автореферат диссертации по транспорту, 05.22.13, диссертация на тему:Межсамолетная навигация при управлении воздушным движением

На правах рукописи

СКРЫПНИК ОЛЕГ НИКОЛАЕВИЧ

' и

МЕЖСАМОЛЕТНАЯ НАВИГАЦИЯ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

Специальность 05.22.13 - Навигация и управление воздушным движением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 4 ИЮН 2010

МОСКВА-2010

004606189

Диссертационная работа выполнена в Московском государственном техническом университете гражданской авиации

Научный консультант: профессор, доктор технических наук,

Нечаев Б.Е.

Официальные оппоненты:

Борсоев В.А., профессор, доктор технических наук; Зайцев А.Н., профессор, доктор технических наук; Кораблев А.Ю., доктор технических наук.

Ведущая организация: ОАО Московское конструкторское бюро «Компас».

Защита состоится «¿¿>/?» С .с /\1 СЛ ~>. 2010г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д.223.011.01 Московского государственного технического университета гражданской авиации по адресу: 125993, г. Москва, А-493, Кронштадтский бульвар, 20.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

Автореферат разослан «а^» _2010г.

Заверенный отзыв просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета профессор, доктор технических наук C.B. Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ключевую роль в обеспечении воздушного движения согласно концепции автоматического зависимого наблюдения (АЗН) и ее дальнейшего развития Free Flight будут играть спутниковые системы навигации (ССН) и системы обмена данными (СОД). Реализация концепции потребует внедрения новых принципов организации и управления воздушным движением, в том числе использующих методы межсамолетной навигации (МСН).

Использование методов МСН предполагает не только решение задачи предупреждения столкновений воздушных судов (ВС), но и организации их взаимодействия в ограниченной области воздушного пространства с целью обеспечения требуемого уровня безопасности полетов. Для этого необходимо обеспечить высокую точность определения как абсолютных, так и относительных (взаимных) навига-ционно-временных параметров (НВП) взаимодействующих ВС.

Существующие ССН второго поколения создают достаточно точное глобальное навигационно-временное поле, что позволяет решать основные задачи самолетовождения на воздушных трассах с требуемым уровнем безопасности полетов. Однако ССН имеют ряд существенных недостатков (низкая помехозащищенность, недостаточная целостность и т.д.), что снижает их эффективность при высокой плотности воздушного движения, а также при решении задач посадки.

Использование СОД, работающей в режиме многостанционного доступа с временным разделением каналов (МДВР), позволяет одновременно с осуществлением информационного обмена измерять дальности между взаимодействующими объектами системы управления воздушным движением (УВД) (ВС, наземными пунктами УВД, оборудованными терминалами СОД) беззапросным псевдодаль-номерным методом. Взаимодействующие в сети СОД объекты при этом могут выполнять функции навигационных опорных точек (НОТ)

Перспективным способом повышения точности и надежности навигационного обеспечения ВС является создание интегрированного бортового комплекса связи и навигации (ИБКСН), включающего ССН, инерциальную навигационную систему (ИНС) и СОД, работающую в режиме МДВР.

В связи с этим, в настоящее время актуальной задачей, определяющей эффективность применения ИБКСН, является системный анализ способов его построения, разработка методов и алгоритмов комплексной обработки навигационной информации, поступающей, в том числе, и от взаимодействующих в сети СОД объектов, с целью повышения точности и надежности навигационного обеспечения различных этапов полета ВС, включая посадку.

Проведенный анализ состояния теории и практики объекта исследований показывает существование проблемной ситуации, характеризующейся недостаточным развитием методологических подходов к вопросам навигационного обеспечения процессов самолетовождения, посадки и УВД в условиях взаимодействия ВС в ограниченной области воздушного пространства.

Таким образом, возникает актуальная научная проблема применения методов межсамолетной навигации при взаимодействии ВС в ограниченной области воздушного пространства для повышения точности навигационного обеспечения процессов самолетовождения, включая посадку, и УВД на основе комплексной обработки информации.

Целью исследований является повышение точности навигационного обеспечения ВС ГА на основе применения методов межсамолетной навигации, базирующихся на комплексной обработке информации от взаимодействующих в системе УВД объектов, прежде всего ВС.

Для достижения поставленной цели решены следующие научные задачи:

1. Проведен анализ проблем навигационного обеспечения процессов самолетовождения и посадки ВС в существующих и перспективных системах УВД в условиях реализации концепции ИКАО СЫ5/АТМ.

2. Разработана архитектура перспективного ИБКСН для решения навигационных задач в глобальном и локальном навигационно-временных полях при взаимодействии ВС.

3. Разработаны математические модели ИБКСН и ее подсистем в виде динамических стохастических систем в пространстве состояний, на основе которых синтезированы алгоритмы комплексной обработки навигационной информации для решения навигационных задач в глобальном и локальном навигационно-временных полях.

4. Разработаны и исследованы способы повышения точности навигационных определений на основе использования иерархических процедур организации взаимодействия ВС и компенсации коррелированных погрешностей НОТ.

5. Разработаны и исследованы способы повышения точности навигационных определений при решении задач самолетовождения и посадки на основе оптимиза' ции условий навигационного сеанса.

6. Экспериментально исследованы характеристики точности оценки координат ВС при решении задач самолетовождения и посадки синтезированными алгоритмами в различных условиях функционирования ИБКСН.

Объектом исследования являются авиационные ИБКСН.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы обработки навигационной информации в ИБКСН.

Методы исследования. При решении перечисленных задач в работе были использованы методы статистического анализа и синтеза радиотехнических устройств и систем, теории оптимальной фильтрации и управления, прикладные методы функционального анализа, методы матричного исчисления, методы имитационного статистического моделирования, пакеты прикладных программ, а также методы проведения вычислительных экспериментов. Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

- проведен системный анализ использования ИБКСН в составе ССН, СОД и ИНС для решения задач навигации и УВД методами межсамолетной навигации при взаимодействии ВС на всех этапах полета, включая посадку;

- разработана методика компенсации коррелированных погрешностей источников навигационной информации при комплексной обработке информации;

- проведен анализ влияния взаимного маневрирования ВС на точность оценки навигационных параметров;

- разработаны рекомендации по управлению параметрами движения взаимодействующих ВС для повышения точности определения координат;

- разработан способ определения отклонения ВС от плоскости посадочного курса и дальности до взлетно-посадочной полосы (ВПП) при посадке на некатегориро-ванные аэродромы, оборудованные приводными радиомаяками;

- разработаны рекомендации по использованию ИБКСН для решения задачи посадки ВС на некатегорированные аэродромы и размещению навигационных опорных точек, в том числе и динамических.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Архитектура ИБКСН в составе интегрированного комплекса бортового оборудования (ИКБО).

2. Алгоритмы комплексной обработки навигационной информации в подсистемах ИБКСН, синтезированные на основе методов межсамолетной навигации и теории оптимальной фильтрации.

3. Методы повышения точности навигационного обеспечения ВС при их взаимодействии в глобальном и локальном навигационно-временных полях для решения задач самолетовождения и категорированной посадки.

4. Результаты исследований точности навигационного обеспечения задач самолетовождения и посадки при применении в ИБКСН синтезированных алгоритмов комплексной обработки навигационной информации и оптимального управления.

5. Метод определения отклонения ВС от плоскости посадочного курса и дальности до начала ВПП при использовании аппаратуры упрощенной системы посадки. Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в ней результаты позволяют:

- определить пути модернизации существующих и разработки перспективных ИБКО ВС ГА;

- получить рекомендации по организации взаимодействия ВС для достижения высокой точности навигационного обеспечения (единицы-десятки метров);

- получить рекомендации по определению состава и размещению НОТ относительно ВПП для обеспечения категорированной посадки с использованием ИБКСН;

- практически реализовать разработанные методы и алгоритмы на уровне специализированного программного обеспечения бортовых вычислительных систем перспективных ВС.

Внедрение результатов. Основные результаты и положения диссертационной работы внедрены в МГТУ ГА, Воронежском ВВАИУ, Иркутском государственном университете, Иркутском государственном техническом университете, что подтверждено соответствующими актами.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы основана на адекватной постановке задач и корректном использовании применяемого математического аппарата, соответствии математических моделей навигационных измерителей, входящих в состав ИБКСН, реальным физическим процессам, исследованным с помощью натурных экспериментов, согласованности полученных при проведении исследований частных результатов с положениями теории радионавигации и результатами, полученными ранее другими авторами. Личный вклад автора. Результаты диссертационной работы, выносимые на защиту, принадлежат автору, что подтверждено публикациями в научных изданиях. В опубликованных в соавторстве работах автору принадлежат постановка задачи, определение направлений исследования, результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация результатов. Результаты выполненных исследований докладывались на VI-XII НТК Иркутского ВВАИУ (1990г., 1992г., 1994г., 1997г., 1999г., 2001г., 2002г.), Всероссийской НТК с международным участием "Современные проблемы радиоэлектроники", КГТУ, г.Красноярск, 1998г., 23-й НТК молодых ученых в/ч 75360, г.Москва, 1999г., Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов "Решетневские чтения", КГУ, г.Красноярск, 1999г., секции «Математика, информатика и управление (МИУ - 2000)» Международной конфе-

ренции ИДСТУ СО РАН, г.Иркутск, 2001г., XII Байкальской международной конференции, г.Иркутск, 2001г., Всероссийской НТК САКС-2001, г.Красноярск, 2001г., Международной научно-практической конференции САКС-2002, СибГАУ, г.Красноярск, 2002г., секции «Современные проблемы радиоэлектроники и связи» VIII Всероссийской НТК студентов, аспирантов и молодых ученых, ИрГТУ, г.Иркутск, 2009г., секции «Системы управления, космическая навигация и связь» XIII Международной конференции «Решетневские чтения», посвященной 50-летию СибГАУ, 50-летию ОАО «Информационные спутниковые системы», г.Красноярск, 2009г., ежегодных научно-технических семинарах кафедры Авиационного радиоэлектронного оборудования Иркутского филиала МГТУ ГА в 2003 -2009 гг., ежегодных научных семинарах Иркутского ВВАИУ в 2005 - 2008 гг. Публикация результатов. Основные результаты диссертации представлены в 50 публикациях в российских научных журналах и других изданиях, в том числе 9 статей - в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских диссертаций, 1 изобретении.

Теоретические положения, развитые в диссертации, использованы в двух кандидатских диссертациях, выполненных под руководством автора. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка. Основная часть диссертации содержит 290 страниц текста, 139 рисунков, 5 таблиц, и библиографический список из 195 наименований. Общий объем работы 313 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулированы проблема, цель и решаемые задачи, приведены основные научные результаты исследований и основные положения, выносимые на защиту, структура и объем диссертации.

В первой главе диссертационной работы проведен анализ тенденций развития методов и средств навигационного обеспечения ВС и процессов УВД, приведены требования к навигационному обеспечению этапов полета ВС гражданской авиации (ГА), определенные Российским радионавигационным планом.

Показано, что выполнение этих требований в условиях реализации концепции ИКАО CNS/ATM, определяющей ССН в качестве основного средства навигации, является проблематичным ввиду ее низкой помехоустойчивости и недостаточной целостности. При этом в условиях штатного функционирования ССН точность определения навигационных параметров ВС удовлетворяет требованиям авиацион-

ных потребителей при полетах по маршруту при невысокой плотности воздушного движения и некатегорированном заходе на посадку.

Анализ тенденций развития бортовых средств навигации и УВД показал, что существенное улучшение их технических и эксплуатационных характеристик Достигается путем интеграции в составе комплекса бортового оборудования ССН, СОД и ИНС, вертикальный канал которой демпфирован барометрическим высотомером (БВ). Указанные системы в составе ИКБО образуют интегрированный бортовой комплекс связи и навигации.

В составе ИБКСН ключевую роль играет СОД, работающая в режиме МДВР. Между объектами, оборудованными терминалами СОД (ВС, пунктами УВД), обеспечивается не только обмен навигационной информацией в интересах УВД но и выполняются измерения псевдодальностей. Следовательно, при синтезе алгоритмов обработки информации в ИБКСН и ее подсистемах целесообразно использовать методы МСН.

Необходимость использования методов МСН для решения задач самолетовождения, посадки и УВД при реализации концепции АЗН возникает в случаях нарушения штатного функционирования ССН (нарушение целостности системы, сбои в работе приемной аппаратуры, влияние ионосферных возмущений, воздействие помех, в том числе и организованных и т.д.). В этих условиях взаимодействующие в сети СОД объекты следует рассматривать как источники навигационной информации в создаваемом ею локальном навигационно-временном поле, соответствующая обработка которой позволит повысить точность определения навигационных параметров.

Применение методов МСН для решения задач самолетовождения и УВД становится еще более актуальным в свете концепции организации воздушного движения «Free Flight», предусматривающей предоставление участникам воздушного движения возможности выбора режимов и траекторий полета ВС в интересах повышения эффективности УВД.

Известно, что обеспечение высоких характеристик точности, надежности и помехоустойчивости ИБКСН достигается при реализации алгоритмов комплексной обработки информации (КОИ), разработанных на основе статистических методов.

Развитие методов МСН применительно к решению задач самолетовождения и УВД на основе ИБКСН в условиях взаимодействия ВС в сети СОД предполагает применение математического аппарата оптимальной нелинейной фильтрации для комплексной обработки информации с целью повышения точности навигационно-временных Определений.

Во второй главе диссертационной работы обоснована архитектура перспективного ИБКСН и его подсистем, принципы решения навигационных задач в глобальной и локальной системах координат (СК).

На основе анализа известных схем комплексирования бортовых навигационных средств, для применения в ИБКСН выбран слабосвязанный вариант комплексирования, использующий модели погрешностей комплексируемых навигационных измерителей.

В составе ИБКСН (рис.1) можно выделить подсистемы глобальной навигации (ССН и ИНС/БВ или ССН, ИНС/БВ и СОД) и локальной навигации (СОД и ИНС/БВ), которые решают навигационные задачи соответственно в глобальной (геодезической) и локальной (прямоугольной декартовой, начало которой может размещаться в произвольной точке на земной поверхности, либо в точке траектории движения ВС), системах координат.

Радиотехнические навигационные средства (РТНС), устанавливаемые на борту современного ВС (радиовысотомеры, аппаратура систем ближней навигации, радиодальномеры), образуют резервную подсистему (РТНС и ИНС/БВ).

ИБКСН

Рис.1. Структурная схема ИБКСН

На основе анализа факторов, влияющих на точность определения навигаци-онно-временных параметров ИБКСН, разработаны математические модели погрешностей измерителей, подсистем ИБКСН и интегрированного комплекса в целом. С целью использования в алгоритмах КОИ математические модели представлены в виде динамических стохастических систем в пространстве состояний.

Выбор модели ИНС должен являться компромиссом между точностью описания реальной системы и сложностью ее математической модели. Для использования в алгоритмах навигационно-временных определений (НВО) в глобальной СК, когда решаются задачи самолетовождения на воздушных трассах, модель ошибок ИНС должна быть ориентирована на большие интервалы времени. Решение задач навигации в локальной СК позволяет использовать более простую модель ИНС, ориентированную на сравнительно короткие интервалы времени.

Для подсистемы глобальной навигации разработана математическая модель платформенной ИНС, погрешности которой образуют вектор состояния Лттс = I SB, 8L, SVb Фл', Ф& Фв £n, £в ¿н, Sh I, где SB, SL - ошибки счисления широты и долготы; SVs, SVe - ошибки счисления составляющих скорости; Фу, Ф& Фн -угловые отклонения платформы от осей истинного трехгранника; су, ев - скорости дрейфов гироплатформы по осям N, Е, Н; ¿h - ошибка измерения высоты БВ. Скорости дрейфов гироплатформы и ошибка БВ аппроксимированы стохастическими дифференциальными уравнениями вида = -ах + -Ja2cr2w(t), где

H'frJ - стандартный белый гауссовский шум (БГШ) с нулевым математическим ожиданием и единичной интенсивностью, « - характеризует ширину спектра флуктуаций процесса x(t), а2 - стационарное значение дисперсии.

Для подсистемы локальной навигации разработана математическая модель ИНС/БВ в локальной СК, погрешности которой образуют вектор состояния

^инс ~ \Sx,8y,8V„8Vy,5h\, где дх, Зу — погрешности счисления горизонтальных

координат, SVX, SVy - ошибки определения горизонтальных составляющих скорости, аппроксимированные стохастическими дифференциальными уравнениями.

Модели погрешностей ИНС/БВ в глобальной и локальной СК отличаются размерностью и значениями элементов матриц динамики системы и возмущающих воздействий. Адекватность предложенных моделей подтверждена сравнением результатов математического моделирования с данными, полученными другими авторами и опубликованными в научной литературе.

