авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 21 |

«Министерство Образования и Науки Российской Федерации МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ВОЕННОГО ...»

-- [ Страница 7 ] --

2. Кокорин, В. И. Применение радионавигационной аппаратуры ГЛОНАСС/GPS для определения пространственной ориентации объектов / В. И. Кокорин, Ю. Л. Фатеев // Современное состояние, проблемы навига ции и океанографии (НО-2001), СПб., 6–9 июня 2001 г. : сб. докл. 4-й Рос сийской НТК;

ГНИНГИ. – СПб., 2001. – (Т. 1, – с. 48).

3. Гарин, Е. Н. Определение относительных координат объекта с по мощью спутниковых средств радионавигации / Е. Н. Гарин, Д. Д. Дмитри ев, В. И. Кокорин, Н. С. Кремез // Радиолокация, навигация и связь (RLNC– 2006): сб. докл. конф. : в 3 т. – Воронеж : НПО «САКВОЕЕ» ООО, 2006. – (Т. 3, с. 1776–1784).

202 СЕКЦИЯ 4. Гарин, Е. Н., Комплексирование средств спутниковых систем ра дионавигации с автономными навигационными системами / Е. Н. Гарин, Д. Д. Дмитриев // Современные проблемы радиоэлектроники : сб. науч. ст. / ред.: А. И. Громыко, А. В. Сарафанов;

отв. за вып.: В. В.Сухотин, С. И. Трегубов. – Красноярск : Сибирский федеральный ун-т;

Политехни ческий ин-т, 2007. – С. 160–169.

5. Бортовые устройства спутниковой радионавигации / И. В. Кудряв цев, И. Н. Мищенко, А. И. Волынкин [и др.];

под ред. B. C. Шебшаевича. – М. : Транспорт, 1988. – 201 с.

УДК 621.396.669. Д. Д. Дмитриев Сибирский федеральный университет, г. Красноярск ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ АППАРАТУРЫ РАДИОНАВИГАЦИИ В настоящее время в целях увеличения мобильности средств проти вовоздушной обороны (ПВО) все большее применение находит аппаратура радионавигации (АРН) спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС/GPS. При этом система навигации должна обеспечивать непре рывное высокоточное навигационно-временное обеспечение в условиях существования естественных и искусственных радиопомех.

С целью определения помехоустойчивости АРН воздействию пред намеренных радиопомех на полигоне «Капустин Яр» была проведена про верка работы АРН МРК-33, разработанной в ФГУП НПП «Радиосвязь»

и Сибирском федеральном университете (СФУ). Аппаратура МРК- представляет собой двухчастотный навигационный приемник, работаю щий по кодам потребительской и высокой точности, предназначенный для определения местоположения (широты, долготы, высоты), вектора скоро сти и пространственной ориентации строительных осей объектов по сигналам СРНС ГЛОНАСС и GPS.

Подавление АРН МРК-33 осуществлялось прямошумовой широко полосной заградительной помехой на частотах сигналов ГЛОНАСС и GPS в диапазоне 1197,5–1263,3 МГц станциями СПС-22, диапазон IV, режим «полуавтомат» и в диапазоне 1506,7–1618,4 МГц станциями СПС-33 в пер СЕКЦИЯ вом поддиапазоне, режим «полуавтомат», мощность 700 Вт, коэффициент усиления антенны 4 с постановщиков помех Ан-12пп и Ми-8ппа. Полет осуществлялся в зоне постановки активных помех (минимальное расстоя ние от точки стояния МРК-33 – 17 км, максимальное – 100 км).

Количество одновременно сопровождаемых навигационных косми ческих аппаратов (НКА) обеих систем СРНС в зависимости от помеховой обстановки составляло от 1 до 9 НКА (рис.1а, б). При увеличении уровня помехового сигнала срыв сопровождения навигационного сигнала начи нался с НКА на малых углах места. При числе наблюдаемых НКА менее 4 наблюдался срыв определения координат.

Начало воздействия помехи ГЛОНАСС GPS Срыв измерений Рис. 1а. Количество наблюдаемых НКА (первая часть измерений) Конец воздействия помехи ГЛОНАСС GPS Срыв измерений Рис. 1 б. Количество наблюдаемых НКА (вторая часть измерений) 204 СЕКЦИЯ При отсутствии активных помех принимались сигналы всех видимых НКА обеих систем (3–4 НКА ГЛОНАСС и 9–10 НКА GPS).

При увеличении уровня помех происходили срывы в определении координат. Такая ситуация имела место, если число отслеживаемых НКА было менее 4. Длительность сбоев составляет от 1–2 с до 15 мин. Наиболее устойчивыми к воздействию помех являются сигналы НКА ГЛОНАСС-М, так как у них имеется сигнал кода ПТ в диапазоне L2. Срывов сопровож дения сигналов ГЛОНАСС-М за весь период измерений не наблюдалось.

На рис. 2а, 2б представлены результаты измерения амплитуды сиг налов НКА ГЛОНАСС № 10. Измерения проводились на кодах ПТ и ВТ в двух частотных диапазонах.

Начало воздействия помехи ПТ L ВТ L ПТ L ВТ L Рис. 2а. Амплитуда НКА ГЛОНАСС № 10 (первая часть измерений) Конец воздействия помехи ПТ L ВТ L ПТ L ВТ L Рис. 2б. Амплитуда НКА ГЛОНАСС № 10 (вторая часть измерений) СЕКЦИЯ По результатам измерений видно, что амплитуды на ПТ и ВТ в од ном частотном диапазоне практически совпадают. Срыв сигналов про исходит также одновременно по коду ВТ и ПТ. Это объясняется особен ностями построения аппаратуры МРК-33. Слежение за кодовой последо вательностью осуществляется с фазовым сглаживанием, поэтому срыв измерений происходит после срыва ФАПЧ системы слежения за несу щей частотой.

Помехи в диапазонах L1 и L2 имеют различную структуру. В диапа зоне L1 при воздействии помех происходят большие флуктуации измере ния амплитуды сигнала, а в диапазоне L2 наблюдается лишь уменьшение уровня сигнала. Изменение амплитуды сигнала в диапазонах L1 и L2 про исходит не синхронно.

При воздействии активных помех уровень сигнала (на выходе корре ляторов) в диапазоне L1 уменьшается в 4-5 раз (14 дБ), а в диапазоне L2 – в 3–4 раза (12 дБ). По данным аппаратуры МКТК-1А «Дзюдоист» в диапа зоне L1 спектральная плотность помехи на входе МРК-33 составляла от – 107 до –112 дБ/МГц, в диапазоне L2 спектральная мощность помехи на входе МРК-33 составляла –98 дБ/МГц.

На рис. 3а, 3б приведены измеренные амплитуды сигналов ПТ L ГЛОНАСС, на рис. 4а, 4б – измеренные амплитуды сигналов CT L1 GPS.

Начало воздействия помехи Рис. 3а. Амплитуда ПТ L1 НКА ГЛОНАСС (первая часть измерений) По полученным данным видно, что амплитуды сигналов всех НКА изменяются синхронно. Это объясняется тем, что в аппаратуре МРК- уровень сигналов на выходах корреляторов пропорционален отношению сигнал/шум. При этом уровень сигналов НКА остается практически посто 206 СЕКЦИЯ янным, а уровень активных помех изменяется. В результате отношение сигнал/шум для всех НКА изменяется синхронно.

Конец воздействия помехи Рис. 3б. Амплитуда ПТ L1 НКА ГЛОНАСС (вторая часть измерений) Срыв сопровождения сигналов происходит при уменьшении уровня ниже 20 единиц. При отсутствии активных помех уровень сигнала состав ляет от 100 до 450 единиц.

Захват сигналов НКА на сопровождение происходит в штатном ре жиме в течение 2–3 минут.

Начало воздействия помехи Рис. 4а. Амплитуда СТ L1 НКА GPS (первая часть измерений) СЕКЦИЯ Конец воздействия помехи Рис. 4б. Амплитуда СТ L1 НКА GPS (вторая часть измерений) На точностные показатели АРН воздействие помех не оказывает не посредственного влияния. Ухудшение точности определяемых навигаци онных параметров определяется, прежде всего, изменением геометриче ского фактора, связанного с исключением из обработки НКА с малыми уг лами места в результате воздействия помех. Без воздействия помех (рис. 5, 6, участок I) геометрический фактор не превышает 2, при этом среднее квадратическое отклонение (СКО) не превышает 1,5 м. При воздействии помех средней интенсивности (рис. 5, 6, участок II) снижается число уча ствующих в обработке НКА, геометрический фактор возрастает до 10–15, что приводит к увеличению СКО до 15 м. При воздействии помех сильной интенсивности (рис. 5, 6, участок III) в обработке остаются только НКА с самыми высокими углами места, СКО возрастает до 30 м. Геометриче ский фактор может увеличиваться выше 30 в случаях, когда решение нави гационной задачи еще возможно (количество НКА, участвующих в обра ботке 4), но НКА принадлежат к разным СРНС – ГЛОНАСС и GPS.

При невозможности решения навигационной задачи геометрический фактор равен нулю, значение координат может также равняться нулю или последнему измеренному значению. В этом случае необходимо исключать навигационные параметры, определенные при значениях геометрического фактора более 30 или равном нулю, как не заслуживающие доверия.

Проведение вышеописанного эксперимента позволяет считать, что АРН МРК-33 способна решать задачи навигации с установленными парамет рами точности и времени готовности координат при спектральной плотности помех до –110 дБ/МГц, при увеличении уровня шумов до –100 дБ/МГц по грешность определения координат увеличивается до 30 м, могут наблюда 208 СЕКЦИЯ ются срывы в определении координат. Наиболее устойчивыми к воздейст вию помех являются сигналы НКА ГЛОНАСС-М, так как у них имеется сигнал кода ПТ в диапазоне L2.

Рис. 5. Измерение координаты X во время действия помех Рис. 6. Изменение геометрического фактора во время действия помех В качестве основных направлений повышения помехоустойчивости аппаратуры спутниковой навигации целесообразно рассматривать: созда ние глубокоинтегрированных систем навигации с использованием данных СЕКЦИЯ инерциальных систем с целью сужения полосы пропускания фильтров первичной обработки сигнала;

подавление помех с помощью пространст венной селекции с применением фазированных антенных решеток.

