н. В., Осипов А. В. Информационная надежность, контроль и диагностика навигационных систем. — СПб.: Изд-во ЦНИИ «Электроприбор», 2003. 206 с.
16. Кошаев Д. А. Информационный контроль и восстановление навигационных комплексов при большом числе типов нарушений и неопределенности их моделей / Д. А. Кошаев // Гироскопия и навигация. 2007, № 4, с. 47–59.
17. Деева А. С. Контроль и диагностика избыточной инерциальной навигационной системы / А. С Деева, А. Г Щипицын // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». — 2007. — Вып. 5, № 7 (79). — С. 12–17.37.
18. Деева А. С. Методы контроля и диагностики информационных нарушений инерциальных навигационных систем / А. С. Деева, А. Г. Щипицын // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». — 2010. — Вып. 11, № 2. — С. 12–17.
19. Голован А. А., Мироновский Л. А. Алгоритмический контроль фильтра Калмана / А. А. Голован, Л. А. Мироновский // Автоматика и Телемеханика. 1993, № 7, С. 173–185.
20. Мироновский Л. А. Функциональное диагностирование динамических систем (обзор)/ Л. А. Мироновский // Автоматика и Телемеханика, 1980. № 8. С. 96–121.
21. Гаджиев Ч. М. Диагностирование динамических систем по обновляющей последовательности фильтра Калмана / Ч. М. Гаджиев // Автоматика и Телемеханика. 1992. № 1. С. 180–483.
22. Иванов А. В. Оптимизация и комплексирование обработки информации в навигационно-посадочном комплексе с контролем целостности навигационного обеспечения по информации барометрического высотомера / А. В. Иванов // Радиотехника. — 2009.– № 7. — С. 72–82.
23. Иванов А. В. Комплексные оптимальные алгоритмы обработки информации в навигационных системах подвижных наземных объектов с контролем целостности навигационного обеспечения / А. В. Иванов // Радиотехника. — 2010. — № 12. — С. 15–20.
24. Иванов А. В. Анализ работы алгоритмов обработки информации в навигационных системах подвижных наземных объектов с контролем целостности навигационного обеспечения путем статистического компьютерного моделирования / А. В. Иванов // Радиотехника. — 2011. — № 5. – С. 6–11.
25. Иванов А. В. Автономные системы контроля целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем / А. В. Иванов // Радиотехника. — 2014. — № 7. — С. 55–64.
26. Иванов А. В. Алгоритмы обработки информации в навигационных системах наземных подвижных объектов с контролем целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем / А. В. Иванов, Д. В. Комраков, В. О. Сурков // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. — 2014. — № 52. — с. 53–58.