Регистрация / Вход
Прислать материал

Технология создания высокоточного определения навигационных параметров объектов в условиях действия помех различного происхождения с использованием спутниковой радионавигационной системы "ГЛОНАСС"

Номер контракта: 14.574.21.0131

Руководитель: Карцан Игорь Николаевич

Должность руководителя: начальник студенческого центра управления полетами

Докладчик: Тяпкин Валерий Николаевич, ответственный исполнитель

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
космические аппараты, глонасс, gps, точность, беззапросные измерительные системы, помехоустойчивость, пространственное положение

Цель проекта:
- Разработка новых технических решений построения угломерной спутниковой радионавигационной аппаратуры для повышения эффективности применения потребителей навигационной информации. - Разработка новых технических решений по использованию многоканальных приемников глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), обеспечивающих повышение эффективности пространственной селекции навигационных сигналов в условиях воздействии помех.

Основные планируемые результаты проекта:
2.1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:
2.1.1 аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по проблеме высокоточной навигации при помощи ГНСС-приемников в условиях воздействия помех различного вида;
2.1.2 сравнительную оценку направлений создания высокоточной и помехоустойчивой аппаратуры потребителей навигационной информации;
2.1.3 обоснование выбора направлений исследований по методическому и аппаратно-программному обеспечению высокоточного определения навигационных параметров объектов в условиях воздействия помех различного вида;
2.1.4 описание высокоточного и устойчивого к воздействию помех различного вида метода измерения пространственной ориентации объектов навигации с использованием многоканальных ГНСС-приемников;
2.1.5 описание метода повышения помехоустойчивости аппаратуры потребителей навигационной информации посредством комплексирования ГНСС-приемников и инерциальных датчиков;
2.1.6 обоснование требований к многоканальным ГНСС-приемникам, обеспечивающим повышение эффективности пространственной селекции навигационных сигналов в условиях воздействия помех различного вида;
2.1.7 описание алгоритмов пространственного подавления помех различного вида для применения в ГНСС-приемниках;
2.1.8 описание компьютерной модели адаптивной антенной решетки ГНСС-приемника, предназначенного для пространственных и угловых навигационных измерений в условиях воздействия помех различного вида;
2.1.9 результаты исследований на компьютерной модели адаптивной антенной решетки ГНСС-приемника эффективности разработанных алгоритмов пространственного подавления помех различного вида;
2.1.10 сведения по доработке алгоритмов пространственного подавления помех различного вида для применения в ГНСС-приемниках;
2.1.11 результаты экспериментальных исследований макета ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида;
2.1.12 сведения по доработке программного обеспечения ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида;
2.1.13 рекомендации и предложения индустриальному партнёру по конструктивно-компоновочным решениям и способам применения перспективной угломерной радионавигационной аппаратуры с помехоустойчивыми характеристиками для потребителей навигационной информации от спутниковой радионавигационной системы "ГЛОНАСС";
2.1.14 технико-экономическая оценка результатов выполненных прикладных научных исследований в сравнении с современным научно-техническим уровнем, в том числе сравнение разработанных научно-технических решений с известными лучшими отечественными и зарубежными разработками;
2.1.15 обобщение и оценка полноты выполнения работ и достижения поставленных целей ПНИ.
2.2 Отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
2.3 Алгоритмы пространственного подавления помех различного вида для применения в ГНСС-приемниках, включающие:
- Градиентный алгоритм оценки корреляционной матрицы помех и весового вектора.
- Алгоритм подавления помех, основанный на рекуррентной оценке.
- Алгоритм подавления помех, основанный на применении решетчатых фильтров.
- Алгоритм восстановления фазовых соотношений сигналов принятых на разные приемные антенны потребителя навигационной информации.
2.4 Компьютерная модель адаптивной антенной решетки ГНСС-приемника, предназначенного для пространственных и угловых навигационных измерений в условиях воздействия помех различного вида, включающая:
- Программный модуль формирования сигналов помех и внутренних шумов в приемных каналах адаптивной антенной решетки.
- Программный модуль имитации в приемных каналах адаптивной антенной решетки навигационных сигналов спутниковой радионавигационной системы "ГЛОНАСС".
- Программный модуль подавления помех.
2.5 Программа и методики исследования на компьютерной модели адаптивной антенной решетки ГНСС-приемника эффективности алгоритмов пространственного подавления помех различного вида.
2.6 Программное обеспечение ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида, включающее:
- Программный модуль первичной обработки радиосигналов от спутниковой радионавигационной системы "ГЛОНАСС".
- Программный модуль вторичной обработки навигационной информации для решения навигационно-временной задачи.
- Программный модуль управления.
2.7 Эскизная конструкторская документация для изготовления макета ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
2.8 Макет ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
2.9 Эскизная конструкторская документация для изготовления стенда для экспериментальных исследований макета ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
2.10 Стенд для экспериментальных исследований макета ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
2.11 Программа и методики экспериментальных исследований макета ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
2.12 Проект технического задания на выполнение ОКР по созданию опытного образца приемной помехоустойчивой угломерной радионавигационной аппаратуры потребителя навигационной информации от спутниковой радионавигационной системы "ГЛОНАСС".