УДК 621.396. Д. Д. Дмитриев, Д. А. Журавлев Сибирский федеральный университет, г. Красноярск ПРИМЕНЕНИЕ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК С ЦЕЛЬЮ УВЕЛИЧЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ РАДИОНАВИГАЦИИ В системах, требующих непрерывного высокоточного навигационно временного обеспечения, необходимо принимать меры по повышению по мехоустойчивости аппаратуры радионавигации (АРН), обеспечению не прерывности работы навигационных средств в условиях существования естественных и искусственных помех. Наиболее перспективными призна ются методы борьбы с помехами на основе пространственной селекции, обеспечиваемой при помощи многоэлементных антенных решеток.

При воздействии помех, приходящих с направлений, отличных от направления приема навигационных сигналов, наиболее эффективной яв ляется пространственная обработка сигналов (ПОС), предполагающая ис пользование фазированной антенной решетки (ФАР), служащей датчиком пространственных различий приходящих сигналов. Используя эти разли чия, ПОС способна обеспечить подавление помех на 30-40 дБ [1].

В пространственной интерпретации подавление помех ПОС сводится к адаптивному формированию нулей диаграммы направленности (ДН) ФАР на источник помехи. Принцип работы системы ПОС показан на ри сунке, где в разных точках компенсатора помех представлены сигналы и помехи на комплексной плоскости.

Видим, что на входе антенны помехи П1, П2 существенно превосхо дят полезные сигналы С1, С2 по мощности. Умножение на комплексный вектор, сформированный в блоке адаптации, приводит к повороту векто ра помехи П1 и выравниванию его величины с П2 для обеспечения их ком пенсации при суммировании. На выходе компенсатора мощность полезно го сигнала существенно превосходит мощность помехи.

210 СЕКЦИЯ Управление адаптивной ФАР осуществляется при помощи элек тронного блока управления путем изменения весовых коэффициентов, на которые умножаются выходные сигналы антенн. При этом возможное ко личество формирования нулей диаграммы направленности на один мень ше, чем количество элементов ФАР. Стоит заметить, что подобный ком пенсатор помех подавляет помеху, а усиления полезного сигнала не про исходит. Реализуемая таким образом ФАР с цифровым формированием ДН обеспечивает формирование ДН с нулями в направлении помехи и максимумами в направлении НКА. Поскольку весовые коэффициенты для формирования ДН формируются в программной части, имеется воз можность применения различных алгоритмов формирования коэффици ентов и соответственно ДН в зависимости от поставленной задачи и усло вий функционирования.

Вход П2 Вход П С2 С С П1 С С1 П П 1 2 1 1 3 вых Блок адаптации Рис. Пространственная обработка сигнала Формирование максимумов ДН в направлении на источник сигнала повышает отношение сигнал/помеха, что повышает помехоустойчивость, а общий рост чувствительности обеспечивает прием НКА в сложных ус ловиях.

Многогранная раздельная обработка сигналов антенных модулей в цифровой части аппаратуры позволяет решить ряд дополнительных за дач, например, определить направление прихода сигнала помехи [3], изме рить пространственную ориентацию объекта.

Измерение пространственной ориентации объекта расширяет функ циональные возможности АРН, позволяет выполнить наиболее эффектив СЕКЦИЯ ное комплексирование с автономной навигационной системой. Возмож ность определения направления прихода помехи открывает возможность нахождения местоположения источника помехи с целью его ликвидации.

Целесообразно возложить задачу определения направления прихода сиг нала помехи непосредственно на АРН, подверженную влиянию помехи.

При наличии в зоне действия источника помехи нескольких объектов, ос нащенных такой АРН, разнесенных в пространстве и имеющих канал связи с каким-либо «базовым» объектом, определение местоположения источни ка помехи может производиться автоматически.

Рассмотренный выше вариант ФАР осуществляет решение одной за дачи: обзор с заданным коэффициентом усиления (КУ) желаемых секторов пространства во всей верхней полусфере пространства. При этом КУ, по существу, должен принимать два значения: максимально возможное и ну левое.

В ФАР с формированием нулей в направлении помехи максимально возможное значение КУ определяется, практически, коэффициентом уси ления одиночного облучателя;

для слабонаправленной антенны, обеспечи вающей обзор всего сектора углов верхней полусферы, КУ1…3 дБ. При ближение к нулю значения КУ в нежелательных для обзора секторах про странства определяется параметрами фазирующих устройств и качеством работы адаптационного алгоритма, формирующего провал ДН в желаемом направлении. При этом качество «нуля», в среднем, обеспечивается на уровне 30 дБ.

В ФАР с одновременным формированием нулей в направлении по мех и лучей в направлении на НКА значение максимального коэффициен та усиления, в первом приближении, можно определить как сумму КУ всех слабонаправленных антенных элементов, формирующих ФАР. При этом для обеспечения сканирования луча в широком диапазоне углов верхней полусферы в ФАР также используются слабонаправленные антенные эле менты. Нетрудно заметить, что аналогичными свойствами дискретного ус тановления КУ будет обладать ФАР с множеством направленных антен ных элементов, каждый из которых «обозревает» свой сектор верхней по лусферы. Требуемое число антенных элементов определяется из соотно шения требуемого сектора рабочих углов ФАР и раскрыва ДН единичного антенного элемента. Понятно, что такие ФАР не могут быть реализованы на плоскости и располагаются на поверхности, близкой к полусфериче ской. Максимальное значение КУ будет определяться КУ отдельного эле мента и может быть достаточно большим (8–10). Реализация же нулевого значения обеспечивается простым отключением выбранного антенного элемента.

Необходимо отметить, что при кажущейся примитивности данный вариант имеет ряд преимуществ. В нем без сложных манипуляций по фор 212 СЕКЦИЯ мированию лучей может быть повышена чувствительность (на 6…8 дБ), можно не обеспечивать широкий динамический диапазон аналогового тракта и АЦП, поскольку канал, пораженный помехой, попросту отключа ется. Блоки цифровой обработки сигналов, подключаемые к выходам ан тенных элементов, могут иметь меньшее число каналов, поскольку каждый антенный элемент наблюдает лишь ограниченный сектор пространства, в котором может находиться одновременно относительно небольшое число НКА. При этом вычислительный блок должен обрабатывать то же число НКА, что в обычной АРН. Дополнительным преимуществом данного ва рианта является отсутствие искажений ДН в рабочей зоне (там, где не воз действует помеха). Это делает данную ФАР принципиально пригодной для проведения высокоточных фазовых измерений. Таким образом, вариант ФАР с направленными антенными элементами может быть достаточно просто реализован и при этом обеспечивает неплохие параметры помехо устойчивости.

Излучения антенных элементов частично перекрываются с целью обеспечения непрерывного сопровождения сигнала НКА. Это обстоятель ство ухудшает качество подавления сигнала из требуемого сектора про странства, поскольку даже при отключении элемента, непосредственно ориентированного в сторону помехи, прием сигнала помехи производится соседними элементами с меньшим (но не нулевым) коэффициентом усиле ния. Для снятия остроты данной проблемы число излучателей должно быть достаточно большим.

Анализ показывает необходимость и целесообразность применения ФАР в АРН СРНС, размещаемой на объектах, предъявляющих высокие требования к точности и непрерывности навигационно-временных опреде лений в условиях существования естественных и преднамеренных радио помех – авиационная техника, морской флот, мобильные образцы воору жения и военной техники.

Список литературы 1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред.

А. И. Перова, В. Н. Харисова. – Изд. 3-е, перераб. – М. : Радиотехника, 2005. – 688 с.

2. Соловьев, Ю. А. Системы спутниковой навигации / Ю. А. Соловь ев. – М. : Эко-трендз, 2000. – 268 с.

3. Brown, A. Detection and Location of GPS Interference Sources Using DigitaL Receiver Electronics / А. Brown, S. Atterberg, N. Gerein // Proceedings of ION AnnuaL Meeting. – San Diego, CA, June, 2000.

СЕКЦИЯ УДК 629. А. Н. Верещагин, А. И. Голенок, В. И. Кокорин Сибирский федеральный университет, г. Красноярск АНАЛИЗ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ НАВИГАЦИОННОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ГЛОНАСС Использование космических систем спутниковой навигации, ориен тированных на наземного пользователя открывает широкие возможности построения бортовых систем навигации космических аппаратов (КА). Раз витее потребительского сегмента, а также повышение качества предостав ляемых услуг спутниковыми навигационными системами требуют созда ния математических моделей, позволяющих описать работу данных систем для проведения всесторонних испытаний навигационной аппаратуры по требителя (НАП) и моделирования группировки навигационных космиче ских аппаратов (НКА).

Наиболее полная поверка НАП реализуется с помощью имитаторов навигационных сигналов (ИНС), позволяющих формировать сигналы, аналогичные тем, что принимает НАП при работе по спутниковым ра дионавигационным системам (СРНС). Существующие методы поверки НАП с применением ИНС основаны на использовании математической модели навигационных параметров, с помощью которой моделируются сигналы НКА.

Математические модели навигационных параметров представляют собой комплексное программное обеспечение, что ограничивает воз можности их использования в различных системах автоматизированной поверки НАП. Это определяет актуальность задачи разработки модели, позволяющей воспроизводить конкретную навигационную ситуацию с повышенной точностью при простой реализации такой модели на прак тике.

В общем случае для моделирования сигнала НКА необходимо сфор мировать кадры, которые передаются в составе информационного сообще ния и содержат эфемериды, альманах, состояние системы. Также необхо димо сформировать задержку прихода сигнала, характеризующую удален ность НКА от потребителя и сдвиг несущей частоты, возникающий из-за сдвига частоты Доплера.

