автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Методы и алгоритмы навигационных определений с использованием ретранслированных сигналов спутниковых радионавигационных систем

УДК 629.783 На правах рукописи

Пудловский Владимир Борисович

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ НАВИГАЦИОННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕТРАНСЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.12.14- Радиолокация и радионавигация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 3 ЛЕК 2009

Москва-2009

!I@*h,8

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Власов Игорь Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Перов Александр Иванович

кандидат технических наук Короленко Валерий Николаевич

Ведущая организация: ОАО «Российский институт радионавигации

и времени» (ОАО «РИРВ»), г. Санкт-Петербург

Защита состоится 17 декабря 2009 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.141.11 в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., д.5, зал ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана.

Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по адресу: 105005, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., д.5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.11

Автореферат разослан «_»__2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.141.11 доктор технических наук, профессор И.Б.Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время спутниковая радионавигация рассматривается как одна из важнейших высоких технологий, обеспечивающих информационную независимость и безопасность государства. Федеральная целевая программа «ГЛОНАСС», предусматривают широкое внедрение современных достижений технологии спутниковых радионавигационных систем (СРНС) в системы специального, двойного и гражданского назначения.

Дальнейший прогресс в области повышения качества навигационно-временных определений (НВО) (точности, достоверности) связан, во-первых, с развитием структуры СРНС (как в целом, так и ее составных частей), а во-вторых - с разработкой более совершенных методов и алгоритмов НВО.

Развитие структуры СРНС второго поколения в настоящее время идет по пути создания так называемых средств функциональных дополнений (СФД), как космического, так и наземного базирования. Наиболее известным и распространенным видом СФД являются дифференциальные подсистемы (ДПС), а также псевдоспутники - неподвижные источники навигационных сигналов, по структуре и параметрам аналогичные сигналам навигационных космических аппаратов (НКА), играющие роль, дополнительных опорных радионавигационных точек (ОРНТ). В данной диссертации исследуется другой вариант создания дополнительных ОРНТ, основанный на использовании ретрансляторов (далее по тексту - «Р») сигналов НКА. Таким образом, основным объектом исследований в данной работе является ретранслятор без обработки сигнала, т.е. устройство, осуществляющее прием, преобразование и передачу потребителю сигналов НКА с полным сохранением их спектра.

Совершенствование методов и алгоритмов НВО для аппаратуры потребителей (АП) СРНС идет по нескольким направлениям. Развиваются методы дифференциальных (относительных) измерений на основе совместной обработке информации, извлекаемой из сигналов НКА и СФД, а также алгоритмы обработки сигналов НКА в АП. При этом наряду с традиционными алгоритмами НВО, предполагающими разделение процесса оценки пространственных координат и других составляющих вектора состояния (ВС) потребителя на два этапа - первичную (выделение и фильтрацию параметров сигнала НКА) и вторичную (фильтрацию навигационных параметров (НП) и компонент ВС) обработку, все большее внимание уделяется одноэтапным алгоритмам совместной обработки совокупности измерений радионавигационных параметров (РНП) по всем доступным сигналам СРНС.

С учетом изложенного, в данной диссертации в качестве основных избраны следующие направления исследований.

1. На системно-структурном уровне - особенности построения и использования радиосистем с ретрансляторами сигналов НКА; при этом рассматриваются два основных варианта применения таких Р, описанных з патентной и научно-технической литературе: в СФД СРНС в качестве дополнительной ОРНТ (далее по тексту - «Ретрансляционная радионавигационная точка, РРНТ»), координаты которой известны;

в системах внешнетраекторных измерений (ВТИ) для определения ВС объекта, на борту которого установлен Р, путем приема и обработки ретранслированных сигналов в наземном измерительном пункте.

2. На программно-алгоригшическом уровне - анализ методов НЕЮ с использованием ретранслированных и прямых сигналов НКА, а также синтез оптимальных алго-ришов обработки этих сишалов. :

Единую методическую основу для решения в данной работе задачи разработки алгоритмов, учитывающих особенности НЕЮ с использованием ретранслированных сигналов дает теория оптимальной фильтрации. Общая теория статистического синтеза оптимальных (по различным критериям) алгоритмов оценивания и фильтрации марковских процессов развита в работах АН Колмогорова, Н. Винера, P.E. Калмана, P.JI. Стратоновича. Заметный вклад в применение этой теории в радиотехнических системах внесли работы В.И. Тихонова, В.Н. Харисова, С.М. Ярлыкова, А. И. Перова.

Однако работы посвященные синтезу алгоритмов оптимальной обработки ретранслированных сигналов НКА встречаются редко, а по теме ошимальной совместной обработки сигналов НКА и Р - практически отсутствуют.

Таким образом, актуальноегь данной работы определяется необходимостью проработки комплекса не исследованных до сих пор теоретических вопросов, связанных с синтезом и анализом оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов обработки сигналов, принимаемых от неподвижных и подвижных Р, а также алгоритмов обработки этих сигналов совместно с прямыми сигналами НКА. Большой практический интерес представляет исследование структуры и возможности реализации СФД на основе ретрансляторов сигналов НКА.

Целью работы является разработка комплекса вопросов, связанных с использованием Р сигналов СРНС для решения двух основных проблем.

1. Повышение достоверности и точности НВО по сигналам СРНС в локальном районе, в том числе в сложных условиях (отсутствие постоянной радиовидимости необходимого числа НКА, неудовлетворительная геометрия радиовидимого созвездия и т.п.), за счет приема сигналов неподвижной РРНТ.

2. Получение с помощью Р, установленного на борту подвижного объекта, информации о текущих координатах и параметрах движения носителя.

В диссертации решены следующие задачи:

1. Анализ методов навигационно-временных определений с использованием ретранслированных сигналов СРНС.

2. Разработка модели сигналов ретранслятора, а также НП и РНП этих сигналов для аппаратуры приема ретранслированных сигналов (АПРС).

3. Синтез алгоритмов на основе совместной когерентной обработки сигналов НКА и стационарной РРНТ:

- одноэтапных алгоритмов НВО и дифференциальной коррекции координат для аппаратуры потребителя;

- алгоритмов первичной обработки ретранслированных сигналов СРНС совместно с пилот-сигналом (ПС) от Р для двухэтапного алгоритма НВО.

4. Синтез алгоритмов совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА совместно с пилот-сигналом от Р для АПРС системы ВТИ:

- одноэтапного алгоритма фильтрации траектории Р в некогерентном и когерентном режимах слежения за его сигналами;

- алгоритмов первичной когерентной обработки сигналов Р для двухэтапного алгоритма определения параметров его траектории.

5. Разработка программных средств имитационного моделировШия Для! 'исследования характеристик синтезированных алгоритмов.

6. Разработка макетов канала ретрансляции сигналов СРНС для экспериментальных исследований.

Методы исследований. При решении указанных выше задач в теоретических и экспериментальных исследованиях были использованы Методы теории вероятности и случайных процессов, статистического анализа и синтеза, методы оптимальной линейной и нелинейной фильтрации, а также методы имитационного моделирования, полунатурных и натурных испытаний.

На защиту выносится:

• защищенная патентом структура системы СФД СРНС на базе РРНТ;

• одноэтапные алгоритмы НВО и дифференциальной коррекции координат АПРС по результатам совместной обработки сигналов НКА и РРНТ в когерентном режиме слежения;

• алгоритм комплексной первичной обработки ретранслированньр{ сигналов СРНС совместно с пилот-сигналом РРНТ для двухэтапного алгоритма НВО, в когерентном режиме работы АПРС; . ; ... . .-.

• одноэтапные алгоритмы совместной обработки прямых, ретранслированных сигналов СРНС и пилот-сигнала для некогерентного и когерентного режимов работы АПРС при использовании ретранслятора в системах ВТИ;

• алгоритм комплексной первичной обработки ретранслированных сигналов НКА совместно с пилот-сигналом от Р в когерентном режиме слежения для двухэтапного алгоритма АПРС системы ВТИ;

• результаты исследований точностных характеристик разработанных алгоритмов АПРС для обработки сигналов НКА и ретрансляторов;

• результаты экспериментальных исследований макетов ретрансляционной аппаратуры.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации

1. На основе методов оптимальной нелинейной фильтрации синтезированы оптимальные алгоритмы однозтапной совместной обработки сигналов Р и НКА для когерентного и некогерентного режимов работы АПРС.

2. Синтезированы алгоритмы комплексной первичной обработки ретранслированных сигналов СРНС совместно с ПС для двухэтапного когерентного режима работы АПРС.

3. Синтезирован одноэтапный алгоритм дифференциальной коррекции координат потребителя только по результатам совместной обработки сигналов НКА и РРНТ (без использования внешней корректирующей информации).

4. Результаты исследований Точностных характеристик разработанных алгоритмов обработки сигналов НКА и ретрансляторов, полученные как методами математического моделирования, так и в процессе лабораторных и натурных испытания макетов ретрансляционной аппаратуры.

Достоверность результатов диссертации подтверждается хорошим согласованием теоретических выводов с результатами, полученными путем численного моделирования и в процессе экспериментальных исследований.

, Практическая значимость работы

1. Предложена и обоснована структура СФД СРНС ГЛОНАСС с использованием ретрансляторов в качестве дополнительных опорных радионавигационных точек, позволяющая повысить качество НОВО в локальном районе в сложных условиях приема прямых сигналов НКА.

2. Предложена структура системы ВТИ с использованием ретрансляторов сигналов НКА, позволяющая повысить качество определения параметров траектории динамичных объектов.

3. Разработаны программные средства, позволяющие оценить характеристики НВО с использованием ретранслированных сигналов на этапах разработки и проектирования СФД и систем ВТИ.

4. Разработаны, изготовлены и исследованы макеты каналов ретрансляции, проведена экспериментальная отработка предлагаемых алгоритмов, в том числе по реальным спутниковым сигналам.

Реализация и внедрение результатов исследования. Результаты диссертации использованы при проведении ряда НИОКР выполненных автором в 3 ЦНИИ МО РФ в период 1990 - 2008 гг., в 46 ЦНИИ МО РФ и в ОАО «НПК «Тристан», а также в НИИ РЭТ МГТУ им. Баумана, в том числе в следующих НИР: «Авальман-МГТУ», «Штифт», «Траектория-МГТУ», что подтверждено соответствующими актами об использовании. Материалы исследований были использованы при задании ТТЗ на ОКР «Преломление».

Апробация результатов. По материалам диссертации сделано более 15 докладов на научно-технических семинарах и конференциях, в том числе: на международной научно-технической конференции «Спутниковые системы связи и навигации», Красноярск, 1997 г.; на международных научно-технических конференциях «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, 2003,2004,2008 г.г.; на российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии», Санкт-Петербургбург, 2004 г.; на научно-технических конференциях «Радиооптические технологии в приборостроении», 2004,2005, 2007,2008 г.г.

Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в более 30 публикациях, в том числе 6 в изданиях, входящих в Перечень ВАК. По теме диссертации получены одно авторское свидетельство, два патента РФ и одна заявка на патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 3 приложений. Основная часть работы изложена на 237 страницах,' содержит 15 таблиц, 63 рисунка и список литературы из 124 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит общую характеристику проблемы и актуальности выбранной темы. Формулируются цели и задачи исследования, научная новизна, практическая ценность и положения представляемые к защите.

В первой главе изложены модели сигналов СРНС и алгоритмы НВО АП, проанализированы основные особенности ретрансляционных методов измерений с использованием сигналов СРНС и дана классификация ретрансляторов.

Проанализированы основные особенности построения и дана классификация ретрансляторов сигналов СРНС. Анализ показал, что наиболее эффективным методом ретрансляции для различных приложений в навигации является перенос спектра исходного сигнала НКА на другую несущую частоту. В идеальном случае такое преобразова-

ние в силу линейности не искажает амплшудно-фазового спектра исходных сигналов НКА, .т.е. полностью соединяет информацию о значениях их РНП в точке расположения Р. Поэтому в данной работе для дальнейших исследований выбрана схема широкополосного аналогового Р. При этом для компенсации дрейфа частоты бортового опорного генератора (ОГ), а также доплеровского сдвига частоты, ооусловлешюго взаимными перемещениями Р и АПРС, предлагается транслировать потребителю формируемый от этого ОГ широкополосный (фазоманипулированный) пилот-сигнал.

Указанная схема широкополосного аналогового ретранслятора позволяет использовать для обработки прямых и ретранслированных сигналов общие РНП: задержку сигнала, доплеровский сдвиг частоты (ДСЧ) и фазу несущей.

