Обработка навигационных данных в навигационных системах подвижных наземных объектов



В статье проанализированы методы обработки навигационных данных в навигационных системах подвижных наземных объектов (ПНО), с помощью которых возможно не только оценивать необходимые для потребителя параметры, но и решать задачу определения факта наличия сигналов на входе приемных устройств радиотехнических измерителей. Также предложено, используя данные методы, синтезировать алгоритмы, позволяющие не только определять факт наличия сигналов на входе приемных устройств радиотехнических измерителей, но и позволит сделать заключение о достоверности данных от радиотехнического измерителя.

Для обеспечения достоверности и доступности данных навигационных систем ПНО необходимо не только производить оценивание вектора состояния, но и решать задачу оценивания наличия сигналов на входе приемных устройств радиотехнических измерителей. В состав большинства современных систем навигации для ПНО входит приемник СРНС [1], сигнал которого в некоторые моменты времени может отсутствовать и что приводит к значительному росту погрешностей в определении местоположения. Полученные в данном случае значения не соответствуют требуемым значениям, приведенным в [2], поэтому появляется необходимость применения различных методов контроля состояния приемника СНРС. Используемые в настоящее время методы обработки навигационных данных эффективны лишь при наличии выходных сигналов с датчиков, то есть исправной работе датчиков, входящих в состав навигационной системы и не позволяют реализовать необходимый контроль.

Для решения данной задачи наилучшим образом подходят методы марковской теории оптимального нелинейного оценивания. Подобную задачу можно сформулировать следующим образом. В течение фиксированного отрезка времени [0,T] наблюдается реализация векторного случайного процесса (протекающего в дискретном или непрерывном времени). Наблюдаемый процесс — вектор наблюдения РТИ представляет собой в общем случае смесь полезного радиосигнала S(t)= [s_i(t,X)] и шума где , — подлежащий оцениванию вектор параметров радиосигналов, описываемый, в частности, стохастическим дифференциальным уравнением в форме

(1)

При этом компоненты вектора наблюдения РТИ

Введенный параметр представляет собой случайную величину, которая может принимать одно из альтернативных значений, что соответствует наличию сигнала в наблюдаемом колебании и что означает отсутствие i-го сигнала.

Введем векторную случайную величину, которая может принимать одно из m=2ⁿ значений

Рассматривая принимаемую реализацию в виде

(2)

сигнал можно считать принадлежащим к m непересекающихся классов, определяемых значением векторного дискретного параметра

Вектор наблюдения нерадиотехнических измерителей (НРТИ), входящих в состав навигационной системы принимается в виде

, (3)

В результате обработки реализации и на интервале времени [0,T] требуется оценить вектор непрерывных параметров X(t), а также принять одно из m решений, согласно которому считается, что, в конечном счете, сводится к оценке дискретного векторного параметра

Найденная оценка векторного дискретного параметра и определяет конфигурацию навигационной системы для текущего тактового интервала времени и реконфигурацию к следующему интервалу времени. Данный случай был рассмотрен в работах [3,4]. Применение методов марковской теории оценивания случайных процессов позволило решить задачу синтеза алгоритмов обработки информации в навигационных системах и, оценивая значение дискретного параметра, сделать вывод о текущем состоянии РТИ.

Если реализация наблюдения (2) представлена в виде

(4)

То в данном случае дискретный процесс является векторным двухкомпонентным процессом, представляющих собой векторное произведение дискретных параметров и . Оценивание ипозволяет определять факт наличия сигнала на входе РТИ и контролировать радионавигационное поле сигналов. Данная задача впервые была рассмотрена в работе [5] Это позволило впервые решить задачу синтеза алгоритмов обработки информации в навигационных системах наземных подвижных объектов с контролем целостности навигационного обеспечения для случая, когда в качестве радиотехнического измерителя используется спутниковая радионавигационная система [6]

При разработке алгоритмов обработки информации навигационных систем ПНО требуется дальнейшее развитие методов марковской теории оценивания случайных процессов и полей. Это связано с тем, что возможно полное отсутствие сигналов на выходе РТИ из-за их отказа или кратковременное отсутствие радиосигналов на входе РТИ из-за затенения, плохой геометрии видимых источников излучения, воздействия радиопомех, возможен отказ приемника СРНС, который приводит к недостоверности информации от приемника.

Для оценки достоверности информации от приемника СРНС возможно использование избыточной информации от других датчиков, имеющихся в составе навигационной системы, например бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС). Если произойдет отказ в работе одного из приемных каналов приемника СРНС, то это приведет к резкому изменению постоянной составляющей БИНС. Так как значения этой составляющей не превышает некоторого заранее известного предельного значения то можно с уверенностью сказать о недостоверности данных от приемника СРНС. В соответствии с этим для определения достоверности данных можно осуществлять идентификацию и адаптивное оценивание с использованием методов марковской теории оценивания рассмотренную в работах [7,8]

Получаемый в данном случае результат дает принципиальную возможность выявления факта неправильного функционирования РТИ (перехода его в состояние временного отказа), позволяя идентифицировать и изолировать РТИ или канал измерения, оценить достоверность данных от приемника СРНС, произвести оценку фильтруемого процесса и необходимую реконфигурацию структуры системы на основе выполненных действий.

Таким образом, для решения задачи обеспечения достоверности и доступности данных навигационных систем ПНО необходимо синтезировать алгоритмы обработки информации, основанные на методах идентификации и адаптивного оценивания и методах обработки дискретно-непрерывных процессов для контроля целостности данных приемника СРНС.

Литература:

1. Сурков В. О. Анализ состава навигационных систем для подвижных наземных объектов и принципов их построения / В. О. Сурков // Технические науки: традиции и инновации: материалы II междунар. науч. конф. (г. Челябинск, октябрь 2013 г.). — Челябинск: Два комсомольца, 2013. — С. 34–37.
2. 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».
3. Тихонов В. И., Харисов В. Н., Смирнов В. А. Оптимальная фильтрация дискретно-непрерывных процессов/ В. И. Тихонов, В. Н. Харисов, В. А. Смирнов.//Радиотехника и элекроника. — 1978. — Т. 23, № 7. — С. 1442–1452.
4. Ярлыков М. С., Смирнов В. А. Нелинейная фильтрация дискретно-непрерывных процессов /М. С. Ярлыков, В. А. Смирнов// Радиотехника и электроника. — 1975. — Т. 20 № 2. — С. 280–287.
5. Иванов А. В. Обработка сигналов спутниковых радионавигационных систем в навигационно-посадочном комплексе / А. В. Иванов // Радиотехника, 2001, № 10
6. 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.
7. Ярлыков М. С., Миронов М. А. Марковская теория оценивания случайных процессов. — М.: Радио и связь, 1993. — 464 с.
8. Миронов М. А. Оптимальный контроль технического состояния радиоэлектронного оборудования в процессе функционирования/М. А. Миронов // Основные вопросы теории и практики надежности — Минск: Наука и техника, 1982, — С. 23–44.