Предложены направления повышения качества функционирования навигационных систем подвижных наземных объектов. Для повышения качества работы необходима реализация следующих направлений: усовершенствование нерадиотехнических измерителей, введение новых радиотехнических устройств в состав системы навигации и снижение погрешностей позиционирования за счет использования дифференциального режима работы СРНС и внедрение и использование новых алгоритмов обработки информации — например алгоритмов, основанных на методах марковской теории оценивания случайных процессов.
При пропадании данных СРНС происходит значительный рост погрешностей в определении координат местоположения, который приводит к снижению точности полученных данных, росту погрешностей и невозможности определения местоположения на основе данных от СРНС в навигационных системах (НС) подвижных наземных объектов (ПНО). Это подтвержденоанализом точностных характеристик навигационных систем подвижных наземных объектов в [1]. Погрешности при определении местоположения в данном случае не удовлетворяют требованиям из [2], поэтому необходимо предложить пути повышения качества работы навигационных систем (надежности, помехозащищенности, точности получаемых данных).
Возможны следующие направления повышения качества работы навигационных систем применительно к точности получаемых данных:
1. Снижение погрешностей определения местоположения при работе в автономном режиме за счет нерадиотехнических датчиков — усовершенствование измерителей, например бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), заключающееся в модернизации состава устройства за счет применения новых материалов при конструировании его элементов — новых типов гироскопов и акселерометров при создании датчика угловой скорости (ДУС), датчика линейных ускорений (ДЛУ) и инерциальной навигационной системы (ИНС);
2. Снижение погрешностей определения местоположения за счет радиотехнических датчиков — введение новых радиотехнических устройств в состав системы и снижение погрешностей позиционирования за счет использования дифференциального режима работы СРНС. Роль нового устройства, которое может быть использовано в составе НС ПНО, могут выполнять системы сотовой связи вследствие их широкого распространения в большинстве городов. Она может применяться для повышения точности позиционирования в качестве дополнительной системы с СРНС. При их использовании в зависимости от применяемой технологии определения местоположения, возможно, получить точность до 50 м. [3].
При этом система сотовой связи в настоящее время не может стать альтернативой СРНС, так как они так же не лишены недостатков, главный из которых в том, что указанные технологии не функционируют в местах вне покрытия сотовых сетей. Влияние так же может оказать рельеф местности, количество базовых станций и высота вышек сотовой связи.
Возможно, так же применение наземных радиосистем дальней навигации для получения координат местоположения в зонах, где вследствие совокупности факторов невозможна корректная работа систем сотовой связи и СРНС. Однако их использование сопряжено с недостатками, среди которых низкая точность определения дальности. Точность позиционирования зависит от: влияния пространственного сигнала, скорости распространения поверхностной волны и геометрического фактора. Поэтому погрешность определения местоположения, например для системы «ЛОРАН-С» составляет — 0,46 км.
Дифференциальный режим работы СРНС может быть реализован за счет специального програмного обеспечения, устанавливаемого в навигационной системе, позволяющего получать сигналы от СРНС и поправки от систем дифференциальной коррекции с дальнейшей их обработкой и выдачей уточненнях данных СРНС потребителю. В качестве систем дифференциальной коррекции когут использоваться какназемные, так и космическиесистемы дифференциальной коррекции.
Диффенциальный режим работы СРНС в настоящеевремя широко используется в навигационных системах подвижных наземных объектов иностранного производства.
Возможным решением данных проблем является внедрение новых алгоритмов обработки информации в НС.
Реализация направления актуальна для систем, построенных с использованием принципов комплексирования измерителей. Сущность комплексирования состоит в использовании информации об одних и тех же или функционально связанных параметрах, полученных от различных измерителей, для повышения точности и надежности определения навигационных параметров.
В простейших случаях комплексирование осуществляется на основе взаимной компенсации и фильтрации ошибок. Объединяются измерители, функционирующие на основе разных принципах и измеряющих один и тот же параметр. Объединение возможно по способу компенсации, фильтрации и введения дополнительной информации в кольцо слежения. Выигрыш при комплексировании определяется за счет разницы между спектральными характеристиками помех, и чем эта разница больше, тем он выше.