После переизлучения таким типом Р, сигнал от г-го НКА в шкале времени (ШВ) АПРС при этом можно представить в следующем виде

где АЕ!- — амплитуда ретранслированного сигнала г-го НКА; Сди, Снс; - текущее значение символов дальномерного кода и служебной информации (СИ) соответственно; г1у — суммарная псевдозадержка; = +солр и ф^. — несущая частота и

псевдофаза ретранслированного сигнала; юпр = 2яг/пр — номинал частоты переноса

принимаемых сигналов НКА в аппаратуре Р.

Здесь суммарная псевдозадержка сигнала НКА после ретрансляции (без учета постоянной задержки в аппаратуре Р), может быть записана как

гь- (г) = та + 5и (/) = тр, (/ - тр) ■+ гр (I) + 8и (г) = с"1 ((/ - тр) + Яр (/)) ■+.8и (г) =

='с~1 - (' - «а )| + ¡*ш (' - гр) - хВр ||) + 8и (I), (2)

где тр1, Я/р — задержка сигнала и истинная дальность от г-го НКА до Р соответственно; х0р, ха- - векторы координат Р и г-го НКА соответственно; т Яр - задержка сигнала и истинная дальность от Р до АПРС соответственно; 8,А - значение относительного смещения ШВ и х0а{{) - вектор координат АПРС в момент приема ретранслированного сигнала НКА.

Для псевдофазы и ДСЧ ретранслированных сигналов в ШВ АПРС получены следующие выражения

Фи (0=-уЧ*, (0+* • ** (/)+Ър я,л (0)+

+с• [1 ■-• §гр[1-хр-8и(0)) + , (3)

Л* (0=(К (0+V/ • К (' -ТР)) ■■ ^+Л/ • ЫI)+ +[/а - Л/] • (' -Ъ - 5и (0) ■

где кр - сос11а>ц; с - скорость света; - длина волны ретранслированного сигнала; 8^, 8^А - относительное смешение частоты ОГ относительно номинального значения в Р и АПРС соответственно; — случайная начальная фаза сигнала.

№ анализа (2) и (3) видно, что в отличие от параметров прямых сигналов НКА, , модели динамики псевдозадержки и псевдофазы в ретранслированных сигналах в обшем случае не совпадают из-за влияния нестабильности ОГ в Р.

Анализ потенциальных методов НВО с использованием сигналов Р проведен путем сравнения градиентов полей НП этих методов. Из анализа следует, что для местооп-ределения ретранслятора наиболее целесообразно использование суммарнопсевдодаль-номерных и суммарнопсевдодоплеровских методов. Доплеровские методы могут быть эффективны только в ограниченной зоне для НВО высокодинамичных объектов с ретранслятором на борту. Объединение псевдодальномерных и псевдодоплеровских измерений целесообразно не только для НВО АН, но и для местоопределения АПРС в процессе обработки сигналов РРНТ. В интересах ВТИ целесообразно дополнение псевдодальномерных (псевдодоплеровских) измерений суммарными, что требует топографической привязки АПРС и синхронизации ее ШВ с системной.

В качестве наиболее актуальных для дальнейших исследований выбраны следующие системы с использованием ретрансляторов сигналов СРНС:

- система неподвижных ретрансляторов, координаты которых известны потребителю, выполняющих функцию дополнительных опорных точек;

- система ВТИ в которой бортовой Р является основным датчиком информации для определения параметров траектории контролируемого объекта.

Во второй главе рассмотрены особенности СФД на основе РРНТ и изложен синтез алгоритмов НВО потребителя на основе совместной обработки сигналов НКА и РРНТ.

Применение РРНТ позволяет потребителю решить две основные задачи:

обеспечить возможность трехмерных НВО в условиях отсутствия радиовидимости необходимого числа НКА;

повысить точность определения координат для за счет дифференциальной коррекции на основе совместной обработки сигналов НКА и РРНТ. .

Вариант СФД на основе РРНТ, обеспечивает те же преимущества, что и псевдоспутник, а именно: снижает- среднее значения геометрического фактора (ГФ) навигационного сеанса погрешности определения высоты для ЛА; повышает надежность НВО и продолжительность навигационных сеансов при ограниченной орбитальной группировке НКА; решает проблему затенения НКА.

Анализ показал, что бюджеты погрешностей измерения РНП сигналов НКА и РРНТ не имеют существенных отличий, следовательно, при использовании ретранслированных сигналов достижима точность, близкая к точности НВО по прямым сигналам НКА, не более 5 м (СКО) по каждой из координат, а для режимов дифференциальной коррекции и относительных измерений можно снизить погрешности до 1 м (СКО) по каждой из координат.

В рамках решения поставленной задачи синтезирован одноэтапный алгоритм фильтрации координат xDa и составляющих вектора скорости хКя АПРС, которая принимает сигналы от НКА и трех стационарных РРНТ с известными координатами. Для этой задачи задан обобщенный вектор х, содержащий ВС объекта (т.е. АПРС) хл и параметры трех РРНТ:

I Т Т т ft

Х~|ХЛ ХДаХДр| >x^_|XD0XKa| >'

-гДе хДа ~\Д'л у'л\>хД?=\Д'р\ Гр\ Д'рг Гр2 Д'рЪ ^йЗ>— вектора, характеризующие сдвиг ШВ и частоты ОГ в АПРС и РРНТ соответственно......

Поскольку для всех сигналов в АПРС выбран когерентный режим приема, расширенный ВС в дискретном времени примет следующий вид "'„

хк~\х0а,к хУа,к ХДа,к ХДр,к К > О*)

где К^ к, к> Кфд > Я-сШЛ ~ дополнительные вектора, связанные с фазами прямых сигналов НКА (для диапазонов Ы и Ь2), ПС и ретранслированных каждым из трех РРНТ соответственно. .

В процессе синтеза учтены корреляционные свойства дальномерных кодов сигналов НКА ГЛОНАСС и ПС, позволившие упростить структуру алгоритма в виде многомерной следящей системы по компонентам , в составе которой комплексный сглаживающий фильтр Калмана и векторный дискриминатор идх = Сгиду. Здесь С(х) -матрица связи вектора из РНП наблюдаемых сигналов и обобщенного ВС \к.

Общая структура одноэтапного алгоритма НВО для совместной фильтрации всех компонент хк по результатам когерентной обработки сигналов НКА й трех РРНТ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1

В отличие от одноэтапных алгоритмов НВО для All, в данной схеме опорные сигналы для дискриминаторов сигналов РРНТ формируются с учетом координат не только НКА, но и РРНТ (с учетом аппаратной задержки в Р).

Синтезирован одноэтапный алгоритм АПРС, позволяющий использовать сигналы РРНТ не только для НВО, но и для получения дифференциальных поправок к измерениям НП по каждому из наблюдаемых НКА. Для этого ВС (4) дополнен вектором А, со-

держащим коррелированные составляющие в измерениях задержки 4 п0 каждому из N НКА, совместно наблюдаемых АПРС и РРНТ. Для одной РРНТ с учетом вектора А расширенный ВС (4) примет вид

it = \*-Da,k хУа,к ХДа,к ХДр,к ^к ^¿и ^dp,k\ • (5)

Общая структура одноэтапного алгоритма НВО с расчетом поправок для АПРС отличается от схемы на рисунке 1 только составом компонент ВС (5). В части определения координат и скорости АПРС работа данного алгоритма во многом аналогична одно-этапному алгоритму НВО. Одновременная оценка вектора А возможна при условии совместной обработки РНП от общего НКА в прямых и ретранслированных сигналах с учетом известного положения РРНТ. Фильтрация компонент вектора At имеет много

общего с оценкой в одноэтапном алгоритме компонент Хда (сдвиг ШВ и частоты ОГ АПРС). Отличие заключается в том, что для определения вектора Хда необходимы наблюдения сигналов разных Ж А, а для оценки Ак - РНП прямых и ретранслированных от общего НКА. По сравнению с динамикой наблюдаемых РНП изменение компонент Aj можно не учитывать, что позволяет упростить алгоритм.

С целью практической реализации алгоритмов НВО по сигналам НКА и РРНТ, синтезированы двухэгапные алгоритмы с упрощенной и комплексной обработкой сигналов РРНТ на первичном этапе (фильтрации РНП).

Особенностью комплексной обработки псевдозадержек и псевдофаз ретранслированных сигналов НКА и ПС на этапе оптимальной фильтрации РНП является то, что для вторичной обработки от каждой РРНТ используются только оценки одной псевдозадержки f ■ к (псевдодальности от АПРС до РРНТ) и скорости ее изменения fpj к независимо от количества сигналов НКА переизлучаемых этим Р. В результате комплексной обработки размерность вектора наблюдений для решения навигационной задачи не превышает суммы НКА и РРНТ наблюдаемых в АПРС и не требует организации на вторичном этапе дополнительной обработки избыточных наблюдений по ретранслированным сигналам.

Для анализа точностных и статистических характеристик разработанных алгоритмов в различных условиях наблюдения НКА, а так же для сравнения полученных результатов с результатами работы АП только по прямым сигналам СРНС, была разработана программно-математическая модель (ПММ) для ПК в среде MATLAB 7.0. Структура ПММ показана на рисунке 2.

В ходе моделирования алгоритмов АПРС были исследованы несколько вариантов условий наблюдения, отличающихся составом РРНТ (от 1 до 3) и количеством НКА в рабочем созвездии.

По результатам моделирования определены характеристики точности НВО следующих основных типов когерентных алгоритмов АПРС: №1 -одноэтапный с обработкой ПС; №2 - одноэтапный без использования ПС; №3 - двухэтапный ачго-ритм с комплексным фильтром 1-го этапа. Резуль-

ХДр,к

A, R,

Я,

R)

; Модель i ! движения j—-I объекта j !

Модели опорных генераторов Р и АПРС

LH

Выбор _N

созвездия г—-/

зг

Алгоритмы обработки сигналов и фильтрации координат

(корреляторы дискриминаторы сглаживающий фильтр)

Модель движения НКА

Рисунок 2

ж

Блок индикации

хаты расчета погрешностей определения стационарного объекта по этим алгоритмам с обработкой сигналов одного НКА и трех РРНТ сведены в таблицу 1. Время накопления в корреляторах АПРС Т- 1 мс.

Анализ данных из таблицы 1,. а также скорости сходимости одноэтапных алгоритмов АПРС № 2 и 1, показал, что при относительно малых уровнях мощности ретранслированных сигналов (менее 35 дБГц) обработка ПС в АПРС уменьшает время сходимости фильтра и одновременно снижает погрешность определения координат. Тем не менее, стационарные потребители могут определять координаты с погрешностью менее 5 м (СКО) при совместной обработке сигналов одного НКА и трех РРНТ даже без использования ПС (алгоритм №2) при увеличении времени когерентного накопления отсчетов коррелятора.

По результатам моделирования двухэтапного алгоритма №3 установлено, что оценки координат и скорости в целом не уступают по точности одноэтапному алгоритму №1. Однако реализация в АПРС комплексной первичной обработки ретранслированных сигналов НКА невозможна без использования ПС.

Для исследования эффективности использования одной РРНТ в для дифференциальной коррекции координат одноэтапные алгоритмы № 1 и 2 были модифицированы с добавлением в состав ВС компонент А (вектора поправок). При моделировании априорная величина поправок к псевдодальностям отличалась от «истинных» значений по разным НКА на 5...Юм.

Моделирование показало, что одноэтапный алгоритм с обработкой ПС позволяет снизить погрешность определения пространственных координат до уровня менее 1,0 м (СКО) за счет совместной фильтрации коррелированных составляющих погрешностей псевдодальностей при условии приема в АПРС не менее трех прямых сигналов НКА и переизлучении этих сигналов одной РРНТ.

Также исследовалась возможность исключения ПС из числа наблюдаемых сигналов РРНТ. Модификация алгоритма № 2 с расчетом поправок, но без использования ПС работоспособна при условии приема в АПРС более 4 сигналов НКА как напрямую, так и после их ретрансляции. Установлено, что использование ПС существенно ускоряет время сходимости многомерного фильтра. Тем не менее, для потребителей, которые могут оставаться неподвижными длительное время (более 5 минут), и без обработки ПС возможно уточнение координат по сигналам РРНТ до уровня менее 1,5 м (СКО).

В третьей главе синтезированы алгоритмов навигационных определений при использовании Р в системах ВТИ динамичных объектов (ДО). С учетом изменения вектора ускорений ДО для АПРС уточнен вид выражений динамики псевдофаз ретранслированных сигналов НКА и ПС в дискретном времени.

Синтез одноэтапных (когерентных и некогерентных) и двухэтапных (только когерентных) алгоритмов обработки прямых и ретранслированных сигналов СРНС, а также ПС проведен для стационарного АПРС (с известными координатами приемных антенн) при использовании в системе ВТИ аналогового широкополосного Р с модуляцией ПС по фазе только дальномерным кодом.

