Облик перспективной навигационной системы для подвижного наземного объекта | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (71) август-1 2014 г.

Дата публикации: 04.08.2014

Статья просмотрена: 171 раз

Библиографическое описание:

Сурков В. О. Облик перспективной навигационной системы для подвижного наземного объекта // Молодой ученый. — 2014. — №12. — С. 107-110. — URL https://moluch.ru/archive/71/12244/ (дата обращения: 21.10.2018).

Рассматривается концепция построения навигационной системы для подвижного наземного объекта, предлагается состав системыс описанием его элементов. В качестве алгоритма обработки информации предлагается использование алгоритма с возможностью реконфигурации. Предложения были сделаны на основе анализа соответствующих статей в данной области и изучения существующих разработок применяющихся на данный момент времени в качестве навигационных систем.

Введение

Постоянное расширение функций, возлагаемых на бортовые системы, а также повышение предъявляемых к ним требований обуславливает чрезвычайно высокую трудоемкость задач, связанных с их разработкой. Многообразие физических принципов, на базе которых реализуются системы, огромное количество возможных вариантов построения и вариантов их совершенствования привело к необходимости формирования облика перспективного бортового оборудования различных типов. Так в [1] рассматривается возможный облик навигационного комплекса для надводных кораблей, его состав, структура, особенности и требования, предъявляемые к навигационным комплексам данного вида. В [2] производится обоснование облика навигационной системы беспилотного летательного аппарата с указанием задач решаемых летательным аппаратом. В [3] рассматриваются общие структуры навигационных систем для различных типов объектов. Однако предложения по формированию облика навигационной системы для ПНО в литературе не встречаются. Целью статьи является выработка предложений по формированию облика навигационной системы для ПНО.

В процессе функционирования навигационная системадолжна обеспечивать решение следующих основных задач:

-       преобразование координат;

-       определение параметров движения объекта;

-       комплексная обработка информации;

-       коррекция координат местоположения;

-       выдача навигационной информации на индикатор и соответствующим потребителям;

Работа написана в рамках гранта РФФИ «Теоретические основы построения радиоэлектронных комплексов с реконфигурируемой информационной системой»

Число задач, которые ставятся перед навигационной системой, может изменяться и зависит от типа объекта (летательный аппарат, наземный подвижный объект, морской или космический объект), сферы его применения (военный и гражданский) и соответствующих требований предъявляемых к навигационной системе.

Облик навигационной системы, например, для подвижного наземного объекта зависит от набора датчиков, которые входят в его состав и от метода обработки полученной информации [4].

Навигационные системы ПНО строятся по обобщенной структурной схеме, которая включает:

1.      Измерители автономной системы.

2.      Радиотехнические системы коррекции.

3.      Вычислительное устройство.

4.      Устройство индикации.

На начальном этапе развития был широко распространен состав НС, включающий в себя курсовую систему магнитного или гироскопического типа и датчик скорости. Основным недостатком такой компоновки навигационной системы является значительное увеличение погрешностей в определении местоположения с течением времени, поэтому требуется применение радиотехнических систем коррекции (системы сотовой связи, радиотехнические системы дальней навигации (спутниковые радионавигационные системы (СРНС) (ГЛОНАСС/GPS), системы «Чайка» и «LORAN-C»).

В настоящее время распространен следующий минимальный состав навигационных систем для ПНО:

1.                                                                                                                                                                                                                                                                                           Бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС);

2.                                                                                                                                                                                                                                                                                           Приемник СРНС;

3.      Вычислительное устройство;

4.      Устройство индикации.

Приведенные выше устройства составляют основу навигационной системы для ПНО и позволяют получить минимальный объем навигационной информации.

Для повышения качества работы системы (точности и достоверности получаемых данных) так же возможен ввод дополнительных датчиков и систем. В качестве дополнительных возможно применение таких датчиков, как барометрический высотомер, который позволяет обеспечить целостность информации СРНС [5], допплеровский измеритель скорости, датчик скорости и т. д. Введение дополнительных датчиков возможно при более жестких требованиях к данным системам.

Так как применение СРНС затруднительно в густо застроенных городских кварталах, карьерах, подземных парковках, то в данных условиях целесообразно применение систем сотовой связи для повышения точности позиционирования. В зависимости от применяемой технологии позиционирования и стандарта сотовой сети возможно получение значений точности от 16 до 50 м [6,7].

Таким образом, в состав навигационной системы будут входить [8] (Рис.1)

Рис. 1. Наиболее перспективный состав системы навигации для ПНО

В предлагаемой схеме в качестве основных элементов выступают БИНС и СРНС. БИНС выполняет роль основной нерадиотехнической системы, позволяющей определить всю необходимую информацию: координаты местоположения, угловую скорость, ускорение, углы ориентации (крен, курс, тангаж). Одним из недостатков данной системы является увеличение погрешностей в определении местоположения с течением времени.

