Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0057

Аннотация скачать
Постер скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0057
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича"
Название доклада
Разработка экспериментального образца многопозиционной автономной радионавигационной системы
Докладчик
Борисов Евгений Геннадьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Создание на базе теоретических разработок экспериментального образца многопозиционной автономной радиотехнической системы посадки летательных аппаратов в интересах системы организации воздушного движения с целью повышения безопасности полетов за счет повышения точности и надежности решения навигационной задачи.
Для достижения поставленной цели в результате ПНИ решены следующие основные научные и технические задачи:
1. Развитие теории совместной обработки локационной информации для случая кооперативной обработки измерений;
2. Разработка информационно-устойчивых методов определения траекторных параметров объектов позиционирования при совместной обработке информации в многопозиционных радионавигационных системах;
3. Обоснование принципов оценивания траекторных параметров объектов, основанных на использовании свойств время-частотно-фазовых-угломерных параметров сигналов при кооперативном приеме;
4. Разработка методов и алгоритмов комплексирования локационной информации в многопозиционных радионавигационных системах.
5. Создание на базе теоретических разработок экспериментального образца многопозиционной автономной радиотехнической навигационной системы в интересах организации воздушного движения с целью повышения безопасности полетов за счет повышения точности и надежности решения навигационной задачи.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность и новизна исследования
Актуальность исследования обусловлена обострением противоречий между все усложняющимися требованиями к безопасности и функциональной устойчивости полетов летательных аппаратов различного назначения и отсутствием инструментальных навигационно-посадочных средств, способных в кратчайшие сроки развернуть локальное радионавигационное поле с заданными показателями качества.
Научная новизна выполняемой исследовательской работы заключается в разработке и исследовании методов, алгоритмов и программно-аппаратурных средств кооперативной обработки локационной информации в многопозиционных радионавигационных системах.
Основными теоретическими результатами, полученными при выполнении ПНИ являются:
1. Научно - методический аппарат теории совместной обработки локационной информации в МПРТС с использованием кооперативной обработки сигналов, включающий совокупность различных методов решения задач оценивания параметров объектов, учитывающих реальный количественный и качественный состав локационной информации посредством введения стохастической вариационной матрицы состояния системы.
2. Методы и алгоритмы кооперативной обработки дальномерной информации в МПРТС обладающие информационной устойчивостью в задачах определения координат и параметров движения целей при кооперативной обработке с учетом всех потенциально возможных измерений, реализуемых в системе;
3. Совместная обработка избыточных дальномерных измерений, позволяющая повысить точность оценивания координат в радионавигационных системах для достижения требуемой точности измерений к заданному рубежу в кратчайшее время.
Описание исследования

обоснован принцип построения многопозиционной многорежимной автономной радионавигационной системы с кооперативной обработкой информации;

 обоснованы основные технические характеристики экспериментального образца многопозиционной автономной радиотехнической системы посадки, позволяющие сформировать ее тип, структуру и предъявить требования к режимам работы в различных условиях функционирования;

получены аналитические выражения для особенностей работы системы синхронизации пространственно-разнесенных позиций многопозиционной автономной радиотехнической системы посадки;

получены аналитические выражения для определения координат целей при кооперативной обработке дальномерных измерений различных типов, а также формулы для определения прямоугольных координат в многопозиционных радиотехнических системах дальномерного, суммарно-дальномерного, разностно-дальномерного и угломерного типов, а также для всех их возможных вариантов построения;

обоснованы основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики экспериментального образца многопозиционной автономной радиотехнической системы посадки;

показано, что процедуры кооперативной организации измерений в МПРТС можно реализовать как для случая оценивания координат путем сведения переопределенной системы нелинейных уравнений к линейной, а также путем использования обработки дальномерных, суммарно-дальномерных и разностно-дальномерных измерений в различном их сочетании при различной кооперации при обработки данных;

разработаны математические модели многопозиционных радиотехнических систем различного типа в которых местоположение объектов определяется по пересечению эллиптических, гиперболических, дальномерных и угломерных линий положения;

показано, что комплексирование эллиптических, гиперболических, дальномерных и угломерных линий положения в МПРТС ведет к существенному повышению точности определения координат объектов по сравнению с суммарно-дальномерной и разностно-дальномерной системами и в каждой из систем в отдельности;

показано, что предложенные модели обработки локационной информации обладают наивысшей информационной устойчивостью, учет которой позволяет оценить помехоустойчивость систем;

результаты имитационного моделированием подтверждают теоретические выражения для кооперативной обработки результатов; показано, что кооперативная обработка дальномерной информации дает выигрыш, который тем больше, чем большее количество сопрягаемых источников,

при этом: система с кооперативной обработкой информации обладает свойством «изящной» деградации - выход из строя или отказ одного или нескольких приемо-передающих пунктов не разрушает систему, а лишь снижает ее точностные возможности;

проведен выбор и обоснование среды разработки и проектирования для разработки программного обеспечения экспериментального образца МАРСП;