Для одноэтапного некогерентного алгоритма принят ВС следующего вида

Таблица 1

№ алгоритма СКО координат и высоты, м

X У н

1 0,34 0,30 0,51

2 1,29 1,09 1,74

3 0,45 0,40 0,80

хк =|хх>м . х.ТАр,к хТДа,к ~^Др,к ' (6)

где хВр, хУр, хАр - вектора координат, скорости и ускорения Р соответственно;

I

хДрк = \Д'р к у'рк\ ~ вектор, характеризующий сдвиг ШВ и частоты ОГ в Р; Я11к -

дополнительная переменная, связанной с фазой ПС.

Общая структура одноэтапного алгоритма АПРС системы ВТИ для совместной обработки сигналов НКА и Р в некогерентном режиме представлена на рисунке 3.

Рисунок 3

Векторный дискриминатор ВС этого алгоритма и сглаживающий фильтр аналогичны по форме с рисунком 1. Как и в одноэтапных алгоритмах из главы 2, опорные сигналы для корреляторов формируются на основании использования всех компонент ВС. Основными отличиями этого одноэтапного алгоритма являются: учет в матрице связи с(х) компонент вида 8Кр1дхр для учета изменения направляющих косинусов линии визирования Ир, а также компенсация ПС в канале оценки параметров ретранслированных сигналов. Как известно, алгоритмы компенсационного типа могут быть существенно упрощены при условии малой величины взаимной корреляционной функции между сигналом и помехой (ПС в данном случае). Именно такое допущение было использовано при синтезе одноэтапного алгоритма АПРС системы ВТИ для совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов в когерентном режиме.

. ■ ■.. Для одноэтапного когерентного алгоритма принят ВС следующего вида

Т т т ~

хк " \хйр.к ХУр,к ХАр,к хДа,к хДр,к КИ,к ^(¡,к Кс1р,к\ >

где Й^ к, Й^ к - дополнительные компоненты ВС (псевдофазы) для прямых и ретранслированных сигналов НКА соответственно.

Общая структура одноэтапного когерентного алгоритма АПРС для совместной обработки прямых, ретранслированных сигналов НКА и ПС в целом соответствует схеме на рисунке 3 с учетом увеличения размерности ВС (7) и исключения канала компенсации ПС. В когерентном режиме АПРС размер ВС (7) для одного Р составляет 14+ЛМ-АТ, т.е. превышает на суммарное количество прямых К и переизлученных N сигналов НКА размер ВС (6) некогерентного алгоритма. Это затрудняет практическую реализацию од-ноэтапных алгоритмов фильтрации путем модернизации АП для систем ВТИ.

Поэтому для двухэтапного алгоритма АПРС системы ВТИ были синтезированы два алгоритма первичной обработки сигналов Р: простейший - с предварительной обработкой ПС и отдельной (по каждому из каналов) обработкой РНП ретранслированных сигналов, а также более сложный - с комплексной фильтрацией РЖ всех ретранслированных сигналов совместно с ПС. Структуры дискриминаторов РНП в одноэтапном, так и в двухэтапном алгоритмах совпадают, поскольку вид сигнальных функций в приемнике АПРС не меняется.

В когерентном алгоритме первичной совместной обработки РНП всех сигналов одного Р оценки суммарных псевдозадержек формируется комплексным фильтром за задержкой огибающей и фазы ретранслированных сигналов НКА, что не требует привлечения оценок псевдофаз для дополнительного сглаживания псевдозадержек на этапе вторичной обработки. Псевдозадержка ПС, формируемого без метки времени, для решения НВО не используется, однако ПС используется для совместной фильтрации ДСЧ ретранслированных сигналов. В результате формируются оценю! радиальных псевдоскоростей от Р до НКА, по которым на этапе вторичной обработки рассчитываются составляющие вектора скорости Р и поправки к частоте ОГ в Р.

Исследования характеристик синтезированных алгоритмов АПРС системы ВТИ проводилось методом имитационного моделирования с помощью ПММ, аналогичной по структуре и функциям модели рассмотренной в главе 2.

Для анализа характеристик синтезированных алгоритмов использовались как модели траекторий объекта, так и запись реального полета реактивного снаряда (РС) калибра 300 мм, с ускорением на активном участке до =120 м/с2.

С целью сравнения погрешностей определения траектории с использованием АПРС (по прямым и ретранслированным сигналам НКА) и бортовой АП (только по прямым сигналам НКА) был использован параллельный расчет координат и вектора скорости объекта, например с помощью двух одноэтапных алгоритмов фильтрации, результаты которого приведены в таблице 2.

Таблица 2

ГФ АПРС Бортовая АП

'<т.,м аТ, м

~2,9 1,0 0,7 1,9 0,8 1,0 1,3

~6 2,0 0,8 1,0 3,7 0,7 1,7

=12 1,9 0,8 2,9 4Д 1,0 4,4

=15 2,6 1,9 1,1 8,4 2,2 1,4

Моделирование показало, что одноэтапный некогерентный алгоритм АПРС работоспособен при наблюдении с борта объекта всего трех НКА, когда бортовая АП обычно уже не работает без поддержки других средств измерения (бародатчик, ИНС и т.п.). В

этом случае СКО оценок координат траектории РС не превышало 2,5 м, а СКО оценок составляющих скорости было менее 3 м/с.

Для сравнения с этими результатами работа алгоритма когерентной обработки, сигналов в АПРС также моделировалась с использованием только трех ретранслированных сигналов НКА. На рисунке 4 показано изменение во времени погрешности координат и компонент вектора скорости РС на начальном участке его траектории.

Рисунок 4. Погрешности оценки координат (а) и компонент вектора скорости РС (6) для когерентной обработки сигналов в АПРС

Из рисунка 4 видно, что алгоритм совместной когерентной обработки прямых, ретранслированных сигналов НКА и ПС позволяет определять параметры движения РС с достаточной точностью даже на участке разгона. Скачок ускорения (при выключении двигателя на 5-й секунде) не приводит к срыву сопровождения по фазе ретранслированных сигналов НКА. Погрешность оценки скорости в когерентном алгоритме АПРС по сравнению с некогерентным меньше в 5...10 раз в зависимости от значения ГФ и отношения сигнал/шум.

По результатам моделирования когерентных одноэтапного и двухэтапного (с комплексной первичной обработкой сигналов Р) алгоритмов АПРС погрешности координат й скорости РС оказались близки и не превысили 2 м и 1 м/с соответственно.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований и описание макетов системы ВТИ с ретрансляцией сигналов НКА. Аппаратура создана в МГТУ им. Н.Э. Баумана при непосредственном участии автора в период 1995-2008 г.г. С целью упрощения аппаратуры Р и сужения полосы частот ретранслируемых сигналов в этих макетах использовались сигналы СРНС GPS. В первых образцах аппаратуры канала ретрансляции использовался узкополосный ПС в виде немодулированной синусоиды. Эта аппаратура прошла разносторонние испытания, в том числе на вертолете. С учетом выявленных в ходе эксперимента ограничений, присущих схеме с узкополосным ПС, был разработан усовершенствованный вариант канала ретрансляции с использованием широкополосного ПС с модуляцией по фазе несущей дальномерным кодом.

Все макеты использовали только двухэтапные алгоритмы обработки сигналов Р в АПРС разработанной на основе отечественных образцов АП, структура алгоритмов которой не позволяет реализовать одноэтапные алгоритмы.

Макет системы ВТИ на основе первого варианта Р с широкополосным ПС прошел метрологическую аттестацию в 32 ГНИИИ МО РФ в 2003 г. По результатам аттестации для АПРС получены погрешности определения, абсолютных координат (не более 2 м СКО) и вектора скорости (не более 0,1 м/с СКО) соответствующие погрешностям эталонной АП. Погрешность измерения относительных координат в АПРС - не более 0,6 м (СКО).

Натурные испытания аппаратуры макета канала ретрансляции разработанного в рамках НИР «Штифт», проходившие на территории филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Дмитров, МО) в 2008 г. подтвердили работоспособность макета и его соответствие заданным техническим характеристикам. По результатам обработки более 400 измерений, полученных в АПРС для стационарного объекта, погрешности координат и высоты составили 2.. .7 м. В качестве динамичного объекта использовался легковой автомобиль, двигавшийся по дороге с твердым покрытием со скоростью до 36 м/с. По результатам обработки измерений скорости автомобиля ошибка составила -0,02...0,04 м/с (СКО), координат - не более 7 м.

Метрологические характеристики АПРС, полученные при первичной аттестации макета канала ретрансляции, а также оценки погрешностей РНП ретранслированных сигналов по результатам натурных испытаний в целом хорошо согласуются с оценками этих параметров, полученных по результатам расчетов и имитационного моделирования двухэтапных алгоритмов.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты работы, приведенные ниже.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. С учетом особенностей возможных приложений в навигации в качестве основных выбраны метод ретрансляции путем переноса спектра исходного сигнала НКА на другую несущую частоту и соответствующая схема широкополосного аналогового ретранслятора. Для компенсации дрейфа частоты опорного генератора ретранслятора, предусмотрена трансляция потребителю фазоманипулированного пилот-сигнала, формируемого от этого генератора. В идеальном случае такая схема полностью сохраняет информацию о значениях радионавигационных параметров сигналов НКА в точке расположения ретранслятора и позволяет использовать для совместной обработки в АПРС все доступные параметры сигналов Р (включая пилот-сигнал): задержка, доплеровский сдвиг частоты, фаза несущей сигнала).

2. Установлено, что статистические модели радиоканалов прямых и ретранслированных сигналов от НКА СРНС во многом совпадают. Однако навигационные функции прямых и ретранслированных сигналов отличаются и зависят от способа использования ретранслятора в системе ВТИ или в качестве РРНТ. В частности, модели динами,-. ки псевдозадержки и псевдофазы в ретранслированных сигналах в общем случае не совпадают с моделями, описывающими прямые сигналы НКА, что связано с влиянием нестабильности опорного генератора в аналоговом ретрансляторе.

3. Показано, что для местоопределения ретранслятора наиболее целесообразно использовать суммарнопсевдодальномерных и суммарнопсевдодоплеровских методов.. Для местоопределения объектов по сигналам РРНТ целесообразно объединение псевдо-дальномерных и псевдодоплеровских измерений.

4. Установлено, что бюджеты погрешностей измерения радионавигационных

параметров прямых и ретранслированных сигналов НКА не имеют существенных отличий, следовательно, при навигационно-временньк определениях по ретранслированным сигналам достижима точность, близкая к точности НЮ по прямым сигналам НКА, СКО не более 5 м по каждойиз координат.

5. Проведенный анализ показал, что применение РРНТ позволяет потребителям круглосуточно проводить навигационные определения в локальных районах при снижении количества йспользуемьйс-НКА до одного, а также повысить точность НЕЮ за счет использования режимов относительных измерений и дифференциальной коррекции до 1 м (СКО) Но каждой из координат.

6. На основе теории оптимальной нелинейной фильтрации для аппаратуры потребителя, работающей по сигналам РРНТ, синтезированы:

- оптимальные одноэтапные алгоритмы комплексной когерентной совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА для НВО, а также дифференциальной коррекции координат;

- оптимальный алгоритм комплексной первичной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА и совместно с пилот-сигналом для двухэтапного когерентного режима работы АПРС.

7. Разработаны программы имитационного моделирования аппаратуры приема и обработки сигналов НКА и ретрансляторов, позволяющие исследовать характеристики полученных алгоритмов в режиме слежения за сигналами.

8. В результате имитационного моделирования установлено, что использование синтезированных одноэтапных алгоритмов позволяет потребителю:

- определять координаты с погрешностью менее 5 м (СКО) при обработке сигналов одного НКА и трех РРНТ даже без использования пилот-сигналов;

- получать оценку координат, высоты и поправки к шкале времени потребителя при использовании сигналов одной РРНТ при условии приема в АПРС не менее трех прямых- сигналов НКА;

- снизить погрешность НВО до уровня менее 1,0 м (СКО) за счет одновременной оценки в одноэтапном алгоритме коррелированных составляющих псевдодальностей, при условии приема не менее трех прямых сигналов НКА и переизлучении этих сигналов одной РРНТ.

9. Для приемной аппаратуры измерительного пункта системы ВТИ с ретранслятором сигналов НКА в качестве бортовой аппаратуры синтезированы:

- оптимальные одноэтапные алгоритмы совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов СРНС, а также пилот-сигнала от ретранслятора для некогерентного и когерентного режимов работы;

- оптимальный алгоритм комплексной первичной обработки ретранслированных сигналов СРНС совместно с пилот-сигналом для двухэтапного когерентного режима работы АПРС.