В данном методе для формирования информационных кадров НКА используется математическая модель навигационных параметров на осно 214 СЕКЦИЯ ве данных альманаха. Алгоритм работы навигационного процессора в ос новном может быть сведен к реализации стандартных полиномов вида t = a0i + a1it + a2it 2 +... + anit n, yi (t ) tt где a0i, a1i, ani – коэффициенты полинома;

t1, t2 – граничные условия.

Полином позволяет аппроксимировать траекторию движения НКА на определенный промежуток времени. Использование конкретного поли нома зависит от аппаратной реализации имитатора навигационных сигна лов. Выбор конкретной реализации полинома – компромиссное решение:

с одной стороны, желательно как можно чаще обновлять полином, с дру гой – слишком частое обновление полинома подразумевает использование высокоскоростных каналов передачи данных между персональным ком пьютером и имитатором.

Для рассматриваемого имитатора навигационных сигналов исполь зуется полином третьей степени с частотой обновлений 30 с для обеспече ния непрерывных измерений без потери сигнала в момент обновления по линома.

Одним из важных параметров навигационного сообщения является tb – порядковый номер временного интервала внутри текущих суток по шкале системного времени ГЛОНАСС, к середине которого относится переда ваемая в кадре оперативная информация.

В данной работе будем рассматривать более широкий интервал для ап проксимации, равный минимальному значению tb, составляющему 15 мин.

На основе данных альманаха, например от 21.02.2008 г., рассчитана в системе координат ПЗ-90 радиальная дальность для НКА № 1 от потре бителя, находящегося в точке с координатами:

X = –177,3 км, Y = 3569,9 км, Z = 5264,9 км.

По значениям дальности траектория аппроксимирована функциями:

интерполяционный полином Лагранжа 3-й степени (ИПЛ 3-го порядка), ме тод наименьших квадратов (МНК), полиномная интерполяция (ПИ), и для сравнения интерполяционным полином Лагранжа 2-й степени (ИПЛ 2-го по рядка).

Для расчетов на 15-минутный период использовали интервал между значениями в 30 с. Начало расчета в 6ч 01 мин 00 с 21.02.2008 г.

Среднеквадратичное отклонение для данных методов составило:

ИПЛ 3-го порядка = 0,2944825971 м, МНК = 0,2505660259 м, СЕКЦИЯ ПИ = 0,2505726774 м, ИПЛ 2-го порядка = 77,02212002 м.

Для расчетов на 18 450-секундный период (в данном случае период видимости спутника) также использовали интервал между значениями в 30 с. Начало расчета в 6ч 01 мин 00 с 21.02.2008 г.

Среднеквадратичное отклонение для данных методов составило:

ИПЛ 3-го порядка = 15701,11599 м, МНК = 24077,09072 м, ПИ = 24077,17112 м, ИПЛ 2-го порядка = 135352,7111 м.

Выводы: среднеквадратичное отклонение траектории движения нави гационного спутника ГЛОНАСС, аппроксимированной функциями 3-го по рядка на 15-минутном интервале, составило менее 0,3 м. Рассмотренные ме тоды определения дальности, аппроксимированной функциями 3-ого по рядка, пригодны для построения траектории движения НКА на определен ный промежуток времени вплоть до 15 минут.

Список литературы 1. Вержбицкий, В. М. Основы численных методов / В. М. Вержбиц кий. – М. : Высш. шк., 2002. – 840 с.

2. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред.

А. И. Перова, В. Н. Харисова. – Изд. 3-е, перераб. – М. : Радиотехника, 2005. – 688 с.

3. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Ин терфейсный контрольный документ. – М. : КНИЦ ВКС, 2002.

УДК 629. В. Н. Бондарев Сибирский федеральный университет, г. Красноярск ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ИСТРЕБИТЕЛЕЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ НАВИГАЦИОННЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ГЛОНАСС/GPS Режим определения пространственной ориентации истребителей перехватчиков МИГ-31Б, СУ-27 по результатам измерения параметров 216 СЕКЦИЯ сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) ГЛОНАСС/GPS, принятых разнесенными в пространстве антеннами, является одним из наиболее перспективных направлений расширения функциональных воз можностей спутниковых радионавигационных систем (СРНС) – рис. 1.

Антена МРК Антена МРК Антена МРК Рис. 1. Рекомендуемое расположение антенн приемника МРК на самолете МИГ 31Б При реализации данного режима обеспечивается определение поло жения объекта в пространстве не как материальной точки, а как трехмер ного объекта, что позволяет решать задачи более эффективного управле ния движением объектов, значительно расширяет круг задач, решаемых при помощи СРНС. Используя информацию о пространственной ориента ции объекта, можно определять координаты заданной точки объекта, в ко торой невозможна установка приемной антенны аппаратуры радионавига ции, например, центра масс объекта или узлов подвески вооружения.

Кроме расширения возможностей использования антенны аппарату ры радионавигации по целевому назначению, режим определения про СЕКЦИЯ странственной ориентации обеспечивает наиболее эффективное комплекси рование антенны аппаратуры радионавигации с инерциальными навигаци онными системами (ИНС). Такое комплексирование позволяет значительно повысить помехозащищенность аппаратуры радионавигации и уменьшить погрешности определения навигационных параметров, не прекращать формирование навигационных отсчетов при перерывах в приеме сигналов НКА, обусловленных воздействием помех и затенениями от местных предметов, а также оперативно восстанавливать слежение за сигналами НКА после перерывов в их приеме.

Угловое положение вектор-базы в пространстве по сигналам СРНС может быть определено на основе измерения разности хода сигналов НКА между антеннами, расположенными на концах вектор-базы. НКА системы ГЛОНАСС расположены на орбитах высотой около 20 000 км, поэтому при малых базах (порядка нескольких метров) можно считать фронт волны принимаемых сигналов плоским. Фазовый сдвиг сигнала НКА, принимае мого на две разнесенные антенны, и косинус угла между вектор-базой и вектор-направлением на НКА связаны выражением (рис. 2) cos =, (1) 2В где – длина волны сигнала НКА, – фазовый сдвиг;

В – длина базы;

cos – угол между вектор-базой и вектор-направлением на НКА.

Выражение (1) является уравнением однобазового интерферометра и широко применяется в теории фазовых пеленгаторов и антенных реше ток. Направляющие косинусы вектор-базы могут быть определены из уравнения на основе скалярного произведения векторов:

= Ц = kх х + k у у + kz z, (2) где Ф – фазовый сдвиг, выраженный в единицах длины, является разно стью хода сигналов НКА между антеннами;

kx, kу, kz – направляющие коси нусы вектор-направления на НКА, x, y, z – координаты вектор-базы.

Для однозначного определения всех неизвестных необходимы три уравнения. Учитывая, что координаты вектор-базы взаимосвязаны, при из вестной длине базы систему уравнений можно представить в виде k x1x + k y1 y + k z1z = Ц1, k x 2 x + k y 2 y + k z 2 z = Ц 2, (3) 2 2 2 x + y + z = B.

218 СЕКЦИЯ Сигналы НКА R А В А Рис. 2. Однобазовый интерферометр Для нахождения положения вектор-базы в пространстве требуется измерить фазовые сдвиги сигналов 2 НКА. Таким образом, система урав нений (3) содержит два линейных уравнения на основе результатов изме рений фазовых сдвигов Ф и одно нелинейное уравнение связи между коор динатами х, у, z. Следствием нелинейности является зависимость точности вычисления ориентации от углового положения вектор-базы. При априор но неизвестной длине базы применять уравнение связи между координа тами вектор-базы нельзя, для определения ориентации вектор-базы нужно использовать измерения от трех НКА, а уравнение связи необходимо для вычисления длины базы:

k xi x + k yi y + k zi z = Фi (4) 2 2 B= x +y +z, где i = 1, 2, 3 – номер НКА.

Для вычисления ориентации вектор-базы при неизвестной длине ба зы минимальное созвездие должно состоять из трех НКА, однако при этом система уравнений (3), (4) линейна, значит точность вычисления ориента ции зависит только от геометрии НКА.

Орбитальные группировки систем ГЛОНАСС и GPS рассчитаны так, чтобы из любой точки Земли в любой момент времени наблюдалось не ме нее четырех НКА. Как показывает опыт работы, при полной орбитальной группировке обычно наблюдается от 5 до 10 видимых НКА каждой систе мы. При работе по совмещенному созвездию ГЛОНАСС/GРS одновремен но наблюдается от 10 до 18 НКА. Кроме того, для измерения координат СЕКЦИЯ потребителя требуется группировка, состоящая минимум из четырех НКА.

Поэтому целесообразно для угловых измерений использовать сигналы всех видимых НКА, используя избыточность созвездия для повышения точно сти измерений.

При измерениях по избыточному созвездию исходная система урав нений (4) включает N линейных уравнений, где N – число наблюдаемых НКА (N 3), и одно нелинейное уравнение связи между направляющими косинусами вектор-базы. Поскольку система уравнений избыточна (коли чество уравнений больше количества неизвестных), решение системы уравнений (4) можно получить, исходя из критерия максимума функции правдоподобия. Решение по критерию максимума функции правдоподобия при нормальном распределении шума фазовых измерений сводится к весо вому методу наименьших квадратов, в котором весовые коэффициенты обратно пропорциональны СКО погрешности измерения фазовых сдвигов.

Линейная часть системы уравнений (4) в матричном виде имеет вид К T G 2 K X = K T G 2 Ф, (5) где G – диагональная матрица весовых коэффициентов;

G 2 = GT G – мат рица направляющих косинусов направлений на НКА, X = ( x, y, z )T – век тор-столбец неизвестных координат вектора-базы;

Ф = (Ф1,Ф 2,... Ф N )T – вектор-столбец измеренных разностей хода. Решение системы (5) дает следующее выражение:

X = ( K T G 2 K ) 1 K T G 2 Ф = M 1 K T G 2 Ф, (6) где M = K T G 2 K – матрица метода наименьших квадратов.

Погрешность определения координат вектор-базы Х определяется ковариационной матрицей, которая совпадает с обратной матрицей метода наименьших квадратов:

co( X ) = ( K T G 2 K ) 1. (7) Список литературы 1. Онучин, О. Н. Интегрированные системы ориентации и навига ции для морских подвижных объектов / О. Н. Онучин, Г. И. Емельянцев. // под общ. ред. чл.-кор. РАН В. Г. Пешехонова. – СПб. : ЦНИИ «Электро прибор», 1999. – 357 с.

220 СЕКЦИЯ 2. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. – Изд. 3-е, перераб. – М. : Радиотехника, 2005. – 688 с.

3. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Ин терфейсный контрольный документ (редакция пятая). – М. : КНИЦ МО РФ, 2002. – 57 с.

УДК 528.344:629. В. В. Какоткин, М. М. Валиханов, А. А. Абдулхаков, В. В. Яковлев, В. И. Кокорин Сибирский федеральный университет, г. Красноярск ПРИМЕНЕНИЕ НАВИГАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ ГНСС ГЛОНАСС/GPS ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НЕВЗРЫВНЫМИ МЕТОДАМИ НА ВОДНЫХ АКВАТОРИЯХ В настоящее время навигационное обеспечение сейсморазведочных работ является одним из важнейших направлений в геологоразведке. Это также подтвердили испытания, проведенные на реке Ангаре в 2008 г. Таким образом, использование глобальных спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и GPS в геологоразведке позволяет охватить весь спектр практических задач координатно-временного обеспечения [1].

Для решения поставленной задачи система навигационного обеспе чения сейсморазведочных работ была усовершенствована с учетом пред ложений и замечаний предыдущих испытаний на реке Ангаре в 2008 [2].

В качестве спутникового радионавигационного комплекса исполь зуются два комплекта навигационной аппаратуры потребителей (НАП) СРНС типа МРК. Данные приборы разработаны в ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» и ФГУП НПП «Радиосвязь» (г. Красноярск), выпускаются серийно предприятием ФГУП НПП «Радиосвязь» и пред ставляют собой 16-канальные приемники СРНС ГЛОНАСС/GPS.

В составе подвижной станции (ПС) могут быть использованы два персональных компьютера типа NoteBook, один из которых предназначен для сбора навигационной информации, другой – для отображения место положения судна на карте. Компьютер, соединенный с выходом COM НАП МРК-32 применяется для управления режимами работы прибора и накопления измерительной информации для последующей обработки СЕКЦИЯ и вычисления координат точек сейсмических воздействий в дифференци альном режиме с использованием результатов измерений, полученных контрольно-корректирующей станцией (ККС).

Компьютер, соединенный с выходом COM2 НАП, применяется для отображения текущего места КС на цифровой навигационной карте района навигации, что позволяет поддерживать заданные режимы движения кате ра скоростного (КС): скорость, траекторию движения. Точная фиксации координат сейсмических воздействий без остановки КС непосредственно во время его хода позволяет сократить время выполнения разведочных ра бот. Компьютер для отображения судна на электронной карте может быть заменен другой аппаратурой, например, картплоттером Garmin 3005C.

При эксплуатации навигационной системы учитывались многие фак торы и особенности, которые повлияли на дополнения и совершенствова ние данной системы. Так, в связи с тем, что в светлое время суток сложные погодные условия (ветер, осадки) создавали помехи, уровень которых не позволял должным образом регистрировать сигнал сейсмодатчикам, рабо ты обычно проводились в темное время суток. Для повышения безопасно сти во время судовождения было принято решение подключить к системе эхолот, что позволило регистрировать глубину, во-время избегать прохож дения таких участков реки, как мель и подводные скалы. Также при судо вождении вдоль берегов рек часто встречаются высокие горы (рис. 1), вследствие чего происходит затенение неба, а в результате уменьшается число принимаемых спутников, причем их количества в некоторых случа ях бывает недостаточно для определения координат подвижной станции, если использовать только спутники системы GPS либо только ГЛОНАСС.

Двухсистемность приемников МРК позволяет решить данную проблему, так как работа одновременно может идти в режиме ГЛОНАСС/GPS.

Рис. 1. Приближение ПС к гористому берегу 222 СЕКЦИЯ В период с 11.08.2009 г. по 30.09.2009 г. выполнены работы по ис следованию профилей на реках Бирюсе, Чуне, Тасееве. Общий километраж работ составил 294 км. Полный трек прохождения пути был наложен на геодезическую карту профиля (рис. 2).

р.

Чу на р. Тасеева р.

Чу на са ирю р. Б са рю Би р.

Рис. 2. Общая карта выполненных работ В ходе проведенных испытаний можно выделить следующие пред ложения по модернизации системы: использование двухчастотной аппа ратуры СРНС позволяет уменьшить погрешность определения высоты;

применять НАП на КС с числом каналов более 16;

использовать на ПС угломерную аппаратуру, позволяющую определять курс судна с целью повысить безопасность судовождения в ночное время и в тумане;

уста навливать ККС на сейсмостанцию;

применять выделенный радиоканал для передачи дифференциальных поправок с целью уменьшения по грешности определения координат ПС и передачи координат местопо ложения ПС на сейсмостанцию для точного определения положения ВЭМ.

Анализ результатов работы показывает, что навигационное геодези ческое обеспечение сейсморазведочных работ на реках Бирюсе и Чуне вы полнено в полном объеме в соответствии с заданием Богучанской геофи зической экспедиции и предприятия ОАО «Енисейгеофизика».

СЕКЦИЯ Список литературы 1. Кокорин, В. И. Радионавигационные системы и устройства : учеб.

пособие / В. И. Кокорин // Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2006. – 175 c.

2. Какоткин, В. В. Навигационное обеспечение сейсморазведочных работ / В. В. Какоткин, М. М. Валиханов, В. И. Кокорин // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. / науч. ред.: А. И. Громыко, А. В. Сарафанов. – Красноярск : ИПК СФУ, 2009.

3. Шебшаевич, В. С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / В. С. Шебшаевич, П. П. Дмитриев, Н. В. Иванцевич [и др.] / под ред. В. С. Шебшаевича. – 2-е изд. перераб. и доп. – М. : Радио и связь, 1993. – 408 с.

4. Валиханов, М. М. Программное обеспечение для отображения электронных навигационных карт для внутренних водных путей / М. М. Ва лиханов, Д. В. Зуев, А. В. Киселев, В. И. Кокорин // VIII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2008.

УДК 629. В. В. Какоткин, А. А. Абдулхаков, М. М. Валиханов, В. Ф. Гарифуллин, Ю. Л. Фатеев Сибирский Федеральный университет, г. Красноярск ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАВИГАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ МРК- ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ На данный момент требования к точности проведения навигацион ного обеспечения сейсморазведочных работ составляют порядка 5 м. В хо де проведения натурных работ на реках Бирюсе и Чуне применялась нави гационной аппаратуры потребителя (НАП) МРК-32, разработанная совме стно ФГОУ ВПО СФУ и ФГУП НПП «Радиосвязь». Для определения точ ностных характеристик МРК-32 произведен эксперимент в стационарном состоянии приемника в прибрежной зоне на реке Бирюса. В 10 км от места проведения исследования находилась контрольно-корректирующая стан ция (ККС), построенная на базе второго комплекта НАП МРК-32. Опреде 224 СЕКЦИЯ ление погрешности координат проводилось при совмещенном режиме ГЛОНАСС+GPS и раздельно по системам GPS и ГЛОНАСС. Накопление информации выполнялось в течении шести часов. В результате исследова ния получены данные, статистический анализ которых приведен в таблице.

Таблица Сводная таблица результатов статистического анализа координат по трем режимам работы МРК Режим обработки ГЛОНАСС/GPS GPS ГЛОНАСС Координата X Y X Y X Y Сред. значение 6408490 17335576 6408490 17335576 6408489 СКО 1.55 0.67 1.17 0.63 3.87 6. 8137 6539 Кол-во отсчетов (85%) (68%) (22%) min 9 5 Число спутни- max 11 7 ков Сред. 10 6 Как видно из таблицы, наибольшее значение СКО получено при ра боте приемника в режиме ГЛОНАСС. Это объясняется малым количест вом спутников, находящихся в системе ГЛОНАСС. Значения СКО в режи ме работы GPS и совмещенном режиме ГЛОНАСС/GPS находятся на до пустимом уровне. Наилучшим режимом работы является режим ГЛО НАСС+GPS, так как наблюдение ведется по двум системам, что позволяет увеличить количество регистрируемых спутников и надежность коорди натно-временного обеспечения.

Весь спутниковый радионавигационный комплекс работал совместно с комплексом аппаратуры, обслуживающей технику, которая непосредствен но производила зондирование подземных областей. Примером такой техники является электромагнитный источник сейсмических колебаний – это не взрывной поверхностный импульсный источник с силовым электромагнит ным приводом, содержащим один или несколько синхронно работающих ко роткоходовых электромагнитов и автономную систему питания, состоящую из емкостного накопителя энергии и устройства для ее заряда и разряда.

В данном случае работа велась с водным вариантом электромагнитного ис точника – водным электромагнитом (ВЭМ). НАП МРК-32 имеет возмож ность подачи управляющего сигнала на аппаратуру ВЭМ с целью контроля подачи сейсмических воздействий, совершающихся с интервалом 10 с.

Полученная точность при определении координат в постобработке только по системе ГЛОНАСС не отвечает требованиям проведения геофи зических исследований, но носит временный характер до момента развер тывания системы полностью. Выполнение работ по GPS удовлетворяет СЕКЦИЯ требованиям по точности, при этом совмещенный режим ГЛОНАСС/GPS позволяет повысить надежность измерений при закрытии спутников гора ми и деревьями. При дальнейшем использовании аппаратуры МРК для ра бот по определению координат с требуемой для сейсморазведки точностью необходимо провести доработку программного обеспечения: ввести огра ничения по минимальному углу возвышения спутников, по соотношению сигнал/помеха и PDOP, устанавливаемых оператором.

Список литературы 1. Какоткин, В. В. Навигационное обеспечение сейсморазведочных работ / В. В. Какоткин, М. М. Валиханов, В. И. Кокорин // Современные проблемы радиоэлектроники : сб. науч. тр. / науч. ред. : А. И. Громыко, А. В. Сарафанов. – Красноярск : ИПК СФУ, 2009.