Модель ошибок измерения навигационных параметров приемником ССН может быть представлена в виде Дгл Нссл (1 )\ui (0+и<гл (О, гДе J^CH=\AD,,...,ADk\ - вектор ошибок измерений псевдодальностей до навигационных спутников (НС); =[wDj,-..,tfqJ - вектор шумов измерений, аппроксимированных белыми гауссовскими шумами с нулевым математическим ожиданием и заданной интенсивностью; Неси - матрица наблюдения, содержащая отличные от

нуля элементы: й«=Д?,-; ¡ = 1к ; к - количество НС, по которым

выполняются измерения псевдодальностей; Яссн (0~ \^сси • $/ссп | * вектор состояния ССН, включающий ошибку синхронизации шкалы времени (ШВ) Лсс„, создаваемой бортовым эталоном времени и частоты (ЭВЧ), и его относительную нестабильность частоты ¿/ссн. Динамика вектора состояния ССН удовлетворяет системе стохастических дифференциальных уравнений:

±ЛССН0) = 3/ССН(0. ^/сснО) = -Г,$/ссн(1) + ^25~ГгЪ>г(1) , (1)

где: уу - параметр, характеризующий ширину спектра флуктуаций частоты; В; -дисперсия флуктуаций частоты ЭВЧ; IV/ - формирующий БГШ с нулевым математическим ожиданием и единичной интенсивностью.

Модель ошибок измерения псевдодальности терминалом СОД /-го объекта при его взаимодействии с у'-м объектом сети СОД имеет вид

исод,/0> где Исод„-Щ} " ошибка измерения

псевдодальности доу'-го объекта; Оц. - БГШ измерений; #сод[ - матрица наблюдения.

Вектор состояния Лст(1) = |ГС0Д1, Тсод^, где ¿¿од,0) = \бт«,8Г\,

¿сол, (0 = // | '■> - ошибки синхронизации ШВ терминалов СОД /-

го и у-го объектов; относительные нестабильности частоты ЭВЧ. Динами-

ка векторов состояния терминалов СОД объектов удовлетворяет системе уравнений вида (1).

Математическая модель ИБКСН /-го ВС представлена системой векторно-матричных уравнений вида:

~^ИЕКСП(0 = ^"ИБКСН )^ИБКСН (0 + & ИБКСН (I № ИБКСН (О, (2)

£ ИБКСН (О- НИБКСН (О^ИБКСН (0+ иИБКСН (О ■ (3)

При этом вектор состояния ИБКСН 1-го ВС имеет вид:

^ИБКСН ~ \^ссн Лгод| , (4)

где при условии взаимодействия в сети СОД к объектов

^■сод =\^-инсI — ^та ¿сод/ ■•■ ¿соди| • (5)

Вектор наблюдения ИБКСН для /-го ВС имеет вид:

4иВКСН = \^ССН '■■■• 4ссн > %СОД '^СОД '■■■'£с0Д'"',^С0Д | '' * (6)

где и - количество НС; £сод>—>€сод ~ невязки наблюдений между г'-м и остальными к-1 объектами сети СОД.

В выражениях (2), (3) Щж» =\&ссн,-Кнс1.....Кна,№ст„...,^С0Д1\Г - вектор

формирующих БГШ, и'ИСКСН(I) = ,ии1,иа1..........иш, - вектор БГШ наблюдений.

Матрицы динамики системы Рибксн и распределения возмущающих воздействий Скисся являются блочными диагональными матрицами.

г г/

ПЯЖСН '

- матрица наблюдений, в которой: Нст = |-с0, 0\;

Нссн 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 Нина 0 0 0 НспД1 0 ... 0 Нспд, 0 0 0

0 НиНС! 0 0 0 Наци ... 0 "сол, 0 0

0 0 0 ... 0 Нега, 0 Дэд 0

0 0 0 0 Нина 0 0 ... 0 "сол, 0 0 Нсодк

^И)г., ~~

да>ш(в,ь,кв1.ц,ц) дЕ^ивххв^Л) 0 0 ^(Ш'МЛ)

эв, дц ад.

¡=1,2, ...,к; Е^"1' (В.Ь.КВ^Ц,^) - вычисленная дальность до ¿-го НС; В, Ь, Ь - соответственно широта, долгота и высота ВС и 1-го НС в геодезической СК.

Математические модели подсистем глобальной и локальной навигации ИБКСН представлены системами векторно-матричных уравнений типа (2), (3), отличаясь размерностью и составом векторов состояния, наблюдений, формирующих шумов и шумов наблюдений, матриц динамики, наблюдений, распределения возмущающих воздействий.

В третьей главе диссертационной работы на основе методов статистической теории оптимальной фильтрации синтезированы алгоритмы КОИ в подсистемах ИБКСН на уровне вторичной обработки навигационной информации, исследована точность оценки координат ВС при различных условиях их взаимодействия. Оптимальный алгоритм КОИ в подсистеме глобальной навигации Задача синтеза оптимального алгоритма КОИ решалась для /'-го из к взаимодействующих в ограниченной области воздушного пространства ВС, оборудованных однотипными и равноточными ИБКСН в составе ИНС/БВ/ССН/СОД.

Реализация оптимальных (централизованных (ЦА)) алгоритмов КОИ предполагает наличие централизованного вычислителя (навигационного фильтра), выполняющего оценку навигационно-временных параметров (НВП) всех ВС, включенных в обобщенный вектор состояния. При этом наблюдения, поступающие на

вход навигационного фильтра, формируются исходя из полной совокупности измерений псевдодальностей, которыми обмениваются объекта, а также измерений их текущих НВП. На выходе навигационного фильтра формируются оценки НВП всех взаимодействующих ВС, которые затем могут быть переданы по каналам СОД каждому конкретному ВС и в систему УВД.

При использовании единой шкалы времени ССН и СОД вектор состояния /-го ВС запишется следующим образом:

А, = | бВ^МпМь.Ф^Фь.Ф,,^.

(7)

Обобщенный вектор состояния подсистемы глобальной навигации, включающий погрешности ИБКСН всех взаимодействующих ВС, имеет вид:

Я=|1/,Д2,...,1»|Г. (8)

Вектор наблюдений подсистемы глобальной навигации имеет вид:

Н&5.....£Г. (9)

где вектор наблюдений /'-го объекта, сформированный на основе измерений псевдодальностей до НС и взаимодействующих с ним объектов, оборудованных терминалами СОД.

Применительно к случаю многомерной дискретной фильтрации уравнения наблюдения и сообщения для у-го момента времени запишем в виде:

£ = ЯД + ц„ Л- = фу,у-А-1 + "д,. (Ю)

где: Фу - переходная (фундаментальная) матрица; йу, пЛи - векторы дискретных БГШ с корреляционными матрицами Уу и соответственно.

В случае линейной фильтрации рекуррентный алгоритм оценивания вектора состояния сводится к алгоритму расширенного фильтра Калмана.

Исследования точности оценки местоположения при взаимодействии трех ВС и отсутствии информационной поддержки от ССН показали, что максимальная погрешность оценки составляет 2ог =245-300 м и зависит от их взаимного положения. Маневр по курсу одного из ВС приводит к уменьшению погрешности определения местоположения до значений 2бг =180-220 м, что в 1,8-2 раза лучше точности, обеспечиваемой ИНС при автономном счислении. На длительных интервалах оценивания погрешность оценки координат ВС определяется нарастающим характером ошибок счисления ИНС и смещением ШВ терминалов СОД.

При работе ИБКСН только по НС (отсутствуют взаимодействующие ВС) точность оценки местоположения ВС определяется числом НС, по которым выполняются измерения псевдодальностей. При четырех НС (полное рабочее созвездие) максимальная ошибка оценки местоположения составляет 3-4 м, при трех - не ху-

же 7-10 м в условиях благоприятного геометрического фактора ССН. При измерении псевдодальностей до двух или одного НС точность оценки местоположения значительно снижается (300-350 м и хуже). При этом наблюдается ухудшение точности оценки координат с течением времени вследствие нарастающего характера погрешностей ИНС и смещения ШВ, создаваемой ЭВЧ.

Для двух взаимодействующих ВС (рис.2) и работе по двум НС (кривая 2) максимальная (2а,) погрешность определения местоположения каждого из них близка к точности, обеспечиваемой при работе по полному рабочему созвездию НС (кривая 1), и составляет 15-20 м. При работе по одному НС (кривая 4) точность значительно снижается и составляет сотни метров. При увеличении числа взаимодействующих ВС до трех и измерении псевдодальности до одного НС (кривая 3) точность оценки местоположения повышается незначительно, причем также наблюдается ухудшение точности оценки координат с течением времени вследствие нарастания погрешностей ИНС и смещения ШВ, создаваемой ЭВЧ.

Изменение взаимного положения (при маневре по курсу) (рис.3) одного из трех взаимодействующих ВС по курсу (с момента времени t = 240с) при работе по двум НС (кривая 2) позволяет повысить точность оценки местоположения до 2аг=3-7 м, что практически соответствует точности НЕЮ при работе по полному созвездию НС (кривая 1). При работе по одному НС маневр одного из трех взаимодействующих ВС по курсу позволяет повысить точность оценки до 2ог=150-170м (кривая 3), что удовлетворяет требованиям при полете по маршруту на отдельных воздушных трассах. При взаимодействии двух ВС и маневре одного из них по курсу при работе по одному НС, не удается достичь высокой точности оценки местоположения определяющегося ВС (2а,=330 м и более) (кривая 4), причем наблюдается ухудшение точности оценки координат с течением времени вследствие нарастающего характера погрешностей ИНС и смещения ШВ, создаваемой ЭВЧ.

Рис.2. Точность оценки местоположения ВС в Рис.3. Точность оценки местоположения ВС глобальной СК в глобальной СК при маневре

Исследования точности подсистемы глобальной навигации проведены для следующих типовых исходных данных: среднеквадратическая ошибка (СКО) определения начальных координат ВС по данным ИНС - 300 м; СКО измерения псев до дальности до НС -5 м; СКО измерения псевдодальности терминалом СОД -10 м; СКО измерения высоты БВ - 200 м; СКО начальной синхронизации ШВ -0,1 мкс; относительная нестабильность частоты ЭВЧ- 10"8; дискретность измерений псевдодальности - 0,1 мкс.

Оптимальный алгоритм КОИ в подсистеме локальной навигации

Задача синтеза оптимального алгоритма обработки информации решалась для подсистемы локальной навигации в составе ИНС/БВ/СОД, когда каждое из к взаимодействующих ВС выступает в роли источника навигационной информации (НОТ) в локальной СК.

Обобщенный вектор состояния ИБКСН в локальной СК:

^■я Дсад, Лшс} ЛС0Л1 ... Лшс1 | ' (11)

где: Лдас, = > ¿У, ■ ^К, > ¿Уу, ■ ^ | - характеризует навигационные параметры

(ошибки ИНС/БВ); /1ОТД = \3гст, • 8/гпл | - характеризует временные параметры

(ошибки терминала СОД) ¡'-го ВС.

Наблюдения, выполняемые навигационными измерителями ИБКСН:

.....п......ъ. ..........а2)

где 4л. > Чл, - векторы выходных параметров соответственно терминалов СОД и ИНС/БВ взаимодействующих ВС. При этом £ ... ^ ... - вектор

выходных параметров терминала СОД /-го ВС.

Уравнение наблюдения при взаимодействии /-го и 7-го ВС имеет вид:

= 5 у (^яна, • Л-ссодк • ^-ИИС], • ^сощ,) + ич, > (13)

где: ЛИна, • Асод,.'Линс)„>Лсою„) ~ известная функция параметров; и^ - ошибка измерения псевдодальности, аппроксимируемая БГТП с нулевым математическим ожиданием и заданной интенсивностью.

Применительно к случаю многомерной дискретной фильтрации уравнения наблюдения и сообщения представим в форме (10). При этом Н„ - матрица наблюдений размерности к(к-1)х7к, Ф- переходная матрица размерности 7кх7к; Ц,, «,„- векторы БПИ с нулевыми математическими ожиданиями и корреляционными матрицами К и О, размерности к(к-1)х к(к-1) и 7кх7к соответственно; к -число взаимодействующих ВС.

При автономном взаимодействии трех ВС, обладающих погрешностями определения собственных НВП, СКО оценки местоположения повышается на 1520% по сравнению с точностью, обеспечиваемой ИНС (соответственно кривые 2 и 1 на рис.4). При дополнительном взаимодействии с одной наземной НОТ (кривая 3), точность оценки местоположения повышается в 2,5 и более раза по сравнению с точностью ИНС. При взаимодействии с двумя наземными НОТ (кривая 4) точность оценки местоположения определяющегося ВС составляет в, -3 м.

На рис.5 приведены обобщенные результаты исследования точности оценки местоположения для момента времени, соответствующего границе интервала оценивания (500с), в условиях использования одной и двух наземных НОТ при взаимодействии различного числа ВС.

Исследования точности подсистемы локальной навигации проведены для следующих исходных данных: СКО определения начальных координат ВС по данным ИНС - 300 м; СКО измерения псевдодальности терминалом СОД - Юм; СКО начальной синхронизации ШВ — 0,1 мкс; относительная нестабильность частоты ЭВЧ - 10'8, дискретность измерений псевдодальности - 0,1 мкс.

У

/...

«»г

t.c

б>.н 150

100 5

N.BC

РисА Точность оценки местоположения ВС Рис.5. Обобщенные характеристики точности

в локальной СК

оценки местоположения ВС в локальной СК

Таким образом, при использовании двух НОТ точность оценки местоположения определяющегося ВС составляет единицы метров, что соответствует требованиям, предъявляемым к точности НВО при решении задач навигации на маршруте и в аэродромной зоне.

Исследования также показали, что при автономном взаимодействии равноточных ВС повышение точности НВО за счет увеличения количества ВС и при благоприятной геометрии их расположения возможно не более, чем на 25-30% по сравнению с точностью, определяемой ИНС.

Децентрализованный алгоритм КОИ в подсистеме локальной навигации

Основным недостатком ЦА является существенный рост размерности оцениваемого обобщенного вектора состояния при увеличении количества взаимодействующих ВС, что приводит к проблематичности реализации алгоритма в реальном масштабе времени. Известным способом снижения вычислительных затрат при оценивании сложных систем является их декомпозиция и переход к децентрализованному алгоритму (ДА) оценивания.

Декомпозицию подсистемы локальной навигации можно выполнить на уровне математического описания чисто формально. Запишем стохастическое разностное уравнение динамики статистической взаимосвязи между компонентами обобщенного вектора состояния Д,, в моменты времени и гу в виде:

где: Фл , - переходная (фундаментальная) матрица; Гл_г1- переходная матрица возмущений; ¡УЛг - вектор дискретных БГШ с нулевыми математическими ожиданиями и единичными интенсивностями.

Разбив матрицы Ф, и Гл на блоки так, чтобы диагональные блоки были квадратными, получим:

Ф* : Ф", : Ф/,'

ф:

ф/;

ри ; 1 ; -* I/ • 1 п ■

ря : :

1 ь • и •

Г-

Г7 1 и

Г/, .

Относя переменные состояния, множителями при которых являются элементы матриц ФЦ и У;7 ;-го блока, к вектору состояния 1-й подсистемы Л;7, разобьем уравнение (14) на к уравнений подсистем:

(15)

где: Л* = \ЛЦЯ1..,Лс№д,\ , ¡=1,2,...,к.

Матрицы Ф,,7 и /¡/'отображают собственные динамические свойства г'-й

, к _

подсистемы, а слагаемые ; и отображают связи между под-

системами.

Предположим, что навигационные измерители, образующие подсистемы локальной навигации ИБКСН г'-го и /-го ВС, функционируют взаимно независимо, и

в соответствии с концепцией ДА в навигационном фильтре /-го ВС оценивается только его собственный вектор состояния. Тогда недиагональные блочные матрицы = 0 и Гц ® 0, и выражение (15) примет вид:

(16)

Уравнение наблюдений между ¡-м и _/-м объектами с учетом декомпозиции системы и обмена данными об оценках НВП примет вид:

. о?)

дСГ д£Г дТГ --о 0 —'—-с„

дх, ду, Щ

Н* =

дЕГ дГГ дЕГ

_I--2_ о о -а--с о|

Л* = , , ¿»К, , , ^.ггоад^/сод - вектор состояния /'-й подсистемы; А/ = I; - X/ = , ,8Ух,8Уу,8ку 8тС0Д), 8]сощ | - вектор ошибок оценок НВП

у-го объекта; Д*ыч - дальность между /-м и у'-м объектами, вычисленная на основе обмена информацией об оценках координат.

Алгоритм формирования квазиоптимальной оценки Л* и эволюции матрицы

апостериорных дисперсий ошибок оценивания 1-й подсистемы, полученный из выражения для апостериорной плотности вероятности, имеет вид:

^ -Щ^-Щ&Х,), (18)

К^к^^т'^щмщ> (19)

к^щн^Пщщн^Гщя'. (20)

В выражение (18) для формирования оценки входит слагаемое ЩХ', которое является функцией погрешностей оценок НВП взаимодействующих объектов. В уравнениях (19) и (20) характеристики этого слагаемого не учитываются, что приводит к несоответствию априорной информации о случайных процессах, использующейся в ДА, характеристикам реальных процессов на входе навигационного фильтра и может привести к расходимости оценок.