• 10. В результате моделирования установлено, что использование одноэтапных алгоритмов для системы ВТИ высокодинамичных объектов позволяет:

- в некогерентном режиме сопровождения не менее 4 ретранслированных сигналов НКА оценивать координаты и вектор скорости объекта с погрешностью (СКО) не более 2 м и 2 м/с соответственно, а при ретрансляции 3 сигналов НКА совместно с пилот-сигналом определять координаты траектории в пространстве с погрешностью не более Зм (СКО);

- снизить, погрешность оценки составляющих вектора скорости объекта в когерентном режиме сопровождения сигналов в АГ1РС до 0,1 м/с и менее.

11. По результатам моделирования двухэтапного алгоритма АПРС системы ВТИ (когерентный режим с комплексной первичной обработкой сигналов ретранслятора) погрешности координат и скорости не превысили 2 м и 1 м/с (СКО) соответственно, т.е. не больше погрешностей одноэтапного алгоритма.

12. Разработаны, изготовлены и исследованы макеты каналов ретрансляции для систем ВТИ для экспериментальной отработки алгоритмов по реальным ретранслированным сигналам НКА GPS и пилот-сигналу. Оценки погрешностей НП ретранслированных сигналов по результатам натурных испытаний в целом хорошо согласуются с оценками этих параметров, полученных по результатам имитационного моделирования двухэтапных алгоритмов. Это доказывает возможность построения высокоточной системы ВТИ на основе использования ретрансляторов сигналов НКА. Точностные характеристики одного из макетов подтверждены при аттестации в 32 ГНИИИ МО РФ.

В приложениях приведены: анализ градиентов полей НП различных методов с использованием ретранслированных сигналов, подробные математические результаты по синтезу рассмотренных в диссертации алгоритмов.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Пудловский В.Б., Власов И.Б. Экспериментальные исследования ретранслятора сигналов GPS // Спутниковые системы связи и навигации: Труды международной н.-т. конф. Красноярск. 1997. С. 156.

2. Власов И.Б., Пудловский В.БЛокальная дифференциальная подсистема СРНС на базе ретрансляторов // Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов международной конф. Воронеж. 2003. С. 1656-1665. ' ■ .

3. Власов И.Б., Завгородний Д.В., Пудловский В.Б. Экспериментальные исследования погрешности измерения навигационных параметров ретранслированных сигналов СРНС // Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов международной конф. Воронеж.

2003. с. 1646-1656.

4. Пудловский В.Б., Слюсарев В.В. Особенности построения локальной мобильной дифференциальной подсистемы на базе ретрансляторов сигналов навигационных спутников // «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» (НО-2004). Пятая Российская н.-т. конф.: Сборник докладов. Санкт-Петербург. 2004. С. 219 - 223.

5. Методика и результаты аттестации канала ретрансляции сигналов СРНС/ И.Б. Власов., Пудловский В.Б [и др.] // Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов международной конф. Воронеж. 2004. С. 1674-1684.

6. Пудловский В.Б. Особенности оценки радионавигационных параметров при совместной обработке прямых и ретранслированных сигналов СРНС // Радиооптические технологии в приборостроении: Тезисы докладов II Всероссийской н.-т. конф. Сочи.

2004. С. 72-73.

7. Пудловский В.Б. Сравнение потенциальной точности ВТИ на основе сигналов СРНС с ретрансляцией или бортовой АП. // Радиооптические технологии в приборостроении: Тезисы докладов III Всероссийской н.-т. конф. г. Сочи. 2005. С. 146.

8. Власов И. Б., Пудловский В.Б. Особенности использования ретранслированных сигналов СРНС // Вестник МГТУ. 2005. С. 147-160.

9. ПуддрвскийДБ., Пельтин A.B. Одноэтапный алгоритм фильтрации траектории ретранслятора сигналов СРНС // Радиотехника. 2007. №7. С. 91-101.

10. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Исследование характеристик систем, использующих ретранслированные сигналы СРНС // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI Всероссийской н.-т. конф. Туапсе. 2008. С. 60-62.

11.' Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Дифференциальная коррекция координат на основе одноэтапного алгоритма совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов СРЙС // Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов международной конф. Воронеж. 2008. С. 2053 - 2060.

12. Харисов В.Н., Пудловский В.Б., Оганесян A.A. От слежения за радионавигационными параметрами сигналов СРНС к слежению за координатами // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI Всероссийской н.-т. конф. Туапсе. 2008. С.70-76.

13. Аппаратура канала ретрансляции сигналов СРНС / И.Б. Власов., Пудловский В.Б [и др.] // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI Всероссийской н.-т. конф. Туапсе. 2008. С. 65-69.

14. Харисов В.Н., Пудловский В.Б„ Оганесян A.A. Одноэтапные алгоритмы для улучшения характеристик навигационных определений, в СРНС // Радиотехника. 2008. № 7. С. 13-18.

15. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Одноэтапный когерентный алгоритм фильтрации координат и скорости ретранслятора сигналов спутниковых радионавигационных систем//Вестник МГТУ. 2009. С. 158-166.

16. Радионавигационная система: а.с. 328888 СССР / В.Б. Пудловский, В.П. Ткач за-явл.28.04.1990; опубл. 01.08.1991.

17. Способ радионавигации: заявка 92006249 РФ / В.Б. Пудловский, В.П. Ткач заявл. 20.11.1992; опубл. 20.11.1995.

Подписано к печати 5.11.09. Заказ №670 Объем 1,0 печ.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 (499) 263-62-01

Перечень сокращений.

Список обозначений. ^ 3

Глава 1. Особенности приема и обработки ретранслированных сигналов

1.1. Общие принципы обработки сигналов в аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем.

1.1.1. Навигационные параметры и функции сигналов СРНС.

1.1.2. Модель сигнала НКА СРНС.

1.1.3. Методы и алгоритмы навигационно-временных определений в аппаратуре потребителей по сигналам НКА.

1.2. Навигационные параметры и функции сигналов в АПРС.

1.2.1. Статистические модели каналов передачи прямых и ретранслированных сигналов СРНС.

1.2.2. Анализ и классификация основных типов ретрансляторов радионавигационных сигналов.

1.2.3. Модели сигналов, навигационные и радионавигационные параметры сигналов в АПРС.

1.3. Методы навигационно-временных определений с использованием ретранслированных сигналов СРНС.

1.3.1. Дальномерные методы определения координат при использовании только ретранслированных сигналов.

1.3.2. Доплеровские методы определения скорости и координат при использовании только ретранслированных сигналов.

1.3.3. Совместное использование прямых и ретранслированных сигналов НКА.

1.3.4. Сравнительный анализ способов определения координат по прямым и ретранслированным сигналам СРНС.

1.4. Выводы по главе 1.

Глава 2. Алгоритмы навигационных определений на основе прямых и ретранслированных сигналов СРНС при использовании ретранслятора в качестве опорной радионавигационнои точки.

2.1. Особенности построения ОРНТ на базе ретрансляторов.^

2.1.1. Основные задачи, решаемые с использованием РРНТ.

2.1.2 Выбор схемы ретрансляции сигналов для РРНТ.

2.1.3. Особенности использования сигналов РРНТ для дифференциальной коррекции.

2.2. Синтез оптимальных алгоритмов совместной обработки прямых и

ЛПТ1Л со ретранслированных сигналов СРНС для навигационных определении

2.2.1. Выбор и обоснование модели динамики компонент вектора состояния потребителя.

2.2.2. Синтез одноэтапного алгоритма совместной когерентной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА.

2.2.3. Синтез двухэтапного алгоритма совместной когерентной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА.

2.2.4. Синтез алгоритмов дифференциальной коррекции при совместной обработке прямых и ретранслированных сигналов СРНС.

2.3. Моделирование и сравнительная оценка потенциальной точности

НВО с использованием РРНТ.

2.3.1. Моделирование погрешностей навигационных определений наземных потребителей с использованием РРНТ.

2.3.2. Моделирование погрешностей относительных измерений при совместной обработке прямых и ретранслированных сигналов СРНС.

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. Алгоритмы навигационных определений при использовании ретрансляторов в системах внешнетраекторных измерений динамичных объектов. ^

3.1. Выбор и обоснование схемы ретрансляции сигналов СРНС для системы ВТИ.

3.2. Синтез оптимальных алгоритмов обработки прямых и ретранслированных сигналов СРНС в системах внешнетраекторных измерении.

3.2.1. Выбор и обоснование модели динамики компонент вектора состояния для АПРС системы ВТИ.

3.2.2. Синтез одноэтапного алгоритма совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов СРНС в некогерентном режиме для АПРС системы ВТИ.

3.2.3. Синтез одноэтапного алгоритма совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов СРНС в АПРС в когерентном режиме.

3.3. Синтез двухэтапных алгоритмов обработки ретранслированных сигналов НКА для системы ВТИ.

3.3.1. Синтез алгоритмов первичной обработки ретранслированных сигналов в когерентном режиме для систем ВТИ.

3.3.2. Особенности алгоритмов вторичной обработки ретранслированных сигналов для ВТИ.

3.4. Моделирование и сравнительная оценка потенциальной точности системы ВТИ с использованием ретрансляторов сигналов СРНС. ^^

3.4.1. Моделирование погрешностей навигационных определений высокодинамичных JIA в системе ВТИ.

3.4.2. Сравнительная оценка эффективности использования ретрансляторов сигналов СРНС в системах ВТИ.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований ретрансляционной аппаратуры.

4.1. Результаты испытаний ретранслятора с узкополосным пилотсигналом.

4.2. Результаты исследований ретранслятора сигналов НКА с широкополосным пилот - сигналом. ^^

4.2.1. Аппаратура БРМ.

4.2.2. Аппаратура приема ретранслированных сигналов.

4.2.3. Результаты испытаний в 32 ГНИИИ МО РФ.

4.2.4. Результаты натурных испытаний макета канала ретрансляции

4.3. Внедрение результатов диссертационной работы.

4.4. Выводы по главе 4.

Радионавигация как самостоятельная область радиотехники насчитывает уже более 60 лет, однако только в последние 30 лет, с появлением спутниковых радионавигационных систем (СРНС) второго поколения ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США) [1, 2], была решена проблема создания глобального непрерывного во времени и пространстве радионавигационного поля, обеспечивающего близкие к теоретическому пределу точности определения координат объектов, в том числе высокодинамичных.

В настоящее время спутниковая радионавигация рассматривается как одна из важнейших высоких технологий, обеспечивающих информационную независимость и безопасность государства. Федеральная целевая программа «ГЛОНАСС», предусматривают широкое внедрение современных достижений технологии СРНС в системы специального, двойного и гражданского назначения [60].

Опыт эксплуатации СРНС дает все основания утверждать, что основные принципы их построения и функционирования - среднеорбитальная группировка навигационных космических аппаратов (НКА), высококогерентные широкополосные навигационные сигналы, совместное использование дальномерных, доплеровских и фазовых методов навигационно-временных определений (НВО), являются оптимальными или близкими к ним, а сами эти системы на момент их создания представляли собой высшую точку развития радионавигации.

Дальнейший прогресс в области повышения качества НВО (точности, доступности, достоверности [3, 4]) связан, во-первых, с развитием структуры СРНС (как в целом, так и ее составных частей), а во-вторых - с разработкой более совершенных методов и алгоритмов НВО.

Развитие структуры СРНС второго поколения в настоящее время идет по пути создания так называемых средств функциональных дополнений (СФД), как космического базирования (геостационарные спутники действующих и развертываемых систем WAAS, EGNOS, MSAS, IRNSS, СДКМ [5, 6]), так и наземных (контрольно-корректирующие станции (ККС) различных дифференциальных подсистем (ДПС).

В локальных районах, где требуется повышенное качество НЕЮ (например - в зонах крупных аэропортов), либо низка доступность сигналов НКА и ДПС (например — в горной местности), актуальным является использование радионавигационных полей, создаваемых другими источниками навигационных сигналов, выполняющими функции дополнительных опорных радионавигационных точек (ОРНТ). Наиболее известным вариантом СФД такого класса являются псевдоспутники (в англоязычной литературе -pseudolite) [7-14] - неподвижные источники навигационных сигналов, по структуре и параметрам аналогичные сигналам НКА. В данной диссертации исследуется другой вариант решения той же задачи: СФД на основе ретрансляторов сигналов НКА (в англоязычной литературе — synchrolite [8]). Как будет показано, применение ретрансляторов позволяет при минимальных финансовых и аппаратурных затратах решить многие практически важные задачи.

Совершенствование методов и алгоритмов НВО для аппаратуры потребителей (АП) СРНС идет по нескольким направлениям.

