Автор: Сурков Владимир Олегович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №17 (97) сентябрь-1 2015 г.

Дата публикации: 04.09.2015

Библиографическое описание:

Сурков В. О. Облик навигационной системы для подвижного наземного объекта и принципы его формирования // Молодой ученый. — 2015. — №17. — С. 273-276.

Рассматривается принципы формирования облика навигационной системы для подвижного наземного объекта. Предполагается, что основной радиотехнической системой, используемой при построении навигационных систем в настоящее время будет СРНС. Так же были предложены принципы построения и методы, которые будут использоваться в системе диагностирования, которая должна включаться в состав навигационной системы для контроля наличия сигналов на входе приемника СРНС. Предложения были сделаны на основе анализа соответствующих статей в данной области и изучения существующих разработок как отечественных таки иностранных, применяющихся на данный момент времени в качестве навигационных систем.

 

Расширение функций бортовых систем и 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. В [4] приводится концепция построения навигационной системы подвижных наземных объектов (ПНО) сформированный на основе анализа только отечественных разработок и без указания принципов построения данной системы. Однако предложения по формированию облика навигационной системы для ПНО на основе анализа как отечественных, так и зарубежных навигационных систем в литературе не встречаются. Целью статьи является выработка предложений по формированию облика навигационной системы для ПНО.

В процессе функционирования навигационная система должна 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;

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.

На начальном этапе развития был широко распространен состав навигационной системы, 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»).

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 [5,6].

Однако 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 [7] 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.

Для повышения точности данных, полученных от приемника СРНС, может использоваться дифференциальный режим работы СРНС. Дифференциальный режим включает в себя получение данных от СРНС, получение дифференциальных поправок от систем дифференциальной коррекции, их обработку и выдачу данных потребителю.

Для обеспечения дифференциального режима работы СРНС в навигационных системах используется соответствующее программное обеспечение, например TheSplitBox для системы Ekinox-N. В данном программном обеспечении осуществляется обработка данных как от датчиков, входящих в состав системы, так и от систем дифференциальной коррекции и их обработку. В настоящее время системы сотовой связи не входят в состав навигационных систем ПНО, дифференциальный режим работы СРНС повсеместно применяется для навигационных систем ПНО иностранного производства [8] и позволяет значительно снизить погрешности позиционирования. В системах отечественного производства данный режим практически не используется, но создание и ввод в эксплуатацию российской системы дифференциальной коррекции и мониторинга позволит использовать дифференциальный режим СРНС и в навигационных системах отечественного производства.

На основе анализа навигационных систем ПНО отечественного и иностранного производства и принципов их построения [9] возможно сформировать обобщенные принципы построения навигационной системы:

1.      В состав навигационной системы должны входить как радиотехнические так и нерадиотехнические измерители;

2.      Строится система должна с использованием принципов комплексирования измерителей;

3.      В качестве основной радиотехнической системы будет использоваться СРНС;

4.      Для повышения точности данных, полученных от приемника СРНС, необходимо использование дифференциального режима работы СРНС;

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 возможно из-за выхода из строя приемника СРНС и из-за перехода приемника СРНС в режим кратковременного отказа. Пропадание приводит к значительному росту погрешностей при определении необходимых параметров и не соответствию данных погрешностей требуемым значениям, представленным в [17]. Это проиллюстрировано в статье [18], поэтому необходимым является создание системы контроля и диагностики радиотехнических измерителей, которая должна иметь возможность обеспечения контроля поля радиосигналов на входах приемных устройств радиотехнических измерителей для выявления факта их пропадания с целью определения перехода измерителя в режим кратковременного отказа.

Анализ [19] показывает, что основными методами диагностирования используемые в навигационных системах ПНО являются методы анализа алгебраических инвариантов — введение избыточных переменных (методов контроля целостности СРНС) описанных в статьях [20–24]. Данные методы диагностики при их реализации не предусматривают контроль наличия сигналов на входе приемника сигнала или датчика, например радиотехнического (СРНС), так как получают сигналы с выхода датчиков.

Поэтому система диагностирования должна строиться с использованием следующих принципов

1.      Для контроля наличия сигналов на входе приемника СРНС необходимо использовать методы совместного обнаружения и оценивание параметров сигналов — применение методов первичной обработки информации.

2.      Для контроля работоспособности СРНС при вторичной обработке информации возможно использовать методы анализа алгебраических инвариантов — введение избыточных переменных.

3.      Для устранения последствий от пропадания сигналов СРНС необходимо применение алгоритмов, позволяющих производить реконфигурацию системы.

Таким образом, в статье были предложны принципы построения навигационных систем для ПНО исходя из анализа соответствующих статей по данной тематике, и предполагается так же, что основной радиотехнической системой, используемой при построении навигационных систем, в настоящее время будет СРНС. Так же были предложены принципы построения и методы, которые будут использоваться в системе диагностирования, которая должна включаться в состав навигационной системы для контроля наличия сигналов на входе приемника СРНС.

 

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. 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

6.         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.

7.         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.

8.         Сурков В. О. Сравнительный анализ отечественных и зарубежных систем навигации подвижных наземных объектов / В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2015. — № 13. — С. 211–214

9.         Сурков В. О. Сравнительный анализ принципов построения отечественных и зарубежных систем навигации подвижных наземных объектов / В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2015. — № 14. — С. 195–198.

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.     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».

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

19.     Сурков В. О. Анализ методов диагностирования, используемых в навигационных системах подвижных объектов [Текст] / В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2015. — № 15. — С. 190–192.

20.     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.

21.     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.

22.     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.

23.     Иванов, А. В. Автономные системы контроля целостности навигационных данных спутниковых радионавигационных систем / А. В. Иванов // Радиотехника. — 2014. — № 7. — С. 55–64.

24.     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.

Основные термины (генерируются автоматически): навигационной системы, подвижных наземных объектов, навигационных систем, в навигационных системах, облика навигационной системы, приемника СРНС, обработки информации, в навигационных системах подвижных, системах подвижных наземных, спутниковых радионавигационных систем, навигации подвижных наземных, навигационных систем ПНО, входе приемника СРНС, построения навигационной системы, построении навигационных систем, подвижных объектов, контроля наличия сигналов, систем сотовой связи, принципы построения, систем навигации подвижных.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос