автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Комплексный подход к созданию интегрированных глобальных навигационных спутниковых систем

На правах рукописи

ШИЛОВ АНАТОЛИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К СОЗДАНИЮ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ

I

Специальность 05 13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (Авиационная и ракетно-космическая техника)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗ175221

Москва - 2007 г

003175221

Работа выполнена на кафедре «Системный анализ и управление» Московского авиационного института (государственного технического университета, МАИ)

Научный руководитель

заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Малышев Вениамин Васильевич, заведующий кафедрой «Системный анализ и управление» Московского авиационного института (государственного технического университета, МАЙ) Рособразования, г Москва

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Перов Александр Иванович,

Учебно-информационный центр «Современные радиоэлектронные и телекоммуникационные технологии» (УИЦ СРТТ) Института радиотехники и радиоэлектроники Московского энергетического института (государственного технического университета, МЭИ) Рособразования, г Москва

доктор технических наук, профессор Почукаев Владимир Николаевич, ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» Роскосмоса, г Королев Московской области

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение прикладной механики им академика М Ф Решетнева» Федерального космического агентства (ФГУП «НПО ПМ им академика М Ф Решетнева, Роскосмос), адрес 662990, Красноярский край, г Железногорск-2, ул Ленина, д 52

Защита состоится « » _2007 г в_часов на заседании диссертационного совета Д 212 125 12 при Московском авиационном институте (государственном техническом университете, МАИ) по адресу 125993, г Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ Автореферат разослан CÍW^Ho^l£ 2007 г

Ваш отзыв, заверенный печатью, просьба направлять по адресу 125993, г Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д 4

Ученый секретарь диссертационного совета Д^ кандидат технических наук, доцент

12 125 12,

Дарнопых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Космические информационные системы (навигация, связь, наблюдение ) являются важнейшим элементом инфраструктуры любого современного государства, обеспечивая его национальную безопасность и экономическую независимость На огромных просторах России зачастую отсутствует какая-либо альтернатива космическим информационным системам и состояние отечественных космических систем, их технический уровень в существенной степени определяют степень информатизации и уровень безопасности России Так как транспортные потоки в настоящее время приняли межгосударственный, трансконтинентальный характер, применение глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) становиться необходимым и достаточным условием безопасности транспортных перевозок

В настоящее время глобальное навигационное поле в основном поддерживается с помощью двух космических навигационных систем GPS (США) и ГЛОНАСС (РФ), дифференциальных дополнений к GPS WAAS (США), EGNOS Проводятся испытания европейской системы Galileo Отмечается большая динамика роста потребителей навигационных услуг, расширение номенклатуры пользователей (наземные, морские, воздушные, космические, специальные), повышаются требования к точности и надежности навигационного обеспечения, что обуславливает необходимость модернизации существующих ГНСС Осознание роли координатно-временного обеспечения в процессе вовлечения высоких информационных технологий во все сферы человеческой деятельности, создало предпосылки к поиску путей системной интеграции ГНСС, а так же интеграции отечественной ГНСС в международную GNSS-2

Поэтому разработка принципов и методов создания (модернизации) интегрированных глобальных навигационных спутниковых систем является актуальной научно-технической задачей, имеющей прикладное значение

Целью работы является разработка комплексного подхода к созданию интегрированных глобальных навигационных спутниковых систем, конкурентоспособных на рынке космических услуг

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

• исследование и анализ тенденций развитиц ГНСС и эволюция требований потребителей, I

• разработка комплексного подхода к созданию интегрированных ГНСС,

• разработка и обоснование показателей эффективности и затрат, а также критериев выбора параметров интегрированных ГНСС,

• разработка методик и математических моделей формирования космических программ создания интегрированных ГНСС и контроля их реализации

Объект исследования: глобальные навигационные спутниковые системы Предмет исследования: процесс создания ГНСС

Методы исследования: основаны на методах системотехники и исследования операций, методах теории случайных процессов

Научная новизна результатов работы состоит в следующем 1) Разработан комплексный подход к созданию интегрированных ГНСС, основанный на внутрисистемной интеграции составных элементов на базе иерархиче-

ских и концептуальных принципов, а также межсистемной (международной) интеграции разнородных ШСС на базе принципов взаимодополнения космических сегментов и использования интегрированной аппаратуры пользователей,

2) Разработана методика развертывания и поддержания орбитальных группировок, основанная на комплексировании детерминированной и вероятностной модели стратегий запуска космического аппарата (КА) по критерию минимум затрат на реализацию космической программы,

3) Разработана методика ускоренной модернизации ГНСС, основанная на организации комбинированных запусков КА, ускоренного проведения летных испытаний и упреждающей отработки перспективных космических технологий,

4) Разработана методика оценки выполнения космической программы с использованием показателей финансового мониторинга, показателей текущих прямых результатов реализации космической программы и обобщенных показателей

Практическая значимость результатов работы заключается в обосновании принципов построения интегрированной ГНСС, оптимизации стратегии ее разработки, испытаний и развертывания штатной конфигурации, в создании корректных методов контроля реализации космической программы создания ГНСС

Результаты, представленные в работе, использованы при корректировке Федеральной целевой программы "Глобальная навигационная система", положены в основу ТТЗ на разработку эскизного проекта перспективной (до 2020 г ) ГНСС (НИР "Концепция-КМ")

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием предлагаемых методов и моделей, а также результатами разработки и испытаний навигационных спутниковых систем

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований опубликованы в отчете о научно-исследовательской работе, в четырех статьях, докладывались автором на международной конференции "Авиация и космонавтика - 2006", (г Москва, 2006), на конференции "Решетневские чтения" (г Красноярск, 2006 г ), на военно-научной конференции (г Санкт-Петербург, 2007 г ), на международной конференции "Системный анализ и управление" (г Евпатория, Украина, 2007 г )

На защиту выносится:

1) комплексный подход к созданию интегрированных ГНСС,

2) методика развертывания и поддержания орбитальной группировки (ОГ) ГНСС,

3) методика ускоренной модернизации ГНСС,

4) методика оценки выполнения космической программы

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографии Она изложена на 158 страницах машинописного текста, включает 16 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 57 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении обосновывается актуальность исследований принципов и методов создания интегрированных ГНСС, определяется объект и цель исследований, формулируется решаемая в работе научно-техническая задача, кратко характеризуется содержание работы, определяется научная новизна полученных в работе результатов и приводятся основные результаты, выносимые на защиту

В первой главе проведен анализ основных направлений развития глобальных навигационных спутниковых систем (отечественных и зарубежных), проведен их сравнительный анализ, определены основные требования к качеству навигационного обеспечения перспективных потребителей (военных и гражданских) и сформулирована необходимость модернизации отечественной ГНСС и ее интеграции с зарубежными ГНСС

Во второй главе рассмотрены принципы интеграции ГНСС и разработан комплексный подход к созданию перспективной интегрированной ГНСС внутрисистемный и межсистемный, сформулирован критерий оценки характеристик интегрированной ГНСС экстремум показателя «эффективность - затраты»

При исследовании процессов внутрисистемной интеграции ГНСС использован комплексный подход, включающий иерархический и концептуальный принципы

Иерархический принцип интеграции ГНСС подразумевает рассмотрение интеграционных аспектов на уровне пользователей, космического сегмента, космического аппарата

Концептуальный принцип опирается на использовании основополагающего (концептуального) интеграционного подхода, охватывающего все уровни иерархии и все функции на каждом уровне иерархии - это использование межспутниковых линий измерения и информационного обмена

Комплексный подход к принципам интеграции ГНСС включает следующие аспекты многофункциональность, многоярусность, взаимодополняемость, межспутниковый обмен

На уровне пользовательского сегмента интеграция осуществляется по следующим направлениям