Прежде всего, отметим быстрое развитие различных вариантов дифференциальных (относительных) измерений, основанных на совместной обработке информации, извлекаемой из сигналов НКА и СФД. За счет такой обработки удается устранить, или, по меньшей мере, уменьшить коррелированную составляющую погрешности измерения радионавигационных параметров (РНП), и, соответственно, повысить точность НВО (см. далее).

Одновременно активно развиваются методы и алгоритмы, позволяющие повысить эффективность обработки радионавигационных сигналов на всех ее основных этапах, а именно:

- при пространственной, временной и спектральной обработке сигналов в радиочастотном блоке [15, 16];

- при поиске и обнаружении сигнала устройствами оптимальной (согласованной) фильтрации [17, 18];

- при оценке радионавигационных параметров (РНП), навигационных параметров (НП) или (и) параметров вектора состояния (ВС) потребителя в следящих измерителях.

Методы, отнесенные к первым двум группам, в данной работе не рассматриваются. Предметом диссертации являются методы и алгоритмы обработки сигналов НКА в устройствах фильтрации НП или ВС. В настоящее время эти методы развиваются в основном в направлении комплексной фильтрации задержки кода совместно с фазой несущей и/или доплеровского сдвига частоты (ДСЧ), что позволяет существенно снизить погрешности НВО [3, 18-21]. При этом наряду с традиционными алгоритмами НВО, предполагающими разделение процесса оценки пространственных координат и других составляющих ВС потребителя на два этапа - первичную (выделение и фильтрацию РНП) и вторичную (фильтрацию НП и компонент ВС) обработку, большое внимание уделяется одноэтапным алгоритмам совместной обработки совокупности измерений РНП по всем доступным сигналам СРНС [19-31]. В отличие от двухэтапных алгоритмов решения навигационной задачи (НЗ), являющихся по сути эвристическими, интенсивно развиваемые в настоящее время одноэтапные алгоритмы базируются на результатах оптимального синтеза общей для всех наблюдаемых НКА замкнутой системы слежения за компонентами ВС потребителя [25, 26, 28, 29] (см. ниже).

Именно такой подход выбран в данной диссертации для обработки ретранслированных сигналов НКА с целью повышения качества НВО. Используемые в этом случае алгоритмы должны обеспечивать не только обработку сигналов, полученных от ретрансляторов, но и совместную обработку «прямых» (принимаемых непосредственно от НКА) и ретранслированных сигналов. Поэтому в диссертации синтезу и анализу одноэтапных алгоритмов обработки навигационных сигналов уделено большое внимание.

Таким образом, в качестве основных направлений исследований в данной диссертации избраны:

- на системно-структурном уровне — особенности построения и использования СФД СРНС на основе ретрансляторов сигналов НКА;

- на программно-алгоритмическом уровне — анализ методов НЕЮ с использованием ретранслированных и прямых сигналов НКА, а также синтез оптимальных алгоритмов обработки этих сигналов.

Уточним используемую в работе терминологию.

Под общим термином «ретранслятор» в радиотехнической литературе обычно понимают достаточно широкий класс устройств, реализующих функции приема и переизлучения сигналов. В частности, применительно к системам связи различают ретрансляторы без обработки сигналов, в которых осуществляется только перенос сигнала по спектру; и ретрансляторы с частичной и полной обработкой сигналов, под которыми понимают соответственно операции согласованной фильтрации без принятия решения о переданном символе или регенерации переданных символов с принятием таких решений [32].

Отличие радионавигационных систем состоит в том, что РНП сигналов НКА (задержка, доплеровский сдвиг и фаза несущей), по которым определяется ВС потребителя, формируются непосредственно в процессе распространения сигнала на всем протяжении трассы «НКА - потребитель». Выделение этих параметров в какой либо промежуточной точке трассы с точки зрения потребителя, находящегося в другой точке, лишено смысла, поскольку выделенные параметры не могут быть использованы для оценки его ВС.

Поэтому основным объектом исследований в данной работе является ретранслятор без обработки сигнала, т.е. устройство, осуществляющее прием, преобразование и переизлучение сигналов СРНС с полным сохранением спектра исходных (принятых) сигналов НКА. Некоторые варианты схем ретрансляторов сигналов НКА, в которых производится преобразование (сужение) спектра принятого сигнала [34-36], конспективно описаны ниже (см. раздел 1.2.2.).

В патентной и научно-технической литературе [34-54, 61] описаны два основных варианта применения ретрансляторов (далее по тексту — «Р») сигналов НКА СРНС.

1. Использование Р, координаты которого известны с высокой точностью, в качестве дополнительной ОРНТ (далее по тексту — «Ретрансляционная радионавигационная точка, РРНТ»). В этом случае потребители, принимающие сигналы РРНТ, могут определять свой ВС на основе как прямых, так и ретранслированных сигналов, а также путем их совместной обработки. В последнем случае непосредственно в АП появляется возможность расчета дифференциальных поправок к результатам НВО, выполненных на основе обработки только прямых сигналов НКА (подробнее см. раздел 2).

В литературе описан ряд систем, реализующих такой подход [51-56]. В частности, в работах [51-54] рассмотрены системы и способы повышения качества НВО во время посадки летательных аппаратов (JIA) с использованием ретранслированных сигналов СРНС, в том числе и в дифференциальном (относительном) режиме. Фактически Р в этом случае совмещает функции двух гораздо более сложных и дорогих устройств — псевдоспутника и ККС. В патенте [55] предлагается система на базе Р в комбинации с интерферометром, что позволяет определять угловое отклонение заходящего на посадку JIA от глиссады. В ряде современных зарубежных работ по радионавигации Р рассматривается как средство создания вторичного радионавигационного поля внутри помещений и зданий [57].

2. Использование Р в системах внешнетраекторных измерений (ВТИ) для определения ВС объекта. Положение объекта, на борту которого установлен

Р, определяется путем приема и обработки ретранслированных сигналов, в том числе совместно с прямыми сигналами НКА. Координаты точки приема этих сигналов (наземного измерительного пункта - НИП) в этом варианте, как правило, считаются известными.

Данный вариант применения Р получил даже большее развитие, чем первый. Именно с задачами ВТИ для полигонных испытаний связаны первые разработки аппаратуры, реализующей принцип ретрансляции сигналов СРНС [37,41].

Рассмотрим основные направления в развитии технических средств ВТИ, использующих сигналы СРНС в ходе испытаний образцов В и ВТ.

Первое направление (см. рисунок 1), предусматривает размещение на борту объекта (например - ЛА) комплекта АП, которая определяет ВС носителя [124]. Для передачи результатов навигационных измерений на НИП требуется соответствующий канал связи с пропускной способностью 1-10 кбит/с. (Для возвращаемых объектов возможна также регистрация и хранение результатов навигационных измерений непосредственно на борту и их обработка по окончании эксперимента).

Сч/ НКАг

НКА,

НКА,

НКА, / лУ= „ г--- ' у ✓ / ж V '

Аппаратура потребителя эталонная

Блок совместной обработки

Приемник телеметрии

НИП

4 / V

I--------">

I Радиолиния I Летательный аппарат с / бортовой АП / у / /

Аппаратура потребителя бортовая Накопитель

Передатчик Радиомодем телеметрии объект

Рисунок 1

Второе направление (рисунок 2) предусматривает установку на борту объекта ретранслятора сигналов НКА, которые после переноса их спектра на другую несущую частоту передаются на измерительный пункт для дальнейшей обработки в аппаратуре приема ретранслированных сигналов (АПРС). Сигналы от Р, принятые АПРС, имеют задержку и частотный сдвиг относительно прямых сигналов НКА, обусловленные соответственно суммой дальностей «НКА - Р» и «Р - АПРС» и суммой ДСЧ, возникающих при движении Р относительно НКА и АПРС. Измеряя эти РНП можно однозначно определить текущее местоположение и параметры движения объекта.

Рисунок 2

Начиная с 70-х г.г. 20 века в США был выполнен целый ряд программ по созданию систем ВТИ с использованием Р сигналов СРНС GPS. К ним относятся система SATRACK, предназначенная для полигонных испытаний МБР подводных лодок TRIDENT, система TSPI, предназначенная для испытаний разнообразных подвижных средств ВВС, ВМФ и Армии США, системы, созданные в рамках программы ERIS, и ряд других [37-42].

Отечественные разработки в указанных направлениях [60, 61, 119], не получили пока должного развития.

Опыт использования таких систем в то время подтвердил их высокую технико-экономическую эффективность и наличие у них ряда преимуществ перед традиционными системами ВТИ. В этой связи необходимо отметить, что на начальном этапе развертывания и использования СРНС основными аргументами в пользу применения на невозвращаемых малоразмерных объектах ретрансляционного варианта ВТИ были относительная дешевизна, простота, небольшие вес и габариты бортовой аппаратуры (ретранслятора). Массогабаритные и стоимостные характеристики «полномасштабной» АП в то время исключали возможность ее применения на борту малоразмерных невозвращаемых объектов; такая аппаратура применялся в основном на средствах пилотируемой авиации, а также на крупных невозвращаемых объектах, стоимость которых существенно превышала стоимость одного комплекта АП.

В настоящее время, когда серийно выпускаются модули АП весом менее 10 г и стоимостью менее 50 долл. США [58-59], эти преимущества Р в значительной степени утрачены. Для многих приложений наиболее экономичным решением в современных условиях является установка на борту объекта такого модуля и организация канала передачи координатно-временной информации на НИП [124].

Однако для ВТИ высокодинамичных объектов такое решение приемлемо далеко не всегда из-за свойственных большинству типов АП особенностей аппаратурных и алгоритмических решений, которые ограничивают рабочий диапазон бортового приемника по скорости и ускорению, требуют времени на поиск и перезахват сигналов НКА, не позволяют повысить точность и темп навигационных измерений без привлечения дополнительной информации. Для некоторых объектов, например - артиллерийских снарядов, попытки решить задачу ВТИ путем размещения на борту снаряда АП и канала передачи данных наталкивается на ряд дополнительных проблем, обусловленных прежде всего вращением снаряда во время полета, что приводит к усложнению и удорожанию бортовой аппаратуры. По-видимому, для таких объектов применение АП на борту оправдано в случаях, когда результаты HB О используются не только на НИП, но и непосредственно в контуре управления объекта (например - в корректируемых боеприпасах).

Таким образом, применение ретрансляционных методов в системах ВТИ во многих случаях оказывается наиболее рациональным решением задачи. При этом не менее важной, чем создание соответствующей аппаратуры, является задача разработки программно-алгоритмического обеспечения, учитывающего особенности задачи НВО с использованием ретранслированных сигналов.

Единую методическую основу для решения указанной задачи дает теория оптимальной линейной и нелинейной фильтрации марковских процессов. Общая теория статистического синтеза оптимальных (по различным критериям) линейных и нелинейных алгоритмов оценивания и фильтрации марковских процессов развита в работах А.Н. Колмогорова, Н. Винера, P.E. Калмана, Р.Л. Стратоновича. Заметный вклад в применение этой теории в радиотехнических системах внесли работы В.И. Тихонова, В.Н. Харисова [17], С.М. Ярлыкова [62, 63], А.И. Перова [20], а также Э.Сейдж и Дж. Меле [64], на основе которых был получен целый ряд новых эффективных алгоритмов фильтрации сигналов и обработки навигационной информации для АП СРНС [24-29].

Однако работы посвященные синтезу алгоритмов оптимальной обработки ретранслированных сигналов НКА встречаются крайне редко. Среди отечественных публикаций можно выделить работы [52-53], в которых описаны методы НВО с использованием ретранслятора сигналов НКА, а также диссертацию [51], содержащую синтез алгоритма первичной обработки для АП в частном случае приема только одного ретранслированного сигнала.

Публикации, где затрагиваются теоретические аспекты совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов и вопросы анализа и синтеза соответствующих оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов практически отсутствуют.

Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью проработки комплекса не исследованных до сих пор теоретических вопросов, связанных с синтезом и анализом оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов обработки сигналов, принимаемых от неподвижных и подвижных Р, а также алгоритмов обработки этих сигналов совместно с прямыми сигналами НКА. Кроме того, большой практический интерес представляет исследование структуры и возможности реализации СФД СРНС на основе ретрансляторов сигналов НКА.

Обзор результатов известных работ в области оптимальной обработки сигналов в АП СРНС, а также публикаций по использованию ретрансляторов сигналов НКА выявил ряд нерешенных проблем, которые и исследуются в настоящей диссертации:

• Повышение эффективности и качества НЕЮ объектов в локальном районе с помощью СФД СРНС на основе использования Р сигналов НКА.

• Разработка двухэтапных и одноэтапных алгоритмов оптимальной (по критерию минимума дисперсии ошибки фильтрации информативного параметра) совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА, в том числе для НВО потребителей.