Результаты исследований точности ДА при автономном взаимодействии трех равноточных ВС, выполняющих полет на одной высоте с одинаковыми курсами и скоростями, представлены на рис.6 (кривая 1 - расчетная максимальная ошибка 2<уг оценки координаты х, кривая 2 - ошибка оценки х = х-х). Результаты исследований точности ДА для случая, когда взаимодействуют три ВС при работе по

двум наземным НОТ, а с момента времени ^ происходит потеря контакта с одной из НОТ (кривая 1 - максимальная ошибка оценки координаты х, кривая 2 - ошибка оценки координаты) представлены на рис.7.

20;.м 2.М 200

120

40 О -АО

-120

-200

А/

ч 1

100 200 300 400 500

С

Рис.6. Точность ДА при автономном взаимодействии ВС

Рис.7. Точность ДА при потере контакта с наземной НОТ

Полученные результаты показывают, что при работе по двум НОТ обеспечивается высокая (единицы метров) точность оценки координат и стабильность ДА, а при потере хотя бы одной НОТ, также как и при автономном взаимодействии равноточных ВС, наблюдается расходимость процесса фильтрации. Децентрализованный алгоритм КОИ при многоуровневой организации взаимодействия ВС

Многоуровневое взаимодействие ВС основано на их ранжировании в соответствии с точностью оценки собственных НВП. При этом в ДА определяющегося ВС используются наблюдения, формируемые на основе измерений псевдодальностей и обмена данными с объектами, имеющими более высокий ранг точности, а при вычислении матричного коэффициента усиления (20) учитываются ковариационные матрицы ошибок оценок НВП взаимодействующих ВС.

Рассмотрим взаимодействие трех ВС, выполняющих полет на одной высоте с одинаковыми курсами и скоростями. ВС оборудованы однотипными ИНС, что обеспечивает одинаковую точность счисления их координат. Два из взаимодействующих ВС (первичные потребители (ПП)) имеют возможность измерять и обрабатывать псевдодальности до наземных НОТ. Определяющееся ВС (вторичный потребитель (ВП)) может измерять псевдодальности только до ПП.

Поскольку ПП имеют одинаковые ранги точности, они не используют в своих навигационных фильтрах измерения взаимных псевдодальностей. Погрешности

оценки координат ПП учитываются в навигационном фильтре ВП передаваемыми рангами точности.

На рис.8 показаны расчетные СКО оценки координат ВП (кривые 1) и ошибки оценивания х=х-х, у = у- у (кривые 2), формируемые на выходе децентрализованного алгоритма с многоуровневой организацией взаимодействия.

а) 6)

Рис.8. Точность оценки координаты х (а), у(б) вторичного потребителя децентрализованным алгоритмом при многоуровневой организации взаимодействия

Полученные результаты показывают, что СКО оценки координат ВП составляет около 100 м, что в 3 раза лучше, чем точность его ИНС, причем расходимости оценок не наблюдается. При этом расчетная точность оценки координат, формируемая на выходе навигационного фильтра, реализующего данный алгоритм, несколько хуже, чем на выходе ДА.

В четвертой главе диссертационной работы рассмотрены методы повышения точности подсистемы локальной навигации ИБКСН, основанные на учете коррелированных составляющих погрешностей НВО источников информации в ДА при многоуровневой организации взаимодействия, а также исследовано влияние взаимного маневрирования ВС на точность оценки координат.

Наличие ошибок определения координат навигационного контроллера (НК) -объекта, устанавливающего начало и ориентацию осей локальной СК, при многоуровневой организации взаимодействия позволяет предположить, что выполняемые по нему наблюдения, поступающие на вход навигационных фильтров ПП, будут иметь взаимно коррелированные составляющие погрешностей. Тогда и наблюдения, поступающие на вход навигационных фильтров ВП при выполнении НВО по одним и тем же ПП, будут содержать взаимно коррелированные составляющие погрешностей.

Данное предположение было экспериментально подтверждено в процессе исследований путем вычисления с помощью стандартной процедуры алгоритмического языка Ма}Исас1-2000 коэффициента взаимной корреляции между ошибками оценки координат хпт и хПЛ2 на выходах навигационных фильтров ПП. В частности, в случае, когда угол между линиями дальностей, соединяющими ПП с НК равен 25°, коэффициент взаимной корреляции составляет Гзт1Ш! = 0.954.

Методика синтеза модифицированного ДА, учитывающего взаимную корреляцию наблюдений на его входе, была получена для частного случая линейной фильтрации в дискретном времени, когда уравнения наблюдений и сообщения являются линейными и заданы в виде скалярных разностных уравнений:

= Н,Л + о,у, £„ = Н2Х + и2„, Л,. = Д..+ у?г ,Л(0) = Лд, (21) где: #,„ = Н1(1у),Н2у =Н2(г„) и Д. = /3(7,.,)- заданные функции времени; и2у и V/ у - дискретные Б ГШ с нулевыми математическими ожиданиями и дисперсиями й1у, Д,„ и соответственно.

На основании выражения для вычисления апостериорной плотности вероятности получены выражения для оценки случайного процесса Я:

к = - н,лл-,)+„н"?:п - ^лХ,)-

'1 ГП\)и1у (1 Г1ъ)и>

и его апостериорной дисперсии:

1 1 . "I ■ Н1 2гПгН,уН7г

(22)

(23)

где гц - коэффициент взаимной корреляции наблюдений на входе ДА.

На основе разработанной методики синтезирован модифицированный ДА комплексной обработки информации в подсистеме локальной навигации ИБКСН. При этом уравнения наблюдения и сообщения на входе навигационного фильтра определяющегося ВС описываются соотношениями вида (10):

£ = #Д +11, к = фу,у.,лу-, + К .

В уравнении наблюдения ¿7 - вектор шумов наблюдений с корреляционной

матрицей V*, причем компоненты вектора йг взаимно коррелированны.

Уравнения для оценки вектора состояния и ковариационной матрицы ошибок оценивания, полученные из выражения для апостериорной плотности вероятности, при измерении дальностей до двух ПП имеют вид:

т Я,

Я„,

в;'+

Н2уН2у

(25)

А, А, Ха^

где: = Я;„А1,+ил,, =Яг,,Л„- наблюдения на входе навигационного фильтра ВП; - коэффициент корреляции наблюдений; = Я^Д^.Я^ + с^ и А, = + ^ - дисперсии эквивалентных шумов наблюдений на входе на-

вигационного фильтра ВП; - матрицы дисперсий ошибок определения ко-

ординат ПП, - корреляционная матрица формирующих БГШ.

Матрица дисперсий шумов наблюдений содержит недиагональные элементы и в двумерном случае примет вид:

(КГ' =

1

0-г1)

х

А,

К'К ±_

А,

, где г,„ = гп

УЖ

В диссертационной работе получена методика определения коэффициента взаимной корреляции наблюдений. В случае выполнения НВО двумя ПП по одному НК и рассмотрении задачи на плоскости коэффициент взаимной корреляции наблюдений, поступающих на вход ДА определяющегося ВС, примет вид:

гш =Н1уН1 = а,

где: НЬ,,Н]„ - матрицы направляющих косинусов; я - угол между линиями дальностей, соединяющими ВП и ПП.

На рис.9 показано изменение максимальной ошибки оценки местоположения ВП 2а,, выполняющего НВО по двум ПП при определении координат ПП без погрешностей (кривая 1), при использовании ДА с многоуровневым взаимодействием (кривая 2), когда погрешности ПП считаются независимыми и аппроксимируются БГШ, и при использовании модифицированного ДА (кривая 3). На рис.10 представлены результаты, полученные при взаимодействии ВП с тремя ПП. При этом коэффициенты корреляции имели значения г ¡2 =-0,99, гц=-0,83, щ = 0,81.

Полученные результаты показывают, что модифицированный алгоритм обеспечивает значительное (в 2-3 раза) повышение точности оценки местоположения

ВП по сравнению с ДА. При этом, как показывают исследования, расходимость процесса оценивания не наблюдается.

н-

д

о.-

2в,лво

\

1

к

Рис.9. Точность оценки местоположения ВП при взаимодействии с двумя ПП

Рис.10. Точность оценки местоположения ВП при взаимодействии с тремя ПП

Известно, что точность определения местоположения объекта дальномерным (псевдодальномерным) методом зависит от его положения относительно НОТ, в нашем случае - подвижных ВС (источников информации). Для оценки влияния взаимного положения НОТ и определяющегося ВС на точность НВО широко используется геометрический фактор (ГФ), при равноточных измерениях псевдодальностей удовлетворяющий выражению ГФ = tr[(НтН)"']"'.

В задачах оценивания динамических стохастических систем точность численного решения зависит от состава, количества наблюдаемых сигналов и продолжительности времени наблюдения. Для практического использования вводят

!у

понятие детерминанта матрицы Грама deí Г = deí J Н (t f Н (í )dt), который

'»

численно характеризует площадь, «охватываемую» фазовой траекторией вектора наблюдений на интервале оценивания (to, tj. Чем больше величина deí Г, тем выше точность оценки переменных вектора состояния, в нашем случае - вектора состояния определяющегося ВС.

В работе показано, что при взаимодействии объектов в локальной СК det(НТН) = sin2 а, т.е. мера наблюдаемости зависит только от угла между линиями дальностей, соединяющими ВП и ПП.

Таким образом, исследование изменения меры наблюдаемости и ГФ при взаимном маневрировании ВС позволит оценить его влияние на точность оценки координат определяющегося ВС.

На рис. 11 представлены результаты исследований точности оценки координаты х (кривые 1 - СКО оценки координаты, кривая 2 - ошибка оценки координаты) ВП при его взаимодействии с двумя ПП, один из которых выполняет маневр по курсу с момента времени *=300 с. При этом взаимодействующие ВС оборудованы однотипными ИНС и до маневра выполняют полет с одинаковыми скоростями и курсами. ПП измеряют и обрабатывают в своих навигационных фильтрах псевдодальности до двух наземных НОТ.

На рис.12 представлены результаты исследований модернизированного ДА для следующих ситуаций: 1) взаимодействуют ВП и три ПП) (кривая 1); 2) взаимодействуют ВП и два ПП (кривая 3); взаимодействуют ВП и два ПП, при этом один из ПП выполняет маневр по курсу (кривая 2).

Х,м 120

40 О 40

-120

-200

ЧЙ У

\

I

н

А

( ь 1|

С,.":

100 200 300 400 500

ис

Рис. 11. Точность оценки координаты х ВП при маневрировании ПП

17.5

125

1 \ ч /2 .

V; < _

30

1.С

Рис. 12. Точность оценки местоположения ВП при маневрировании ПП

Из представленных результатов следует, что выбранный маневр ПП позволяет существенно (со 100 м до начала маневра до 15-20 м по его окончании) повысить точность оценки текущих координат ВП. При этом не наблюдается расходимости процесса оценивания. Также при маневрировании точность оценки местоположения определяющегося ВС при взаимодействии с двумя ПП приближается к точности, соответствующей его взаимодействию с тремя ПП. При этом размерность вектора оцениваемых параметров не изменяется, что не приводит к увеличению вычислительных затрат на обработку информации.

В пятой главе диссертации методами теории оптимального управления синтезированы алгоритмы управления взаимным положением ВС при их автономном взаимодействии, обеспечивающие повышение точности оценки координат, показана работоспособность синтезированных алгоритмов.

Введем ¿-мерный вектор управляющих воздействий й„ =|и^, под которым будем полагать вектор управления движением ВС в момент времени Г„. Количество управляемых ВС-НОТ равно к. Уравнение наблюдения для определяющегося ВС в этом случае можно представить в виде = + гДе £» -

¿-мерный вектор наблюдений, Н„(й„) - матрица наблюдений; Ц, - ¿-мерный вектор дискретных взаимно независимых БГШ наблюдений с нулевыми математическими ожиданиями и матрицей дисперсий Уу.

Оптимальное управление ¡7, = и(1Ч) движением располагаемой совокупности НОТ, при котором достигается экстремум среднего значения функционала текущих потерь Л,. "Л. при нахождении управления в текущий момент времени (локальный критерий) или в конечный момент време-

^ = Д/|^С1.(ау1Як,(71,]|, с учетом всего переходного процесса (интеграль-

ни

ный критерий), должно удовлетворять условию физической реализуемости и ограничениям на его допустимые значения Ц е^й^.м^ ^ /=1...к. v=l...N, где N -количество точек на траектории, в которых производится управление.

сДЛу, Л„,й,,) - заданная неотрицательно определённая функция, характеризующая потери. При использовании квадратичного критерия оптимизации:

С, (ХД, ы„ )= (X - % ]& (X - X ), (26)

где <9 - неотрицательно определенная диагональная матрица штрафов (весовая матрица).

Математическое ожидание (26) по Л,. равно:

М { Лу, 1У,й,)} = /г[& (27)

где - значение ковариационной матрицы ошибок фильтрации в момент и.

Так как © - заданная неотрицательно определенная матрица штрафов, минимизация функционала текущих потерь (при локальной оптимизации), исходя из (27), достигается при минимуме значения ковариационной матрицы ошибок фильтрации в текущий момент

К' =(Ф,у-А-,Ф,*-[ +0.Г'+яУГйт/к;'я/й;;. (28)

Таким образом, задача состоит в отыскании оптимального управления, которое минимизирует значение ковариационной матрицы ошибок фильтрации. Поиск оптимального управления может быть сведен к детерминированной задаче путем

нахождения матрицы Hv в точках известной (заранее заданной) траектории, т.е. в предположении, что динамика ВС известна заранее. Это оправдано, поскольку синтез алгоритмов комплексной обработки информации в данной работе выполнен при линеаризации уравнений наблюдений путем разложения в ряд Тейлора в окрестности номинальной, т.е. заданной, траектории.

Вектор управления й„ в выражении (28) влияет только на значение второго слагаемого. Следовательно, минимизация ковариационной матрицы ошибок i фильтрации за счет организации управления в момент времени tv достигается при максимуме выражения H(it,)TV~'H(uv) , которое рассматривается в качестве функции стоимости.

Оптимальное управление uv на каждом шаге находится из условия максимума функции det(H(üJT H(üJ), т.е. максимума меры наблюдаемости:

Ü = arg max(det(H(ü, / H(üv))). (29)

ы.

Выражение (29) определяет решающее правило для алгоритма локальной оптимизации. При этом для нахождения оптимального управления использовался градиентный метод.

В работе также была решена задача синтеза алгоритма оптимального управления на основе интегрального критерия оптимизации, обеспечивающего достижение максимальной точности определения координат в конечной точке траектории. При этом было показано, что в задаче оптимального управления траекториями движения ВС, когда необходим контроль положения ВС в каждой точке, целесообразно применение локального критерия.

Применение синтезированных алгоритмов рассмотрим на примере взаимодействия определяющегося ВС и трех ВС-НОТ, выполняющих полет на одной высоте, с одинаковыми скоростями и курсами. При этом ВС-НОТ определяют свои координаты без погрешностей. Определяющееся ВС, с целью оптимизации условий навигационного сеанса, может совершать маневр по скорости.

На рис.13, 14 показано изменение максимальных (2аг) ошибок оценки координат х (кривые 1) и у (кривые 2) определяющегося ВС соответственно при отсутствии и наличии оптимального управления по скорости. При оптимальном управлении положением определяющегося ВС ошибки оценки координат составляют в конце интервала оценивания 2ах=7,8м, 2ау=7,2 м.

Таким образом, оптимальное управление условиями навигационного сеанса обеспечило значительное повышение точности оценки обеих координат.

Рис. 13. Точность оценки координаты х Рис. 14. Точность оценки координаты у

определяющегося ВС определяющегося ВС

На рис.15 показано изменение горизонтального геометрического фактора (кривая 2) и меры наблюдаемости (кривая 1), на рис.16 - закон управления скоростью (Но - номинальное значение скорости) определяющегося ВС при управлении его положением относительно ВС-НОТ.

"а ю 20 за «1с

Рис Л 5. Изменение геометрического фактора и меры наблюдаемости

Г1—Г I

и--1-----

I--;--1— --

м —;--;----

о----—

0 И 30 30 « I.

Рис. 16. Закон управления скоростью определяющегося ВС

Из полученных результатов видно, что управление скоростью определяющегося ВС привело к уменьшению ГФ и увеличению меры наблюдаемости.

В шестой главе диссертации предложен способ определения посадочных параметров при посадке на аэродромы, оборудованные упрощенной системой посадки, рассмотрено применение ИБКСН для решения задачи посадки ВС, найдены условия, позволяющие осуществлять категорированную посадку.

Сущность предложенного способа состоит в измерении разности курсовых углов (КУР) А0 = 0д - вБ дальнего (ДПРМ) и ближнего (БПРМ) приводных радиомаяков, измеряемых автоматическим радиокомпасом (АРК), по которой определяется сторона и величина отклонения ВС от плоскости посадочного курса.