•одновременная работа в нескольких частотных диапазонах, •одновременная работа с несколькими навигационными КА, •выделение и исключение измерений по недостоверным навигационным сигналам КА (RAIM-алгоритм),

• комплексирование с дополнительными радиотехническими информационными комплексами пользователя связной аппаратурой, инерциальной системой слежения, системой ориентации и управления движением КА другого назначения (связь, геодезия, мониторинг)

На уровне космического сегмента интеграция подразумевает использование взаимодополняющих орбитальных группировок в целях повышения эффективности выполнения целевой задачи В настоящее время находящиеся в эксплуатации системы ГЛОНАСС и системы GPS и разрабатываемая система Galileo используют сред-невысокие, круговые, наклонные орбиты высотой ~ 20000 км При этом количество КА в системе, количество КА в одной плоскости орбиты и количество плоскостей различно, также отличаются наклонения орбиты и в некотором диапазоне высота орбиты Каждая из этих орбитальных группировок удовлетворяет существующим требованиям пользователей, но не в полной мере удовлетворяет требованиям перспективных пользователей Поэтому рассматриваются дополнительные орбитальные группировки, решающие задачи повышения доступности и целостности каждой отдельной национальной ГНСС в условиях появления отказавших КА, так называемые дифференциальные подсистемы В дифференциальных подсистемах используется КА на геостационарной орбите, излучающий идентичный навигационный сиг-

нал, а также обеспечивающий передачу дифференциальных поправок, повышающих точность, надежность и достоверность навигационных определений

Использование межспутниковых линий для взаимных измерений и информационного обмена создает интеграционный эффект, привносящий новое качество системы

•повышает автономность системы и точность навигационных определений, •повышает качество и оперативность управления и создает возможность использования однопунктового наземного комплекса управления

На уровне космического аппарата интеграция осуществляется по следующим направлениям:

•повышение интеллектуальной возможности бортового комплекса управления КА с перераспределением задач между наземным комплексом управления (НКУ) и бортовым комплексом управления (БКУ) в части управления и контроля,

•использование ¡уежспутниковых линий для взаимных измерений и информационного обмена для целей автономного эфемеридно-временного обеспечения и управления,

•решение на КА дополнительных задач малоинформативная связь, мониторинг

Создание многофункциональной ГНСС в первую очередь обуславливает выбор орбитальной группировки, обеспечивающей требования по зоне обслуживания, оперативности и краткости покрытия в интересах разнородных потребителей сухопутных (подвижных и неподвижных), морских, воздушных, космических Обобщая проведенные исследования принципов внутрисистемной интеграции, предлагается следующая многоярусная архитектура интегрированной многофункциональной ГНСС

1) средний ярус. ОГ на среднекруговых орбитах обеспечивает более чем 4-х кратное глобальное покрытие, обеспечивает навигацию, малоинформативную связь, наблюдение за земной поверхностью

2) верхний ярус. ОГ на геостационарных орбитах обеспечивает однократное глобальное покрытие» обеспечивает навигацию, широкополосную связь, наблюдение за земной поверхностью

Интеграция ярусов ОГ ГНСС осуществляется с помощью межспутниковой линии (оптической и радио), обеспечивающая взаимные измерения и информационный обмен Средний ярус формирует единую систему координат и шкалу времени, к которой привязываются все КА любых орбитальных группировок Качество работы среднего яруса поддерживается наземным контуром мониторинга Наземный комплекс управления строится по однопунктовой схеме

Для оценки эффективности интеграции ГНСС разработаны системные критерии оптимизации, включающие показатели эффективности (точность, оперативность, доступность, целостность), затрат (стоимость разработки, летных испытаний, развертывания и эксплуатация) и сроки создания

При разработке многоуровневых принципов международной интеграции ГНСС в С№8-2, определен перечень различных сценариев интеграции

Сценарий 1 - Интегрированная ГНСС совместного использования •Совместное использование частотного диапазона системы ГЛОНАСС без передачи на него прав партнеру,

б

•Создание совместных орбитальных группировок и совместное управление ГНСС

Сценарий 2 - Координированная ГНСС •Согласование отдельных проектных параметров ГНСС, •Координация работ при сертификации предоставляемых ГНСС услуг, •Участие в разработке и выпуске стандартов и другой регламентирующей документации в рамках международных организаций (ICAO, IMO и др)

•Создание комбинированных навигационных приемников GPS/TJIOHACC, GPS/ГЛОНАСС/ Galileo

Сценарий 3 - Полисистемная ГНСС (ГНСС ГЛОНАСС + GNSS-2) •Введение в отечественной ГНСС дополнительных навигационных сигналов для гражданского потребителя со структурой GPS,

•Переход к международной инерциальной земной системе координат (ITRF), •Передача поправок к шкале времени GPS и Galileo в структуре навигационного кадра системы ГЛОНАСС

В третьей главе рассмотрены подходы к формированию космических программ, разработаны методики развертывания и поддержания ОГ ГНСС, ускоренного проведения летных испытаний и оценки выполнения космических программ, разработаны показатели, критерии, математические модели для каждой методики Методика развертывания и поддержания орбитальных группировок ГНСС Тип и свойства орбитальной группировки (ОГ) определяют номенклатуру применяемых средств выведения и стратегию их использования путем построения вероятностной или детерминированной модели существования ОГ.

Орбитальная группировка ГНСС имеет три фазы существования развертывание, поддержание и деградация

Рассмотрим детерминированную схему восполнения ОГ

Состояние ОГ на этапе развертывания моделируется следующей системой уравнений

(1)

где МРЛ - темп восполнения КА в ОГ на этапе ее развертывания, И'Щ - начальное количество КА в ОГ, Л'," - номинальное количество КА в ОГ,

Иц - текущее количество КА в ОГ на момент времени ^ от начала программы запусков КА,

МЦ - темп деградации начального состава ОГ,

$ - текущее время от начала развертывания

Поддержание номинального количества КА в ОГ (Л^ ) обеспечивается выбором темпа запуска ) при котором за ^ обновится вся ОГ )

.К .¡с

Чл__ЧЛ_

At0 ~ t1 lA '

"'л 'Лиг

At* N\

<tic <,'

-ЧЛ

tK чл

tK

Ча

At. Д/f

+ NT>

О St5 <Аt' т

Ad = Л

N?a

(2)

где Ха - интенсивность восполнения,

- гарантийный срок активного существования КА В процессе модернизации ОГ, когда осуществляется замена одной модели КА на другую, темп развертывания ОГ с новой моделью КА выбирается равным темпу запусков старой модели КА при поддержании ОГ Рассмотрим случайную схему восполнения ОГ

В формализованном виде состояние ОГ РОД - текущее количество КА в ОГ] описывается в виде дискретного марковского случайного процесса (процесса "гибели" и "размножения"), в котором множество состояний X Ц) ставится в однозначное соответствие с рядом целых неотрицательных чисел К = 0,1 п Причем соседние состояния отличаются на 1 (кроме крайних значений)

Граф состояния процесса гибели и размножения приведен на рисунке 1

а.

Хо X, -- Хк 1 — Le- ХК к-

Ill

х„.,

Цп

Рис 1 Граф состояния процесса гибели и размножения

Все вероятностные характеристики процессов "гибели" и "размножения" зависят только от следующих параметров количества состояний 0 < К < п + 1, интенсивности потока восполнения Ак, интенсивности потока отказов цк При этом интенсивности потоков (iK являются математическими ожиданиями некоторых случайных функций

Рассмотрим несколько вариантов модельного описания состояния ОГ Модель 1 Показатели интенсивности постоянны ХК=А.В, цк=к |i0T Отсутствуют ограничения на количество состояний (п—»со) При этом интенсивность потока событий Хв - интенсивность запуска КА на орбиту, интенсивность потока событий )i0T - интенсивность полных отказов КА, а состояние Хк состоит в том, что в момент времени t работоспособны К единиц КА Рассмотрим случайную величину X (t) -число КА в ОГ в момент времени t и найдем ее характеристики

Математическое ожидание числа КА в ОГ mf, = M[X(t)\ и дисперсия D[X(t)\= Df, в момент времени t при развертывании ОГ описывается следующим выражением

М,ь

где шхо- математическое ожидание в начальный момент времени, Mi 6. Ми -интенсивность отказов КА (новый и старый К А)

При достаточно большом математическом ожидании (шх = 7J\i > 20) закон распределения случайной функции X (t) можно приближенно считать нормальным

Доверительная область значения величины вероятности текущего количества КА в ОГ X(r) = N^r определяется выражением

NL - mr

t:

- or '

№ '

ДЛЯ = 00, !ф> = Вт > тх -1; 7^"}= Фтх

где Ф™ - интеграл вероятности, ^ - квантиль распределения вероятности, Вт - вероятность текущего количества КА

Модель 2 Количество состояний ограничено (к <п + 1), значения показателей интенсивности постоянны и равны

Лк = (п-к) Л„, ¡лк = к Нот

Математическое ожидание числа КА в ОГ (тх2) и дисперсия (Ох1) на любой момент времени описываются соответственно следующими выражениями

1 +

I I Vor e-(for**.)i

Л.

(5)

(0 = «„(') 1 1+я«/

/Нот

Модель 3 Число состояний ограниченно к < п +1, значения показателей интенсивности постоянны и равны =Лй,цк = к цот Для расчета вероятности различных состояний ОГ используем уравнение Эрланга.

Kfoi

I Р0 К= 1 п (6)

Задавая требуемое количество КА в ОГ (), при котором решается целевая задача космической системы, и полагая 1V„r < п, получим выражение для вероятности обеспечения работоспособного состояния ОГ в стационарном состоянии ()

(?)

Выбор стратегий развертывания ОГ и методик их оценки предлагается проводить с использованием следующего критерия- минимум затрат на развертывание ОГ за заданное время с требуемой вероятностью

С'йМл)^ nun, {N1 Д) = (8)

Выбор стратегий поддержания ОГ и методов их оценки предлагается проводить по критерию минимум затрат на поддержание заданного коэффициента готовности ГНСС

<£ (<£)-> тш, Ёлям (Aß Х,) = Цт(Ш (9)

Методика ускоренной модернизации ГНСС

Порядок создания, производства и эксплуатации космических систем (КС), комплексов (КК) регламентируется соответствующими нормативными документами (ГОСТ, ОСТ, Положение РК-98) Создание, производство и эксплуатация КС или КК должны проводиться по следующим этапам аванпроект (технические предложения), опытно-конструкторские работы, штатная эксплуатация, модернизация или утилизация Для впервые создаваемой КС (КК) последовательность и содержание этапов, как правило, соблюдается в полном объеме После того как КС (КК) создана и введена в эксплуатацию, возникает необходимость в модернизации ее составных элементов Это обусловлено в первую очередь тем, что срок жизни КС намного больше срока жизни ее составных элементов Эта особенность КС наиболее наглядно представлена в ГНСС отечественного и зарубежного производства

Для оптимизации процесса модернизации ГНСС предлагается разработанная с участием автора методика ускоренной модернизации ГНСС, включающая

1) организацию комбинированных запусков КА,

2) ускоренный переход от летных испытаний (ЛИ) к эксплуатации КА,

3) упреждающую отработку перспективных космических технологий

Создание комбинированных блоков КА, состоящих из серийных (существующих) КА и модернизированных КА требует выпуска директивных документов на совместный запуск серийных и модернизированных (летных) КА

Как правило, модернизированный КА может иметь существенные отличия по массе, габаритам, положению центра масс Если используют разные средства выведения, то возникают различия в механических нагрузках, в механическом и электрическом интерфейсах В этом случае используются специальные адаптеры по обеспечению стыковки модернизированного КА на серийное устройство отделения, а так же осуществляется стабилизация массы и балансировка блока КА с помощью компенсирующих и балансировочных грузов Заблаговременное планирование комбинированных схем выведения позволяет заранее ввести ограничение на габаритные размеры модернизированного КА и решить проблему размещения комбинированного блока КА в зоне полезного груза обтекателя ракет'оносителя

Критериями эффективности применения комбинированной схемы запуска КА является

1) выигрыш по затратам

, (10)

где Л^ - суммарная стоимость запусков по стандартной и комбинированной схемам,

2) увеличение надежности запуска КА для проведения ЛИ

Ёаи = ~ргг'

где - надежность программы пусков по стандартной и комбинирован-

ной схемам

Надежность запуска КА для проведения ЛИ определяется надежностью средств выведения и наличием избыточных запусков (биноминальный закон распределения вероятности)

„ а (12)

где Лв/ - вероятность выведения КА на орбиту, п - число запусков, г - число успешных запусков, достаточных для проведения ЛИ

Стоимость единичного запуска оценивается как сумма затрат на изготовление РН (с*?), КА и организацию процесса подготовки и запуска (Йил )

, (13)

где - количество одновременно запускаемых КА Методика ускоренного проведения летных испытаний

Регламентирующими документами (Положение РК-98) этап ЛИ и этап эксплуатации КС (КК) и ее составных элементов разделены во времени и проводятся на различной материальной части Используемые в настоящее время КА в КС имеют длительный ресурс, который существенно превышает сроки проведения ЛИ Это создает предпосылки по организации (после ЛИ) опытной эксплуатации КА, изготовленного по документации с литерой "О"

Кроме того, рекомендуемая последовательность этапов при переходе от ЛИ к эксплуатации КС приводит к временному перерыву внедрения модернизированных КА в штатную ОГ КС Чтобы этого избежать необходимо, обеспечить возможность изготовления комплектующих приборов и составных частей КА по документации с литерой "О" с условием, что к моменту изготовления составной части было проведено присвоение этой документации литеры "О" Предлагаемая этапность работ отличается от регламентируемой поэтому необходим выпуск соответствующих директивных документов

Внедрение вышеизложенной концепции ускоренного проведения ЛИ и ввода в эксплуатацию КА сокращает сроки проведения этих работ, что снижает общие затраты и приближает начало более эффективной эксплуатации обновленной ОГ КС

Эффект снижения общих затрат возникает за счет ускоренного внедрения модернизированного КА и последующего обновления всей орбитальной группировки, а также за счет использования части ресурса опытного модернизированного КА для выполнения целевых задач КС (опытная эксплуатация)

ДСГ-ЯЯ, № + Д'?) (14)

й«>

СА ~ /

1И)а8 "а!

где - стоимость запуска, включающая стоимость изготовления КА,

средств выведения и услуг по подготовке к запуску, 'лш - длительность гарантиро-

л/"

ванного срока активного существования КА, п ' № - суммарная наработка летных

д..