СРНС используется как для самостоятельной работы в навигационной системы, так и для коррекции данных от БИНС.

Применение систем сотовой связи в комбинации с СРНС не дает значительного уменьшения погрешностей позиционирования в виду того, что значения погрешностей, полученных при применении данных технологий в 10–100 раз больше, чем значения, полученные при применении спутниковых радионавигационных систем. Это проиллюстрировано в статье [9] и приведены соответствующие значения погрешностей при проведении моделирования. Применение систем сотовой связи в навигационных системах целесообразно лишь при пропадании сигналов от СРНС в качестве резервной системы при использовании реконфигурируемых алгоритмов обработки информации в ЭВМ навигационной системы.

На облик навигационной системы так же влияют применяемые методы обработки информации.

К настоящему времени в навигационных системах применяется комплексирование устройств и систем на уровне вторичной обработки. Под вторичной обработкой информации понимают выполняемую в специализированных вычислителях обработку выходных сигналов измерителей для определения навигационных элементов. Длительное время в радиоэлектронных комплексах для вторичной обработки информации использовались простейшие алгоритмы эвристического происхождения, описанные, например, в [10]. В настоящее время в навигационных системах ПНО широко используются методы оптимальной линейной фильтрации [11–13].

Комплексная вторичная обработка информации дает положительный эффект если соответствующие измерители работоспособны, так как оценить работоспособность соответствующего измерителя возможно лишь при первичной обработке информации.

Первичная обработка информации — это поиск, обнаружение, селекция, преобразование и усиление входных сигналов навигационных измерителей для определения навигационных параметров. Максимального выигрыша при комплексной первичной обработке информации можно достичь, применяя для оптимизации комплексирования измерителей методы марковской теории оптимального оценивания случайных процессов и полей [14,15].

Первичную обработку информации целесообразно использовать применительно к радиотехническим системам. Применение первичной обработки информации позволяет:

-        производить оценку состояния радиотехнических систем;

-        создать систему индикации отказов радиотехнических систем;

-        повысить характеристики точности и помехоустойчивости радиотехнических систем.

Современные системы навигации для ПНО являются в основном комплексными и объединяют в своем составе как радиотехнические, так и нерадиотехнические измерители. Анализ [16] показывает, что роль основной радиотехнической системы для систем навигации играет СРНС. Пропадание сигналов данной системы приводит к значительному росту погрешностей при определении необходимых параметров. Это проиллюстрировано в статье [17], поэтому необходимым является контроль сигналов СРНС за счет методов первичной обработки информации.

Современная система навигации должна иметь возможность приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и обеспечивать потребителя необходимой навигационной информацией. Данное требование может быть реализовано за счет использования алгоритмов с возможностью обнаружения отказавших элементов, исключения их из структуры и восстановления работоспособности системы путем реконфигурации.

Таким образом, алгоритм обработки информации, используемый в навигационной системе для ПНО должен заключаться в совместном использовании методов первичной обработки сигналов СРНС и вторичной обработки остальных датчиков и систем входящих в состав системы. Данный алгоритм может стать основой для создания новых типов систем, в том числе и систем с возможностью реконфигурации.

Литература:

1.      Емельянцев, Г. И., Современные требования и облик навигационного комплекса для боевых надводных кораблей начала ХХI века / Г. И. Емельянцев, Э. С. Моисеев, А. Н. Солнцев //Навигация и гидрография. — 1995,№ 1 — С. 37- 42.

2.      Востриков, О. В. Обоснование облика навигационной системы ударного беспилотного летательного аппарата / О. В. Востриков// «Труды МАИ» — 2011, № 48.

3.      Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии/ Под ред. Б. С. Алешина, К. К. Веремеенко, А. И. Черноморского. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. — 424 с.

4.      Иванов, А. В. Навигация наземных объектов / А. В. Иванов, Н. А. Иванова. — LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. — 120 с.].

5.      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.

6.      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.

7.      Иванов, А. В. Определение координат местоположения объекта в сетях GSM и UMTS на основе использования информации о направлении приема сигналов от базовых станций обеспечения / А. В. Иванов, Д. В. Комраков // Радиотехника. — 2013, № 9

8.      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.

9.      Иванов А. 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.

10.  Бобнев, М. П. Комплексные системы радиоавтоматики / М. П. Бобнев, Б. Х. Кривицкий, М. С. Ярлыков. — М.: Сов.радио, 1968. — 232 с.

11.  Браммер, К. Фильтр Калмана–Бьюси / К. Браммер, Г. Зиффлинг. — М.: Наука, 1982

12.  Медич Дж., С. Статистически оптимальные линейные оценки и управление: пер. с англ. / С. Медич Дж.; под ред. А. С. Шаталова. — М.: Энергия, 1973. — 340 с.,

13.  Сейдж, Э. П. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении: пер. с англ. / Э. П. Сейдж, Дж.Л. Мелса; под ред. Б. Р. Левина. — М.: Связь, 1976. — 496 с

14.  Ярлыков, М. С. Марковская теория оценивания случайных процессов / М. С. Ярлыков, М. А. Миронов. — М.: Радио и связь, 1993. — 464 с.