Для определения дальности до начала ВПП в состав наземной части системы посадки введена дополнительная приводная радиостанция (доп.ПРС). Доп.ПРС

(рис.17) устанавливается на одном уровне с началом ВПП на известном расстоянии Do от нее. При этом АРК измеряет КУР доп.ПРС &д<,п, по которому вычисляется расстояние D до начала ВПП согласно выражению D = Do ctg (&ьоп)- Необходимо отметить, что измерение дальности до начала ВПП возможно лишь в случае, когда ВС находится в плоскости курса.

Из рис.17 видно, что разность КУР Л& пропорциональна отклонению ВС от плоскости посадочного курса, а знак разности соответствует стороне отклонения ВС от посадочного курса. При АО = 0й ВС будет выполнять полет точно по посадочному курсу.

Для непрерывного определения отклонения ВС от плоскости планирования в бортовом вычислителе сравниваются значения высоты, измеренные радиовысотомером, и заданные расчетные значения Н,ад = D tgß, где D - дальность до начала ВПП, ß - угол наклона глиссады данного аэродрома посадки.

Рис.17. Пояснение к методу определения отклонения от плоскости посадочного курса н

дальности до ВПП

Проведенные расчеты показали, что при погрешности измерения КУР, равной 1°, данный метод обладает точностью, соответствующей системе посадки П категории.

ВПП

д Доп.ПРС

Для решения задачи посадки с помощью подсистемы локальной навигации ИБКСН предложено использовать посадочные НОТ, оборудованные терминалами СОД. Так как координаты посадочных НОТ известны в локальной СК, связанной с ВПП аэродрома, измерение псевдодальностей до них позволяет определять в ней же координаты ВС на основе псевдодальномерного метода и рассчитывать отклонения от заданной посадочной траектории (глиссады).

Для достижения наилучших точностных характеристик в заданных точках посадочной траектории ВС необходимо решить задачу определения потребного количества и рационального размещения НОТ. Эта задача может быть решена с использованием методов теории оптимального управления при введении вектора й =[ы/,ыг,..,мт)т управления размещением посадочных НОТ, где тя-число НОТ,

размещение которых подлежит оптимизации, й( =|*,.>'/|Г- координаты размещения /-Й НОТ. В качестве показателя качества примем максимум меры наблюдаемости ИеЦН(и„У Н(й„)) в фиксированной точке траектории ВС. Такой точкой логично считать либо начало ВПП, либо точку касания ВПП.

Для нахождения оптимального управления использовался градиентный метод, позволяющий ускорить процесс нахождения оптимального управления.

Проведенные исследования показали, что высокая точность определения координат ВС обеспечивается, когда две НОТ расположены в районе начала ВПП и симметрично смещены относительно ее оси, третья НОТ находится либо на оси ВПП, либо незначительно (до 500 м) смещена относительно оси.

Рассмотрим случай, когда две НОТ расположены в районе начала ВПП и симметрично смещены относительно ее оси на 1000 м, третья НОТ находится на оси ВПП на удалении 500 м (вариант 1) от начала ВПП или смещена на 500 м относительно ее оси (вариант 2). При этом с помощью алгоритма оптимального управления найдено оптимальное удаление третьей НОТ от начала ВПП (440 м).

Результаты исследований, характеризующие изменение максимальной ошибки оценки по координатам х у (2ау), высоте (.2а¡) и горизонтального геометрического фактора Кгг в процессе посадки ВС (кривые 1,2- соответственно для вариантов 1, 2 размещения НОТ), представлены на рис.18. На рисунках I - расстояние ВС от дальнего приводного радиомаяка, расположенного на удалении 4 км от начала ВПП.

Полученные результаты показывают, что установка посадочной НОТ в точку, смещенную относительно оси ВПП, обеспечивает повышение точности оценки высоты ВС на этапе снижения, однако после прохода траверза НОТ точность оценки высоты ухудшается и составляет а2=6-1 м в точке касания ВПП. Точность

оценки координаты х после прохода траверза НОТ существенно повышается, однако в точке касания ВПП точность оценки горизонтальных координат ВС для обоих вариантов размещения НОТ практически совпадает.

\ 1 ^

\

1

\

зз

гги

в) г)

Рис. 18. Изменение максимальных 2а ошибок определения координат х (а), у (б), высоты г (в) ВС и геометрического фактора (г) при посадке по трем наземным НОТ.

Таким образом, использование трех НОТ, размещенных относительно ВПП в соответствии с рассмотренными вариантами, позволяет определять горизонтальные координаты ВС с точностью, соответствующей системе посадки I категории. Удовлетворение требований системы посадки III категории по точности оценки высоты возможно при расположении третьей НОТ на оси ВПП и при пролете ВС над этой НОТ. Исходя из этого, третью НОТ необходимо размещать максимально близко к началу ВПП.

В зоне аэродрома могут находиться ВС, выполняющие полет на высоте круга, в зоне ожидания и т.д. Поэтому целесообразно рассмотреть возможность их использования в качестве дополнительных динамических НОТ для повышения точности оценки координат ВС, выполняющего посадку.

Рассмотрим случай, когда в дополнение к наземным НОТ используется НОТ4, которая перемещается в плоскости курса, причем происходит оптимальное управление ее скоростью. При этом наземная НОТЗ размещена на оси ВПП на удалении

100 м от ее начала (рис.19).

Рис. 19. Размещение посадочных НОТ при использовании дополнительной динамичной НОТ

Особенность алгоритма комплексной обработки информации в этом случае состоит в необходимости расширения оцениваемого вектора состояния включением в него переменных, характеризующих погрешности определения координат динамичной НОТ4.

На рис.20 показано изменение меры наблюдаемости Г (кривая 1 - посадка по трем НОТ, кривая 2 - посадка по четырем НОТ) и закон управления скоростью ВС-НОТ4 в процессе посадки.

а) б)

Рис.20. Изменение меры наблюдаемости Г (а) и скорости (б) ВС-НОТ при посадке по трем

наземным и динамичной НОТ.

На рис.21,а-г представлены результаты исследований, характеризующие изменение максимальных ошибок оценки соответственно по координатам х (2aJ, у (2егу), высоте (2crJ и горизонтального ГФ Кгг в процессе посадки ВС (кривые 1,

2 - соответственно для использования трех наземных посадочных НОТ и дополнительной динамичной НОТ4) для следующих исходных данных: СКО измерения дальности до НОТ составляет 3 м; СКО измерения высоты НОТ4 - Юм; дискретность измерения дальностей до НОТ - 0,01с.

а) б)

20 15 10 5

0 и 03 13 4Д Л..И О и 12 З.Э " <4 Цгя

В) г) ■

Рис.21. Максимальные 2а ошибки определения координат х (а), у (б), высоты г (в) ВС и изменение геометрического фактора (г) при посадке по трем наземным и динамичной НОТ.

Анализ полученных результатов показывает, что использование динамичной НОТ позволяет повысить точность оценки координаты х и высоты на этапе посадки. Минимальные значения СКО оценки координат вдоль траектории посадки составляют сх=0,29 м, су=0,23 м, аг=0,6 м (в точке касания ВПП аг~1,б м), что соответствует системе посадки III категории по боковой ошибке и системе посадки I и П категории по вертикальной ошибке.

Таким образом, проведенные исследования показали целесообразность использования ВС, находящихся в зоне аэродрома, в качестве дополнительных динамичных НОТ для повышения точности оценки координат ВС, выполняющего посадку, а также возможность удовлетворения требованиям категорированной посадки при наличии не менее трех наземных НОТ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью настоящей работы являлось повышение точности навигационного обеспечения ВС ГА на основе применения методов межсамолетной навигации, базирующихся на комплексной обработке информации от взаимодействующих в системе УВД объектов.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ проблем навигационного обеспечения процессов самолетовождения и посадки ВС в существующих и перспективных системах УВД в условиях реализации концепции ИКАО СНЗ/АТМ.

2. Разработана архитектура перспективного ИБКСН для решения навигационных задач в глобальном и локальном навигационно-временных полях при взаимодействии ВС.

3. Разработаны математические модели ИБКСН и ее подсистем, на основе которых синтезированы алгоритмы комплексной обработки навигационной информации для решения навигационных задач в глобальном и локальном навигационно-временных полях.

4. Разработаны и исследованы способы повышения точности навигационных определений на основе использования иерархических процедур организации взаимодействия ВС и компенсации коррелированных погрешностей НОТ.

5. Разработаны и исследованы способы повышения точности навигационных определений при решении задач самолетовождения и посадки на основе оптимизации условий навигационного сеанса.

6. Исследованы характеристики точности оценки координат ВС при решении задач самолетовождения и посадки синтезированными алгоритмами в различных условиях функционирования ИБКСН.

В ходе выполнения работы были получены следующие новые научные результаты:

1. Проведен системный анализ использования ИБКСН в составе ССН, СОД и ИНС для решения задач навигации и УВД методами межсамолетной навигации при взаимодействии ВС на всех этапах полета, включая посадку.

2. Разработана методика компенсации коррелированных погрешностей источников навигационной информации при комплексной обработке информации.

3. Проведен анализ влияния взаимного маневрирования ВС на точность оценки навигационных параметров;

4. Разработаны рекомендации по управлению параметрами движения взаимодействующих ВС для повышения точности определения координат;

5. Разработан способ определения отклонения ВС от плоскости посадочного курса и дальности до ВПП при посадке на некатегорированные аэродромы, оборудованные приводными радиомаяками;

6. Разработаны рекомендации по использованию ИБКСН для решения задачи посадки ВС на некатегорированные аэродромы и размещению навигационных опорных точек, в том числе и динамических.

Полученные результаты дают возможность:

1. Определить пути модернизации существующих и разработки перспективных ИБКО ВС ГА.

2. Получить рекомендации по организации взаимодействия ВС для достижения высокой точности навигационного обеспечения (единицы-десятки метров).

3. Определить состав и размещение НОТ относительно ВПП для обеспечения ка-тегорированной посадки с использованием ИБКСН.

4. Реализовать разработанные методы и алгоритмы на уровне специализированного программного обеспечения бортовых вычислительных систем перспективных ВС.

ПУБЛИКАЦИИ ПО СОДЕРЖАНИЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Научные статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук:

1. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В., Куйбарь В.И. Повышение точности навигационных определений на основе интегрированной системы навигации. Научный вестник МГТУ ГА, №36, М.: МГТУ ГА, 2001.

2. Скрыпник О.Н., Лежанкин Б.В., Малов А.Н., Миронов Б.М., Галлиев С.Ф. Формирование классификационной карты подстилающей поверхности по изображениям от когерентного локатора. Компьютерная оптика, ИСОИ РАН, Самара, вып.29,2006.

3. Скрыпник О.Н. Лежанкин Б.В., Миронов Б.М., Малисов Н.П. Формирование радиолокационной карты подстилающей поверхности путем фильтрации случайных полей. Научный вестник МГТУ ГА, 2008.

4. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Возможности использования воздушных судов как источников навигационной информации в ЛНВП. Научный вестник МГТУ ГА, №136(12), 2008

5. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Анализ влияния взаимного расположения подвижных объектов на точность определения координат. Научный вестник МГТУ ГА, №139(2), 2009.

6. Скрыпник О.Н. Обеспечение посадки воздушных судов на основе синхронной системы обмена данными. Вестник Иркутского государственного технического университета, №4,2009.

7. Скрыпник О.Н. Характеристики условий навигационного сеанса при взаимодействии объектов в сети синхронной системы обмена данными. Научный вестник МГТУ ГА, №159(9), 2010.

8. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В., Слепченко А.П. Оптимизация условий навигационного сеанса для повышения точности навигационно-временных определений в локальной системе координат. Научный вестник МГТУ Г А, №159(9), 2010.

9. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В., Слепченко А.П. Принципы управления условиями навигационного сеанса при взаимодействии объектов в сети синхронной системы обмена данными. Научный вестник МГТУ ГА, №159(9), 2010.

Статьи и работы в иных журналах и изданиях:

10. Скрыпник О.Н., Михалочкин H.A. Математическая модель комплексной системы МСН при использовании измерений взаимной дальности и обмене данными. //В сб.: Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. Вып.1 Киев: КВВАИУ, 1986

11. Скрыпник О.Н., Михалочкин H.A. Повышение точности оценки навигационного параметра при использовании информации о скорости его изменения. //В сб.: Труды Киевского ВВАИУ. Вып.1, Киев: КВВАИУ,1987

12. Скрыпник О.Н,, Михалочкин H.A. Гелетуха В.В.Методика обоснования требований к точности системы межсамолетной навигации при выполнении группового полета JIA. //В сб.: Материалы XXIX военно-научной конференции училища. Вып. 4,Часть П. Киев: КВВАИУ, 1987

13. Скрыпник О.Н., Михалочкин H.A. Особенности оценивания координат JTA при использовании комплексной системы межсамолетной навигации. //В сб.: Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. Вып.1, Киев: КВВАИУ, 1987

14. Скрыпник О.Н., Михалочкин H.A. Анализ точности определения координат местоположения в комплексной системе МСН в зависимости от пеленга взаимодействующих ЛА. //В сб.: Материалы XXIX военно-научной конференции училища. Вып.4 Киев: КВВАИУ, 1987

15. Скрыпник О.Н. Точностные характеристики определения относительных координат JIA при комплексной обработке информации и обмене данными. //В сб.: Тез. Докл. III научно-технической конференции, Вып.Ш Часть I, Харьков: ХВВАУРЭ им. Ленинского комсомола Украины, 1987.

16. Скрыпник О.Н., Михалочкин H.A., Косов Ю.В.Оптимальный алгоритм выбора рабочего созвездия НИСЗ спутниковой РНС. //В сб.: Материалы XXVIII военно-научной конференции училища. Киев: КВВАИУ, 1988.

17. Скрыпник О.Н. Бортовые приемоиндикаторы спутниковых радионавигационных систем. Иркутск: ИВАИИ, 1999.-108с.

18. Скрьтник О.Н. Анализ точности оценки местоположения комплексной системой навигации и обмена данными при групповом применении ЛА. //В сб.: Материалы VI науч.-техн. конференции училища. Часть II. Иркутск:ИВВАИУ, 1990

19. Скрыпник О.Н. Особенности навигации в относительной системе координат в объединенных системах навигации и связи. //В сб.: Материалы VII научн.-техн. конференции училища. Иркутск: ИВВАИУ, 1992.

20. Скрыпник О.Н., Павлович Е.В. Точностные характеристики навигационного комплекса в составе ИНС/БВ/СРНС при работе с псевдоспутниками. // В сб.: Материалы XVI науч.-техн. конференции военно-научного общества училища. Иркутск: ИВВАИУ, 1993

21. Скрьтник О.Н., Павлович Е.В. Точностные характеристики навигационного комплекса при работе по частично пораженному созвездию НИСЗ.//В сб.: Материалы XVI науч.-техн. конференции военно-научного общества училища. Иркутск: ИВВАИУ, 1993

22. Скрьтник О.Н., Лежанкин Б.В. Радиотехническая система захода на посадку. //Радиофизика и электроника: проблемы науки и обучения. /Материалы региональной научной конференции. Иркутск: изд. ИГУ, 1995

23. Скрьтник О.Н.. Ерохин В.В. Проблемы использования спутниковых РНС для навигации подвижных объектов. //В сб.: Тезисы материалов X науч.-техн. конференции училища, Иркутск: ИВВАИУ, 1997.

24. Скрыпник О.Н. К вопросу расходимости фильтра Калмана. //В сб.: Материалы IX науч.-техн. конференции училища. Иркутск: ИВВАИУ, 1997.

25. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Особенности моделирования движения спутников системы "ГЛОНАСС" по данным альманаха. //В сб.:Тезисы докладов Всероссийской науч.-техн. конференции с международным участием "Современные проблемы радиоэлектроники", Красноярск: КГТУ, 1998.

26. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Особенности решения задачи относительной навигации при применении ЛА в автономных группах. //В сб. трудов адъюнктов и соискателей, Иркутск: ИВАИИ, 1999.

27. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Исследование процессов фильтрации относительных координат летательных аппаратов автономной группы при взаимной корреляции ошибок оценок. //В сб. "Научные труды Иркутского ВАИИ", Иркутск: ИВАИИ, 1999.

28. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Компенсация коррелированных составляющих погрешностей относительного местоопределения ЛА автономной группы на основе обмена навигационной информацией. //В сб.: Тезисы докладов 23-й НТК молодых ученых в/ч 75360, М.: изд. в/ч 75360, 1999.

29.Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Особенности оценки параметров динамических объектов в многопозиционной системе местоопределения на основе методов оптимальной фильтрации. //В сб.: Тезисы докладов Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов "Решегиевские чтения", Красноярск: изд. КГУ, 1999.

30. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Повышение точности и надежности навигационных определений при интегрировании динамических многопозиционных радиотехнических систем. //В сб.: Тезисы докладов X НТК ИВАИИ, Иркутск: ИВВАИИ, 1999.

31. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Анализ алгоритмов обработки информации в интегрированных системах навигации. //В сб.: НТК ВАТУ им. Н.Е. Жуковского, М.: ВВИА, 2000.

32. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Исследование точностных характеристик интегрированных системы навигации в различных условиях функционирования. Адъюнктский сборник ИВАИИ, Иркутск: ИВАИИ, 2000.

33. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Анализ точностных характеристик интегрированной системы навигации. //В. Сб. научные труды адъюнктов и соискателей, вып.6, Иркутск: ИВАИИ, 2001.

34. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Оценка состояния многоуровневой динамической системы на основе компенсации взаимно коррелированных составляющих погрешностей наблюдений. Современные проблемы радиоэлектроники. Часть 1. Радиотехнические системы. Устройства обработки сигналов и навигационные системы. СВЧ технологии, антенны и устройства. Приборостроение./Сборник научных трудов, (под ред.Ю.В. Коловского), изд. Красноярского ГТУ, 2001

35. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Анализ потенциальной точности навигационных определений на основе интегрированной системы навигации. //В сб. математика, информатика и управление (МИУ - 2000)/ Тр. междунар. конф. (14-17 июня 2000 г.), Иркутск: ИДСТУ СО РАН, 2001.

36. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Особенности обработки навигационной информации в ИСН при групповых взаимодействиях JIA. //В сб.: Тезисы докладов XII Байкальской международной конференции, Иркутск: 2001.

37. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Исследование чувствительности фильтра Калмана в условиях недостоверной априорной информации. //В сб.: Тезисы докладов Всероссийской науч.-техн. конференции, Красноярск, САКС-2001.

38. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Алгоритмы обработки информации на основе алгоритмов анализа ошибок оценки навигационных параметров. //В сб.: Материалы XI науч.-техн. конференции ИВАИИ, Иркутск: ИВАИИ, 2001г.

39. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Исследование влияния характеристик источников информации на точность навигационного обеспечения групповых взаимодействий JIA. //В сб.: Научные труды Иркутского ВАИИ, Иркутск: ИВАИИ, 2001г.

40. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Исследование чувствительности алгоритма оптимальной фильтрации к недостоверности априоорной информации.//!? сб. Материалы XII науч.-техн. конференции ИВАИИ, Иркутск: ИВАИИ, 2002.

41. Скрыпник О.Н., Кашкаров A.C. Избыточный измерительный блок бесплатформенной инерциальной навигационной системы. //В сб. САКС-2002: Тез. докл. Меж-дунар. науч.-практ. конф. (6-7 дек. 2002, г.Красноярск)/СибГАУ,Красноярск: 2002.

42. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Модифицированный алгоритм навигационных определений в интегрированной системе навигации. //В сб. САКС-2002: Тез. докл. Меж-дунар. науч.-практ. конф. (6-7 дек. 2002, г.Красноярск)/СибГАУ, Красноярск: 2002.

43. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Анализ корреляционных свойств ошибок оценок при реализации квазиоптимальных алгоритмов обработки навигационной информации. //В сб. Научные труды Иркутского В АИИ, вып. IV, Иркутск: ИВАИИ, 2003.

44. Скрыпник О.Н. Теоретические основы радионавигации. Иркутск: ИВАИИ, 2004.

45. Скрыпник О.Н., Горбачев О.А.Радионавигационные системы. М: МГТУ ГА, 2004.

46. Скрыпник О.Н , Пипченко И.П., Ерохин В.В. Радиотехнические системы посадки метрового диапазона. Иркутск: ИВАИИ, 2004.

47. Скрыпник О.Н. Повышение точности координатно-временного обеспечения процессов самолетовождения и посадки перспективных систем УВД. //В сб. Научные труды Иркутского ВАИИ, вып. V, Иркутск: ИВАИИ, 2004.

48. Скрыпник О.Н., Горбачев O.A., Пипченко И.П., Ерохин В.В. Радиотехнические системы ближней навигации и посадки. М: МГТУ ГА, 2006.

49. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В., Слепченко А.П. Исследование точностных характеристик системы посадки на основе синхронной системы обмена данными. //В сб.: Современные проблемы радиоэлектроники и связи. Материалы VIH Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Иркутск: ИрГТУ, 2009.

50. Скрыпник О.Н. Повышение точности навигационного обеспечения при взаимодействии воздушных судов в системе управления воздушным движением. //Материалы ХШ международной научной конференции, посвященной 50-летию СибГАУ им. акад. М.Ф.Решетнева «Решетневские чтения», Красноярск: СибГАУ, 2009.

51. Скрыпник О.Н., Лежанкин Б.В. Радиотехническая система захода на посадку. Заявка на изобретение №96110721/09 от 29.05.1996, опубликована 10.08.1998 г.

Соискатель

Подписано в печать 20.05.2010г. Печать трафаретная Формат 21 х29/2

_20 печ.л. Заказ № 66 Тираж 90 экз._

Иркутский филиал Московского государственного технического университета гражданской авиации 664047, г. Иркутск ул. Коммунаров, дЗ Редакционно-издательский отдел 664050, г Иркутск ул. Байкальская, 6261 «А»

Введение/.

1. Методы и-средства решения задач навигационновременного обеспечения существующих и перспективных систем . самолетовождения и УВД.

1.1. Тенденции развития методов и средств навигационного обеспечения ВС и процессов УВД;.

1.2. Анализ требований к. точности и надежности навигационно-временного обеспечения процессов самолетовождения и УВД.

1.3. Применение методов межсамолетной навигации для решения: задач самолетовождения и УВД.

1.4. Комплексная обработка информации как основной метод навигационно-временных определений

1.5. Основные результаты главы 1.

2. Математическая модель интегрированного бортового комплекса связи и навигации.

2.1. Обоснование архитектуры перспективного интегрированного бортового комплекса связи и навигации. 56 ^

2.2. Принципы решения навигационных задач в ИБКСН.

2.3. Факторы, влияющие на точность навигационно-временных определений в ИБКСН.

2.3.1. Источники погрешностей ПВО подсистемы глобальной навигации.

2.3.2. Источники погрешностей НВО подсистемы локальной навигации.

2.4. Математические модели источников навигационной информации.

2.4.1. Математическая модель инерциальной системы навигации.

2.4:2. Математическая модель погрешностей приемоиндикатора

2.4;.3. Математическая модель канала измерения дальности СОД.

2.5. Разработка математических моделей ИБКСН и ее подсистем.

2.5.1. Математическая модель подсистемы глобальной навигации.

2.5.2. Математическая модель подсистемы локальной навигации.

2.5.3. Математическая модель ИБКСН.

2.6. Основные результаты главы 2 104 3, Синтез алгоритмов комплексной обработки информации в подсистемах ИБКСН.

3.1. Оптимальный алгоритм КОИ в подсистеме глобальной навигации.

3.1.1. Постановка задачи синтеза.

3.1.2. Методика синтеза алгоритма.

3.1.3. Исследование характеристик подсистемы глобальной навигации при комплексировании ИНС с СОД.

3.1.4. Исследование характеристик подсистемы глобальной навигации при комплексировании ИНС с СОД и ССН.

3.2. Оптимальный алгоритм КОИ в подсистеме локальной навигации.

3.2.1. Постановка задачи синтеза.

3.2.2. Методика синтез алгоритма.

3.2.3. Исследование характеристик оптимального алгоритма КОИ в подсистеме локальной навигации.

3.3. Децентрализованный алгоритм КОИ в подсистеме локальной навигации.

3.3.1. Декомпозиция подсистемы локальной навигации.

3.3.2. Постановка задачи синтеза децентрализованного алгоритма.

3.3.3. Методика синтеза децентрализованного алгоритма.

3.3.4. Исследование характеристик децентрализованного алгоритма.

3.4. Методы повышения стабильности децентрализованного алгоритма.>.

3.5. Точность децентрализованного алгоритма при многоуровневой организация взаимодействия ВС.

3.6. Основные результаты главы 3.

4; Методы повышения точности НЕЮ в подсистеме локальной навигации.

4.1. Повышение точности НВО при учете взаимной коррелированности погрешностей наблюдений.

4.1.1. Свойства наблюдений на входах навигационных фильтров объектов при многоуровневом взаимодействии ВС.

4.1.2. Синтез модифицированного алгоритма КОИ при условии взаимной корреляции погрешностей наблюдений.

4.1.3. Методика определения коэффициента взаимной корреляции наблюдений.

4.2. Исследование точностных характеристик модифицированного алгоритма.

4.3. Влияние изменения взаимного положения взаимодействующих ВС на точность оценки координат.

4.3.1. Критерии оценки влияния взаимного маневрирования на точность НВО.

4.3.2. Исследование характеристик децентрализованного алгоритма при маневрировании взаимодействующих ВС.

4.3.3. Влияние взаимного маневрирования на точность НВО при недостаточном количестве взаимодействующих объектов.

4.4. Точность определения взаимных координат ВС.

4.5. Основные результаты главы 4.

5. Синтез алгоритмов оптимального управления условиями навигационного сеанса.

5.1. Особенности применения методов теории оптимального управления для оптимизации условий навигационного сеанса.

5.2. Методика синтеза алгоритмов оптимального управления взаимным положением объектов подсистемы локальной навигации.

5.2.1. Постановка задачи синтеза.

5.2.2. Алгоритм оптимального управления на основе локального критерия.

5.2.3. Алгоритм оптимального управления на основе интегрального критерия.

5.2.4. Исследование работоспособности синтезированных алгоритмов оптимального управления.

5.3. Исследование точности НЕЮ при применении алгоритма оптимального управления для случая автономного взаимодействия ВС

5.4. Основные результаты главы 5.

6. Применение подсистемы локальной навигации ИБКСН для решения задачи посадки ВС.

6.1. Методы и средства посадки ВС на некатегорированные аэродромы.

6.2. Применение алгоритмов оптимального управления при решении задачи посадки ВС.

6.2.1. Постановка задачи.

6.2.2. Исследование точности определения посадочных параметров

ВС при взаимодействии с одной НОТ.

6.2.3. Исследование точности определения посадочных параметров ВС при взаимодействии с двумя НОТ.

6.2.4. Исследование точности определения посадочных параметров

ВС при взаимодействии с тремя НОТ.

6.3. Исследование точности определения посадочных параметров при взаимодействии с ВС в районе аэродрома.

6.4. Основные результаты главы 6.

Формулировка проблемы и.её актуальность

Авиационный транспорт является одним из важнейших компонентов транспортной системы России. Доля пассажирских и грузовых перевозок, осуществляемых авиационным транспортом, в' последнее десятилетие неуклонно повышается и достигает до 50% в районах Сибири, Севера и Дальнего Востока, которые, в свою очередь, и в совокупности составляют около 70% территории страны. Так, например, в 2008 году отечественными авиаперевозчиками перевезено 49,8 миллионов пассажиров, что на 10,4% больше, чем в 2007 году. Объем перевозок почты и грузов*возрос на 6,4% и составил 779 тысяч тонн [1].

Для планомерного, безопасного и экономически выгодного использования воздушного пространства в интересах всех пользователей создаются системы управления воздушным движением (УВД). Система УВД обслуживает все этапы полета воздушных судов (ВС) и обеспечивает предоставление воздушного пространства всем его пользователям. К ней относятся совокупность бортовых и наземных технических средств навигации, УВД, связи и посадки, структура воздушного пространства, метеорологические и другие виды обеспечения полетов, правила и процедуры планирования использования воздушного пространства, потоков воздушного движения и непосредственно управления.

Система УВД характеризуется скоротечностью процессов и невозможностью их остановки, ограниченными возможностями человека, что диктует необходимость автоматизации процессов УВД [2].

Решение задач УВД на всех этапах полета ВС, включая посадку, предполагает высокоточное определение пространственных координат ВС и точного времени с целью определения отклонений от заданной траектории полета в интересах решения основной задачи навигации - вывода ВС в установленное время в заданный район (точку маршрута) по оптимальной траектории. Широко использующиеся* для этой цели бортовые средства навигации и наземные средства УВД не в полной мере удовлетворяют предъявляемым современным требованиям по точности, надежности и зоне покрытия создаваемого ими навигационно-временного поля [3].

В'результате проведенных ИКАО исследований признано, что потребности авиации в*будущем в наиболее полной мере могут быть удовлетворены за счет реализации концепции глобальной системы связи, навигации и наблюдения, организации воздушного движения (СЫ8/АТМ) на основе автоматического зависимого наблюдения (АЗН) [4-6].

АЗН (контрактного АЗН-К и радиовещательного АЗН-В типа) представляет собой вид обслуживания воздушного движения, когда ВС в автоматическом режиме передают по линии передачи данных (ЛПД) информацию о своем местоположении и другую информацию, полученную с помощью бортовых навигационных систем. При этом основными проблемами, определяющими безопасность и эффективность функционирования системы УВД, являются погрешности определения местоположения ВС и возможности системы связи по передаче необходимого объема информации.

Система УВД, базирующаяся на АЗН, обладает большими потенциальными возможностями для разумного сокращения расстояний между ВС, формирования более плотных потоков ВС при условии гарантированного исключения или существенного уменьшения конфликтных ситуаций в воздушном пространстве.

Опубликованные ИКАО результаты исследований указывают на значительные резервы, которые можно реализовать при более рациональном построении системы УВД. При этом ставится задача предоставления участникам воздушного движения большей самостоятельности в выборе оптимальных режимов полёта.

В этой связи рассматривается* динамическая концепция УВД Free Flight ("свободный полёт"), которая имеет своей основной целью предоставить, экипажам ВС свободу оперативного выбора траектории движения по маршруту, скорости и профилю. Ключевую роль в обеспечении воздушного движения по концепции Free Flight будут играть спутниковые системы навигации (ССН). Другими важными элементами являются: системы* обмена данными (СОД), усовершенствованные системы предотвращения столкновений, автоматические системы УВД на маршруте и средства автоматизации радионавигационных систем захода на посадку [7,8]. Реализация концепции Free Flight потребует внедрения новых принципов организации и управления воздушным движением, в том числе использующих методы межсамолетной навигации (МСН). [9].

Использование методов МСН предполагает не только решение задачи предупреждения столкновений ВС, но и организации их скоординированного взаимодействия в ограниченной области воздушного пространства с целью обеспечения требуемого уровня безопасности полетов. Для этого необходимо обеспечить высокую (единицы - первые десятки метров) точность определения как абсолютных, так и относительных (взаимных) нави-гационно-временных параметров взаимодействующих ВС.

ССН второго поколения создают глобальное и достаточно точное навигационно-временное поле, что позволяет решать основные задачи самолетовождения на воздушных трассах с высоким уровнем безопасности полетов. Однако ССН присущ ряд существенных недостатков (низкая помехоустойчивость, влияние геометрического фактора, нарушение целостности, сбои в работе бортовых приемников, ухудшение точности при ионосферных возмущениях и т.д.), что снижает их эффективность при высокой интенсивности и плотности воздушного движения, а также при решении задач посадки [10,11].

Возможность осуществления обмена данными через радиоканал является основой, обеспечивающей новый способ организации движения в воздушном пространстве, за счет быстрого и надёжного взаимодействия объектов системы УВД. Согласно существующей концепции АЗН предполагается использовать канал обмена данными, обеспечивающий самоорганизующийся многостанционный доступ с временным разделением каналов (МДВР) [6].

При этом соответствующая организация каналов радиосвязи позволяет решать и навигационные задачи. В частности, использование СОД, работающей в режиме МДВР, позволяет одновременно с осуществлением информационного обмена измерять взаимные дальности между взаимодействующими объектами системы УВД (ВС, наземными пунктами УВД, оборудованными терминалами СОД) беззапросным псевдодальномерным методом [10, 12]. В этом случае в составе СОД можно выделить подсистему навигации, выполняющую функции измерения псевдодальностей между взаимодействующими объектами.

На основе СОД в ограниченной области воздушного пространства может быть создано локальное навигационно-временное поле, источниками информации в котором являются стационарные и динамические навигационные опорные точки (наземные станции, другие ВС), работающие в единой шкале времени (ТТТВ) и использующие каналы,обмена данными. По своей сути такая система является многопозиционной, параметры создаваемого локального навигационно-временного поля которой являются случайными и зависят от условий навигационного сеанса (точности определения координат самих навигационных опорных точек (НОТ)), прежде всего динамических, точности синхронизации шкал времени объектов системы, геометрического фактора, темпа обмена данными и выполнения измерений псевдодальностей и т.д.). При этом в локальном навигационно-временном поле появляются возможности решения как отдельных задач самолетовождения и посадки, так и задач MGH ВС, в основе которых лежат принципы относительной навигации [13].

Традиционно'бортовая радиоэлектронная аппаратура (БРЭА) создавалась как однофункциональная; и на-борту ВС размещался-набор отдельных устройств различного назначения, предназначенных для эффективного решения определенных, иногда достаточно частных, задач. В" настоящее время развитие архитектуры однофункциональной БРЭА значительно отстает от возможностей средств радиоэлектроники и не позволяет их использовать в полной мере. Наиболее перспективным направлением является создание комплексной (интегрированной) многофункциональной аппаратуры с гибкой архитектурой, при разработке которой можно значительно полнее использовать современные достижения науки, техники и технологии. Интегрированная авиационная БРЭА определяется как система, разделенная на подсистемы при упорядоченном процессе разработки и интегрирования* для получения максимального вклада в эффективность выполнения задачи [14].

Комплексирование является одним из известных способов повышения точности и надежности навигационного обеспечения ВС. При этом одним из перспективных является применение в составе интегрированного комплекса > бортового оборудования (ИКБО) ВС ГА интегрированных бортовых комплексов связи и навигации (ИБКСН), включающих ССН, обеспечивающую высокую точность и глобальность навигационно-временных определений (НВО), инерциальную навигационную систему (ИНС) и синхронную систему обмена данными, работающую в режиме МДВР. Принципы решения навигационных задач, положенные в основу концепции построения ССН и подсистемы навигации СОД, одинаковы. Характеристики точности и помехоустойчивости этих систем значительно улучшаются при комплексировании с ИНС, что открывает широкие перспективы создания высокоэффективной ИБКСН, которая, обладая всеми достоинствами данных систем, в значительной степени компенсирует недостатки каждой из них [15,16]. *. '

В соответствии с Перечнем НИР во исполнение ФЦП «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 гг. и на период до 2015 года»- усилия разработчиков должны быть направлены на проведение научно-исследовательских работ по созданию научно-технического задела для проектирования8 интегрированных комплексов ИКБО-2005, ИКБО-2010 и их составных частей, реализующих новые функции самолётовождения [17]. В рамках перспективных НИР планируются исследования:

- по оптимизации архитектур полностью интегрированных комплексов бортового оборудования и в их составе интегрированных комплексов пи-лотажно-навигационного и радиосвязного оборудования (ИК ПНРСО), управления самолетом (ИКУС);

- по разработке методов и средств навигацищ связи и наблюдения, нормативных документов, обеспечивающих реализацию концепции ИКАО CNS/ATM и "Free flight" на ВС, в том числе внедрение в бортовые комплексы линий передачи данных по каналам MB (VDL - 2, 3, 4), ДКМВ (сеть HFDL) и спутниковой авиационной связи в целях УВД, спутниковой технологии навигации и посадки.

Применение ИБКСН в составе ИКБО позволит по сравнению с использованием совокупности однофункциональной аппаратуры улучшить массогабаритные показатели на 30-40 %, повысить надежность в 2-3 раза, снизить энергопотребление в 3-4 раза, значительно упростить создание и снизить стоимость их разработки [18].

В связи с этим, в настоящее время актуальной задачей, определяющей эффективность применения ИБКСН, является системный анализ способов его построения, разработка методов и алгоритмов комплексной обработки навигационной информации с целью повышения точности и надежности навигационного обеспечения различных этапов полета ВС, включая посадку. .

Вопросы построения интегрированных систем связи и навигации, а также разработки статистических методов и синтеза алгоритмов комплексной обработки информации рассмотрены достаточно широко в научной литературе. Значительный вклад в решение вопросов разработки статистических методов оптимального построения авиационных систем радионавигации и радиосвязи внесли отечественные ученые, в частности, многие положения научной теории оптимального построения интегрированных систем связи и навигации развиты в рамках ведущей научной школы Российской Федерации под руководством профессора Тихонова В.И. и профессора Харисова В.Н. [19-27].

Проведенный анализ состояния теории и практики предмета исследований позволяет сделать вывод о существовании проблемной ситуации, характеризующейся недостаточным развитием методологических подходов к вопросам навигационного обеспечения процессов самолетовождения и УВД в условиях высокой плотности воздушного движения и взаимодействия ВС в ограниченной области воздушного пространства при нарушениях функционирования ССН.

Таким образом, возникает актуальная научная проблема применения методов межсамолетной навигации при взаимодействии ВС в ограниченной области воздушного пространства для повышения точности навигационного обеспечения процессов самолетовождения, включая посадку, и УВД на основе комплексной обработки информации.

Цель и задачи исследований

Целью диссертационных исследований является повышение точности навигационного обеспечения ВС ГА на основе применения методов межсамолетной навигации, базирующихся на комплексной: обработке информации от взаимодействующих в системе УВД объектов, прежде всего ВС.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих научных задач:

Г. Проведение: анализа- проблем , навигационного* обеспечения^ процессов^ самолетовождения и посадки ВС в существующих; и перспективных системах УВД в условиях реализации концепции ИКАО СЫЗ/АТМ.

2. Разработка архитектуры перспективного ИБКСН для решения навигационных задач в глобальном и локальном навигационно-временных полях при взаимодействииВС.

3. Разработка математических моделей ИБКСН и ее подсистем:в виде динамических стохастических1 систем в. пространстве состояний, на основе которых необходимо синтезировать алгоритмы комплексной обработки навигационной: информации для решения навигационных задач в глобальном и локальном навигационно-временных полях. 4. Разработка и исследование способов повышения точности навигационных определений на основе; использования иерархических процедур; организации взаимодействия ВС и компенсации коррелированных погрешностей НОТ.

5. Разработка и исследование способов повышения точности навигационных определений при решении задач самолетовождения и посадки на основе оптимизации условий навигационного сеанса.

6. Экспериментальное исследование характеристик точности оценки координат ВС при решении задач самолетовождения и посадки синтезированными алгоритмами в различных условиях функционирования ИБКСН.

Объектом исследования являются авиационные ИБКСН.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы обработки навигационной информации в ИБКСН. V .

Методы исследования

При решении перечисленных задач в:работе были использованы методы статистического анализа и синтеза радиотехнических устройств и систем, теории оптимальной фильтрации и управления^ прикладные методы функционального анализа, методы, матричного исчисления, методы имитационного статистического моделирования, пакеты прикладных математических программ, а также методы проведения вычислительных экспериментов.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

- проведен системный анализ использования ИБКСН в составе ССН, СОД и ИНС для. решения задач навигации и УВД методами межсамолетной навигации при взаимодействии ВС на всех этапах полета, включая посадку;

- разработана методика компенсации коррелированных погрешностей источников ¿навигационной информации при комплексной обработке информации; .

- проведен- анализ влияния1 взаимного маневрирования ВС на точность оценки навигационных параметров;

- разработаны рекомендации по .управлению параметрами движения взаимодействующих ВС для повышения точности определения координат;

- разработан способ определения отклонения ВС от плоскости посадочного курса и дальности до взлетно-посадочной полосы (ВПП) при посадке на некатегорированные аэродромы, оборудованные приводными радиомаяками;

- разработаны рекомендации по использованию ИБКСН для решения* задачи-посадки ВС на некатегорированные аэродромы и размещеншо-навигационных опорных точек, в том числе и динамических.

В диссертации получены следующие основные научные результаты:

1. Предложен перспективный ИБКСН для решения на основе методов межсамолетной навигации задач самолетовождения и посадки в глобальном и локальном навигационно-временных полях при взаимодействии ВС ГА.

2. Синтезирован алгоритм комплексной оптимальный обработки информации в глобальном навигационно-временном поле и получены характеристики точности определения координат взаимодействующих ВС при работе по неполному рабочему созвездию навигационных спутников (НС), а также без информационной поддержки от ССН.

3. Синтезированы алгоритмы оптимальной и децентрализованной, отличающейся снижением вычислительных затрат, комплексной обработки информации в локальном навигационно-временном поле. Получены характеристики точности определения координат при использовании наземных НОТ, а также при автономном взаимодействии ВС.

4. Методами имитационного статистического моделирования определены условия взаимодействия ВС, обеспечивающие повышение точности навигационных определений при использовании синтезированных для ИБКСН алгоритмов.

5. Рассмотрены способы повышения точности оценки навигационных параметров при использовании алгоритмов децентрализованной комплексной обработки навигационной информации и исследована их эффективность, предложена методика компенсации коррелированных погрешностей источников навигационной информации.

6. Методами имитационного статистического моделирования исследовано влияние маневрирования взаимодействующих ВС на точность навигационных определений. На основе применения методов теории оптимального управления.синтезированы алгоритмы управления, траекториями взаимодействующих ВС с целью повышения точности навигационных определений.

7. На основе проведения вычислительных экспериментов определено потребное количество НОТ и их оптимальное размещение относительно ВЦП при использовании ИБКСН для категорированной посадки.

8. Предложен метод определения отклонения ВС от плоскости посадочного курса и дальности до начала В1111 при использовании аппаратуры упрощенной системы посадки.

На защиту выносятся:

1. Архитектура ИБКСН в составе интегрированного комплекса бортового оборудования (ИКБО).

2. Алгоритмы комплексной обработки навигационной информации в подсистемах ИБКСН, синтезированные на основе методов межсамолетной навигации и теории оптимальной фильтрации.

3. Методы повышения точности навигационного обеспечения ВС при их взаимодействии в глобальном и локальном навигационно-временных полях для решения задач самолетовождения и категорированной посадки.

4. Результаты исследований точности навигационного обеспечения задач самолетовождения и посадки прц применении в ИБКСН синтезированных алгоритмов комплексной обработки навигационной информации и оптимального управления.

5. Метод определения отклонения ВС от плоскости посадочного курса и дальности до начала ВПП при использовании аппаратуры упрощенной системы посадки.

Научная и практическая значимость работы* состоит в том, что полученные в ней результаты позволяют:

- определить пути модернизации существующих и разработки перспективных ИБКО- ВС ГА;

- получить рекомендации по организации взаимодействия ВС для достижения высокой точности навигационного обеспечения (единицы-десятки метров);

- получить рекомендации по определению состава и размещению НОТ относительно ВПП для обеспечения категорированной посадки с использованием ИБКСН;

- практически реализовать разработанные методы и алгоритмы на уровне специализированного программного обеспечения бортовых вычислительных систем перспективных ВС.

Внедрение результатов

Основные результаты и положения диссертационной работы внедрены в МГТУ ГА, Воронежском ВВАИУ, Иркутском государственном университете, Иркутском государственном техническом университете, что подтверждено соответствующими актами.

Достоверность результатов основана на:

- адекватной постановке задач и корректном использовании применяемого математического аппарата;

- соответствии математических моделей навигационных измерителей, входящих в состав ИБКСН, реальным физическим процессам, исследованным с помощью натурных (летных) экспериментов;

- согласованности полученных при проведении исследований частных результатов с положениями теории радионавигации и результатами, полученными ранее другими авторами.

Апробация результатов

Результаты выполненных исследований докладывались на:

- VI научно-технической конференции Иркутского высшего военного авиационного инженерного училища, г. Иркутск, 1990 г.

- VII научно-технической конференции Иркутского высшего военного авиационного инженерного училища, г. Иркутск, 1992 г.

- X научно-технической конференции Иркутского высшего военного авиационного инженерного училища, г. Иркутск, 1997 г.

- Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Современные проблемы радиоэлектроники", КГТУ, г. Красноярск, 1998 г.

- 23-й научно-технической конференции молодых ученых в/ч 75360, г. Москва, 1999 г.

- Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов "Решетневские чтения", КГУ, г. Красноярск, 1999 г.

- X научно-технической конференции Иркутского высшего военного авиационного инженерного училища, г.Иркутск, 1999 г.

- Секции «Математика, информатика и управление (МИУ — 2000)» Международной конференции ИДСТУ СО РАН, г.Иркутск, 2001 г.

- XII Байкальской международной конференции, г.Иркутск, 2001 г.

- Всероссийской научно-технической конференции САКС-2001, г.Красноярск, 2001 г.

- XI научно-технической конференции Иркутского высшего военного авиационного инженерного училища, г. Иркутск, 2001 г.

- XII научно-технической конференции Иркутского высшего военного авиационного инженерного училища, г. Иркутск, 2002 г.

- Международной научно-практической конференции САКС-2002, Сиб-ГАУ, г.Красноярск, 2002 г.

- Секции «Современные проблемы радиоэлектроники и связи» VIII Всероссийской научно-технической, конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, ИрГТУ, г. Иркутск, 2009 г.

- Секции «Системы управления, космическая навигация и связь» XIII Международной конференции «Решетневские чтения», посвященной 50-летию СибГАУ. 50-летию ОАО «Информационные спутниковые системы», г.Красноярск, 2009 г.

- ежегодных научно-технических семинарах кафедры Авиационного радиоэлектронного оборудования Иркутского филиала МГТУ ГА в 2003 -2009 гг.;

- ежегодных научных семинарах Иркутского высшего военного авиационного инженерного училища в 2005 — 2008 гг.

Публикация результатов

Основные результаты диссертации представлены в 35 научно-технических статьях, опубликованных в российских научных журналах [12, 29-72], опубликованы в 5-ти учебных пособиях [8, 28, 73-75], и 10-ти тезисах докладов, 1 заявке на изобретение [195], прошедшей экспертизу по существу.

Теоретические положения, развитые в диссертации, использованы в двух кандидатских диссертациях, выполненных под руководством автора.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников. Основная часть диссертации содержит 291 страницу текста, 139 рисунков, 5 таблиц и библиографию из 195 наименований. Общий объем работы 313 страниц.

6.4.,Основные результаты главы 6

Основные научные результаты, полученные в главе 6, состоят в следую/ щем:

1. Предложен способ определения посадочных параметров (отклонений от плоскости посадочного курса, дальности до начала ВПП, отклонения от плоскости планирования) при посадке ВС на аэродромы, оборудованные упрощенной системой' посадки. На основе расчетов показано, что предложенный способ может обеспечить категорированную посадку.

2. Обосновано применение ИБКСН для решения задачи посадки на аэродромы, не оборудованные инструментальной системой посадки, в том числе с использованием взаимодействующих ВС в качестве динамичных посадочных НОТ.

3. Путем цифрового имитационного моделирования показано, что точность оценки посадочных координат ВС при использовании ИБКСН существенно зависит от количества и расположения посадочных НОТ относительно ВПП. В частности установлено, что:

- использование одной наземной НОТ при любом ее расположении относительно ВПП не позволяет добиться точности оценки как горизонтальных координат, так и высоты, отвечающих требованиям категорированной посадки;

- использование двух посадочных НОТ при их размещении симметрично относительно оси ВПП и в районе ее торца позволяет удовлетворить требованиям системы посадки I категории по точности боковой ошибки;

- использование трех НОТ, две из которых смещены симметрично относительно оси ВПП, позволяет удовлетворить требованиям системы посадки 3 категории по точности определения горизонтальных координат. Удовлетворение требований системы посадки 1 категории по точности оценки высоты возможно только при расположении третьей НОТ на оси ВПП и при пролете ВС над этой НОТ. Исходя из этого, третью НОТ необходимо размещать максимально близко к началу ВПП.

4. Применение синтезированных алгоритмов оптимального управления позволяет найти оптимальное расположение наземных НОТ, а также опредеV лить закон управления скоростью ВС, используемых в качестве динамичных НОТ при посадке.

5. Путем цифрового имитационного моделирования показано, что для удовлетворения требований категорированной посадки на всем этапе посадки целесообразно использовать в процессе комплексной обработки информации измерения псевдодальностей до ВС, находящихся в зоне аэродрома. При этом в случае использования трех наземных посадочных НОТ, одна из которых находится на оси ВПП и на удалении не более 100 м от ее начала, погрешность оценки высоты в точке касания ВПП составляет 1,6-1,8 м. Однако такая точность может быть достигнута при флуктуационной погрешности измерения псевдодальности не хуже 5 м и дискретности измерений не более 0,01 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью настоящей работы являлось повышение точности навигационного обеспечения ВС ГА на основе применения методов межсамолетной навигации, базирующихся на комплексной обработке информации от взаимодействующих в системе УВД объектов.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ проблем навигационного обеспечения процессов самолетовождения и посадки ВС в существующих и перспективных системах УВД в условиях реализации концепции ИКАО СЫЗ/АТМ.

2. Разработана архитектура перспективного ИБКСН для решения навигационных задач в глобальном и локальном навигационно-временных полях при взаимодействии ВС.

3. Разработаны математические модели ИБКСН и ее подсистем, на основе которых синтезированы алгоритмы комплексной обработки навигационной, информации для решения навигационных задач в глобальном и локальном навигационно-временных полях.

4. Разработаны и исследованы способы повышения точности навигационных определений на основе использования иерархических процедур организации взаимодействия ВС и компенсации коррелированных погрешностей НОТ.

5. Разработаны и исследованы способы повышения точности навигационных определений при решении задач самолетовождения и посадки на основе оптимизации условий навигационного сеанса.

6. Экспериментально исследованы характеристики точности оценки координат ВС при решении задач самолетовождения и посадки синтезированными алгоритмами в различных условиях функционирования ИБКСН.

В ходе выполнения работы были получены следующие новые научные результаты:

1. Проведен системный анализ использования ИБКСН в составе ССН, СОД и ИНС для решения задач навигации и УВД методами межсамолетной навигации при взаимодействии ВС на всех этапах полета, включая посадку.

2. Разработана методика компенсации коррелированных погрешностей источников навигационной информации при комплексной обработке информации.

3. Проведен анализ влияния взаимного маневрирования ВС на точность оценки навигационных параметров;

4. Разработаны рекомендации по управлению параметрами движения взаимодействующих ВС для повышения точности определения координат;

5. Разработан способ определения отклонения ВС от плоскости посадочного курса и дальности до ВПП при посадке на некатегорированные аэродромы, оборудованные приводными радиомаяками;

6. Разработаны рекомендации по использованию ИБКСН для решения задачи посадки ВС на некатегорированные аэродромы и размещению навигационных опорных точек, в том числе и динамических.

Полученные результаты дают возможность:

1. Определить пути модернизации существующих и разработки перспективных ИБКО ВС ГА.

2. Получить рекомендации по организации взаимодействия ВС для достижения высокой точности навигационного обеспечения (единицы-десятки метров).

3. Определить состав и размещение НОТ относительно ВПП для обеспечения категорированной посадки с использованием ИБКСН.

4. Реализовать разработанные методы и алгоритмы на уровне специализированного программного обеспечения бортовых вычислительных систем перспективных ВС.

1. Доклад руководителя Федерального агентства воздушного транспорта на расширенном заседании коллегии Росавиации 5 марта 2009 г. по итогам работы за 2008 год и планам на 2009 год. http://www.avia.ru.

2. Анодина Т.Г., Кузнецов A.A., Маркович Е.Д. Автоматизация управления воздушным- движением. / Учеб. для вузов. Под ред. А.А.Кузнецова.- М.: Транспорт, 1992.

3. Авиационная радионавигация: Справочник. / A.A. Сосновский, И.А. Хаймович, Э.А. Лутин, И.Б. Максимов; Под ред. A.A. Сосновского.- М.: Транспорт, 1990.

4. Об утверждении Концепции модернизации и развития Единой системы организации воздушного движения Российской Федерации. Постановление Правительства Российской Федерации от 22.02.00 №144. Собрание законодательства Российской Федерации, 2000, № 9.

5. Об утверждении федеральной целевой программы "Модернизация единой системы организации воздушного движения Российской Федерации (2009 -2015 годы)". Постановление Правительства РФ от 1 сентября 2008 г., №652.

6. DEMYSTIFYING CNS/ATM. Report Prepared by: CANSO CNS/ATM WORKING GROUP. Final Version (June 1999)7. http://atc.rndavia.ru/freeflight3r.shtml/. "ФРИ ФЛАЙТ" — что это?

7. Скрыпник O.H. Теоретические основы радионавигации. Иркутск: ИВАИИ, 2004.

8. Тарасов В.Г. Межсамолетная навигация.- М.: Машиностроение, 1980.

9. Сетевые спутниковые радионавигационные системы/ B.C. Шебшаевич, П.П. Дмитриев, Н.В. Иванцевич и др.; Под. ред. B.C. Шебшаевича.-2-е изд., перераб. и доп. -М.: Радио и связь, 1993.

10. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС/ Под ред. В.Н. Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина.- М.: ИПРЖР, 1998.

11. Скрыпник О.И. Повышение точности координатно-временного обеспечения процессов, самолетовождения и посадки перспективных систем УВД. //В сб. «Научные труды Иркутского ВАИИ», вып. V, Иркутск: ИВАИИ, 2004.

12. Кондратьев» B.C., Котов, А.Ф., Марков JI-.H. Многопозиционные радиотехнические системы / Под ред. В.В. Цветнова. М.: Радио и связь, 1986.

13. Коблов В.Л.,. Ярлыков М.С. Принципы построения, радиоэлектронных комплексов интегрального типа. Радиотехника, 1987, № 2.

14. Интегрирование инерциальных навигационных систем с бортовыми системами навигации и- с глобальной спутниковой радионавигационной системой GPS NAVSTAR. Обзор ВИНИТИ, 1991.

15. Лукин В.Н., Мищенко И.Н., Молочко C.B. Основные направления создания интегрированной авиационной бортовой радиоэлектронной аппаратуры систем связи, навигации и опознавания в США. — Зарубежная радиоэлектроника, 1987, №8

16. Лукин В.Н., Мищенко И.Н., Молочко C.B. Основные направления создания интегрированной авиационной бортовой радиоэлектронной аппаратуры систем связи, навигации и опознавания в США.// Зарубежная радиоэлектроника.- 1987

17. Аникин А.Л. Решение задач навигации в авиационных терминалах объединенных систем типа JTIDS. В кн.: Научно-методические материалы 30' ЦНИИ МО РФ, 1995.

18. Межотраслевой НТК «Применение методов оптимальной, фильтрации в. радиотехнических системах»). Ml ВВИА им: проф. Н.Е. Жуковского, 1989.

19. Харисов В.Н., Яковлев1 A.Hi, Глущенко А.Г., Оптимальная, фильтрация-координат подвижного объекта // Радиотехника.и электроника; 1984, т. 29, №10.

20. Харисов В.Н., Аникин» A.JI. Комбинированный . дальномерно-псевдодальномерный алгоритм определения, координат в многопозиционных радионавигационных системах // Радиотехника, 1996, №1.

21. Ярлыков М.С., Кудинов А.Т., Пригонюк Н.Д. Оптимизация-помехоустойчивых алгоритмов^ комплексной обработки- информации« в навигационно-посадочном комплексе на основе среднеорбитальных спутниковых радионавигационных систем. Радиотехника, 2000, №1.

22. Ярлыков М.С., Кудинов А.Т. Анализ субоптимальных алгоритмов обработки сигналов интегрированной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем FJIOHAGC и GPS. Радиотехника. 1999, №2.

23. Тихонов* В.И., Харисов' В.Н. Статистический анализ и синтез-радиотехнических устройств и систем. — М.: Радио и связь, 1991.

24. Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. М.: Радио и связь, 1985.

25. Скрыпник О.Н. Бортовые приемоиндикаторы спутниковых радионавигационных систем. Иркутск: ИВАИИ, 1999.

26. Скрыпник О.Н., Михалочкин H.A. Математическая модель комплексной системы МСН при использовании измерений взаимной дальности и обмене данными. //В сб.: Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. Вып.1 Киев: КВВАИУ, 1986

27. Скрыпник O.Hi, Михалочкин H.A. Повышение точности оценки навигационного параметра при использовании информации о скорости его изменения. //В сб.: Труды*Киевского ВВАИУ. Вып.Г, Киев: КВВАИУ, 1987.

28. Скрыпник О.Н., Михалочкин H.A. Особенности оценивания- координат JIA при использовании комплексной системы межсамолетной навигации. //В' сб.: Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. Вып.1, Киев: КВВАИУ, 1987.

29. Скрыпник О.Н., Михалочкин Hi А. Анализ точности определения координат местоположения в комплексной" системе МСН в зависимости от пеленга взаимодействующих JIA. //В сб.: Материалы XXIX военно-научной конференции училища. Вып.4 Киев: КВВАИУ, 1987.

30. Скрыпник О.Н., Михалочкин H.A., Косов Ю.В.Оптимальный алгоритм выбора рабочего созвездия НИСЗ спутниковой РНС. //В сб.: Материалы XXVIII военно-научной конференции училища. Киев: КВВАИУ, 1988.

31. Скрыпник О.Н. Анализ точности оценки местоположения комплексной системой навигации и обмена данными при групповом применении ЛА. //В сб.: Материалы VI науч.-техн. конференции училища. Часть II. Иркутск: ИВВАИУ, 1990

32. Скрыпник О.Н. Особенности навигации в относительной системе координат в объединенных системах навигации и связи. //В сб.: Материалы VII научн.-техн. конференции училища. Иркутск: ИВВАИУ, 1992.

33. Скрыпник О.Н., Павлович Е.В. Точностные характеристики навигационного комплекса в составе ИНС/БВ/СРНС при работе с псевдоспутниками. // В сб;: Материалы XVI науч.-техн. конференции военно-научного общества училища. Иркутск :ИВВ АИУ, 1993.

34. Скрыпник О.Н., Павлович Е.В. Точностные характеристики навигационного комплекса при работе по частично пораженному созвездию НИСЗ.//В сб.: Материалы XVI науч.-техн. конференции военно-научного общества училища. Иркутск: ИВВАИУ, 1993.

35. Скрыпник О.Н., Лежанкин Б.В. Радиотехническая система захода на посадку. //Радиофизика и электроника: проблемы науки и обучения. /Материалы региональной научной конференции. Иркутск: изд. ИГУ, 1995.

36. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Проблемы использования спутниковых РНС для навигации подвижных объектов. //В сб.: Тезисы материалов X науч.-техн. конференции училища, Иркутск: ИВВАИУ, 1997.

37. Скрыпник О.Н. К вопросу расходимости фильтра Калмана. //В сб.: Материалы IX науч.-техн. конференции училища. Иркутск: ИВВАИУ, 1997.

38. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Особенности решения задачи относительной навигации при применении ЛА в автономных группах. //В сб. трудов адъюнктов и соискателей, Иркутск: ИВАИИ, 1999.

39. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Исследование процессов фильтрации относительных координат летательных аппаратов автономной группы при взаимной корреляции ошибок оценок. //В сб. "Научные труды Иркутского ВАИИ", Иркутск: ИВАИИ, 1999.

40. Скрыпник 0:Н., Ерохин В.В. Повышение точности и надежности навигационных определений при интегрировании динамических многопозиционных радиотехнических систем. //В сб.: Тезисы докладов X НТК ИВАИИ, Иркутск: ИВВАИИ, 1999.

41. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Анализ алгоритмов обработки информации* в интегрированных системах навигации. //В сб.: НТК ВАТУ им. Н.Е. Жуковского, М.: ВВИА, 2000.

42. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Ерохин В.В .Исследование точностных характеристик интегрированных системы навигации в различных условиях функционирования. Адъюнктский сборник ИВАИИ, Иркутск: ИВАИИ, 2000.

43. Скрыпник O.TL, Ерохин В.В. Анализ точностных характеристик интегрированной системы навигации. //В. Сб. научные труды адъюнктов и соискателей, вып.6, Иркутск: ИВАИИ, 2001.

44. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Анализ потенциальной точности навигационных определений на основе интегрированной системы навигации.

45. В сб. математика, информатика и управление (МИУ 2000)/ Труды междунар. конф. (14-17 июня 2000 г.), Иркутск: ИДСТУ СО РАН, 2001.

46. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В., Куйбарь В.И. Повышение* точности, навигационных определений на основе интегрированной системы i навигации. Научный вестник МГТУ ГА, №36, М.: МГТУ ГА, 200 h

47. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Особенности обработки навигационной информации, в ИСН при групповых взаимодействиях JIA. //В сб.: Тезисы-докладов XII Байкальской международной конференции, Иркутск: 2001.

48. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Исследование чувствительности фильтра Калмана в условиях недостоверной априорной информации. //В сб.: Тезисы, докладов Всероссийской науч.-техн. конференции, Красноярск, САКС-2001.

49. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Алгоритмы обработки информации на основе алгоритмов анализа ошибок оценки навигационных параметров. //В< сб.: Материалы XI науч.-техн. конференции ИВАИИ, Иркутск: ИВАИИ, 2001г.

50. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Исследование влияния^ характеристик-источников информации на точность навигационного обеспечения групповых взаимодействий ЛА. //В сб.: Научные труды Иркутского ВАНИ, Иркутск: ИВАИИ, 2001г.

51. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Исследование чувствительности алгоритма оптимальной фильтрации к недостоверности априоорной информации.//В сб. Материалы XII науч.-техн. конференции ИВАИИ, Иркутск: ИВАИИ, 2002.

52. Скрыпник О.Н., Кашкаров A.C. Избыточный измерительный блок бесплатформенной инерциальной навигационной системы. //В сб. САКС-2002: Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. (6-7 дек. 2002, г.Красноярск)/СибГАУ, Красноярск: 2002.

53. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Модифицированный алгоритм навигационных определений в интегрированной системе навигации. //В сб. САКС-2002: Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. (6-7 дек. 2002, г.Красноярск)/СибГАУ, Красноярск: 2002.

54. Скрыпник О.Н., Червань Д.А. Анализ корреляционных свойств ошибок оценок при реализации квазиоптимальных алгоритмов обработки навигационной информации. //В сб. Научные труды Иркутского ВАИИ, вып.1У, Иркутск: ИВАИИ, 2003".

55. Скрыпник О.Н., Лежанкин Б.В., Малов А.Н., Миронов Б.М., Галлиев,С.Ф. Формирование классификационной карты подстилающей поверхности по изображениям от когерентного локатора. Компьютерная оптика, ИСОИ РАН, Самара, вып.29, 2006.

56. Скрыпник О.Н. Лежанкин Б.В., Миронов Б.М., Малисов Н.П. Формирование радиолокационной карты подстилающей поверхности путем фильтрации случайных полей. Научный вестник МГТУ ГА, 2008.

57. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Возможности использования воздушных судов как источников навигационной информации в локальном навигационно-временном поле. Научный вестник МГТУ ГА, №136(12), 2008.

58. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Анализ влияния взаимного расположения подвижных объектов на точность определения координат. Научный вестник МГТУ ГА, №139(2), 2009.

59. Скрыпник О.Н. Обеспечение посадки воздушных судов на основе синхронной системы обмена данными. Вестник Иркутского государственного технического университета, №4', 2009.

60. Скрыпник О.Н. Характеристики условий навигационного сеанса при взаимодействии объектов в сети синхронной системы обмена данными. Научный вестник МГТУ ГА, №159(9), 2010.

61. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В., Слепченко А.П. Оптимизация условий навигационного сеанса для повышения точности навигационно-временных определений в локальной системе координат. Научный вестник МГТУ ГА, №159(9), 2010.

62. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В., Слепченко А.П. Принципы управления условиями навигационного сеанса при взаимодействии объектов в сети синхронной системы обмена данными. Научный вестник МГТУ ГА, №159(9), 2010.

63. Скрыпник О.Н., Горбачев О.А.Радионавигационные системы. М: МГТУ ГА, 2004.

64. Скрыпник О.Н., Пипченко И.П., Ерохин В.В. Радиотехнические системы посадки метрового диапазона. Иркутск: ИВАИИ, 2004.

65. Скрыпник О.Н., Горбачев O.A., Пипченко И.П., Ерохин В.В. Радиотехнические системы ближней навигации и посадки. М: МГТУ ГА, 2006.

66. Пятин А.И. Динамика полета и пилотирование самолета Ту-154. Учеб. пособие.- М.: Воздушный транспорт, 1994.

67. Беляевский Л.С., Новиков B.C., Олянюк П.В. Основы радионавигации: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. Под ред. Л.С. Беляевского. - М.: Транспорт, 1992.78. http ://www.pcweek.ru/themes/detail .php?ID=58478.

68. Крыжановский Г.А. Концепция и системы CNS/ATM в гражданской' авиации. -М.: Академкнига, 2003.

69. Автоматизированные системы управления воздушным движением. Новые информационные технологии в авиации / Под ред. С.Г. Пятко и А.И. Красова. — СПб.: Политехника, 2004.

70. Концепция создания и развития Аэронавигационной системы России. Транспортная безопасность и технологии, 2006, №4.

71. ELEVENTH AIR NAVIGATION CONFERENCE Montreal, 22 September to 3 October 2003 Agenda Item 7: Aeronautical air-ground and air-to-air communications AERONAUTICAL MOBILE COMMUNICATION SYSTEMS DEVELOPMENT,

72. Rubin J. Distributed Time Division Multiple Access (DTDMA) an Advanced-* Communication Technique with Application to С3 and Integrated CNI // IEEE National Telecommunications Conference. 1977.

73. Коблов B.JI., Ярлыков M.C. Принципы построения радиоэлектронных комплексов интегрального типа // Радиотехника. 1987, №2.

74. Mohinder S. Grewal. GPS, Inertial Navigation, and Integration. John Wiley & Sons, Inc.-2001.

75. Modular, Multi-Function Multi-Band Airborne Radio System- (MFBARS). Final Technical1 Report for Period March 1978-June 1980:

76. Клименко H.H., Кисель В.В., Гончар А.Н. Объединенная система-распределения тактической* информации- ДЖИТИДС // Зарубежная радиоэлектроника, 1988, №5,

77. Основные направления разработки единой* системы» распределения4 тактической информации (Обзор по материалам иностранной печати) / Под ред. Е.А. Федосова. -М.: НИЦ (770); 1988.94: Eisenberg R.L. JTIDS System Overiev. NATO, AGARDograph,No 245, July 1979.