• Разработка алгоритмов дифференциальной коррекции НП прямых и ретранслированных сигналов НКА в АП с целью повышения точности НВО.

• Разработка двухэтапных и одноэтапных алгоритмов оптимальной (когерентной или некогерентной) обработки сигналов в аппаратуре НИП при использовании ретранслятора в системе ВТИ.

Целью диссертации является разработка комплекса вопросов, связанных с использованием Р сигналов СРНС для решения двух основных проблем.

1. Повышение достоверности, доступности и точности НЕЮ по сигналам СРНС в локальном районе, в том числе в сложных условиях (отсутствие постоянной радиовидимости необходимого числа НКА, неудовлетворительная геометрия радиовидимого созвездия и т.п.), за счет приема сигналов неподвижной РРНТ с известными координатами.

2. Получение с помощью Р, установленного на борту подвижного объекта, информации о текущих координатах и параметрах движения носителя.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи:

1. Анализ методов навигационно-временных определений с использованием ретранслированных сигналов СРНС.

2. Разработка модели сигналов ретранслятора, а также НП и РНП этих сигналов для аппаратуры приема ретранслированных сигналов.

3. Синтез алгоритмов на основе совместной когерентной обработки сигналов НКА и стационарной РРНТ:

- одноэтапных алгоритмов НВО и дифференциальной коррекции координат для аппаратуры потребителя;

- алгоритмов первичной обработки ретранслированных сигналов СРНС совместно с пилот-сигналом (ПС) от Р для двухэтапного алгоритма НВО.

4. Синтез алгоритмов совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА совместно с пилот-сигналом от Р для АПРС системы ВТИ:

- одноэтапного алгоритма фильтрации траектории Р в некогерентном и когерентном режимах слежения за его сигналами;

- алгоритмов первичной когерентной обработки сигналов Р для двухэтапного алгоритма определения параметров его траектории.

5. Разработка программных средств имитационного моделирования для исследования характеристик синтезированных алгоритмов.

6. Разработка макетов канала ретрансляции сигналов СРНС для экспериментальных исследований.

Методы исследований. При решении указанных выше задач в теоретических и экспериментальных исследованиях были использованы методы теории вероятности и случайных процессов, статистического анализа и синтеза, методы оптимальной линейной и нелинейной фильтрации, а также методы имитационного моделирования, полунатурных и натурных испытаний.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, состоит в следующем.

1. На основе методов оптимальной нелинейной фильтрации синтезированы оптимальные алгоритмы одноэтапной совместной обработки сигналов Р и НКА для когерентного и некогерентного режимов работы АПРС.

2. Синтезированы алгоритмы комплексной первичной обработки ретранслированных сигналов СРНС совместно с ПС для двухэтапного когерентного режима работы АПРС.

3. Синтезирован одноэтапный алгоритм дифференциальной коррекции координат потребителя только по результатам совместной обработки сигналов НКА и РРНТ (без использования внешней корректирующей информации).

4. Результаты исследований точностных характеристик разработанных алгоритмов обработки сигналов НКА и ретрансляторов, полученные как методами математического моделирования, так и в процессе лабораторных и натурных испытания макетов ретрансляционной аппаратуры.

Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

1. Предложена и обоснована структура СФД СРНС ГЛОНАСС с использованием ретрансляторов в качестве дополнительных опорных радионавигационных точек, позволяющая повысить качество НЕЮ в локальном районе в сложных условиях приема прямых сигналов НКА.

2. Предложена структура системы ВТИ с использованием ретрансляторов сигналов НКА, позволяющая повысить качество определения параметров траектории динамичных объектов.

3. Разработаны программные средства, позволяющие оценить характеристики НВО с использованием ретранслированных сигналов на этапах разработки и проектирования СФД и систем ВТИ.

4. Разработаны, изготовлены и исследованы макеты каналов ретрансляции, проведена экспериментальная отработка предлагаемых алгоритмов, в том числе по реальным спутниковым сигналам.

Реализация и внедрение результатов исследования

Результаты диссертации использованы при проведении ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ выполненных автором в 3 ЦНИИ МО РФ в период 1990 - 2008 гг., в 46 ЦНИИ МО РФ и в ОАО «НПК «Тристан», а также на кафедре PJI-1 и в НИИ РЭТ МГТУ им. Баумана, в том числе в следующих НИР: «Авальман-МГТУ», «Штифт», «Траектория-МГТУ», что подтверждено соответствующими актами об использовании. Материалы исследований были использованы при задании ТТЗ на ОКР «Преломление» выполняемой в рамках ФЦП «ГЛОНАСС» [60].

Апробация результатов работы

По материалам диссертации сделано более 15 докладов на научно-технических семинарах и конференциях, в том числе:

• на международной научно-технической конференции «Спутниковые системы связи и навигации», Красноярск, 1997 г.

• на международных научно-технических конференциях «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, Воронежский государственный университет, 2003, 2004, 2008 г.г.

• на российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» (Н0-2004), Санкт-Петербургбург, 2004 г.

• на научно-технических конференциях «Радиооптические технологии в приборостроении», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, 2005, 2007, 2008 г.г.

Личное участие

Основная часть работы была выполнена автором лично.

Программное обеспечение в среде MATLAB для исследования характеристик разработанных алгоритмов разрабатывалось и отлаживалось при участии аспиранта кафедры PJI-1 МГТУ им. Н.Э. Баумана A.B. Пельтина.

Разработка и создание макета канала ретрансляции для экспериментального исследования характеристик навигационно-временных определений в интересах определения параметров траектории динамичных объектов (Глава 4) было проведено совместно с коллективами специалистов кафедры РЛ-1 МГТУ им. Н.Э. Баумана (руководитель группы Михайлицкий В.П.) и кафедры Сибирского федерального университета (руководитель группы Гребенников A.B.).

Публикации

Результаты диссертационной работы изложены в более 30 публикациях, из них 6 в изданиях, входящих в Перечень ВАК, в том числе:

- четыре статьи в журнале «Вестник МГТУ. Приборостроение» [84, 86, 98, 109];

- две статьи в журнале «Радиотехника» [68, 100]; а также в разделе учебного пособия «Информационные технологии в радиотехнических системах»: под ред. И.Б. Федорова Изд. МГТУ, М. 2004 [78].

По теме диссертации получены одно авторское свидетельство [79], два патента РФ [81,82] и одна заявка на патент РФ [80].

Результаты диссертационной работы, выносимые на защиту:

• защищенная патентом структура системы СФД СРНС на базе РРНТ;

• одноэтапные алгоритмы HBO и дифференциальной коррекции координат АПРС по результатам совместной обработки сигналов НКА и РРНТ в когерентном режиме слежения;

• алгоритм комплексной первичной обработки ретранслированных сигналов СРНС совместно с пилот-сигналом РРНТ для двухэтапного алгоритма НВО в когерентном режиме работы АПРС;

• одноэтапные алгоритмы совместной обработки прямых, ретранслированных сигналов СРНС и пилот-сигнала для некогерентного и когерентного режимов работы АПРС при использовании ретранслятора в системах ВТИ;

• алгоритм комплексной первичной обработки ретранслированных сигналов НКА совместно с пилот-сигналом от Р в когерентном режиме слежения для двухэтапного алгоритма АПРС системы ВТИ;

• результаты исследований точностных характеристик разработанных алгоритмов АПРС для обработки сигналов НКА и ретрансляторов;

• результаты экспериментальных исследований макетов ретрансляционной аппаратуры.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 3 приложений. Основная часть работы изложена на 237 страницах и содержит 15 таблиц и 63 рисунка.

4.4. Выводы по главе 4

1. Проведенные эксперименты подтвердили принципиальную возможность использования ретранслированных с борта объекта сигналов СРНС GPS для определения координат и скорости динамичного объекта — вертолета МИ-2 или автомобиля.

2. Весь комплекс аппаратуры макета канала ретрансляции успешно прошел натурные полевые испытания на площадке Радиотелескопа МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Дмитров, МО), в ходе которых были подтверждены работоспособность макета фрагмента системы ВТИ и его соответствие заданным техническим характеристикам.

3. Использованная схема канала с широкополосным аналоговым ретранслятором позволяет проводить измерения псевдодальности и доплеровской частоты с потенциальной точностью характерной для измерений по прямым сигналам НКА. Высокая точность оценки навигационных параметров обеспечивается за счет комплексного использования измерений по дальномерному коду и приращений значения фазы сигнала несущей частоты ретранслированных сигналов НКА.

4. Метрологические характеристики АПРС, полученные при первичной аттестации макета канала ретрансляции, а также оценки погрешностей РНП ретранслированных сигналов по результатам натурных испытаний в целом хорошо согласуются с оценками погрешности этих параметров, полученных по результатам расчетов и имитационного моделирования двухэтапных алгоритмов.

5. Широкополосная фазовая модуляция пилот-сигнала в ретрансляторе позволяет излучать его в общей полосе с сигналами НКА, а также измерять в одном из каналов АПРС его радионавигационные параметры (прежде всего доплеровскую частоту и/или фазу несущей) параллельно с измерением навигационных параметров по ретранслированным сигналам НКА в других каналах АПРС.

6. Схемы организации полевых натурных испытаний макета канала ретрансляции, набор средств измерений и перечень нормированных характеристик использованных для этих экспериментов предлагаются в качестве основы методики экспериментальной проверки и метрологической аттестации измерительного канала системы ВТИ с использованием ретрансляции сигналов НКА.

7. Результаты исследований по теме диссертации были использованы при проведении ряда НИОКР выполненных в 3 ЦНИИ МО РФ, в 46 ЦНИИ МО РФ и в ОАО «НПК «Тристан». В настоящее время на их основе в НИИ РЭТ МГТУ им. Н.Э. Баумана выполняется ОКР «Преломление», заданной в рамках 5-й подпрограммы ФЦП «ГЛОНАСС».

Заключение и общие выводы

Настоящая диссертационная работа посвящена проблеме повышения эффективности и качества навигационно-временных определений с использованием ретрансляторов сигналов СРНС в интересах решения задач потребителей в условиях ограничения видимости НКА, а также для определения параметров траектории динамичных объектов в системах ВТИ. С целью решения указанной проблемы в работе проведены: анализ методов навигационно-временных определений с использованием ретранслированных сигналов СРНС; синтез оптимальных алгоритмов одноэтапной и двухэтапной обработки сигналов НКА и ретрансляторов для местоопределения потребителей или траектории динамичных объектов с бортовым ретранслятором; анализ характеристик точности синтезированных алгоритмов методом имитационного моделирования; разработка структурных схем макетов канала ретрансляции сигналов НКА и экспериментальное исследование их характеристик.

В работе получены следующие основные результаты.

1. Определены методы ретрансляции для различных приложений в навигации путем переноса спектра исходного сигнала НКА с одной несущей на другую и схема широкополосного аналогового ретранслятора. В идеальном случае такая схема полностью сохраняет информацию о значениях радионавигационных параметров в точке расположения ретранслятора. Для компенсации дрейфа бортового опорного генератора, предлагается транслировать потребителю формируемый от этого генератора широкополосный (фазоманипулированный) пилот-сигнал.

2. Установлено, что статистические модели радиоканалов прямых и ретранслированных сигналов от НКА СРНС во многом совпадают. Однако навигационные функции прямых и ретранслированных сигналов отличаются и зависят от способа использования ретранслятора в системе ВТИ или в качестве РРНТ. В отличие от параметров прямых сигналов НКА, модели динамики псевдозадержки и псевдофазы в ретранслированных сигналах в общем случае не совпадают, что связано с влиянием нестабильности опорного генератора в аналоговом ретрансляторе.

3. Показано, что для местоопределения ретранслятора наиболее целесообразно использование суммарнопсевдодальномерных и суммарнопсевдодоплеровских методов. Доплеровские методы могут быть эффективны только в ограниченной зоне для НЕЮ высокодинамичных объектов с ретранслятором на борту. Для местоопределения объектов по сигналам РРНТ целесообразно объединение псевдодальномерных и псевдодоплеровских измерений.

4. Установлено, что бюджеты погрешностей измерения радионавигационных параметров прямых и ретранслированных сигналов НКА не имеют существенных отличий, следовательно, при навигационно-временных определениях по ретранслированным сигналам достижима точность, близкая к точности НВО по прямым сигналам НКА, не более 5 м (СКО) по каждой из координат.

5. Проведенный анализ показал, что применение ретрансляторов в качестве средств функциональных дополнений СРНС позволяет потребителям круглосуточно проводить навигационные определения в локальных районах при снижении количества используемых НКА до одного, а также повысить точность НВО за счет использования режимов относительных измерений и дифференциальной коррекции до 1 м (СКО) по каждой из координат.