КА по целевому использованию на этапе летных испытаний, ' ' г - суммарная наработка дополнительно запускаемых серийных КА старой и новой модификации на этапе перехода к изготовлению серийных КА новой модификации по стандартной схеме,^1 ,МеА 0 - удельная стоимость КА старой и новой модификаций

Методика упреждающей отработки перспективных космичёских технологий При создании КА ищется компромисс между использованием новых составных элементов КА и применением унифицированных (заимствованных) приборов, уже

квалифицированных для космических условий Применение новых составных элементов на КА создает определенный риск появления отказов и прежде временного выхода из строя летного КА

Для снижения технических рисков предлагается размещать на серийных КА в качестве дополнительной полезной нагрузки перспективные узлы и приборы с целью их летной квалификации Для размещения дополнительной полезной нагрузки на серийные КА необходимо при проектировании предусматривать резервы соответствующих ресурсов (массы, объема, энергопотребления и т д), а так же проводить соответствующую доработку серийного КА для ее размещения, электрической и информационной увязки

Методика оценки выполнения космических программ

Создание сложных технических систем - это многоэтапный длительный процесс, в котором задействовано множество организаций Облик системы (тактико-техническое задание - ТТЗ) определяется на ранних этапах, в то время как ее реализация осуществляется в будущем, через заданный промежуток времени (3-5 лет) Поэтому многие параметры системы и показатели качества могут оказаться неопределенными или случайными с имеющимися законами распределения (параметрическая неопределенность)

Для гарантированной реализации системы разрабатывается временной Генеральный график создания системы (Программа), в котором предусмотрены этапы работ (по времени) и система целевых индикаторов и показателей оценки выполнения Программы

Содержание работ этапов ОКР достаточно подробно регламентированы соответствующими нормативными документами (ГОСТ, ОСТ, СТП ) Содержание работ и критерии оценок этих работ на этапе развертывания штатной конфигурации космической системы обладают определенной спецификой и недостаточно регламентированы Особенно эта специфичность присутствует при модернизации космической системы, когда новая конфигурация системы внедряется в существующую (без нарушения ее функционирования) Для оценки хода реализации Программы предлагается расширить номенклатуру целевых показателей

• показатели финансового мониторинга выполнения Программы, отражающие абсолютные и относительные объемы финансирования, объемы выполнения работ на текущий отчетный период и нарастающим итогом от начала реализации Программы,

• показатели текущих прямых результатов реализации Программы - количественно измеримые показатели, отражающие текущий достигнутый количественный и качественный уровни (в абсолютных значениях или по отношению к значениям, планируемым на отчетный период, или конечным значениям) в процессе реализации мероприятий Программы,

• обобщенные показатели, отражающие результативность и уровень достижения конечных социально-экономических целей выполнения Программы

Наличие указанных типов оценок показателей и индикаторов (текущая, нарастающим итогом, относительная) позволяют отследить динамику выполнения Программы на всем интервале ее реализации Структура показателей текущих прямых результатов реализации Программы представлена в следующей главе

В четвертой главе представлено обоснование стратегии долгосрочного развития перспективной ГНСС России с использованием разработанного комплексного подхода

Федеральная целевая программа "Глобальная навигационная система" охватывает 10-ти летний период развития космической навигационной программы (с 2002 по 2011 г ) и предусматривает мероприятия на ее реализацию с финансовым обеспечением

Ожидаемые конечные результаты реализации Программы - развертывание орбитальной группировки системы ГЛОНАСС в количестве 24 космических аппаратов, используемых по целевому назначению, формирование непрерывного навигационного поля с помощью системы ГЛОНАСС на территории Российской Федерации и в глобальном масштабе с характеристиками, обеспечивающими конкурентоспособность системы ГЛОНАСС по сравнению с зарубежными системами, обеспечение независимости Российской Федерации в области координатно-временных и навигационных технологий

В процессе реализации федеральной целевой программы (ФЦП) были внедрены разработанные с участием автора мероприятия, обеспечивающие ее эффективное выполнение в условиях ограниченного финансирования-

1) метод ускоренного проведения летных испытаний(ЛИ),

2) метод ускоренного восстановления орбитальной группировки,

3) метод оценки эффективности космических программ,

4) принципы и методы интеграции ГНСС

Организация ускоренного проведения летных испытаний ГНСС

В соответствии с разработанной методикой ускоренное проведение летных испытаний (летно-конструкторских испытаний - ЛКИ и зачетных испытаний - ЗИ) ГНСС обеспечено за счет реализации следующих мероприятий

1) организация комбинированных запусков КА,

2)ускоренный переход от ЛИ к эксплуатации,

3)упреждающая отработка перспективных космических технологий на КА «Глонасс-М»

Действующими нормативными документами и спецификой подтверждения заданных в ТТЗ требований по точности навигационных определений обусловлена необходимость создания рабочего созвездия из четырех вновь вводимых КА "Глонасс-М" и организация их выведения по групповой схеме (3 КА) с помощью РН "Протон" с к Байконур и одного КА с помощью РН "Союз-2" с к Плесецк Учитывая что одновременно с запуском летных КА "Глонасс-М" должны были проводится запуски серийных КА "Глонасс", была предложена новая технология организация запусков по комбинированной схеме в одном блоке из трех КА запускаются два типа КА серийный и летный Этому способствовал то фактор что оба типа КА были одинаковой массы, габаритные размеры КА "Глонасс" были меньше габаритных размеров КА "Глонасс-М" (в сложенном положении) Потребовалось только разработка дополнительного переходника между КА "Глонасс" и новым устройством отделения для блока из трех КА "Глонасс-М"

Программа запусков (стандартная и комбинированная) приведена в табл 1

Табл 1

Программа запусков

Сроки (год) Варианты организации запуска

Стандартная Комбинированная

1 3 КА "Глонасс", 1 КА "Глонасс-М" (ЖИ) 2 КА "Глонасс" + КА "Глонасс-М" (ЖИ)

2 3 КА "Глонасс-М" (ЗИ) 2 КА "Глонасс" + КА "Глонасс-М" (ЛКИ)

3 3 КА "Глонасс" КА "Глонасс" + 2 КА "Глонасс-М" (ЗИ)

4 3 КА "Глонасс-М" (серийный) 3 КА "Глонасс-М" (серийный)

На основании разработанной методики оценена эффективность применения комбинированной схемы запуска, которая эквивалентна стоимости изготовления и запуска одного КА с помощью РН "Союз-2" с РБ "Фрегат" Дополнительно получен выигрыш по надежности , обусловленный тем фактором, что запуски по комбинированной схеме разнесены, поэтому можно считать успешной программу запусков 3 из 4 По стандартной схеме успешность программы подтверждается только при успешном запуске по групповой схеме Дополнительным положительным свойством комбинированной схемы является возможность реализации последовательных доработок КА "Глонасс-М" по результатам запусков предыдущих, что было подтверждено на практике

Ускоренный переход от ЛИ к эксплуатации базируется на реализации следующих мероприятий (рис 2, рис 3)

•ввод летных КА (после 0,5 года ЖИ) в опытную эксплуатацию, •упреждающая разработка комплектующих приборов для серийных КА по летной документации

Согласно нормативной документации (РК-98) предлагаемые мероприятия являются нестандартными и требуют принятия соответствующих директивных документов после обоснования их целесообразности

Для реализации программы ускоренного проведения летных испытаний КА "Глонасс-М" были выпущены соответствующие директивные документы

Сравнение двух подходов к проведению ЛИ стандартный (по РК-98) и интенсивный позволяет сделать следующие выводы

1) в стандартном подходе существует двухлетний интервал между завершением ЛИ и началом запусков серийных КА,

2) в целях поддержания заданного количества КА в ОГ на этом интервале необходимо запускать КА старой модификации ( КА "Глонасс"), изготовление которых оказалось проблематичным,

3) внедрение концепции ускоренного проведения ЛИ и перехода к серийному изготовлению позволит получить выигрыш, эквивалентный 80% стоимости изготовления и запуска одного КА "Глонасс-М"

2003 2004 200$ 2006 2007 2001

IV I II Ш IV 1 К III IV 1 II III IV 1 II Ш IV 1 II 111 IV

Блок КА Гяанасс-М 1 шт КА Гломсс 2 шт лм м ________

Блек 3) КА Гломсс М 1 шт ц lt.ll щ— ги —----—

Блок 34 КА Глонкс-М 2 шт КА Гломсс 1 шт зи —------ ------

Блок 35 КА Глоикс 3 шт Блок 36 КА Гдомсс I шт Блек 3? КА Гломсс Зшт Блок за КА Гломсс 3 шт ЭмруНн li.ll * li.il 15.М и, Г

Блек 39 КА Гдомсс-М 3 шт (серийные) ЭРИ мак БА КА — 1 ' л ЙцитиТ Нклимм Пимяп ^ И •тешкам ' ТК^.^

1 Акт-отчет Документы | Доработка КД ( Решение Заказчика — ,— :- ад --- - --

Рис 2 Стандартная схема проведения ЛИ (по РК98)

2003 2004 2005 1__ 2006 2007 2008

Блок 32 КА Гломсс-М 1 шт КА Гломсс 2 шт ЛКИ

т

КА Гломсс М" 1 шт й,- £ ) лкн .—— ..., — 1 - .....

Блок 34 КА Гломсс М 2 шт ц 2112 » -1 ---------

Блок 39 КА Гломсс-М 1шт (серкннме) ЭРИ мвк БА КА : <*уаи Сц'фица Пшвтеып №гап«м(а^ Пигатпп -1 1 »•гаъЪм* л. ««и. О, — __

Блок 35 КА Гломсс М 1шт Блок 36 КА Гломсс М 1шт Блок 37 КА Гломсс М 1шт КА Гломсс М 1шт 15.12 4 вХ" ^ » и,,.. ¡>

Документы 1 Доработка КД | Решение Заказчика зи к* > а --- 1* > -- --

Рис 3 Схема ускоренного проведения ЛИ и организации серийного производства КА "Глонасс-М"

Упреждающая отработка перспективных космических технологий апробирована на КА "Глонасс-М" В процессе его разработки была предусмотрена установка габаритно-массовых имитаторов (ИГМ) для стабилизации массы КА на предельно допустимом уровне в целях повышения точности прогнозирования и движения КА по орбите (эфемериды).

Общие резервы ресурсов для размещения дополнительной полезной нагрузки (вместо ИГМ) составляют масса - 50 кг, энергопотребление - 350 Вт

Для всей программы запусков разработана программа проведения экспериментов и размещения дополнительной аппаратуры на КА "Глонасс-М" (рисунок 4) Упреждающая отработка новых космических технологий согласно программе экспериментов позволит снизить технические риски при создании КА "Глонасс-К" Кроме того, может быть решена задача упреждающей эксплуатации системы ГЛОНАСС в интересах новых потребителей

Рис.4. Общий вид КА "Глонасс-М"

Выбор концепции развития долговременной космической программы России. Выполнение мероприятий Программы в 2002 - 2005 годах обеспечило восстановление позиций Российской Федерации как одной из ведущих мировых держав, обладающих действующей системой спутниковой навигации, которая является одним из стратегических элементов, обеспечивающих экономическую независимость и национальную безопасность государства. Первоочередные мероприятия Программы, реализованные в 2002 - 2005 годах, остановили деградацию орбитальной группировки системы ГЛОНАСС и создали предпосылки к развертыванию орбитальной группировки системы ГЛОНАСС на базе перспективных космических аппаратов "Глонасс-М" с увеличенным сроком активного существования и повышенными тактико-техническими характеристиками, а также ускоренное оснащение отечественного парка потребителей (специальных и гражданских) путем разработки и организации серийного производства различного класса навигационных приемников (авиационных, сухопутных, морских, речных, космических, геодезических), работающих одновременно по сигналам от двух систем - ГЛОНАСС и GPS, создание обновленной геодезической сети Российской Федерации.

С учетом результатов реализации Программы, перспективы развития отечественных и зарубежных космических средств навигации в период до 2011 года рассматриваются следующие варианты решения проблемы обеспечения отечественных пользователей качественной координатно-временной и навигационной информацией (рис.5):

• 1-й вариант (инновационно-активный), включающий поэтапное развертывание орбитальной группировки системы ГЛОНАСС и ее использование в общегосударственном масштабе в 2007 году, а в глобальном масштабе - в 2009 году, развитие информационно-телекоммуникационной инфраструктуры и создание инфраструктуры предоставления услуг на базе спутниковых навигационных технологий массовому потребителю(отечественному и зарубежному).

•2-й вариант (инновационно-пассивный), включающий поэтапное развертывание орбитальной группировки системы ГЛОНАСС и ее использование в общегосударственном масштабе в 2009 году, а в глобальном масштабе - в 2011 году Реализация 2-ого варианта может привести к тому, что Россия утратит лидирующие позиции в области спутниковой навигации, произойдет необратимое отставание отечественных технологий координатно-временного и навигационного обеспечения от достижений передовых зарубежных стран, может быть потерян рынок продаж комбинированной навигационной аппаратуры потребителей ОР8/ГЛОНАСС

С учетом вышеизложенного предложен в реализацию 1-й вариант (инновационно-активный) решения проблемы Успешность реализации 1-го варианта во многом связаны со стратегией развертывания ОГ ГНСС В соответствии с разработанной методикой был проведен расчет ожидаемого количества КА в ОГ по различным моделям детерминированной(1) и вероятностной, с двумя уровнями вероятности-0,841(2) и 0,977(3) Результаты представлены в табл 2

Табл 2

Результаты расчета ожидаемого количества КА в ОГ по различным моделям

Вре мя, год Я« =3'° ^в=4,5 =6,0

ОГ (1) (2) К1 (3) Кг (1) < (2) (3) 14 ОГ (1) < (2) К1 (3)

1 12 12,3 10,6 13,5 13,4 11,3 15,0 15,5 13,1

2 12 14,1 11,4 15,0 16,3 13,2 18,0 18,9 15,3

3 12 15,4 12,2 16,5 19,0 15,2 21,0 22,6 18,6

4 12 16,6 12,9 19,0 21,4 17,1 24,0 26,3 21,4

5 15 18,0 14,0 22,5 23,8 19,0 30,0 29,8 24,4

6 18 19,3 15,0 27,0 26,3 21,2 - - -

Сравнение двух методик показывает, что значения вероятностей по детерминированной методике соответствую уровню 0,841 Для практических целей (планирование программы запусков) этого недостаточно, поэтому необходимо применять вероятностную модель

Анализ представленных данных в таблице 2 так же позволяет сделать заключение, что при темпе запусков 1в > 3,0 орбитальная группировка из 24 КА не создается Для гарантированного развертывания ОГ из 24 КА необходимо изготовить и запустить 24 КА "Глонасс-М" с увеличением темпов запуска А,в > 4,5 Сравнение двух темпов запуска при одинаковой вероятности показывает, что за счет увеличения темпа запуска (с Х„ = 4,5 до Ха = 6) ожидаемое количество КА в ОГ возрастает, что позволяет сократить сроки развертывания ОГ с 6 лет до 4 лет (вероятность 0,841) При этом возможна гибкая программа запусков в первые три года с темпом Хв = 6,0, затем заложить возможность перехода на темп — 4,5 в зависимости от состояния

ог.

На основании полученных результатов были сформулированы рекомендации по стратегии ускоренного развертывания ОГ МГНСС "Глонасс" для корректировки федеральной целевой программы "Глобальная навигационная система". Для реализации ускоренного развертывания штатной ОГ (24 КА) необходимо развернуть вторые рабочие места, чтобы обеспечить темп запуска А.в = 6 (рис.5).

п - количество запускаемых КА (нарастающий итог) после 2006 г. Вариант 1 — инновационно-активный( □„ = 6,вероятность-0,9). Вариант 2 - инновационно пассивный(Шв = 4,вероятность-0,9).

Рис.5. Программа развертывания ОГ системы ГЛОНАСС

Для контроля за выполнением Программы сформированы основные целевые показатели эффективности реализации Программы, разработанные на основании вышеизложенных методик и учитывающие темпы развертывания ОГ ГЛОНАСС.

т

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных в работе исследований решена актуальная научно-техническая задача разработки комплексного подхода к созданию интегрированных глобальных навигационных спутниковых систем Поставленная в работе цель достигнута

Получены следующие основные научные и практические результаты прошедшие апробацию на реальных космических навигационных системах

1 На основе анализа состояния и тенденций развития космических навигационных программ в России и за рубежом обоснована необходимость интеграции космических навигационных технологий во все сферы человеческой деятельности (системная интеграция ГНСС), а также интеграции отечественной ГНСС в международную ОН88-2 Разработан комплексный подход к созданию интегрированной ГНСС и критерии эффективности интеграции

2 Разработано методическое обеспечение по модернизации и интеграции отечественной ГНСС

•методика развертывания и поддержания орбитальных группировок,

•методика ускоренной модернизации ГНСС,

•методика оценки выполнения космической программы

3 Подтверждена эффективность предложенного методического обеспечения

•применение комбинированных запусков (совместно КА "Глонасс" и КА "Гло-насс-М") дает экономию в один запуск РН "Союз-2" с одним КА "Глонасс" и повышает надежность программы пусков летных КА "Глонасс-М",

•применение мероприятий ускоренного проведения ЛИ КА "Глонасс-М" дает экономический выигрыш, эквивалентный 80% от стоимости изготовления и запуска одного К А "Глонасс-М",

•предложенный инновационно-активный вариант реализации космической навигационной программы системы ГЛОНАСС ускорит сроки реализации Программы на 2 года и позволит приблизить получение ожидаемого социально-экономического эффекта от ускоренного развертывания системы ГЛОНАСС, а именно

- снижение затрат на транспортные перевозки,

- повышение безопасности транспортных перевозок,

- повышение национальной безопасности

Yf

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Бартенев В А, Чеботарев В Е , Шилов А Е и др Принципы построения интегрированных систем информационного обеспечения // Решетневские чтения X Международная научная конференция, Красноярск 2006 Материалы конференции - Красноярск СибГАУ, 2006. - с 14-15

2 Бартенев В А, Ревнивых С Г, Чеботарев В Е, Шилов А Е и др Концепция долговременной программы модернизации ГНСС ГЛОНАСС // Авиация и космонавтика - 2006 Международная конференция, М 2006 Тез докл - М МАИ, 2006 -с.12

3. Бартенев В А, Чеботарев В Е, Шилов А Е и др Разработка проекта ТЗ на эскизный проект перспективной ГНСС "ГЛОНАСС" Отчет о НИР "Концепция-КМ" - Железногорск Красноярского края ФГУП "НПО ПМ им академика М Ф Решетнева", 2006, инв № 13346. - 205 с.

4 Бартенев В А, Тестоедов Н.А, Чеботарев В Е , Шилов А Е и др Методика развертывания и поддержания орбитальных группировок космических систем информационного обеспечения / Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М Ф Решетнева - Красноярск СибГАУ -2007, №2(15) - с 45-49

5 Бартенев В А, Чеботарев В Е , Шилов А Е и др Принципы спутникового координатно-временного и информационного обеспечения операций ВС РФ // Третья военно-научная конференция космических войск, Санкт-Петербург 2007 BKA имени А Ф Можайского, 2007

6. Бартенев В А, Ревнивых С Г, Чеботарев В Е , Шилов А Е и др Принципы и методы ускоренной модернизации глобальной навигационной спутниковой системы / Космонавтика и ракетостроение - М- ЦНИИМАШ - 2007, №3 (48) - с. 15-24

7 Бартенев В А, Косенко В Е, Чеботарев В Е , Шилов А Е и др Принципы и методы построения интегрированных космических систем информационного обеспечения // 12-я Международная конференция "Системный анализ, управление и навигация, Евпатория, Украина 2007 Тез докл — М МАИ, 2007 — с 9

8 Глотов В Д, Ревнивых С Г, Сердюков А И, Шилов А Е и др Организация контроля навигационного поля и эфемеридно-временной информации / Космонавтика и ракетостроение - М ЦНИИМАШ - 2007, №4 (49) - в печати

9 Чеботарев В Е , Шилов А Е и др Состояние и перспективы развития космического сегмента системы ГЛОНАСС // Вторая Всероссийская конференция "Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение", Санкт-Петербург 2007 Тез докл - СПб Институт прикладной астрономии, 2007 -с.7

Множительный центр МАИ (ГТУ) Заказ от2^ оЭ 200f г Тиражfä экз

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ.

1.1. Современное состояние ГНСС и краткосрочные программы их развития.

1.2 Сравнительный анализ ГНСС.

1.3 Анализ эволюции требований потребителей к качеству навигационного обеспечения.

1.4 Выводы по главе 1.

2. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ИНТЕГРИРОВАННОЙ ГНСС.

2.1 Концепция определения путей развития ГНСС.

2.2 Принципы системной интеграции ГНСС.

2.3 Межсистемные принципы международной интеграции ГНСС.

2.4 Выводы по главе 2.

3. МЕТОДИКИ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ПРОГРАММ.

3.1 Методика развертывания и поддержания орбитальных группировок ГНСС.

3.2 Методика ускоренной модернизации ГНСС.

3.3 Методика оценки выполнения космических программ.

3.4 Выводы по главе 3.

4. СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ КОСМИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИОННОЙ ПРОГРАММЫ РОССИИ НА ДОЛГОСРОЧНЫЙ ПЕРИОД.

4.1 Организация ускоренного проведения летных испытаний ГНСС.

4.2 Определение стратегии развертывания и восполнения ОГ.

4.3 Выбор концепции развития долговременной космической программы России.

4.4 Выводы по главе 4.

Актуальность исследований. Космические информационные системы (навигация, связь, наблюдение .) являются важнейшим элементом инфраструктуры любого современного государства, обеспечивая его национальную безопасность и экономическую независимость.

На огромных просторах России зачастую отсутствует какая-либо альтернатива космическим информационным системам и состояние отечественных космических систем, их технический уровень в существенной степени определяют степень информатизации и уровень безопасности России.

Так как транспортные потоки в настоящее время приняли межгосударственный, трансконтинентальный характер, применение глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) становиться необходимым и достаточным условием безопасности транспортных перевозок.

В настоящее время глобальное навигационное поле в основном поддерживается с помощью двух космических навигационных систем GPS (США) и ГЛОНАСС (РФ), дифференциальных дополнений к GPS: WAAS (США), EGNOS. Проводятся испытания европейской системы Galileo.

Отмечается большая динамика роста потребителей навигационных услуг, расширение номенклатуры пользователей (наземные, морские, воздушные, космические, специальные), повышаются требования к точности и надежности навигационного обеспечения, что обуславливает необходимость модернизации существующих ГНСС.

Осознание роли координатно-временного обеспечения в процессе вовлечения высоких информационных технологий во все сферы человеческой деятельности, создало предпосылки к поиску путей системной интеграции ГНСС, а так же интеграции отечественной ГНСС в международную GNSS-2.

Поэтому разработка принципов и методов создания (модернизации) интегрированных глобальных навигационных спутниковых систем является актуальной научно-технической задачей, имеющей прикладное значение.

Целью диссертационной работы является разработка комплексного подхода к созданию интегрированных глобальных навигационных спутниковых систем, конкурентоспособных на рынке космических услуг.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• исследование и анализ тенденций развития ГНСС и эволюция требований потребителей;

• разработка комплексного подхода к созданию интегрированных ГНСС;

• разработка и обоснование показателей эффективности и затрат, а также критериев выбора параметров интегрированных ГНСС;

• разработка методик и математических моделей формирования космических программ создания интегрированных ГНСС и контроля их реализации.

Объект исследования: глобальные навигационные спутниковые системы.

Предмет исследования: процесс создания ГНСС.

Методы исследования: основаны на методах системотехники и исследования операций, методах теории случайных процессов.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1) Разработан комплексный подход к созданию интегрированных ГНСС, основанный на внутрисистемной интеграции составных элементов на базе иерархических и концептуальных принципов, а также межсистемной (международной) интеграции разнородных ГНСС на базе принципов взаимодополнения космических сегментов и использования интегрированной аппаратуры пользователей;

2) Разработана методика развертывания и поддержания орбитальных группировок, основанная на комплексировании детерминированной и вероятностной модели стратегий запуска КА по критерию минимум затрат на реализацию космической программы;

3) Разработана методика ускоренной модернизации ГНСС, основанная на организации комбинированных запусков КА, ускоренного проведения летных испытаний и упреждающей отработки перспективных космических технологий;

4) Разработана методика оценки выполнения космической программы с использованием показателей финансового мониторинга, показателей текущих прямых результатов реализации космической программы и обобщенных показателей.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием предлагаемых методов и моделей, а также результатами разработки и испытаний навигационных спутниковых систем.

Практическая значимость работы заключается в обосновании принципов построения интегрированной ГНСС, оптимизации стратегии ее разработки, испытаний и развертывания штатной конфигурации, в создании корректных методов контроля реализации космической программы создания ГНСС.

Реализация результатов. Результаты, представленные в работе, использованы при корректировке Федеральной целевой программы "Глобальная навигационная система", положены в основу ТТЗ на разработку эскизного проекта перспективной (до 2020 г.) ГНСС (НИР "Концепция-КМ").

Апробация работы. Основные результаты исследований опубликованы в отчете по НИР, в четырех статьях, докладывались автором на международной конференции "Авиация и космонавтика" г. Москва (2006 г.), на конференции "Решетневские чтения" г. Красноярск (2006 г.), на военно-научной конференции г. Санкт-Петербург (2007 г.).

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

4.4 Выводы по главе 4

1. Подтверждена эффективность ускоренного проведения летных испытаний КА мГлонасс-М" с использованием разработанной методики:

• применение комбинированных запусков (совместно КА "Гло-насс" и КА Тлонасс-М") дает экономию в один запуск РН "Со-юз-2" с одним КА "Глонасс" и повышает надежность программы пусков летных КА Тлонасс-М" на 4%;

• применение мероприятий ускоренного проведения ЛИ КА "Гло-насс-М" дает экономический выигрыш, эквивалентный 80% от стоимости изготовления и запуска одного КА Тлонасс-М";

• упреждающая отработка новых космических технологий на КА Тлонасс-М" позволяет снизить технические риски при ЛИ КА "Глонасс-К" и начать упреждающую эксплуатацию системы ГЛОНАСС в интересах новых потребителей;

2. Проведено обоснование необходимости применения вероятностной методики оценки количества КА в ОГ: для этапа развертывания модель 1, для этапа поддержания модель 2(при создании орбитального резерва).

3.Подтверждена эффективность ускоренного развертывания ОГ системы ГЛОНАСС с использованием разработанной методики:

• удвоение темпов запуска при сохранении общих затрат на запуски позволяет ускорить создание штатной ОГ на ~ 2 года при том же количестве запускаемых КА - 24 шт. и повышает вероятность развертывания ОГ с 0,84 до 0,933;

• затраты на создание двух рабочих мест по изготовлению комплектующих КА "Глонасс-M" можно считать упреждающими затратами на программу под КА Тлонасс-К";

4.Предложен инновационно-активный вариант реализации космической навигационной программы системы ГЛОНАСС и на основе разработанных методов представлены показатели и индикаторы выполнения программы. Ускорение сроков реализации Программы на ~ 2 года позволит приблизить получение ожидаемого социально-экономического эффекта от эксплуатации системы ГЛОНАСС, а именно:

• снижение затрат на транспортные перевозки;

• повышение безопасности транспортных перевозок;

• повышение национальной безопасности.

5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в работе исследований решена актуальная научно-техническая задача разработки комплексного подхода к созданию интегрированных глобальных навигационных спутниковых систем. Поставленная в работе цель достигнута.

Получены следующие основные научные и практические результаты прошедшие апробацию на реальных космических навигационных системах:

1) На основе анализа состояния и тенденций развития космических навигационных программ в России и за рубежом обоснована необходимость и предложены принципы интеграции космических навигационных технологий во все сферы человеческой деятельности (системная интеграция ГНСС), а так же интеграции отечественной ГНСС в международную GNSS-2. Разработан комплексный подход к созданию интегрированной ГНСС и критерии эффективности интеграции.

2) Разработано методическое обеспечение по модернизации и интеграции отечественной ГНСС: методика развертывания и поддержания орбитальных группировок; методика ускоренной модернизации ГНСС; методика оценки выполнения космической программы. Разработаны математические модели и критерии эффективности использования методик.

3. Подтверждена эффективность предложенного методического обеспечения:

• применение комбинированных запусков (совместно КА "Глонасс" и КА "Глонасс-М") дает экономию в один запуск РН "Со-юз-2" с одним К А "Глонасс" и повышает надежность программы пусков летных КА "Глонасс-М";

• применение мероприятий ускоренного проведения ЛИ КА "Глонасс-М" дает экономический выигрыш, эквивалентный 80% от стоимости изготовления и запуска одного К А "Глонасс-М";

• предложенный инновационно-активный вариант реализации космической навигационной программы системы ГЛОНАСС ускорит сроки реализации Программы на 2 года и позволит приблизить получение ожидаемого социально-экономического эффекта от ускоренного развертывания системы ГЛОНАСС, а именно:

- снижение затрат на транспортные перевозки;

- повышение безопасности транспортных перевозок;

- повышение национальной безопасности.

1. Бусленко, Н. П. Лекции по теории сложных систем / Н. П. Буслен-ко, В. В. Калашников, И. Н. Коваленко. М.: Сов. радио, 1973. 440 с.

2. Вентцель, Е. С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология /Е. С. Вентцель. 2-е изд., стер. М.: Наука, 1988. - 208 с.

3. Чеботарев, В.Е. Особенности проектирования навигационного К А: Вестник Сибирской аэрокосмической академии имени академика М.Ф. Решетнева: Сб. статей/ под ред. проф. Г.П. Белякова. Вып. 1. Красноярск.: САА, 2000 - 372 с.

4. Окунев, 10. Б. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи /10. Б. Окунев, В. Г. Плотников. М.: Связь, 1976. -184 с.

5. Осин, М. И. Методы автоматизированного проектирования летательных аппаратов / М. И. Осин. М.: Машиностроение, 1984. -168 с.

6. Проектирование космических навигационных систем / А.Г. Козлов и др.. Красноярск: НИИ ИПУ, 2000. - 303 с.

7. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. / B.C. Шеб-шаевич и др.; под ред. B.C. Шебшаевича. 2-е изд. перераб. и до-полн. М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.

8. Шебшаевич, B.C. Введение в теорию космической навигации / B.C. Шебшаевич. М.: Сов. радио, 1976. - 245 с.

9. Ильичев, А.В. Эффективность проектируемых элементов сложных систем / А.В. Ильичев, В.Д. Волков, В.А. Грушинский. М.: "Высшая школа", 1982. - 280с.

10. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. / B.C. Шебшаевич и др.; под ред. B.C. Шебшаевича. 2-е изд. перераб. и дополи. М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.