78. Kriegsman B.A., Stonesstreet W.M. A Navigation Filter for an Integrated GPS/ JTIDS/ INS System for a Tactical Aircraft. In: Proceedings of the IEEE Position^ Location and.Navigation Symposium (PLANS'78), San Diego, 1978, Nov. 6-9.

79. Fried W.R., Loeliger R. Principles, System Configuration and Algorithm Desingn of the Inertially Aided JTIDS, Relative Navigation Function. In: Proceedings of the NAECON, 1979

80. Nielson J.T. GPS Aided Inertial Navigation, NAECON, IEEN 1986, p.20. Richard E. Philips, George T. Schmidt GPS/INS Integration.// AGARD Lecture Series 207. System Implementation and Innovative of Satellite Navigation. 1996.

81. Fried W.R. Operational Benefits and Design Approaches for Combining JTIDS and GPS Navigation. // Navigation (USA), Summer 1984. Vol. 31.- No.2

82. Fried W.R. Principles and Simulation Results of JTIDS Relative Navigation. — IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-14, January 1978.

83. VAUGHN R.S. The Evolution of JTIDS. NATO, AGARDograph, No245, July 1979.

84. Widnall W.S., Kelley J.F. JTIDS Relative Navigation with Measurement Sharing: Design and Performance. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-22, March 1986, No.2.

85. Манин А.П., Романов Л.М. Методы и средства относительных определений в системе NAVSTAR. Зарубежная радиоэлектроника, 1989, №1.

86. Наливайко Д.А., Сахненко К.Д. Решение задач относительной навигации в JTIDS. Зарубежная радиоэлектроника, 1991, № 5.

87. Ярлыков М.С., Болдин В.А., Богачев A.C. Авиационные радионавигационные устройства и системы. / Под ред. М.С. Ярлыкова. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1980/

88. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982.

89. Радионавигационный план Российской Федерации. Основные направления развития радионавигационных систем и средств (редакция 2008 года). Утвержден приказом Минпромторга России от 02 сентября 2008 г. №118.

90. В.Б.Спрысков. Аналитическая модель вероятности столкновения при движении ВС с изменением трех проекций планового относительного расстояния. Научный вестник МГТУ ГА, №121, 2007.

91. В.Б.Спрысков. Предварительные исследования задачи оценивания вероятности столкновения в трехмерном пространстве изменений плановых относительных расстояний ВС. Научный вестник МГТУ ГА, 2007.

92. Яценков B.C. Основы спутниковой навигации М.: Телеком, 2005.

93. Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и её приложения: — М.: Эко-Трендз, 2003.

94. Крамаренко A.B. Некоторые замечания-к вопросу помехоустойчивости--сигналов GPS разработке способов их подавления. http://www.dx-telemedicine.com/rus/publications/gps.htm

95. Иванов М.П., Кашинов В.В. Экспериментальная' проверка помехозащищенности GPS // Vir международная, конференция "Радиолокация, навигация, связь" 24-26 апреля 2001, Воронеж, Россия. Том 3.

96. Горбачев O.A. Влияние высокоширотной ионосферы на рассеяние сигналов СРНС. // Научный Вестник МГТУ ГА, №117, 2007.

97. Крыжанский Г.А. Концепция и системы CNS/ATM в гражданской авиации.- М.: Академкнига, 2003.

98. Разработка объединенной системы распределения тактической информации JTIDS. // Новости зарубежной науки и техники. Системы авиационного вооружения. НИЦГосНИИАС. 1991, № 9.

99. Бабич O.A. Обработка информации в навигационных комплексах. М.: Машиностроение, 1991.

100. Малаховский P.A., Соловьев Ю.А. Оптимальная обработка информации в комплексных навигационных системах самолетов и вертолетов. Зарубежная, радиоэлектроника, 1974, №3.

101. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов./Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. М.: Высш. шк., 1990.

102. Тихонов В. И. Развитие в СССР теории оптимальной фильтрации сообщений. Радиотехника, 1983, №11.

103. Стратонович Р. JI. Условные марковские процессы и их применение к теории оптимального управления. М.: МГУ, 1966.

104. Фомин В. Н. Рекуррентное оценивание и адаптивная фильтрация. М.: Наука, 1984.125: Ярлыков М. С., Миронов М. А. Марковская теория оценивания случайных процессов. М.: Радио и связь, 1993.

105. Пугачев, В. С., Синицин И. Н. Стохастические дифференциальные системы. М.: Наука, 1985.

106. Сосулин Ю. Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. М.: Сов. радио, 1978.

107. Сосулин Ю. Г. Методы оптимальной обработки сигналов на фоне комплекса помех. Радиотехника и электроника, 1982, №6.

108. Миронов М. А. Оптимальная комплексная дискретная обработка сигналов при частично окрашенных шумах наблюдения. Радиотехника и электроника, 1985, №5.

109. Харисов В. Н., Кириленко Ю. Н. Асимптотически оптимальные алгоритмы нелинейной фильтрации в задачах цифровой обработки сигналов. Радиотехника и электроника, 1986, №8.

110. Тихонов В. И. Нестандартные условия линейной фильтрации. Радиотехника, 1997, №12.

111. Миронов М. А. Полимодальность апостериорного распределения в задачах оптимальной нелинейной фильтрации. Радиотехника и электроника, 1982, №7.

112. Тихонов В. И., Харисов В. Н. Объединенная синхронизация в оптимальных радиотехнических системах. Радиоэлектроника. Научные труды вузов Литовской ССР, 1983, т 19, №3.

113. Ярлыков М. С., Миронов М. А. Повышение эффективности и качества систем синхронизации за счет использования информационной избыточности. Радиоэлектроника. Научные труды вузов Литовской ССР, 1983, т. 19, №3.

114. Тихонов, В. И., Харисов, В. Н. Объединенная синхронизация в радиотехнических системах. Радиотехника; 1984, №4.

115. Харисов В. Н., Перов А. И. Некоторые вопросы использования теорий? оптимальной' фильтрации и* оптимального управления' для синтеза-информационных систем. Радиотехника, 1996, №7.

116. Перов А. И., Харисов В. Н. Калмановско-винеровская* фильтрация фазы сигнала в приемоиндикаторах спутниковых радионавигационных систем. Тематический сборник «Статистический синтез радиосистем», 1997, №2Т.

117. Ефименко В. С., Харисов В. Н. Оптимальная фильтрация в задачах пространственно-временной обработки и ее характеристики. Радиотехника и электроника, 1987, №8.

118. Статистический синтез радиосистем. М.: ИПРЖР, 1996, №1; 1997, №2.

119. Харисов В. Н., Яковлев А. И., Глущенко А. Г. Оптимальная фильтрация координат подвижного объекта. Радиотехника и электроника, 1984, №10.

120. Иванов В. И., Тихонов В. И. О комплексировании двух измерителей. Техническая кибернетика, 1986, №1.

121. Ярлыков М. С., Чижов О. П. Субоптимальные алгоритмы приема и комплексной обработки квазикогерентных сигналов спутниковой радионавигационной системы. Радиотехника, 1996, №1.

122. Ярлыков М. С., Кудинов А. Т. Повышение качества функционирования спутниковых радионавигационных систем за счет использования информационной избыточности. Радиотехника, 1998, №2.

123. Тихонов В, И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983.

124. Степанов О. А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. С.-П.: ЦНИИ "Электроприбор", 1998.

125. Сейдж Э.П., Уайт Ч.С. Оптимальное управление системами: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1982.

126. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Сов. Радио, 1977.

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

128. Сейдж Э:П, Меле Дж. Теория- оценивания» и ее применение в связи и управлении. Пер. с англ: под ред. проф. Б. Р. Левина. М.: «Связь», 1976.

129. Марковская теория* оценивания в радиотехнике / Под ред. М.С. Ярлыкова. -М.: Радиотехника, 2004.

130. Сосулин Ю: Г. Теоретические основы радиолокации и-радионавигации: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1992.

131. Харисов В. Н., Хамматов Р. Р. Оптимальное управление мощностью сигнала. Радиотехника (Журнал в журнале), 1998, №7.

132. Харисов В.Н., Аникин А.Л. Синтез алгоритмов оптимального управления выбором источников излучения. Радиотехника, № 7, 1996:

133. Харисов В.Н., Аникин А.Л.-, Хамматов P.P. Алгоритмы выбора источников', излучения навигационной информации в многопозиционных радиотехнических системах. М.: ВВИА им. HIE. Жуковского. Статистическая радиотехника. Научно-методические материалы. 1997.

134. Селезнев В.П. Навигационные устройства. Учеб. пособие. М.: Машиностроение, 1974.

135. Харисов В.Н., Горев А.П. Синтез тесно связанного алгоритма, инерциально-спутниковой навигации. М.: Радиотехника (Журнал в журнале) -№7, 2000.

136. Харисов В.Н., Горев А.П. Исследования одноэтапного алгоритма навигационно-временных определений для приемника СРНС. М. Радиотехника (Журнал в журнале) №4, 2001.

137. Харисов В.Н., Горев А.П. Исследования характеристик алгоритма глубокой интеграции СРНС/ИНС. М.: Радиотехника (Журнал в журнале) №7, 2001.

138. Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985.160: Помехоустойчивость радиосистем со сложными сигналами. /Под ред. F. И: Тузова. М.: Радио и связь, 1985.

139. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. /Под ред. А.Г. Зюко: М.: Радио и связь, 1985.

140. Корн* Г., Корн Т. Справочник по математике для» научных работников ш инженеров: Пер. с англ. / Под ред. И.Г, Арамановича -М.: Наука, 1974.

141. Карпейкин A.B., Новоселов О.Ф; Алгоритмы преобразования^координат. В' кн. Научно-методические материалы по статистической радиотехнике. / Под ред. JI.A. Ершова. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1992.

142. Бакулев П.А., Сосновский A.A. Радионавигационные системы. Учебник для вузов. — М., Радиотехника, 2005.

143. Тихонов В. И., Харисов В. Н. Объединенная синхронизация в' радиотехнических системах. Радиотехника, 1984, №4.

144. Логвин А.И., Соломенцев В.В. Спутниковые системы навигации w управления воздушным движением. -М:: МГТУ ГА, 2005.

145. Волынкин А.И., Волосов П.С., Мищенко-И.Н. Спутниковые зарубежные системы. Зарубежная радиоэлектроника, 1977, №3.

146. Волосов П.С., Дубинко Ю.С., Мордвинов Б.Г. и др. Судовые комплексы спутниковой навигации. — Л.: Судостроение, 1982.

147. Конрад Д. Анализ ошибок систем навигационных спутников. Управление в космосе -М.: Наука, 1978.

148. Lachapelle G. Navigation Accurasy for Absolute Positioning. // AGARD Lecture Series 207, System Implications and Innovative Applications of Satellite Navigation, NATO, 1996.

149. Шебшаевич B.C., Григорьев M.H. и др. Дифференциальный режим сетевой спутниковой радионавигационной системы. Зарубежная радиоэлектроника, 1989, №1.

150. Hoffman-Wellenhof В., Lichtenegger Н., Collins J. Global Positioning System: Theory and Practice. //Springer-Verlag Wien, New-York, 1992.

151. Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. — М.: Наука, 1979.

152. Захарин М.И., Захарин Ф.М. Кинематика инерциальных систем навигации. -М.: Машиностроение, 1968.

153. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. М.: Наука, 1967.

154. Ривкин С.С. Статистический синтез гироскопических устройств.- Л.: Судостроение, 1970.

155. Иванов Ю.П., Синяков А.Н., Филатов И.В. Комплексирование информационно-измерительных устройств летательных аппаратов./ Под ред. В.А. Боднера. Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1984.

156. Долуханов М.П. Флуктуационные процессы при распространании радиоволн. -М.: Связь, 1971.

157. Перов А. И., Харисов В. Н. Уменьшение вычислительной сложности алгоритмов в приемоиндикаторах СРНС на основе комбинированной калмановско-винеровской фильтрации. Радиотехника, 1996, №1.

158. Воронов A.A. Введение в динамику сложных управляемых систем. М.: Наука, 1985.

159. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука,1969.

160. Ершов А. А., Липцер Р. Ш. Робастный фильтр Калмана в дискретном времени. Автоматика и телемеханика, 1978, №3.

161. Ершов А. А. Робастные алгоритмы фильтрации. Автоматика и телемеханика, 1978, №6

162. Миронов М. А., Корсаков А. Н. Анализ чувствительности квазиоптимальных алгоритмов нелинейной фильтрации к изменениям характеристик входных воздействий. Радиотехника, 1982, №1.

163. Ефименко В. С., Харисов В. Н. Оптимальная фильтрация при неизвестной корреляционной матрице помех. Радиотехника, 1997, №10.

164. Карапетян P.M. Алгоритмы оценки качества и синтеза линейных систем управления. Рига: ЛРП ВН.ОМ, 1989.

165. Черноусько Ф. Л., Колмановский В. Б. Оптимальное управление при случайных возмущениях. М.: Наука, 1978.

166. А.Г.Трифонов. "Постановка задачи оптимизации и численные методы ее решения", http://matlab.exponenta.ru/optimiz/book2.

167. Тятюшкин А.И. Многометодная технология оптимизации управляемых систем. Новосибирск: Наука. 2006.

168. Лазарев Ю.Н. Управление траекториями аэрокосмических аппаратов,-Самара: Самар. науч. Центр РАН, 2007.

169. Казаков И.Е., Гладков Д.И. Методы оптимизации стохастических систем. -М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1987.

170. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. — М.: Сов. Радио, 1975.

171. Специальные разделы теории управления. Оптимальное управление динамическими системами: учеб. пособие / Ю.Ю. Громов, H.A. Земской, A.B. Лагутин, О.Г. .и др. — 2-е изд., стереотип. — Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. унта, 2007.

172. Владинов В.Л., Ковалев В.В., Хмуров H.H. Средства и системы радионавигационного обеспечения летательных аппаратов. — М.: Военное издательство, 1990.

173. Скрыпник О.Н., Лежанкин Б.В. Радиотехническая система захода на посадку. Заявка на изобретение №96110721/09, G01S1/16, опубл. 10.08.1998.1. ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

174. АЗН автоматическое зависимое наблюдение

175. АП аппаратура потребителей

176. АРК автоматический радиокомпас

177. АЦП аналого-цифровой преобразователь

178. БВ барометрический высотомер1. БГШ белый гауссовский шум

179. БПРМ ближний приводной радиомаяк

180. БРЭА бортовая радиоэлектронная аппаратура

181. БРЭО бортовое радиоэлектронное оборудование1. ВП вторичный потребитель

182. ВПП — взлетно-посадочная полоса1. ВС воздушное судно1. ГА гражданская авиация

183. ГЛОНАСС глобальная навигационная спутниковая система1. ГФ геометрический фактор

184. ДА — децентрализованный алгоритм1. ДКМВ декаметровые волны

185. ДПРМ дальний приводной радиомаяк

186. ИБКСН интегрированный бортовой комплекс связи и навигации ИИ - источники информации

187. ИКПНРСО интегрированный комплекс пилотажно-навигационного и радиосвязного оборудования

188. ИКБО — интегрированный комплекс бортового оборудования

189. ИКУС интегрированный комплекс управления самолетом

190. ИНС инерциальная навигационная система

191. КОИ комплексная обработка информации

192. КУР курсовой угол радиостанции1. ЛПД линия передачи данных

193. JICK локальная система координат

194. МДРВР много станционный доступ с распределенным временным разделением

195. МСН межсамолетная навигация

196. МСП микроволновая система посадки

197. НВО навигационно-временные определения

198. НВП навигационно-временные параметры

199. НК навигационный контроллер

200. НОТ навигационная опорная точка1. НС навигационный спутник

201. НЭ — навигационный элемент

202. ОВК определение взаимных координат

203. ОрВД организация воздушного движения1111 первичный потребитель

204. РЛС — радиолокационная станция

205. РНС радионавигационная система

206. РТНС радиотехнические навигационные средства

207. РЭС радиоэлектронные средства

208. САОД система автоматического обмена данными1. CK система координат

209. СКО среднеквадратическая ошибка1. СО самолетный ответчик

210. СОД система обмена данными •

211. СНО связь, навигация и опознавание

212. СНС спутниковая навигационная система

213. СПС система предупреждения столкновений

214. УВД управление воздушным движением1. УКВ ультракороткие волны

215. ЦА — централизованный алгоритм1. ТТГВ — шкала времени

216. ЭВЧ эталон времени и частоты ASA - Advanced System Avionics CNS/ATM - Communication, Navigation, Survellance/Àir Traffic Management FANS - Future Air Navigation Systems GNSS - Global Navigation Satellite System GPS - Global Positioning System

217. NIA Integrated Communication Navigation Identification Avionics

218. JTIDS Joint Tactical Information Distribution System

219. MFBARS Modular Multifunction Multiband Airborne Radio System

220. RelNav Relative Naviganion

221. RNP Required Navigation Perfofmance

222. STDMA Self-Organized Time Division Multiple Access

223. TCAS Traffic alert and Collision Avoidance System1. VDL- VHF Data Link