15.  Ярлыков, М. С. Статистическая теория радионавигации / М. С. Ярлыков. — М.: Радио и связь, 1985. — 344 с.

16.  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.

17.  Сурков В. О. Системы навигации подвижных наземных объектов и их характеристики/ В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2013. — № 7. — С. 76–79.

Основные термины (генерируются автоматически): навигационная система, система, первичная обработка информации, сотовая связь, навигационная информация, летательный аппарат, радиотехническая система коррекции, Вычислительное устройство, современная система навигации, вторичная обработка информации.


Похожие статьи

Анализ состава навигационных систем для подвижных наземных...

...систем коррекции (системы сотовой связи, радиотехнические системы дальней навигации

2. Радиотехнические системы коррекции; 3. Вычислительное устройство; 4. Устройство индикации. Основными для навигационных систем являются следующие...

Формирование облика навигационной системы для подвижного...

навигационная система, первичная обработка информации, система, адаптивное оценивание, формирование облика, достоверность данных, отказ приемника, летательный аппарат...

Облик навигационной системы для подвижного наземного...

навигационная система, система, сотовая связь, первичная обработка информации, основа анализа, контроль наличия сигналов, дифференциальный режим работы, основная радиотехническая система...

Общие принципы построения навигационных систем...

система, дальняя навигация, навигационная система, сотовая связь, измеритель, датчик, автономная система, барометрический высотомер, угловая ориентация, первичная обработка информации.

Повышение контроля целостности навигационного обеспечения...

В работе рассмотрены алгоритмы обработки информации в навигационных системах летательных аппаратов с контролем целостности навигационного обеспечения.

Методы обработки информации в навигационных системах...

система, факт наличия, навигационная система, координата местоположения, метод обработки информации, угол ориентации, программное обеспечение, марковская теория оценивания, сотовая связь, вход приемника.

Направления повышения качества функционирования...

Комплексная вторичная обработка информации дает положительный эффект лишь тогда, когда соответствующие измерители работоспособны.

2. Введение новых радиотехнических устройств в состав системы навигации и снижение погрешностей позиционирования за счет...

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

За последние годы широкое распространение как в военной, так и гражданской сферах получили беспилотные летательные аппараты. Отличительной чертой этого вида авиационной техники является отсутствие человека (экипажа) на борту.

Анализ состава существующих систем навигации для подвижных...

В качестве радиотехнических систем коррекции могут быть использованы: системы сотовой связи, спутниковые системы (ГЛОНАСС/GPS), наземные радиотехнические системы дальней навигации.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Анализ состава навигационных систем для подвижных наземных...

...систем коррекции (системы сотовой связи, радиотехнические системы дальней навигации

2. Радиотехнические системы коррекции; 3. Вычислительное устройство; 4. Устройство индикации. Основными для навигационных систем являются следующие...

Формирование облика навигационной системы для подвижного...

навигационная система, первичная обработка информации, система, адаптивное оценивание, формирование облика, достоверность данных, отказ приемника, летательный аппарат...

Облик навигационной системы для подвижного наземного...

навигационная система, система, сотовая связь, первичная обработка информации, основа анализа, контроль наличия сигналов, дифференциальный режим работы, основная радиотехническая система...

Общие принципы построения навигационных систем...

система, дальняя навигация, навигационная система, сотовая связь, измеритель, датчик, автономная система, барометрический высотомер, угловая ориентация, первичная обработка информации.

Повышение контроля целостности навигационного обеспечения...

В работе рассмотрены алгоритмы обработки информации в навигационных системах летательных аппаратов с контролем целостности навигационного обеспечения.

Методы обработки информации в навигационных системах...

система, факт наличия, навигационная система, координата местоположения, метод обработки информации, угол ориентации, программное обеспечение, марковская теория оценивания, сотовая связь, вход приемника.

Направления повышения качества функционирования...

Комплексная вторичная обработка информации дает положительный эффект лишь тогда, когда соответствующие измерители работоспособны.

2. Введение новых радиотехнических устройств в состав системы навигации и снижение погрешностей позиционирования за счет...

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

За последние годы широкое распространение как в военной, так и гражданской сферах получили беспилотные летательные аппараты. Отличительной чертой этого вида авиационной техники является отсутствие человека (экипажа) на борту.

Анализ состава существующих систем навигации для подвижных...

В качестве радиотехнических систем коррекции могут быть использованы: системы сотовой связи, спутниковые системы (ГЛОНАСС/GPS), наземные радиотехнические системы дальней навигации.

Задать вопрос