11. Скубко, Р.А. Спутник у штурвала / Р.А. Скубко, Б.Г. Мордвинов. -Д.: Судостроение, 1989.-208 с.

12. Смирнов, Г.Д. Управление космическими аппаратами / Г.Д. Смирнов. -М.: Наука, 1978.- 192 с.

13. Спутниковые системы связи и навигации: сб. статей / под ред. М.К. Чмых. -Красноярск: КГТУ, 1997. 186 с.

14. Чернявский, Г.М. Орбиты спутников связи / Г.М. Чернявский, В.А. Бартенев. -М.: Связь, 1978. 240 с.

15. Эльясберг, П.Е. Введение в теорию полета ИСЗ / П.Е. Эльясберг. -М.: Наука, 1965.-540 с.

16. Спутниковые системы связи и навигации: Труды международной НТК (30 сентября 3 октября 1997 г.). Том 2. Отв. ред. М.К. Чмых. - Красноярск: Изд-во КГТУ. 1997. - 185 с.

17. Розанов, 10.А. Случайные процессы / Ю.А. Розанов. М: Наука, 1979.- 184 с.

18. Тараканов, К.В. Аналитические методы исследования систем / К.В. Тараканов, Л.А. Овчаров, А.Н. Тырышкин. М.: «Советское радио», 1974.-240с.

19. Итин С.П., Евтушенко Д.А. ИНС-Контроль универсальная диспетчерская система котроля местоположения транспортныхсредств на базе спутниковаых rjlOHACC/GPS-навигационных технологий и современных технологий связи, Интернет

20. Global Positioning System: Theory and Applications, Volume I, II. Edited by Bradford W.Parkinson, James J.Spilker Jr.

21. William M.Lear, Moises N.Montez, Lonnie M.Rater, Lubomir V.Zula The effect of selective availability on orbit space vehicles equipped with SPS GPS receivers. Proceedings of the ION GPS-92.

22. Galileo: Involving Europe in a New Generation of Satellite Navigation Services, European Commission, Brussels, 1999, http://www.galileo-pgm.org

23. V.Malyshev, V.Kurshin Adaptive navigation algorithm, GNSS200 conference, Edinburg, May 1-4.

24. Ван Дайк К. Использование спутниковых радионавигационных систем для обеспечения требуемого уровня характеристик глобальной навигационной спутниковой системе, Радиотехника, 1996, №1.

25. Brown R.G. GPS RAIM: Calculation of Thresholds and Horizontal Integrity Limit Using Chi-quare Methods A Geonetric Approach, RTCA Paper No.491-94/SC159-584, November 7, 1994.

26. В.Н.Почукаев О некоторых тенденциях в развитии систем управления КА, Космонавтика и ракетостроение, ЦНИИМАШ, 2000, №20.

27. Баринов К.Н., Бурдаев М.Н., Мамон П.А. Динамика и принципы построения орбитальных систем космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1975.

28. ЗЬБолдии В. А. Зарубежные глобальные системы навигации. — М.: Изд-во ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1986.

29. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС. Под ред. Харисова В.Н., Перова А.И., Болдина В.А. 2-е изд. исправ. -М.: ИПРЖР, 1999.

30. Гусев Ю., Лебедев М. Перспективы развития спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС и ее интеграция с зарубежными навигационными средствами // Тр. Международной конференции "Глобальная радионавигация", М., 1995, с. 5.1—5.13.

31. Кудрявцев И. В., Клюшников С. Н., Федотов Б. Д. Перспективная авиационная спутниковая аппаратура потребителей, работающая по сигналам систем ГЛОНАСС/GPS // Радионавигация и время, РИРВ, 1992, № 1, с. 60—63.

32. Лебедев А.А., Красильщиков М.Н., Малышев В.В. Оптимальное управление движением космических летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1974.

33. Макода В. С. Тенденции развития спутниковых навигационных систем в США // Навигация и гидрография, ГОСНИНГИ, 1995, № 1, с. 26—128.

34. Малышев В.В., Красильщиков М.Н., Бобронников В.Т., Нестерен-ко О.П., Федоров А.В. Спутниковые системы мониторинга. Анализ, синтез и управление. -М.: Изд-во МАИ, 2000.

35. Назаренко А.И., Скребушевский Б.С. Эволюция и -устойчивость спутниковых систем. М.: Машиностроение, 1981.

36. Салищев В. А., Дворкин В. В., Виноградов А. А., Букреев А. М. Станция мониторинга радионавигационных полей систем ГЛО-HACC-GPS и определения дифференциальных поправок // Радиотехника, 1996, №1, с.89— 93.

37. Global Positioning System: Theory and Applications, Volume I, II. Edited by Parkinson B. W., Spilker J. J., American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, 1996.

38. Juang J.C., Jang C.W. Failure detection approach applying to GPS autonomous integrity monitoring, IEE Proc.-Radar, Sonar Navigation, Vol. 145, No. 6, 1998.

39. Технические предложения. Многоцелевая космическая система "Глонасс-М".: в 15 т, т. 1. Принципы построения и основные характеристики многоцелевой системы "Глонасс-М" / В.Е. Чеботарев и др. //Железногорск: НПО ПМ, 1988-174 с, инв. 11409.

40. Технические предложения. Многоцелевая космическая система "Глонасс-М".: в 15 т., т. 4. / В.Е. Чеботарев и др. // Железногорск: НПО ПМ 1988-114 с, инв. 11421.

41. Эскизный проект. Единая навигационная система "Глонасс".: в 13 т., т. 1. Основные характеристики системы. / В.Е Чеботарев идр. // Железногорск: НПО ПМ 1978-249 с, инв. 7577.

42. Чеботарев, В.Е. Глобальная космическая навигационная система Глонасс: исторические аспекты создания. / В.А. Бартенев, В.Е. Ко-сенко, В.Е. Чеботарев // Космонавтика и ракетодинамика. М: ЦНИИ МАШ 2004 г № 4(37).

43. Глобальная космическая навигационная система Глонасс: Перспективы развития. / В.Е Чеботарев и др. // Космонавтика и раке-тодинамика. М: ЦНИИ МАШ 2004 г № 4(37).

44. Технические предложения на разработку перспективной ГНСС нового поколения. Отчет по НИР «Концепция-КМ». / В.Е. Чеботарев и др. // Железногорск: НПО ПМ, 2005. 186 с, инв. 13297.

45. Принципы построения интегрированных систем информационного обеспечения. /А.Е. Шилов и др.// Международная конференция "Решетневские чтения". Красноярск: СибГАУ, 2006.Л.14-15.

46. Концепция долговременной программы модернизации ГНСС ГЛОНАСС /А.Е. Шилов и др.// Международная конференция "Авиация и космос" М.: МАИ, 2006.Л.12.

47. Принципы спутникового координатно-временного и информационного обеспечения операций ВС РФ /А.Е. Шилов и др.// Третья военно-научная конференция КВ. Санкт-Петербург: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2007.

48. Разработка проекта ТЗ на эскизный проект перспективной ГНСС "ГЛОНАСС". Отчет по НИР "Концепция-КМ". /А.Е. Шилов и др.//Железногорск: НПО ПМ. 2006. 205 е., инв. 13346.

49. Принципы и методы ускоренной модернизации глобальной навигационной спутниковой системы /А.Е. Шилов и др.// Космонавтика и ракетодинамика. М: ЦНИИМАШ 2007, №3(47).

50. Принципы и методы построения интегрированных космических систем информационного обеспечения /А.Е. Шилов и др.// 12-я Международная конференция "Системный анализ, управление и навигация. Крым, Евпатория, 2007.

51. Федеральная целевая программа « Глобальная навигационная сис-тема».г.Королев М.О. :ФК А-2006,259с.