разработаны виртуальные приборы для формирования и приема сигналов с заданными законами модуляции с целью получения дальномерных измерений по радиолинии запрос – ответ;

аппаратура формирования и генерирования сигналов, их приема и обработки выполненная по технологии программно-определяемых радиосистем позволяет в широком частотном диапазоне выбрать современные сигнально-кодовые конструкции и получить высокую точность первичных измерений;

выбранные элементы приемо-передающего тракта и устройства обработки позволят в перспективе осуществить радиосвязь между позициями и с объектом позиционирования;

разработанные программно-аппаратные решения позволяют реализовать кооперативную обработку локационной информации, а в перспективе реализовать сетевые радионавигационные структуры с различной степенью организации;

изготовлен экспериментальный образец МАРСП в составе четырех наземных приемо-передающих позиций, каждая из которых содержит устройства формирования, генерирования, приема и обработки сигналов, антенные системы, системы связи и передачи данных для обмена информацией между ними и центральным пунктом обработки информации. Вычислительные средства, используемые в устройстве, позволяют решать весь объем процедур кооперативной обработки;

проведены экспериментальные исследования и натурные исследовательские испытания экспериментального образца МАРСП, подтвердившие заявляемые характеристики. 

 

Результаты исследования

 В результате исследования получен

1). научно - методический аппарат теории совместной обработки локационной информации в МПРТС с использованием кооперативной обработки сигналов, включающий совокупность различных методов решения задач оценивания параметров объектов, учитывающих реальный количественный и качественный состав локационной информации посредством введения стохастической вариационной матрицы состояния системы.

2.) обоснованы методы и алгоритмы кооперативной обработки дальномерной информации в МПРТС  отличающиеся от известных тем, что они:

обладают информационной устойчивостью в задачах определения координат и параметров движения целей при  кооперативной обработке с учетом всех потенциально возможных измерений, реализуемых в МПРТС;

учитывают все возможные структурно и физически реализуемые избыточные дальномерные измерения,  что  позволяет повысить точность оценивания координат, как для активного, так и активно - пассивного типов систем с достижением требуемой точности измерения  к заданному рубежу в кратчайшее время;

3.) методы и алгоритмы обработки координатно – измерительной информации в радионавигационных системах, отличающихся от известных тем, что использование избыточных измерений дальномерных параметров и введение режимов кооперативной обработки локационной информации позволяет с высокой точностью определять координаты объектов. 

Проведя сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень (многопозиционными радиотехническими системами Locata, Indra, «Мера», «Тетра» и др.), наиболее значимыми новыми практическими результатами, по нашему мнению, являются:
1. Повышение точности определения прямоугольных координат и скорости их изменения в 2 - 5 раз в зависимости от топологии наземных приемо-передающих постов и их количества;
2. Определение координат и скорости их изменения с заданной точностью производится за один цикл обработки информации, что позволяет сократить временной баланс системы примерно в 7 - 16 раз;
3. Широкая вариация режимов работы системы;
4. Широкий диапазон рабочих частот от 400 МГц до 4.4 ГГц;
5. Возможность использования сигналов с любым законом модуляции;
6. Оперативная смена сетки рабочих частот;
7. Транспортабельность всех элементов системы и быстрота разворачивания позиций;
8.Возможность управления энергопотенциалом системы;
9. Потенциальная возможность ретрансляции сигналов СНС;
10. Возможность использования автономной системы энергоснабжения, что позволяет минимизировать затраты на обслуживание системы;

 

Практическая значимость исследования
Перспективами практического использования результатов проекта являются:
1. Повышение безопасности полетов, дополнение существующего радионавигационного поля в интересах системы управления воздушным движением, повышение достоверности, точности определения места местоположении воздушных судов, доступности, непрерывности обслуживания в зоне подлета к аэродрому;
2. Создать радионавигационное поле в условиях горной местности и иных труднодоступных районах (Крайний Север, буровые площадки и т.д.);
3. Обеспечить адаптацию системы к любым условиям местности, в частности, где невозможно или затруднено использование существующих радиотехнических средств и развернуть в кратчайшее время локальное радионавигационное поле с заданными характеристиками по точности;
4. Обеспечение автоматизированной инструментальной посадки любых летательных аппаратов, в том числе беспилотных (БПЛА), на неподвижные и подвижные взлетно-посадочные площадки и полосы, включая малоразмерные и необорудованные штатными средствами обеспечения посадки.
Ожидаемыми народно-хозяйственными и социально-экономическими эффектами внедрения результатов исследовательской работы являются:
1. Производство радиотехнических систем и средств, их эксплуатацию и предоставление услуг в области радионавигации в целях гарантированного предоставления потребителям необходимой навигационно-временной информации, качество которой должно соответствовать мировому уровню;
2. Повышение экономической эффективности и безопасности всеми группами потребителей за счет использования радионавигационной информации;
3. Освоение труднодоступных районов имеющих недостаточное радионавигационное обеспечение;
4. Повышение безопасности полетов за счет использования радионавигационной информации по данным предлагаемой системы при сбоях и отказе систем спутниковой навигации.