6. На основе теории оптимальной нелинейной^ фильтрации в гауссовском приближении для аппаратуры потребителя, работающей по сигналам РРНТ, синтезированы:

- оптимальный одноэтапный алгоритм комплексной когерентной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА, совместно с пилот-сигналом ретранслятора;

- оптимальные алгоритмы первичной обработки ретранслированных сигналов НКА для двухэтапного когерентного режима работы АПРС;

- оптимальный алгоритм комплексной первичной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА и совместно с пилот-сигналом для двухэтапного когерентного режима работы АПРС;

- одноэтапный алгоритм дифференциальной коррекции при совместной когерентной обработке прямых и ретранслированных сигналов СРНС.

7. В результате имитационного моделирования установлено, что использование синтезированных алгоритмов позволяет потребителю:

- определять координаты с погрешностью менее 5 м (СКО) при совместной обработке сигналов одного НКА и трех РРНТ даже без использования пилот-сигналов;

- получить оценку координат, высоты и поправки к шкале времени потребителя при использовании сигналов одной РРНТ при условии приема в АПРС не менее трех прямых сигналов НКА;

- снизить погрешность НВО до уровня менее 1,0 м (СКО) за счет одновременной оценки в одноэтапном алгоритме коррелированных составляющих ЭПД, как и в режиме дифференциальной коррекции, при условии приема не менее трех прямых сигналов НКА и переизлучении этих сигналов одной РРНТ.

8. По результатам моделирования двухэтапного алгоритма НВО для АПРС (когерентный режим с комплексной первичной обработки сигналов РРНТ) установлено, что в погрешности оценок координат и скорости в целом не уступают по точности одноэтапному алгоритму: не более 2 м и 1 м/с (СКО) соответственно. Однако реализация в АПРС двухэтапного алгоритма с комплексной первичной обработкой прямых и ретранслированных сигналов НКА невозможна без использования пилот-сигнала.

9. Показано, что использование бортовых ретрансляторов навигационных сигналов НКА позволяет повысить качество навигационных определений в процессе ВТИ высокодинамичных ЛА для траекторий до 100 км за счет увеличения времени навигационных сеансов в условиях ограничения видимости НКА, повышения точности определения координат (особенно в относительном режиме), а также за счет возможности использования сигналов НКА с большими погрешностями эфемеридно-временного обеспечения.

10. Предложена структурная схема широкополосного аналогового ретранслятора сигналов РЖА с модулированным пилот-сигналом для применения в системах ВТИ. Такая схема позволяет использовать для совместной обработки в АПРС все доступные параметры сигналов ретранслятора (включая пилот-сигнал): задержка, доплеровский сдвиг частоты, фаза несущей сигнала).

11. Для стационарной приемной аппаратуры наземного измерительного пункта систем ВТИ с использованием ретранслятора сигналов СРНС в качестве бортовой аппаратуры синтезированы:

- оптимальный одноэтапный алгоритм совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов СРНС, а также пилот-сигнала от ретранслятора для некогерентного режима работы;

- оптимальный одноэтапный алгоритм совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов СРНС, а также пилот-сигнала от ретранслятора для когерентного режима работы; оптимальный алгоритм комплексной первичной обработки ретранслированных сигналов СРНС совместно с пилот-сигналом для двухэтапного когерентного режима работы АПРС. ,

12. В результате моделирования имитационного установлено, что использование одноэтапных алгоритмов в АПРС системы ВТИ высокодинамичных ЛА позволяет:

- в некогерентном режиме сопровождения сигналов НКА при значении ГФ менее 3 оценивать координаты и вектор скорости ЛА с погрешностью (СКО) не более 2 м и 2 м/с соответственно, т.е. не хуже точности определения параметров траектории одноэтапным алгоритмом бортовой АП;

- при больших (до 15) значениях ГФ оценивать координаты и вектор скорости ЛА с погрешностью (СКО) не более 3 м и 3 м/с соответственно, что в 1,5. .2 раза меньше погрешностей одноэтапного алгоритма бортовой АП

- определять координаты траектории в пространстве с погрешностью не более 3 м (СКО) при обработке всего трех сигналов НКА ретранслированных с борта ЛА совместно с пилот-сигналом;

- снизить погрешность оценки составляющих вектора скорости ЛА в когерентном режиме сопровождения сигналов в АПРС до 0,1 м/с и менее.

13. По результатам моделирования двухэтапного алгоритма АПРС системы ВТИ (когерентный режим с комплексной первичной обработкой сигналов ретранслятора) погрешности координат и скорости ЛА не превысили 2 м и 1 м/с (СКО) соответственно, т.е. не больше погрешностей одноэтапного алгоритма АПРС.

14. Разработаны программы имитационного моделирования аппаратуры приема и обработки сигналов НКА и ретрансляторов, позволяющие исследовать характеристики полученных алгоритмов в режиме слежения за сигналами.

15. Разработаны, изготовлены и исследованы макеты каналов ретрансляции для систем ВТИ для экспериментальной отработки предлагаемых алгоритмов первичной обработки по реальным ретранслированным сигналам НКА ОР8 и пилот-сигналу. Оценки погрешностей РНП ретранслированных сигналов по результатам натурных испытаний в целом хорошо согласуются с оценками погрешности этих параметров, полученных по результатам расчетов и имитационного моделирования двухэтапных алгоритмов. Это доказывает возможность построения системы определения траектории ЛА с высокой точностью на основе использования ретранслированных сигналов СРНС. Точностные характеристики одного из макетов канала ретрансляции подтверждены при аттестации в 32 ГНИИИ МО РФ.

225

1. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. /

2. Интерфейсный контрольный документ. Редакция 5.2. — Москва, 2002. 44 с.

3. Interface Control Document: Interface Specification Navstar GPS Space

4. Segment / Navigation User Interfaces (IS-GPS-200D, IRN-200D-001). El

5. Segundo, CA 90245-4659, March 2006. 191 p.

6. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И.

7. Перова, В.Н. Харисова. 3-е, переработанное изд. М.: Радиотехника, 2005.688 с.

8. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / B.C. Шебшаевичи др. М.: Радио и связь, 1993. 408 с.

9. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко-Трендз, 2000.270 с.

10. Hodgkins К. International GNSS Activties. // Международный форум поспутниковой навигации. Москва. 2007. С. 16-22.

11. Н. Stewart Cobb. GPS pseudolites: theory, design, and applicationshttp://waas.stanford.edu/~wwu/papers/eps/PDF/stuthesis.pdf (15.10.2009).

12. Lee Т., Kee C. Flight Test Using Pseudolite System // ION GNSS 18th1.ternational Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of

13. Navigation. Long Beach, California. 2005. P. 2750 2761.

14. The Use of Pseudolites to Augment GPS. Data for Bridge Deflection

15. Measurements / X. Meng and oth. // ION GPS 2002: 15th International

16. Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation.

17. Portland, Oregon. 2002. P. 851 862.

18. Airport Pseudolite Flight Experiments / S. Suga and oth. // ION GPS 2002: 15th1.ternational Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of

19. Navigation. Portland, Oregon. 2002. P. 60 68.ll.LeMaster E.A., Rock S.M. Self-Calibration of Pseudolite Arrays Using Self-

20. Differencing Transceivers // ION GPS-99: The 12th International Technical

21. Meeting of The Satellite Division of The Institute of Navigation. Nashville (Tennessee). 1999. P.1549-1558.

22. Система определения местоположения объекта с использованием ретранслятора GPS: пат. 5512902 США / W. Guthrie заявл. 18.04.94; опубл. 30.04.96.

23. Система, использующая переизлучение сигналов GPS: пат. 9508778 РСТ / М. Aguado заявл. 24.09.1993; опубл. 30.03.1995.

24. Аппаратура передачи сигналов навигационных псевдоспутников и метод использования этих сигналов: пат. 5708440 США / С. Trimble заявл. 06.06.1996; опубл. 13.01.1998.

25. Ефименко B.C., Харисов В.Н. Потенциальные характеристики адаптации пространственно-временной обработки для СРНС // Радиотехника (Журнал в журнале). 2002. №7. С. 82-87.

26. Gustafson D., Dowdle J., Flueckiger К. A High Anti-Jam GPS-Based Navigator // Proceedings of the Institute of Navigation National Technical Meeting, Anaheim, CA, Januar 26-28, 2000. P. 495-503

27. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 1991. 608 с.

28. Global Positioning System: Theory and Applications. Vol. 1 / Edited by B. W. Parkinson, J.J. Spilker. Washington: AIAA, Inc., 1996. 690 p.

29. Van Dierendonch A. J. Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Receiver//Navigation, Institute of Navigation. 1992. №3. P. 115-124.

30. Перов А.И. Статистическая теория радиотехнических систем. М.: Радиотехника, 2003. 400 с.

31. Woo К. Optimum Semi-codeless Carrier Phase Tracking of L2 // ION GPS-99:iL

32. The 12 International Technical Meeting of The Satellite Division of The Institute ofNavigation. Nashville (Tennessee). 1999. P.14-17.

33. Харисов B.H., Булавский H.T. Экспериментальные исследования алгоритма фильтрации относительных координат СРНС ГЛОНАСС с использованием фазовых измерений // Радиотехника (Журнал в журнале). 1999. №7. С.40-48.

34. Ярлыков М.С. , Чижов О.П. Субоптимальная обработка квазикогерентных радиосигналов с учетом неоднозначности фазовых измерений // Среднеорбитальные спутниковые радионавигационные системы. 1999. №2. С. 43-50.

35. Харисов В.Н. , Яковлев А.И., Глущенко А.Г. Оптимальная фильтрация координат подвижного объекта. // М.: Радиотехника и электроника. 1984. Т. 29, № 10. С. 1939-1947.

36. Харисов В.Н. , Горев А.П. Исследования одноэтапного алгоритма навигационно-временных определений для приемника СРНС // Радиотехника (Журнал в журнале). 2001. №4. С.3-18.

37. Ярлыков М.С. , Кудинов А.Т. Анализ субоптимальных алгоритмов обработки сигналов интегрированной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS // Среднеорбитальные спутниковые радионавигационные системы. 1999. №2. С.56-65.

38. Перов А.И. Синтез одноэтапного алгоритма обработки сигналов в некогерентном режиме работы приемника СРНС // Радиотехника. 2004. №7. С. 30-36.

39. Перов А.И. , Шатилов А.Ю. Синтез и анализ одноэтапного алгоритма обработки сигналов в когерентном приемнике СРНС // Радиотехника. Радиосистемы. 2006. № 7. С.75-79.

40. Со-Ор Tracking for Carrier Phase / M. Zhodzishsky and oth. // ION GPS-98: The 11th International Technical Meeting of The Satellite Division of The1.stitute of Navigation. Nashville (Tennessee). 1998. P.653-664.

41. Перов А.И., ШатиловА.Ю. Комбинированный одноэтапно-двухэтапный алгоритм когерентной обработки сигналов в приемнике СРНС // Радиотехника. Радиосистемы (Журнал в журнале). 2007. № 7. С. 73-79.

42. Радиоэлектронные системы основы построения и теория: справочник / Под ред. Я.Д.Ширман. М.:ЗАО "МАКВИС", 1998. 828 с.

43. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И. Тузов и др. М.: Радио и связь, 1985. 264 с.

44. Brown A. The TIDGET. A Low Cost GPS Sensor for Tracking Applications /AON Fifth Int. Tech. Meeting GPS-92. 1992. P.661-669.

45. Безкодовый GPS метеозонд: пат. 0250211 ЕПВ / С. Fowler заявл. 17.06.1986; опубл. 23.12.1987.

46. Когерентный ретранслятор для переизлучения сигналов НКА GPS с широкополосным пилот-сигналом: пат. 9722017 РСТ / W. Guthrie заявл. 13.12.1995; опубл. 19.06.1997.

47. Иванов А.И., Романов JI.M. Полигонные навигационные измерения с использованием спутниковой радионавигационной системы NAVSTAR // Зарубежная радиоэлектроника. 1989. №11. С. 16-29.

48. Wiles G. Tracking Projectiles: the GPS Artillery Registration Fuze Program// GPS World. 1992. v. 3, № 9. P. 50-54.

49. Hattox T.M., Westerfield E.E., Larry J.L. Use of high precision GPS tracking for evaluation of interceptor flight tests // AIAA. 1992. №2760. P. 1-8.

50. Hoefener C.E. Stegmaier J.T. Tracking antimissile flight test with GPS // GPS World. 1991. v.2, №6. P.32-37.

51. Thompson T. Performance of the SATRACK/GPS TRIDENT I Missile Tracking System // IEEE Position Location and Navigation Symposium. December, 1980. 445 p.

52. Wells L. Translated GPS Real-Time Tracking // IEEE 1983 National Telesystems Conference. November, 1983. P.260-264.

53. Ретранслятор для передачи сигналов системы GPS: пат. 4622557 США / Е. Westerfield заявл. 31.10.1984; опубл. 11.09.1986.

54. Система сопровождения на базе GPS: пат. 5379224 США / А. Brown заявл. 29.11.1991 ; опубл. 03.01.1995.

55. Международная космическая радиотехническая система обнаружения терпящих бедствие / А.И. Балашов и др.; Под. ред. B.C. Шебшаевича. М.Радио и связь, 1987. 376 с.

56. Отчет о НИР «Исследования по созданию универсальной по радиолокационным характеристикам мишени-аналога летательных аппаратов», шифр «Штифт» / НИИ РЭТ МГТУ им. Н. Э. Баумана. Руководитель темы Власов И.Б. М., 2008. 103 с.

57. Когерентный ретранслятор для переизлучения сигналов НКА GPS с широкополосным пилот-сигналом: пат. 5729235 США / W. Guthrie заявл. 13.12.1995; опубл. 17.03.1998.

58. Способ и устройство для сопровождения положения и скорости воздушного зонда: пат. 5347285 США /P.MacDoran заявл. 15.06.1992; опубл. 13.09.1994.

59. Сайт фирмы Herley Industries, Inc. // www.herley.com (15.10.2009).

60. Сайт фирмы Ball Aerospace & Technologies Corp // http://www.ballaerospace.com (15.10.2009).

61. Калинчев C.C. Методы и средства для относительной навигации воздушных судов и расширения использования навигационного поля СРНС: дис. канд. тех. наук. Москва. 1995. 129 с.

62. Рубцов В.Д., Калинчев С.С. Разностно-дальномерный метод определения относительных координат // Сборник трудов МИИГА. 1991. С. 111-117.

63. Способы определения относительных координат двух объектов: пат. 1748516 РФ / В.Д. Рубцов, С.С. Калиничев заявл. 18.12.1990; опубл. 15.07.1994.

64. Спутниковая радионавигационная система захода на посадку и посадки: пат. 2236020 РФ / В.И Бабуров, Т.Б. Галперин, Н.В. Иванцевич, Э.А. Панов заявл. 19.09.2002; опубл. 10.09.2004.

65. Интерферометрическая система, использующая ретрансляцию сигналов GPS: пат. 5570097 США/М. Aguado заявл. 11.08.95; опубл. 29.10.96.

66. Analysis of Pseudolite Augmented Precise Positioning Performance for Vessel Berthing / D-J. Cho and oth. // ION GNSS 19th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Fort Worth, Texas. 2006. P. 2044 2049.

67. Indoor Positioning Using Frequency Translators / H. Mathis and oth. // ION GNSS 18th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Long Beach, California. 2005. P. 2789 2799.

68. Receiver Survey // GPS World. 2005. №1. P. 27-47.

69. Сайт фирмы SiRF Technology, Inc. // http://www.sirf.com (15.10.2009).

70. Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» // http://www.krd.ru/www/prom.nsf/webdocs/40949F087838980BC325706E002F4. 6CE.html (15.10.2009).

71. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. М.: Радио и связь. 1985. 344 с.

72. Ярлыков М.С., Миронов М.А. Марковская теория оценивания случайных процессов. М.: Радио и связь. 1993. 464 с.

73. Сейдж Э.П., Меле Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении (Пер. с англ., под ред. Б.Р. Левина) М.: Связь. 1976. 495 с.

74. Бортовые устройства спутниковой радионавигации / И.В. Кудрявцев и др.; под ред. B.C. Шебшаевича. М.: Транспорт, 1988. 201 с.

75. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения: в 2 т. М.: Мир. 1967. 1т.- 529с. 2т.-752с.

76. Поваляев А. А. Спутниковые радионавигационные системы: время, показания часов, формирование измерений и определение относительных координат. М. : Радиотехника. 2008. 324 с.

77. Харисов В.Н., Пудловский В.Б., Оганесян A.A. Одноэтапные алгоритмы для улучшения характеристик навигационных определений в СРНС // Радиотехника. Радиосистемы (Журнал в журнале). 2008. № 7. С. 13-18.

78. ГОСТ Р 51794-2001. Аппаратура радионавигационная глобальной навигационной спутниковой системы и глобальной системы позиционирования. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. М., 2001. 15 с.

79. Борисов Ю.П., Цветнов В.В. Математическое моделирование радиотехнических систем и устройств. М.: Радио и связь. 1985. 176 с.

80. Шувалов A.B. Синтез и анализ компенсационного алгоритма подавления структурно-детерминированных помех // Радиотехника (Журнал в журнале). 2005. №7. С. 43-49.

81. Шувалов, A.B., Власов И.Б., Себекин Ю.Н. Моделирование компенсационного метода подавления структурно-детерминированной помехи // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Приборостроение. 2002. №3. С. 103-109.

82. Шувалов A.B. Синтез и анализ алгоритмов первичной обработки сигналов GPS/ГЛОНАСС в навигационных комплексах при воздействии структурно-детерминированных помех: дис. канд. тех. наук. Москва. 2006. 174с.

83. Akopian D. A Fast Satellite Acquisition Method // ION GPS 2001: 14th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Salt Lake City. 2001. P. 2871 2881.

84. Многопозиционные радиотехнические системы / B.C. Кондратьев и др.; Под ред. Проф. В.В. Цветнова. М.: Радио и связь, 1986. 264 с.

85. Шебшаевич, B.C. Введение в теорию космической навигации. М.: Советское радио. 1971. 296 с.

86. GPS Signal Reconstitution / S. Ganguly and oth. // ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Long Beach, California. 2004. P. 592 603.

87. Информационные технологии в радиотехнических системах: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / В.А. Васин и др.; Под ред. И.Б. Федорова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 786 с.

88. Радионавигационная система: а.с. 328888 СССР / В.Б. Пудловский, В.П. Ткач заявл.28.04.1990; опубл. 01.08.1991.

89. Способ радионавигации: заявка 92006249 РФ / В.Б. Пудловский, В.П. Ткач заявл. 20.11.1992 ; опубл. 20.11.1995.

90. Ионосферный зонд: пат. 2042129 РФ/ E.JI. Мосин, В.Б Пудловский заявл. 11.05.1993; опубл. 20.08.1995.

91. Способ определения вектора состояния подвижного объекта при помощи навигационных космических аппаратов космической навигационной системы: пат. 2 070315 РФ / A.B. Машков, В.Б. Пудловский; заявл. 28.01.1994; опубл. 10.12.1996.

92. Пудловский В.Б., Машков A.B. Точность измерения координат при дифференциальной обработке сигналов космических радионавигационных систем//Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение. 1994. №4. С. 107-121.

93. Пудловский В.Б. , Власов И.Б., Тарахнов С.А. Точностные характеристики спутниковой навигационной аппаратуры с угломерным каналом // Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение. 1997. № 1. С.114-126.

94. Применение сотовых систем связи для контроля и диспетчеризации подвижных объектов / В.Б. Пудловский и др. // Мобильные системы. 1999. № 8. С. 39-42.

95. Применение приемников ГЛОНАСС/GPS для синхронизации сетей мобильной связи / В.Б. Пудловский и др. // Труды международной конференции. Мобильные системы. 2000. С. 147-151.

96. Пудловский В.Б. , Власов И.Б. Спутниковые радионавигационные системы: состояние, достижения, перспективы // Тезисы докладов научно-технической конференции. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2000. С. 89.

97. Пудловский В.Б., Власов И.Б. Экспериментальные исследования ретранслятора сигналов GPS // Спутниковые системы связи и навигации: Труды международной научно-технической конференции. Красноярск. 1997. С. 156.

98. Пудловский В.Б., Власов И.Б. Перспективы использования спутниковых радионавигационных систем в интересах развития систем транспорта и связи крупных городов // Труды всероссийской научно-технической конференции. МНТОРЭС им. А.С. Попова. 2000. С. 73-75.

99. Власов И.Б., Пудловский В.Б.Локальная дифференциальная подсистема СРНС на базе ретрансляторов // Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов международной конференции. Воронеж. 2003. С. 1656 1665.

100. Методика и результаты аттестации канала ретрансляции сигналов СРНС/ И.Б. Власов и др. // Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов международной конференции. Воронеж. 2004. С. 1674-1684.

101. Пудловский В.Б. Особенности оценки радионавигационных параметров при совместной обработке прямых и ретранслированных сигналов СРНС // Радиооптические технологии в приборостроении: Тезисы докладов II Научно-технической конференции. Сочи. 2004. С. 72-73.

102. Пудловский В.Б. Сравнение потенциальной точности ВТИ на основе сигналов СРНС с ретрансляцией или бортовой АП. // Радиооптические технологии в приборостроении: Тезисы докладов III Научно-технической конференции г. Сочи. 2005. С. 146.

103. Власов И. Б., Пудловский В.Б. Особенности использования ретранслированных сигналов СРНС // Вестник МГТУ. 2005. С. 147-160.

104. Аттестат 32 ГНИИИ МО РФ №13/24/92 от 1.10.2003 г

105. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Одноэтапный алгоритм фильтрации траектории ретранслятора сигналов СРНС // Радиотехника. 2007. №7. С. 91-101.

106. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Исследование характеристик систем, использующих ретранслированные сигналы СРНС. // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI Всероссийской научно-технической конференции, г. Туапсе. 2008. С. 60-62.

107. Аппаратура канала ретрансляции сигналов СРНС / И.Б. Власов, Пудловский В.Б. и др. // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI Всероссийской научно-технической конференции, г. Туапсе. 2008. С. 65-69.

108. Аппаратура канала ретрансляции сигналов спутниковых радионавигационных систем для подвижных объектов / В.П. Михайлицкий и др. // Вестник МГТУ. 2009. С. 144-150.

109. Результаты натурных испытаний канала ретрансляции системы внешнетраекторных измерений на подвижном объектов / И.Б. Власов и др. // Вестник МГТУ. 2009. С. 150-158.

110. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Одноэтапный когерентный алгоритм фильтрации координат и скорости ретранслятора сигналов спутниковых радионавигационных систем//Вестник МГТУ. 2009. С. 158-166.

111. RTCM Recommended Standards For Differential GNSS Service, version 2.2.-RTCM Paper 11-98/SCI104-STD, January 15, 1998.

112. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и ее приложения. М.: Эко-Трендз. 2003. 326 с.

113. Модель движения автомобиля как основа математического обеспечения тренажерного комплекса водителя / И.В. Новожилов и др. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2007. №7. С. 31-36.

114. Hajimiri A., Lee Т. The Design of Low Noise Oscillators. US.Springer. 1999. 208 p.

115. Харисов B.H., Булавский H.T., Горев А.П. Обоснование модели динамики при синтезе схем слежения для приемников СРНС // Радиотехника. Радиосистемы. 2004. №7. С.104-107.

116. Пудловский В.Б. Использование ретрансляторов для навигационно-временного обеспечения по сигналам ограниченной группировки космической навигационной системы // Труды молодых специалистов части, НММ, в/ч 42261. 1988. С. 41-48.

117. Харисов В.Н., Пастухов A.B. Упрощенное моделирование приемников СРНС на основе введения статистически эквивалентных корреляторов // Радиотехника. 2002. №7. С. 106-112.

118. Харисов В. Н., Токарев A.B. Применение алгоритмов оптимальной фильтрации в задачах интерполяции траекторий движения объекта //Радиосистемы (журнал в журнале). 2003г. № 7 С.69-73.

119. Аппаратура «Бриз-КМ-РНК» //http://www.navis.ru/catalog 12 154.html (15.10.2009).

120. ОКР «Преломление» Официальный сайт РФ для размещения информации о размещении заказов// http://www.zakupki.gov.ru/ (15.10.2009).

121. Сайт фирмы Hanyang NAVICOM // www.navicom.co.kr (15.10.2009).

122. Madhani P., Alexard P., Krumvieda K., Thomas J. Application of successive interference cancellation to the GPS pseudolite near-far problem // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2003. Vol.39. P.481-490.

123. Passive Altimeter Study Using GPS Flight Data / L.L. Liou and otb. // ION GPS/GNSS 16th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Portland, Oregon. 2003. P. 1264 1270.

124. GPS Signal Reconstitution / S. Ganguly and oth. // ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Long Beach, California. 2004. P. 592 603.

125. Программно-аппаратный комплекс траекторных измерений "ВЕРХУШКА-13" ОАО ЛИИП им. Гризодубовой // http://www.airshow.ru/expo/1146/prod 1478 r.htm (15.10.2009).