Большое различие в спектральных характеристиках может быть обеспечено за счет комплексирования нерадиотехнических измерителей (НРТИ) и радиотехнических измерителей (РТИ), так как спектральные характеристики помех данных измерителей лежат в разных частотных областях.
Варианты комплексных систем приведены в статье [4].
Комплексная вторичная обработка информации дает положительный эффект лишь тогда, когда соответствующие измерители работоспособны. Современные системы навигации строятся с использованием алгоритмов фильтрации Калмана-Бьюси, которые не включают в себя возможность контроля входных сигналов.
Необходимо так же учитывать тот факт, что при совместной работе СРНС, систем сотовой связи и РСДН не произойдет значительного снижения погрешностей при возросшей сложности алгоритмов обработки информации. Это проиллюстрировано для варианта комплексирования СРНС и системы сотовой связи в статье [5] и в статье [6] для комплексирования СРНС и РСДН. Системы сотовой связи и наземные радиосистемы дальней навигации могут применяться в качестве резервных систем в случае кратковременного пропадания сигналов СРНС при использовании соответствующего программного обеспечения.
Поэтому необходимо создать алгоритм обработки информации, который включал бы в себя возможность контроля сигналов, поступающих на входе системы — создать систему контроля технического состояния датчиков (СРНС) и возможность производить реконфигурацию системы. Используемые в настоящий момент в навигационных системах подвижных наземных объектов методы контроля состояния датчиков не позволяют осуществить контроль сигналов на входе, так как используют методы вторичной обработки информации.
Создать систему контроля сигналов на входе СРНС возможно используя методы первичной обработки информации — методы марковской теории оценивания случайных процессов. Методы марковской теории оптимального оценивания позволяют решением соответствующих задач синтеза не только получить оптимальные или субоптимальные алгоритмы высокоточных и помехоустойчивых систем комплексной обработки информации, но и на основе устройств функционального контроля формировать сигналы оповещения или команды на оптимальную адаптивную реконфигурацию в соответствии с задачами, текущими условиями применения и техническим состоянием.
Таким образом, для повышения качества работы навигационной системы подвижного наземного объекта необходима совместная реализация следующих направлений:
1. Усовершенствование нерадиотехнических измерителей;
2. Введение новых радиотехнических устройств в состав системы навигации и снижение погрешностей позиционирования за счет использования дифференциального режима работы СРНС;
3. Внедрение и использование новых алгоритмов обработки информации — например, алгоритмов, основанных на методах марковской теории оценивания случайных процессов.
Литература:
1. Сурков В. О. Анализ состава существующих систем навигации для подвижных наземных объектов и выбор наиболее перспективного состава, исходя из требований точности и надежности / В. О. Сурков // Современные тенденции технических наук: материалы II междунар. науч. конф. (г. Уфа, май 2013 г.). — Уфа: Лето, 2013. — С. 20–24.
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. Сурков В. О. Точности определения местоположения подвижных наземных объектов в сотовых сетях GSM и UMTS / В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2013. — № 6. — С. 147–150
4. Сурков В. О. Системы навигации подвижных наземных объектов и их характеристики / В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2013. — № 7. — С. 76–79.
5. ИвановА. В. Совместная обработка информации спутниковых радионавигационных систем и наземных сетевых систем в навигационных системах подвижных наземных объектов/ Иванов А. В., Гостев А. В., Семенов А. А., Соколовская Л. В. / Радиотехника. — Москва, № 4, с. 16–19.
6. Авдеев, М.В. и др. Совместное применение спутниковых и импульсно-фазовых радионавигационных систем в навигационном комплексе наземного мобильного средства//М. В. Авдеев, А. В. Журавлев, В. М. Безмага, В. В. Гологузов// Теория и техника радиосвязи — Воронеж, 2013 — № 1, с 5–15.