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом является:
- Эскизная конструкторская документация для изготовления макета ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
- Макет ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
- Эскизная конструкторская документация для изготовления стенда для экспериментальных исследований макета ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
- Стенд для экспериментальных исследований макета ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
- Программа и методики экспериментальных исследований макета ГНСС-приемника для высокоточного определения координат и пространственного положения связанного с ним объекта навигации в условиях воздействия помех различного вида.
Новое в (технологических) решениях, применявшихся методик является использование угломерного ГНСС приемника с антенной решеткой (АР). В приемнике используется одна и та же АР для функции определения углов и помехозащитны. При выполнении 1 этапа были подробно описаны алгоритмы помехозащиты и методы определения пространственной ориентации. В 2 этапе рассмотрено комплексирование с ИНС помехозащищенного угломерного ГНСС-приемника. В отличии от технологии SPAN Канадской компании NovAtel, где используется дорогостоящая гироскопическая инерциальная система, в данном методе используются недорогие и доступные имеющие малые размеры датчики угловой скорости. Такой подход, основанный на модернизированном алгоритме, предусматривающем наличие дополнительной информации от инерциальных датчиков, является наиболее реализуемым. В этом случае удается линеаризовать уравнения динамики параметров и обеспечить некоррелированность шумов в различных каналах (осях измерений).
Использование дополнительной информации от ДУС эквивалентно замене сложной модели динамики объекта на более простую – модель ошибок инерциальных датчиков. Поэтому в комплексном алгоритме параметры следящих фильтров ГНСС-приемника определяются моделью ошибок ДУС, дисперсия набега ошибок которой значительно меньше дисперсии параметров динамики и как следствие можно обеспечить заметное улучшение характеристик точности, помехоустойчивости и надёжности навигационно-временных определений
Данный подход является новым, не имеет аналогов в известной литературе.

Помехоустойчивые модификации навигационных приемников должны строится на основе МАР, реализующих функции «формирователя лучей» («beamformer») ДН в направлении каждого НКА. Помимо увеличения уровня сигнала (≈17…18 дБ) применение алгоритмов АФЛ обеспечивает значительное (более, чем на 35 дБ) уменьшение помех многолучевости – главной составляющей ошибки определения псевдодальномерных параметров.


Технико-экономический эффект данной работы состоит в том, что решена задача совмещения режимов помехоподавления и определения пространственной ориентации на основе одной и той же антенной решетки. При этом за счет избыточности антенной решетки возможно существенное повышение точности и надежности угловых измерений по сравнению с существующей угломерной аппаратурой. Существующая угломерная аппаратура использует минимально необходимое число антенн, достигнутая точность определяется качеством применяемых антенн и, по-видимому, достигла предела и составляет величину порядка 10 угловых минут на базе 1м. Использование при определении пространственной ориентации многоэлементных антенных решеток позволяет применить новые алгоритмы пространственной ориентации и существенно повысить точность угловых измерений. При этом возможность подавления помех означает создание нового класса навигационной аппаратуры, не имеющих аналогов в России и за рубежом.
Дальнейшие исследования должны включать разработку оптимальной конфигурации антенной решетки, поскольку требования к конфигурации антенной системы в части решения задач подавления помех и определения пространственной ориентации различные и ряде случаев противоречивые. Должна быть проведена экспериментальная проверка разработанных алгоритмов при применении антенных решеток,

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты могут быть востребованы в различных отраслях науки и техники, в том числе в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева», ОАО «Научно-производственное предприятие «Радиосвязь», ОАО «Информационные спутниковые системы им. акад. М.Ф. Решетнева», другими научными и производственными организациями и использованы для проведения ОКР, направленных на создание нового поколения отечественных навигационных приемников, обеспечивающих навигационно-временные измерения и определение пространственной ориентации объектов в условиях сложной помеховой обстановки, а также модернизации помехоустойчивых высокоточных беззапросных измерительных систем наземного комплекса контроля и управления СРНС ГЛОНАСС.

Разработанные в ходе выполнения ПНИ методы высокоточной навигации и измерения пространственной ориентации подвижных объектов, основанные на использовании многоканальных ГНСС-приемников должны обеспечивать:
а) определение координат подвижных объектов навигации при использовании сигналов спутниковой радионавигационной системы "ГЛОНАСС" со среднеквадратической погрешно-стью:
- плановых координат - не более 6,0 м;
- высоты - не более 9,0 м;
- составляющих вектора скорости - не более 0,1 м/с.
б) определение углов пространственной ориентации подвижных объектов навигации при использовании антенной систе¬мы с базовыми расстояниями между антенными модулями, равными 1 м, с точностью:
- угла курса – до 6 угловых минут;
- углов крена и тангажа – до 8 угловых минут.
Метод повышения помехоустойчивости аппаратуры потребителей навигационной ин-формации комплексированием ГНСС-приемников и инерциальных датчиков должен обеспечить работу навигационного приемника при превышении помехи над сигналом на 80 дБ при допустимом ухудшении точностных характеристик навигационных измерений не более чем на 15%.

Предполагаемое внедрение (промышленное освоение) полученных результатов ПНИ за отчетные периоды не планируется.

Текущие результаты проекта:
Решена задача совмещения режимов помехоподавления и определения пространственной ориентации на основе
одной и той же антенной решетки. При этом за счет избыточности антенной решетки возможно существенное
повышение точности и надежности угловых измерений по сравнению с существующей угломерной аппаратурой.
Разработан метод повышения помехоустойчивости аппаратуры потребителей навигационной информации
посредством комплексирования ГНСС-приемников и инерциальных датчиков.
Обоснованы требования к многоканальным ГНСС-приемникам, обеспечивающим повышение эффективности
пространственной селекции навигационных сигналов в условиях воздействия помех различного вида.
Проведено моделирование пространственных и угловых навигационных измерений в условиях воздействия
помех различного вида в навигационном приемнике с адаптивной антенной решеткой.
В ходе испытания производилась оценка уровни помех, при которых происходит срыв слежения и захват
сопровождения навигационного сигнала, при воздействии различного вида помех (узкополосной, помехи с
ограниченным спектром, широкополосной).