2. Кокорин, В. И. Радионавигационные системы и устройства : учеб.

пособие / В. И. Кокорин. – Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2006. – 175 c.

3. Шебшаевич, В. С. Сетевые спутниковые радионавигационные сис темы / В. С. Шебшаевич, П. П. Дмитриев, Н. В. Иванцевич [и др.];

под ред.

В. С. Шебшаевича. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1993. – 408 с.

4. Валиханов, М. М. Программное обеспечение для отображения электронных навигационных карт для внутренних водных путей / Валиха нов М. М., Зуев Д. В., Киселев А. В., Кокорин В. И // VIII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2008.

УДК 622. О. А. Тронин Сибирский федеральный университет, г. Красноярск МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Для повышения точности наземных радионавигационных систем среднечастотного диапазона необходимо знать значения проводимости подстилающей поверхности (или сопротивления = 1 ) и ее диэлектри ческой проницаемости. В настоящее время известно несколько вариантов раздельного определения величин и на основании одновременного изу чения двух различных характеристик электромагнитного поля (ЭМП) [1–6] и рассчитаны номограммы в соответствующих координатах. В данной ра боте рассматриваются только варианты с индуктивным возбуждением 226 СЕКЦИЯ и приемом поля, так как они позволяют выполнять измерения практически в любое время года и при любом состоянии поверхности исследуемых пло щадей (снежный и ледяной покров, мерзлые породы, крупноглыбовые осыпи, сухие пески и торфяники).

Различные варианты (и соответствующие им установки) для опреде ления и имеют разную разрешающую способность, сложность построе ния аппаратуры и производительность работ. Их можно разделить на две группы по характеру проводимых измерений:

– варианты с электрическими и геометрическими измерениями;

– варианты с электрическими измерениями.

В свою очередь, во второй группе можно выделить две подгруппы:

– варианты с необходимостью поворота приемной антенны (антенн) измерительного приемника при проведении измерений;

– варианты без поворота приемной антенны при измерениях.

В первую группу входит вариант определения и по измерениям угла наклона к горизонту большой полуоси эллипса поляризации магнит ного поля и отношения большой полуоси эллипса поляризации a к его малой полуоси b (a/b).

Рис. 1. Номограмма для определения и по и a/b;

f = 2,5 МГц, r = 15 м СЕКЦИЯ Как показывает анализ, разрешающая способность номограмм при ма лых разносах довольно низкая. При разносах более 5 метров данные зависи мости уже могут использоваться для практического исследования и гор ных пород и иных сред по измеренным значениям и a/b (рис. 1). Для более точного определения значений и следует использовать номограммы с более детальными значениями этих параметров. Структурная схема изме рительной установки, реализующей данный вариант, приведена на рис. 2.

Г ГА ПА П ИА Рис. 2. Структурная схема установки для определения и по измерениям и a/b:

где Г генератор;

ГА генераторная антенна;

ПА приемная антенна;

П приемник;

ИА измеритель амплитуды Данная установка требует применения поворотно-угломерного уст ройства для приемной антенны, что снижает производительность полевой съемки и затрудняет автоматизацию съемки в движении.

К подгруппе вариантов с электрическими измерениями с необходи мостью поворота приемной антенны относятся варианты с измерениями фазы вертикальной магнитной составляющей поля вертикального магнит ного диполя z относительно фазы первичного поля и отношения a/b и с измерениями фазы радиальной магнитной составляющей поля верти кального магнитного диполя r и a/b.

Анализ данных номограмм показывает, что по измерениям z и a/b отмечается низкое разрешение в области малых значений диэлектрической проницаемости;

по измерениям r и a/b, разрешение в области малых зна чений значительно выше. Измерения по данным вариантам могут прово диться с помощью одной измерительной установки, структурная схема которой приведена на рис. 3.

Г ГА ПА П ИАФ ОС Рис. 3. Структурная схема установки для определения и по измерениям z и a/b, r и a/b: ИАФ – измеритель амплитуды и фазы;

ОС – опорный сигнал Измерительная установка также требует применения поворотного устройства для приемной антенны, но угломерное устройство здесь отсут 228 СЕКЦИЯ ствует, зато необходим опорный сигнал первичного поля и более сложный измеритель амплитуды и фазы. Подгруппа вариантов только с электриче скими измерениями без поворота приемной антенны включает в себя два варианта определения и :

– по измерениям разности фаз между радиальной и вертикальной со ставляющими магнитного поля вертикального магнитного диполя r – z и отношения a/b;

– по измерениям фазы r и модуля Нr радиальной магнитной состав ляющей поля вертикального магнитного диполя.

Номограммы, соответствующие данным вариантам, имеют удовле творительное разрешение в области малых значений. Структурная схема установки для измерений r – z и a/b приведена на рис. 4.

ПА1 П Г ГА ИАФ ПА2 П Рис. 4. Структурная схема установки для определения и по измерениям r – z и a/b: ПА1, ПА2 – приемные антенны 1 и 2;

П1, П2 – приемники 1 и Данная установка является самой сложной из рассмотренных, так как требует применения двух идентичных приемных антенн и двух трактов для приема вертикальной и горизонтальной составляющих вектора маг нитного поля. Из рассмотренных вариантов наиболее простую аппарат ную часть имеет установка, изображенная на рис. 2, но она же содержит и наиболее сложный механический узел крепления приемной антенны (по воротно-угломерное устройство). Кроме того, необходимость при измере ниях поворачивать приемную антенну и производить измерения углов зна чительно снижает производительность работ и затрудняет их автоматиза цию. Более сложная аппаратная часть у установок на рис. 3–4, но у под группы вариантов только с электрическими измерениями может отсутст вовать поворотное устройство приемной антенны. Варианты измерений с данными установками имеют самую высокую производительность работ и позволяют осуществлять съемку в движении.

Таким образом, для оперативного обследования значительных пло щадей предпочтительнее применение вариантов только с электрическими измерениями без поворота приемной антенны, несмотря на некоторое ус ложнение аппаратной части.

СЕКЦИЯ Список литературы 1. Вешев, А. В. Электромагнитное профилирование / А. В. Вешев, В. Г. Ивочкин, Г. Ф. Игнатьев. – Л. : Недра, 1971. – 216 с.

2. Вешев, А. В. Перспективы изучения диэлектрической проницае мости при решении задач эксплуатационной разведки. Тезисы докладов «Всесоюзное совещание по разработке и комплексированию геофизиче ских методов при детальной и эксплуатационной разведке рудных место рождений : тез. докл. / А. В. Вешев, В. Ф. Лебедев, В. А. Коднянко. – Ере ван : Изд-во АН Армянской ССР, 1982. – С 9–10.

3. Лебедев, В. Ф. Геофизические исследования дражных полигонов и перспективы изучения диэлектрической проницаемости / В. Ф. Лебедев, М. Е. Царегородцев. – Колыма, 1983. – № 2. – С. 28–32.

4. Лебедев, В. Ф. Влияние диэлектрической проницаемости на эле менты эллипса поляризации поля вертикального магнитного диполя (од нородное полупространство) : отчет о НИР (промежут.). – Раздел «Опыт но-методические исследования по опробованию геофизической аппарату ры, разрабатываемой и выпускаемой НПО «Сибцветметавтоматика» за 1979 г.;

фонды НПО «СибЦМА», 1980 г. – С 144–148.

5. Лебедев, В. Ф. Экспериментальные работы по изучению диэлек трической проницаемости : отчет о НИР (промежут.) – Раздел «Опытно методические исследования по опробованию геофизической аппаратуры, разрабатываемой и выпускаемой НПО «Сибцветметавтоматика» за 1979 г.;

фонды НПО «СибЦМА». – Красноярск,1980 – С. 181–191.

6. Лебедев, В. Ф. и в методе ДЭМП по измерениям элементов эл липса поляризации поля высокочастотного магнитного поля : отчет о НИР [заключит.]. – Раздел «Опытно-методические исследования по опробова нию геофизической аппаратуры, разрабатываемой и выпускаемой НПО «Сибцветметавтоматика» за 1980 г.;

фонды НПО «СибЦМА2». – Красно ярск, 1981. – С. 122–139.

УДК 628.28.087. В. П. Денисов, А. А. Гельцер, М. В. Крутиков ТУСУР, НИИ РТС, г. Томск ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ НАЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ОДНИМ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХ СПУТНИКОВОЙ ФОТОСЪЕМКИ Для однопозиционного определения координат источника радиоизлу чения (ИРИ) с борта космического аппарата (КА) обычно применяются три 230 СЕКЦИЯ ангуляционные методы определения координат, в основе которых лежит измерение пеленга на работающих ИРИ [1, 3, 4]. Достоинством этого мето да является относительная простота реализации – для определения коорди нат нужно найти точку пересечения линии пеленга с поверхностью Земли при известных координатах КА. Однако на практике реализовать такой спо соб оказывается достаточно сложно вследствие возникающих неоднознач ностей (при использовании фазового метода пеленгования) или погрешно стей при измерении амплитуд сигналов (при амплитудном методе пеленго вания) [2]. При этом, чем выше находится орбита КА, тем больше величина ошибки. Например, для случая, когда КА находится на геостационарной ор бите высотой 40 000 км, при ошибке измерения пеленга на ИРИ в 5 минут, круговая ошибка определения координат на поверхности Земли составляет 58 км. Добиться существенного уменьшения ошибки (на порядок) можно путем совершения КА маневров, например, вращения вокруг своей оси. Од нако это требует энергетических затрат, что для КА не всегда приемлемо.

Известно, что при работе ИРИ на местности, кроме прямого сигнала, возможен прием сигналов, отраженных от местных предметов, расположен ных вблизи. Сигналы, отраженные от местных предметов, также несут инфор мацию об их местоположении и отражающих свойствах. Причем в отражен ных сигналах, если они различаются за прямым сигналом, заключена инфор мация о взаимном положении ИРИ и местных предметов. На рис.1 изображена ситуация, когда ИРИ находится вблизи лесных массивов, а КА – над ним.

Рис.1. ИРИ находится вблизи лесных массивов и КА над ним В таком случае при работе ИРИ на борту КА, кроме прямого сигнала, будут наблюдаться сигналы, отраженные от лесных массивов, конечно, если энергетические параметры ИРИ и аппаратуры КА позволяют. Реализация принимаемого сигнала может выглядеть, как показано на рис. 2.


СЕКЦИЯ Рис. 2. Возможная реализация сигналов на борту КА Как видно из рис. 2, в реализации присутствует прямой сигнал;

мо мент обнаружения обозначен как t0;

сигналы, отраженные от местных предметов, – dt1… dt4.

Со стороны КА, если ИРИ находится под ним, принимаемые сигналы – прямой и отраженные (рис. 2) – можно совместить с картой местности (рис.1).

Сигналы, отраженные от местных предметов, имеют задержку относительно прямого сигнала dt1… dt4. Каждая задержка соответствует линии положения на поверхности Земли в виде окружности, как это показано на рис. 3.

Рис.3. Вид на позицию ИРИ с КА 232 СЕКЦИЯ Для определения местоположения отражающего объекта необходимо использовать еще одну линию положения. Это может быть либо линия из меренного пеленга с КА, либо линия направления максимума диаграммы направленности (ДН) антенны ИРИ. Так как пеленг с борта КА измеряется с большой ошибкой, остается использовать направление ДН ИРИ.

Определить направление максимума ДН можно следующим спосо бом. Каждую реализацию сигнала (рис. 2) следует записывать в память.

Затем в каждой реализации нужно определять максимальное значение ам плитуды отраженных сигналов;

строить зависимость значения максималь ной амплитуды от номера реализации;

найти характерные точки, возни кающие из-за того, что антенна ИРИ вращается и оборот за оборотом ос вещает местные предметы. Такая зависимость изображена на рис. 4.

В результате периодичности вращения ДН возникает и периодич ность в зависимости на рис. 4. Расстояние между характерными точками, очевидно, равно 360 град.

Характерные точки ~360° Номер принятой реализации сигнала Рис. 4. Зависимость максимального уровня сигнала от номера записанной реализации Зная шаг по углу между реализациями (рис. 4), можно построить картину расположения отражающих объектов (рис. 5), находя точки пере сечения линий положения, построенных по задержке относительно прямо го сигнала и направления ДН ИРИ.

Подобная методика нахождения координат отражающих объектов уже была опробована на экспериментальных данных, пример такой обра ботки приведен на рис. 6.

Как видно из рис. 6, возможно получение радиолокационных изображе ний отражающих объектов с высокой степенью совпадения с данными спут никовой фотосъемки. Конечно, при определении местоположения отражаю щих объектов по изложенной выше методике, картина расположения отража телей будет повернута относительно исходного снимка на случайный угол.

СЕКЦИЯ Рис.5. Нахождение координат источников переотражений а б Рис. 6. Пример обработки экспериментальных данных:

а – координаты отражающих объектов, наложенные на карту местности;

б – увеличенное изображение того же участка местности в более высоком качестве Для определения местоположения полученного радиолокационного изображения на имеющемся спутниковом снимке необходимо вращать и сдвигать полученное изображение относительного опорного и оценивать коэффициент совпадения между изображениями (например, коэффициент корреляции).

234 СЕКЦИЯ Таким образом, имея данные спутниковой съемки и обрабатывая сигналы, отраженные от местных предметов вблизи ИРИ, можно на поря док увеличить точность определения координат. По приблизительным оценкам эта погрешность может составлять от десятков до сотен метров.

Список литературы 1. Мельников, Ю. П. Радиотехническая разведка. Методы оценки эффективности местоопределения источников излучения / Ю. П. Мельни ков, С. В. Попов. – М. : «Радиотехника», 2008. – 432 с.

2. Теоретические основы радиолокации / под ред. Я. Д. Ширмана. – М. : Сов. радио, 1970.

3. Южаков, В. В. Современные методы определения местоположе ния источников электромагнитного излучения / В. В. Южаков // Зарубеж ная радиоэлектроника. сер. Успехи современной радиоэлектроники. – 1987. – № 8. – С. 67–79.

4. Дрогалин В. В. Определение координат и параметров движения источников радиоизлучений по угломерным данным в однопозиционных бортовых радиолокационных системах / В. В. Дрогалин [и др.] //Успехи современной радиоэлектроники. – 2002. – № 3. – С. 64–94.

УДК 625.08:629. С. М. Шевцов, С. П. Ереско, М. М. Валиханов Сибирский федеральный университет, г. Красноярск СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМИ МЕХАНИЗМАМИ СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНЫХ МАШИН НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ГЛОНАСС В последнее время широкое распространение получили системы глобального позиционирования GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия). Эти системы находят применение в навигации, системах диспетчерского кон троля и т. д.

Авторы предлагают использовать систему ГЛОНАСС/GPS для авто матизации строительно-дорожной отрасли. Одной из задач системы авто СЕКЦИЯ матизации на строительно-дорожной машине (автогрейдерах, скреперах, бульдозерах и т. д.) является поддержание рабочего механизма в заданном положении во время выполнения технологической операции. Информация о положении рабочего механизма поступает от щуповых датчиков и датчи ков углового положения [1].

В настоящее время используемые системы автоматизации на строи тельно-дорожных машинах имеют ряд недостатков: сложность конструк ции, инерционность, сложность в эксплуатации.

Для решения поставленной задачи получения информации о поло жении рабочего механизма предлагается использовать две и более антенн аппаратуры ГЛОНАСС/GPS, что позволит определять высоту рабочего ме ханизма и его угол наклона относительно линии горизонта. Информация о положении агрегатов поступает на дисплей оператору, что дает возмож ность ему более качественно контролировать технологические процессы.

Функциональная схема представлена на рис. 1.

Рис.1. Функциональная схема системы автоматизации строительно-дорожных машин Антенна аппаратуры ГЛОНАСС/GPS располагается на рабочем ме ханизме машины. Информация о местоположении агрегата поступает в контроллер обработки данных, который сравнивает данные с программой работы и принимает решение об изменении положения агрегатов. При рас хождении полученных данных с заданной программой контроллер форми рует управляющий сигнал на гидропривод, который выполняет заданную операцию. При получении с аппаратуры ГЛОНАСС/GPS данных, удовле творяющих рабочей программе, контроллер прекращает подачу управ ляющего сигнала на гидропривод.

Система автоматики должна удерживать рабочий механизм незави симо от движения колес машины по неровной поверхности в таком поло жении, чтобы режущая кромка отвала находилась на заданной высоте по отношению к поверхности полотна строящейся дороги, а в поперечной плоскости – под тем же углом к горизонтали, под которым будет нахо диться поверхность будущего полотна.

Для повышения надежности приема сигналов спутниковых навигаци онных систем необходимо дополнить спутниковые радионавигационные системы специальными наземными станциями, формирующими навигаци 236 СЕКЦИЯ онные сигналы (НСФНС), подобные излучаемым спутниками радионавига ционных систем (СРНС). Данные станции могут быть созданы на базе ими татора сигналов (рис. 2, 3), которые представляют собой программно аппаратный комплекс, позволяющий формировать сигналы любых систем ГЛОНАСС, GPS и GALILEO, производить перестройку сигналов по за держке и доплеровскому сдвигу частоты, изменять цифровую информацию.

Рис. 2. Одноканальный имитатор Рис. 3. Многоканальный имитатор сигналов сигналов СРНС ГЛОНАСС/GPS СРНС ГЛОНАСС/GPS прибор МРК- прибор МРК- Наземная станция формирования навигационных сигналов располага ется в точках с точно известными координатами так, чтобы обеспечивать радиовидимость оптимального числа спутников СРНС и НСФНС навигаци онной аппаратурой потребителя (НАП) в любом участке проведения работ.

Данная наземная станция излучает сигналы, соответствующие сигналам СРНС, что позволяет осуществлять их прием НАП совместно с сигналами спутников СРНС без изменения алгоритмов функционирования и приема сигналов, реализованных в навигационной аппаратуре потребителей. Со вместная обработка сигналов спутников СРНС И НСФНС в навигационной аппаратуре потребителя приведет к отсутствию сбоев в определениях и по вышению точности определения координат технических средств.

C целью уменьшения погрешности определения координат (до сан тиметров) технических средств целесообразно использовать дифференци альный кодовый или фазовый режимы работы СРНС. Дифференциальная станция (ДС) расположена на объекте, при этом координаты известны с высокой точностью. ДС принимает сигналы со всех спутников СРНС, находящихся в зоне радиовидимости, по которым определяются собствен ные координаты и сравниваются с известными. В результате формируются поправки для каждого спутника СРНС. Для передачи дифференциальных поправок к измеренным параметрам СРНС, в том числе и по фазе несущей частоты, для реализации дифференциальных определений с учетом фазы несущих частот сигналов СРНС на технических средствах, может быть ис пользован канал передачи данных диспетчерского пункта [2].

При автоматизации строительно-дорожного процесса оператор cмо жет получать план-задание на работу в виде электронной карты местности с заданным профилем на каждом участке, причем профиль может быть за СЕКЦИЯ дан не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости. Так, для автогрейдера, например, горизонтальный профиль, заданный на электрон ной карте, может быть использован как программа управления гидропри водом рабочего механизма. Дополнительным преимуществом системы яв ляется ее открытость для контроля заказчиком проведенных работ, автома тизирует систему контроля за работой операторов, позволит создавать в электронном виде техническую документацию по строительству и экс плуатации дорог.

Список литературы 1. Скловский, А. А. Автоматизация дорожных машин. – 2-е изд., пе реработ. и доп. – Рига : Авотс, 1979. – 358 с.

2. Шебшаевич, В. С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / В. С. Шебшаевич, П. П. Дмитриев, Н. В. Иванцевич и др.;

под ред. В. С. Шебшаевича. – 2-е изд. – М. : Радио и связь, 1993. – 408 с.


УДК 629. А. А. Баскова Сибирский федеральный университет, г. Красноярск ПРОГНОЗ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ ДЛЯ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ При использовании спутниковых навигационных систем требуется знать параметры орбит навигационных космических аппаратов (НКА). Эти параметры заблаговременно определяют наземными средствами и переда ют на борт НКА, откуда в составе навигационного сообщения они посту пают в навигационную аппаратуру пользователя.

К числу навигационных параметров, кроме прочих, относят парамет ры вращения Земли (ПВЗ): положение полюсов Земли в инерциальной системе координат и шкалу времени, так как для наземного наблюдателя смещение полюсов – изменению положения орбиты НКА, а изменение шкалы времени равносильно изменению периода обращения НКА. Неуч 238 СЕКЦИЯ тенное смещение полюсов Земли на 1 м приводит к такой же погрешности в определении координат с помощью НКА. Неучтенное отклонение все мирного времени от эталона на 1 мс на широте Красноярска приводит к погрешности в определении долготы на 0,38 м в сутки, а за 10 суток на копится погрешность в 3,8 м.

Вращающаяся Земля представляет собой гироскоп с небольшой пре цессией оси вращения и значительным собственным моментом количества движения (при радиусе 6370 км и массе 6·1021 т Земля очень инерционна и сопротивляется попыткам изменить характеристики движения). Тем не менее, в результате исследований было установлено, что угловая скорость вращения Земли с течением времени меняется, т. е. вращение Земли не равномерно [1].

Со второй половины ХХ столетия за неравномерностью вращения Земли ведутся постоянные наблюдения. В России такого рода исследова ния проводит Институт прикладной астрономии РАН [2]. Текущие сведе ния, основанные на измерениях, проведенных в различных странах, обра батываются в Международной службе вращения Земли IERS со штаб квартирой в Париже [3]. Необходимо не только контролировать положение полюсов и длительность суток, но и уметь их предсказывать. Однако точ ность прогноза, даваемого Обсерваторией ВМС США в рамках IERS и по мещаемого в сети Интернет [4], невелика.

В данной работе описаны возможности прогноза координат х, у по люсов Земли, а также величины Т = TAI – UT1 – разность между време нем TAI, определяемым с помощью квантового эталона частоты и времени (атомным временем), и всемирным временем UT1.

На первом этапе был проведен анализ ПВЗ с использованием метода сингулярного спектрального анализа;

на втором и третьем для прогнозов использованы полиномиальные приближения, авторегрессионные схемы и нейросетевые технологии.

В качестве исходных данных отклонения длительности земных суток от эталонных использовались ежедневные величины ряда Т = (UTR – TAI) за период 1973–2008 гг., а также величины ряда Т = (UT1 – TAI) за тот же период. Второй ряд отличается от первого тем, что в нем присутст вуют приливные гармоники с периодом короче 35 суток, т. е. гармоники, обусловленные влиянием Луны. В настоящей работе из первого ряда вы читались также приливные гармоники солнечного происхождения с пе риодами 0,5 года, 1 год, 9,3 года и 18,6 года, которые были вычислены по методике IERS [2].

Для обработки рядов Т был использован пакет прикладных про грамм CaterpiLLarSSA 3,30 [5], реализующий сингулярный спектральный анализ. Полученные результаты анализа рядов Т позволяют построить СЕКЦИЯ модели годовой и полугодовой сезонных неприливных гармоник. Годовая S1(t) и полугодовая S0,5(t) гармоники записываются в следующем виде:

S1(t) = A1(t)sin[2(MJD – 42566)/365,25 + (t)], (1) S0,5(t) = A0,5(t)sin[4(MJD – 42566)/365,25 + 0,5(t)], (2) A1(t) = 0,02070 + 0,00000006013 (MJD – 42566), (3) A0,5(t) = 0,008468 – 0,0000002035 (MJD – 42656), (4) 1(t) = 0,040308 + 0,000006898 (MJD – 42656) + + 0,00324·cos[2 (MJD–45381) / 4470], (5) 0,5(t) = –0,74091–0,00007901 (MJD – 42656). (6) Здесь A1(t) и A0,5 выражены в секундах, 1(t) и 0,5(t) – в радианах.

Модель тренда представлена в табличном виде. Тренд представляет собой гладкую функцию и прогнозируется с точностью не хуже 100–200 мкс на несколько месяцев вперед с помощью пакета CaterpiLLarSSA 3.30.

Модель годового движения полюса, полученная в результате сингу лярного спектрального анализа, представлена в виде xг = 0,077sin [2 (MJD – 43150) / 365,25 + 3,2625 + 0,00007331(MJD – 43150)], (7) yг = 0,066sin[2 (MJD – 43231) / 365,25 – 0,009684 + 0,00007949(MJD – 43231)]. (8) В настоящей работе показана методика прогноза ПВЗ. Как было ука зано выше, на первом этапе из исходных рядов данных Т с помощью син гулярного спектрального анализа выделялись приливные гармоники и тренд. Приливные колебания рассчитывали отдельно и прибавляли к прогнозу суммы тренда и сезонных колебаний. На втором этапе произво дили прогноз тренда. С помощью сингулярного спектрального анализа не удается удовлетворительным образом прогнозировать остаток ряда после удаления тренда. На третьем этапе прогноз остатка ряда Т – сезонных ко лебаний – выполняли c использованием нейросетевой методики (про граммный продукт NeuroPro автор В. Г. Царегородцев, Институт вычисли тельного моделирования СО РАН) [6].

Ключевым моментом при использовании нейросетевой технологии является формирование примеров. Обучающая выборка определяется обычно заданием пар векторов, причем в каждой паре один вектор соот ветствует стимулу, а второй – требуемой реакции. Обучение нейронной сети состоит в приведении всех векторов стимулов из обучающей выбор ки требуемым реакциям путем выбора весовых коэффициентов нейронов.

От величины обучающей выборки, количества входных параметров зави сит количество циклов обучения, время, требующееся для полного обуче ния, получение результатов с требуемой точностью. Выборка, по которой 240 СЕКЦИЯ обучается нейросеть, должна достаточно полно отражать картину соот ветствия ответов обучающим параметрам. Подбирать для обучения при меры, которые, по мнению исследователя, «являются самыми яркими представителями своего класса или группы», не желательно. Это серьез ная ошибка. При такой выборке, конечно, нейросеть будет обучаться на много лучше, но способность ее к тестированию других примеров суще ственно падает. В действительности необходимо обучать сеть на реаль ных данных, какими бы они противоречивыми ни были. Таковы основные требования, предъявляемые к созданию примеров для обучения нейрон ной сети.

Учитывая вышесказанное, нами в качестве обучающей выборки бы ли использованы:

1. Временные ряды Т, отличающиеся друг от друга интервалами времени и продолжительностью.

2. Модели сезонных колебаний Т, представляющие сумму годовой и полугодовой гармоник (1.1–1.2).

В качестве ответа использованы экспериментальные ряды Т по данным IERS. Количество нейронов в слое и количество слоев варьирова лось, число входов, равное числу примеров нейронной сети, менялось от 7 до 15. Проводились анализ значимости рядов для дальнейшего выбора входов, наиболее важных для прогноза, упрощение структуры сети – под бор оптимальной, вербализация сети.

На четвертном этапе рассчитанные ранее приливные гармоники, тренд, спрогнозированный пакетом CaterpiLLarSSA, и результаты нейросе ти суммировали. Полученный на основе разработанной методики нейросе тевой прогноз Т с погрешностью 1 мс обеспечивает возможность предос тавления прогноза Т с точностью 1 мс в среднем 7,43 дней при СКО 2,4 дня. Для сравнения: прогноз IERS с такой же погрешностью имеет воз можность предоставления прогноза Т в среднем 11 дней при СКО 5,1 дня.

Анализ полученных результатов показал, что применение разработанной методики обеспечивает существенно лучшую оправдываемость прогноза, чем методика IERS.

С помощью пакета CaterpiLLarSSA также был выполнен прогноз координат полюса, который далее вводился в нейросеть в качестве вхо дов обучающей выборки. Кроме того, в качестве входов использованы различные временные ряды, вычисленные согласно методике IERS и по моделям (7)–(8). Ошибка прогноза координаты x(t) не превышает 0,015 с на интервале продолжительностью 40 дней по IERS, в то время как при использовании нейросети такая же ошибка достигается на интервале продолжительностью 57 дней;

ошибка прогноза координаты y(t), выпол ненного нейросетевой моделью, не превышает 0,015 с на интервале в 79 дней.

СЕКЦИЯ Список литературы 1. Сидоренков, Н. С. Физика нестабильностей вращения Земли / Н. С. Сидоренков. – М. : Наука, 2002. – С. 384.

2. http://quasar.ipa.nw.ru.

3. http://hpiers.obspm.fr.

4. http://maia.usno.navy.miL.

5. Главные компоненты временных рядов: метод «Гусеница» / Д. Л. Да нилов, А. А. Жиглявский (ред.). – СПб. : Изд-во СПб. ун-та, 1997. – С. 308.

6. Царегородцев, В. Г. Извлечение знаний из таблиц данных при помощи обучаемых и упрощаемых искусственных нейронных сетей : авто реферат дис. … канд. техн. наук;

Институт вычислительного моделирова ния СО РАН. – Красноярск, 2000. – 19 с.

УДК 629. С. Н. Каримов Войсковая часть ГЛОНАСС КАК СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНОГО ОРУЖИЯ Опыт применения навигационных систем на Северном Кавказе и в Республике Южная Осетия Вооруженными Силами Российской Федерации с использованием зарубежной GPS показал, что в ответственный момент спутники выдавали неточные координаты. Поэтому встал вопрос развития собственной российской системы [1]. Первый спутник ГЛОНАСС был вы веден на орбиту 12 октября 1982 г. К 2010 г. в соответствии федеральной целевой программой «Глобальная навигационная система» численность спутниковой группировки составит 24. Спутники системы ГЛОНАСС не прерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигацион ный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц).

Высокоточное оружие (ВТО) – это комплекс вооружения, в котором интегрированы средства разведки, управления и поражения, функциони рующие в реальном масштабе времени. Доля применения ВТО, применяе мого в операциях США, за последние годы возросла в 7 раз. По информа ции Пентагона 60 % из всего применяемого оружия в Афганистане (опера ция «Несгибаемая свобода», 2001 г.) были оборудованы системами лазер 242 СЕКЦИЯ ного или спутникового наведения. Причем более 30 % из них – снаряды типа JDAM (Joint Direct Attack Munition) [2].

Боеприпасы нового поколения JDAM оборудованы системой наведе ния, корректируемой по данным глобальной навигационной спутниковой системы NAVSTAR. Впервые эти боеприпасы были применены еще при бомбардировке в Югославии (операция «Решительная сила», 1999 г.).

В операции «Свобода Ирака» расход боеприпасов с самолетов F-117 серии JDAM за первый день превысил 6 500 единиц [3].

Так, можно утверждать, что подобные системы уже прошли апроба цию в последних военных конфликтах и будут неуклонно развиваться, а навигационное обеспечение позволит значительно повысить точность стрельбы обычными неядерными боезарядами различной дальности дейст вия в 10 раз. Например, на Международном авиасалоне МАКС-2003 был продемонстрирован аналог JDAM – авиабомба КАБ-500С-Э. 24-канальный специализированный приемоиндикатор спутниковых навигационных сис тем позволяет использовать данные с двух систем: ГЛОНАСС и NAVSTAR.

Применение данной технологии позволило сократить вероятное круговое отклонение КАБ-500С-Э до 5–10 м [2].

Для нашего исследования представляет интерес ракетное вооруже ние. Высокоточный оперативно-тактический ракетный комплекс сухопут ных войск 9К720 «Искандер» предназначен для скрытной подготовки и нанесения эффективных ракетных ударов по особо важным малоразмер ным и площадным целям в глубине оперативного построения войск про тивника: огневым средствам (ракетные комплексы, РСЗО, дальнобойная артиллерия), самолетам и вертолетам на аэродромах, командным пунктам и узлам связи, важнейшим объектам гражданской инфраструктуры [4]. Со гласно характеристикам комплекс имеет возможность комплексирования с глобальными системами спутниковой навигации ГЛОНАСС и NAVSTAR.

Все современные войны начинаются с информационной атаки, раз ведывательных операций, применения РЭБ и нанесением внезапных мас сированных воздушно-наступательных ударов с морской акватории или территории прилегающего государства по органам и средствам управле ния, в результате чего может быть полностью нарушено управление вой сками противника без больших потерь среди мирного населения [5, 6]. Не сомненно, такие задачи эффективнее выполнят ВТО с применением техно логии навигационных систем (см. рисунок 1).

Возникает задача создания эффективной системы применения ВТО и основных направлений ее развития: модернизация спутниковой группи ровки с более долгим сроком эксплуатации ГЛОНАСС-М и ГЛОНАСС-К и доведение ее численности до оптимального;

создание средств наведения для всех видов огневого поражения;

создание навигаторов всех видов во енного назначения для воинских подразделений, авиации и флота;

созда ние электронных карт, стандартизация и снабжение подразделений, инте СЕКЦИЯ грация средств связи в навигационные системы, оборудование пунктов управления средствами связи и отображения информации от средств раз ведки в реальном времени;

использование навигационных систем в БЛА во всех видах его применения.

Рисунок. Система высокоточного оружия с применением ГЛОНАСС 244 СЕКЦИЯ Список литературы 1. Долгов, Е. И. Навигационное обеспечение – с кого спросить? Ско рейшему внедрению современных технологий мешает внутриведомствен ная нескоординированность / Е. И. Долгов // Независимая газета. – 5 марта 2004 г.

2. Борисов, М. Военно-промышленный курьер : газета / М. Борисов. – 25 мая 2005 г.

3. Слипченко, В. / Война будущего / В. Слипченко // [Электронный ресурс. Режим доступа] :www.b-i.narod.ru/vojna.htm 4. Сокута, С. Б. / Малая триада Пентагона / С. Б. Сокута // Независи мое военное обозрение. – N 14. – 16 апреля 1999 г. – С. 6.

5. Цымбалов, А. Г. / Стратегические бомбардировщики XXI века / Каким должен быть перспективный авиационный комплекс Дальней авиа ции России // www.ng.ru. – 21.01.2005 г.

6. Элиот, А. Коэн. Военно-техническая революция (A revolution in warfare) / Cohen, Eliot A // Foreign Affairs;

Mar/Apr 1996;

75, 2;

ABI/INFORM Global pg 7. Сайт Конструкторского бюро машиностроения, ФГУП «КБМ»

www.kbm.ru УДК 629. Г. К. Макаренко, М. М. Валиханов Сибирский федеральный университет, г. Красноярск ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ФИЛЬТРАЦИИ КООРДИНАТ МОБИЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ Объектом исследования является фильтр Калмана, в структуру кото рого в качестве основного входит модель сигнала;

на выходе этой модели формируется экстраполированный результат наблюдения, который подает ся на вход фильтра и сравнивается с реальным сигналом. Разность (сигнал обновления) взвешивается с весом, равным коэффициенту усиления Kk, и используется в качестве корректирующего входного сигнала для получе ния отфильтрованной оценки. Одним из основных свойств калмановского СЕКЦИЯ фильтра является то, что коэффициент усиления Kk может быть рассчитан не в реальном масштабе времени, а путем решения разностных уравнений для ковариационных матриц [1]:

( ) K k = Pk / k 1 H k H k Pk / k 1 H k + Rk T T T, (1) где Pk / k 1 – корреляционная матрица погрешностей;

Нk – матрица перехо дов вектора состояний в вектор измеряемых параметров.

Изменение во времени составляющих коэффициента усиления зави сит от безразмерного параметра [1]:

r = 4 w / a T 2. (2) Последний можно рассматривать в качестве аналога отношения сиг нал/шум. Параметр w представляет собой (СКО) измерения координаты, а a T 2 – ошибку измерения координаты, вызванную постоянным ускоре нием a.

Следует отметить, что отношение сигнал/шум также сказывается на скорости вхождения фильтра в установившейся режим (чем больше вели чина отношения сигнал/шум (2), тем больше времени требуется фильтру для вхождения в установившейся режим), однако для проводимого иссле дования более важной величиной является СКО координат на выходе фильтра, поэтому скорость вхождения фильтра в установившейся режим не рассматривается в качестве величины, подлежащей оптимизации при выборе величины отношения сигнал/шум.

Построив графики зависимости СКО отфильтрованных координат от значения параметра (2), можно определить оптимальное значение послед него, выбрав точку, которой соответствует минимальное значение СКО.

Данную возможность наглядно демонстрирует график, полученный в ре зультате моделирования (рис. 1, судно ГС-199, траектория прямолинейная, СКО измеренных координат – 20 м).

В результате моделирования алгоритмов движения объектов, фильт ров Калмана и обработки результатов исследований, проведенных в вы числительной среде системы Mathcad 14 [2, 3], были сделаны следующие выводы.

246 СЕКЦИЯ 2j j· Отношение сигнал/шум Рис. 1 Судно ГС-199;

траектория – прямолинейная;

СКО измеренных координат – 20 м Наибольший отрицательный вклад в СКО отфильтрованных коорди нат для расширенного и трехмерного фильтров Калмана дает СКО лага [4].

Поэтому при значении последнего, превышающем 0,5 м/с, целесообразно использовать двухмерный фильтр Калмана, в векторе измерения Z k (3) ко торого не содержится данных от лага:

Xi Zk = k. (3) Yik Для смешанной траектории движения (включающей как прямоли нейные, так и круговые участки траектории движения) рекомендуется ис пользовать расширенный двухмерный фильтр Калмана. Его можно считать универсальным. Данный фильтр по качеству фильтрации на прямолиней ных участках траектории движения позволяет приблизиться к двухмерно му фильтру Калмана, а на круговых участках траектории движения – к расширенному трехмерному фильтру Калмана.

Судить о скорости вхождения фильтра в установившейся режим можно по матрице коэффициентов усиления Kk (1). Когда на k-м шаге со СЕКЦИЯ провождения коэффициенты усиления координат Kk достигают устано вившегося значения, фильтр входит в установившейся режим, а значение k, выраженное во времени, определяет скорость вхождения фильтра в уста новившейся режим.

Следует отметить, что при выборе значения отношения сигнал/шум (2), не соответствующего оптимальному, момент перехода судна с прямо линейной траектории движения на круговую траекторию движения (и на оборот) может сопровождаться «выбросом» значений отфильтрованных координат. На рис. 2 показан результат моделирования при отношении сигнал/шум 10 000 (оптимальные значения 500, 200, 15 000 для двухмерно го, расширенного двухмерного и расширенного трехмерного фильтров Калмана соответственно);

СКО измеренных координат – 20 м.;

СКО лага – 1 м/с;

СКО курсоуказателя – 3 градуса;

судно – ГС – 199.

Рис. Из графика, представленного на рис. 2, видим что двухмерный и расширенный (двухмерный) фильтры Калмана имеют «выброс» (их оп тимальное отношение сигнал/шум должно быть меньше заданного в 248 СЕКЦИЯ и 50 раз соответственно), в то время как расширенный трехмерный фильтр Калмана заметного «выброса» не имеет (оптимальное отношение сиг нал/шум больше заданного в 1,5 раза).

Предлагаемые алгоритмы могут быть применены для обработки ре зультатов измерений координат надводного объекта для фазовой радиона вигационной системы (РНС) «Крабик-БМ» и средневолновой РНС «СПРУТ».

Список литературы 1. Фарина, А. Цифровая обработка радиолокационной информации / А. Фарина, Ф. Студер. – М. : Радио и связь, 1993. – 320 с.

2. Очков, В. Mathcad 14 для студентов и инженеров: русская версия / B. Очков. – СПб. : BHV, 2009. – 512 с.

3. Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике / М. Я. Выгодский. – М. :

Наука, 1976. – 871 с.

4. Валиханов, М. М. Исследование алгоритмов фильтрации радионавигационных параметров / М. М. Валиханов, Г. К. Макаренко // Современные проблемы радиоэлек троники : сб. науч. тр. ;



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 21 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.