Библиографическое описание:

Комраков Д. В. Разработка структурной схемы автономной системы контроля целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем в навигационных комплексах наземных подвижных объектов на основе оптимальных алгоритмов обработки информации [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы III междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г.). — СПб.: Свое издательство, 2015. — С. 32-36.

На основе синтезированных алгоритмов обработки информации в навигационных комплексах наземных подвижных объектов разработана структурная схема автономной системы контроля целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем, на основе оценки постоянной составляющей ошибки барометрического высотомера и оценки постоянной составляющей погрешности измерения ускорения инерциальной навигационной системы. Использование двух оценок позволяет исключить возможность принятия решения о целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем при отказе барометрического высотомера, таким образом, повышая достоверность принятия решения.

Ключевые слова:комплексирование, контроль целостности; навигационный комплекс; наземный подвижный объект; оптимальные алгоритмы обработки информации; структурная схема.

 

Все более широкое применение для определения координат и параметров движения наземных подвижных объектов, в том числе и военного назначения, получают навигационные комплексы [1]. Под навигационным комплексом понимают совокупность навигационных систем, бортовых измерительных средств и вычислителей, позволяющих определить местоположение и параметры движения объекта относительно Земли. Основой для таких комплексов служат глобальные навигационные спутниковые системы, такие как ГЛОНАСС и GPS [2] и инерциальные навигационные системы (платформенные или бесплатформенные). В состав таких комплексов входят различные системы, устройства и датчики, основанные на радиотехнических и нерадиотехнических измерителях, что позволяет получить большой положительный эффект при их комплексировании. Это обусловлено тем, что ошибки радиотехнических и нерадиотехнических измерителей обладают статистическими характеристиками, сильно отличающимися друг от друга, что во многом и определяет выигрыш от комплексирования [3].

Навигационный комплекс наземных подвижных объектов, для которого были синтезированы комплексные оптимальные алгоритмы обработки информации [4, 5], включает в свой состав следующие системы, устройства и датчики:

-          аппаратура приема сигналов спутниковой радионавигационной системы;

-          инерциальная навигационная система;

-          аппаратура приема сигналов наземных сетевых систем;

-          датчик скорости;

-          барометрический высотомер.

Синтез оптимальных алгоритмов обработки информации в навигационных комплексах наземных подвижных объектов был рассмотрен для двух независимых каналов: горизонтальный [4] и вертикальный [5]. Возможность такого представления обусловлена независимостью системы уравнений оценивающих математическую модель объекта в целом [6].

Согласно [4] оптимальная оценка для горизонтального канала  определяется выражением:

.        (1)

Согласно [5] оптимальная оценка для вертикального канала  определяется выражением:

.                                                                             (2)

На основе полученных выражений для вычисления оценок  и , которые являются оптимальными алгоритмами обработки информации в навигационных комплексах наземных подвижных объектов, были разработаны структурные схемы обработки информации для горизонтального и вертикального каналов, которые можно объединить в одну общую структурную схему (рисунок 1). Отличительной особенностью синтезированных алгоритмов, является их синтез совместно с алгоритмами автономного контроля целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем, на основе использования информации о сопутствующих параметрах (барометрический высотомер и инерциальная навигационная система).

Рис. 1. Общая структурная схема навигационного комплекса

 

В состав структурной системы входят следующие системы и датчики:

-          СРНС (аппаратура приема сигналов спутниковой радионавигационной аппаратуры);

-          НСС (аппаратура приема сигналов наземных сетевых систем GSM и UMTS);

-          ДС (датчик скорости);

-          ИНС (инерциальная навигационная система);

-          БВ (барометрический высотомер);

-          КУ (ключевое устройство).

Штриховой линией выделены следующие структурные блоки:

-          АСКЦ (автономная система контроля целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем);

-          ГК (структурная схема обработки информации в горизонтальном канале);

-          ВК (структурная схема обработки информации в вертикальном канале);

В состав АСКЦ входят:

-          блок вычисления оценки вектора состояния вертикального канала;

-          СПР (схема принятия решения).

Блок вычисления оценки вектора состояния вертикального канала определяет оценку состоящую из 4 компонент [6]:

,

которая определяется следующими выражениями:

Оценка относительной высоты :

.                                                                 (3)

Оценка составляющей скорости :

.                                                                                    (4)

Оценка постоянной составляющей ошибки измерений барометрического высотомера :

.          (5)

Оценка постоянной составляющей погрешности измерения ускорения :

.          (6)

На основе выражений (3)-(6) разработана структурная схема вычисления оценки вектора состояния вертикального канала, представленная на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема алгоритма вычисления оценки вектора состояния вертикального канала

 

Разработанная структурная схема автономной системы контроля целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем в навигационных комплексах наземных подвижных объектов на основе оптимальных алгоритмов обработки информации в отличие от [6], использует для контроля целостности не только оценку постоянной ошибки  БВ, но и оценку постоянной составляющей погрешности измерения ускорения  ИНС. В нормальном режиме функционирования СРНС оценки  и  будут стремиться к некоторым постоянным значениям, определяемым типами БВ и ИНС. При сбоях в работе спутников или при искусственной передаче ошибочной информации значения оценок  и  начнет возрастать. Данные свойства можно использовать для контроля целостности путем:

-          задания порогов  величины оценки постоянной ошибки  БВ и  величины оценки постоянной составляющей погрешности измерения ускорения  ИНС;

-          если  и , то использовать данные полученные от СРНС нельзя.

Использование двух оценок позволяет исключить возможность принятия решения о целостности навигационных данных СРНС при отказе БВ, таким образом, повышая достоверность принятия решения.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ «Теоретические основы построения радиоэлектронных комплексов с реконфигурируемой информационной системой» договор № НК 14–08–00523/14 от 06.03.14 г.

 

Литература:

 

1.         Комраков Д. В. Навигационные комплексы наземных мобильных средств [Текст] / Д. В. Комраков // Технические науки: теория и практика: материалы междунар. науч. конф. (г. Чита, апрель 2012 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2012. — с. 47–49;

2.         ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова, В. И. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп. — М.: Радиотехника, 2010. 800 с., ил.

3.         Бабич, О. А. Обработка информации в навигационных комплексах / О. А. Бабич. — М.: Машиностроение, 1991. — 512 с.

4.         Комраков Д. В. Потенциальные характеристики точности синтезированных алгоритмов обработки информации в горизонтальном канале навигационных комплексах наземных подвижных объектов [Текст] / Д. В. Комраков // Молодой ученый. — 2015. — № 11. — с.349–357.

5.         Комраков Д. В. Потенциальные характеристики точности синтезированных алгоритмов обработки информации в вертикальном канале навигационных комплексах наземных подвижных объектов [Текст] / Д. В. Комраков // Молодой ученый. — 2015. — № 12.

6.         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.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle