автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Повышение эффективности навигационного обеспечения полетов ВС с использованием РСДН в условиях гористой местности

О V»

г 7 да №95

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукописи Экз. № /5

УДК 621.396.933.2(088.8)

ЖЕМАЛДИНОВ РУШАН АЛИЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЛЕТОВ ВС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РСДН В УСЛОВИЯХ ГОРИСТОЙ

МЕСТНОСТИ

Специальность: 05.12.04 - "Радиолокация и радионавигация"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена на кафедре теоретической радиотехники Московского государственного технического университета гражданской авиации.

Научный руководитель - член-корреспондент Академии транспорта РФ доктор технических наук профессор В.Д.РУБЦОВ.

Официальные оппоненты:

- Лауреат Государственной премии СССР доктор технических наук профессор Б.И.ШАХТАРИН,

- кандидат технических наук доцент В.А.ХАЧИКЯН.

Ведущая организация - Московское конструкторское бюро "КОМПАС".

Защита диссертации состоится" ¿О - 0/1 ре У)Я 1995 г. в часов на заседании специализированного совета Д 072.05.03 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Московском государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: 125493 Москва, ул. Пулковская, 6а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА. Автореферат разослан ' /6 " ¿-/0рТО[ 1995 г.

Ученый секретарь ' специализированного совета кандидат технических наук доцент

М.М.ШЕМАХАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Возрастающий интерес к фазовым радионавигационным системам (ФРНС) и широкое применение таких систем обусловлено возможностью достижения наиболее высокой точности определения пространственного положения объектов при наличии естественных и организованных помех с использованием информации, содержащейся в фазе радиосигнала.

В настоящее время перспективными из числа названных систем являются ФРНС длинноволнового <ДВ) диапазона, позволяющие определять местоположение объектов на расстояниях до 1500 км и более с высокой точностью при небольшом количестве единиц наземного оборудования. Наряду с автономным использованием ДВ ФРНС в условиях неполного развертывания спутниковых РНС (СРНС), а также при затенении части космических аппаратов целесообразно комплексное использование указанных систем для поддержания целостности навигационного обеспечения воздушных суров.

Новые возможности в улучшении точностных характеристик ДВ ФРНС определились о последние годы о связи с применением сложных многочастотных (МЧ) сигналов. В сочетании с согласованной фильтрацией, использование МЧ сигналов позволяет получить следующие преимущества по сравнению с использованием простых сигналов:

• болев эффективное использование средней мощности, излучаемой передатчиком, а такжо уменьшение трудностей, связанных с ограниченной пиковой мощностью передатчик»;

- более высокую разрешающую способность как по дальности, так и по скорости, устранение трудностей, связанных с генерированием сигналов; имеющих крутые фронты импульсов;

• повышенна помехоустойчивости по отношению к сигналам, отраженным от ионосферы.

Необходим отметить, что о эксплуатации находится большое число импульсных ФРНС (ИФРНС), включающих опорные наземные станции и 'Зортопыэ приеиоиадикаторы, и их использование для гражданских целей планируотся по крайней мера о ближайшие 15 лет.

Опыт эксплуатации ДЭ ФРНС свидетельствует об ухудшении качества функционирования систем при наличии в рабочей зоне участков с гористой , местностью. Следовательно целесообразно болео детально исследовать эффекты, приводящие к ухудшению точностных характеристик указанных

систем и разработать методы снижения влияния гористой местности на их точностные характеристики.

Работа проводилась в Московском государственном техническом университете гражданской авиации по теме 107-89 "Исследование влияния на точностные характеристики приемоиндикаторов РНС условий эксплуатации при их размещении на вертолетах" и по теме 107-91 "Исследование путей совершенствования приемоиндикаторов СРНС в особых условиях использования".

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности навигационного обеспечения полетов ВС с использованием РСДН в условиях гористой местности.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Разработка модели трасс распространения радиоволн (РРВ), пролегающих в гористой местности.

2. Анализ точностных характеристик ДВ ФРНС при наличии в рабочей Зоне гористой местности.

3. Разработка методики расчета поправок на геометрически неоднородных трассах РРВ и рекомендаций по размещению наземных станций ДВ ФРНС, а также рекомендаций по выбору воздушных трасс (ВТ), опорных станций и эшелонированию при эксплуатации систем в гористой местности.

4. Разработка более эффективных алгоритмов селекции поверхностного и пространственного сигналов и разрешения многозначности фазовых измерений, обладающих невысокой вычислительной сложностью.

5. Анализ возможности повышения надежности навигационного обеспечения с использованием СРНС за счет комплексирования с ДВ ФРНС в гористой местности.

Методы исследования. В работе используются методы теории вероятностей и случайных процессов, статистической теории оценивания, теории распространения радиоволн, теории сложных сигналов, гомоморфной фильтрации, спектрального оценивания и вычислительной математики.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Предложена методика оценки влияния гористой местности на сигналы ДВ ФРНС.

2. Предложена методика оценки качества функционирования и точностных характеристик ДВ ФРНС с различными форматами сигналов и СРНС при работе в гористой местности.

3. Предложен члгор,.тм расчета поправок на РРВ с учетом воздействия геометрических неоднородностей в виде горных хребтов.

4. Предложены алгоритмы селекции сигналов поверхностных волн на основе кепстрального анализа, с использованием параметрических и непараметрических методов спектрального оценивания.

Практическая значимость работы. Предложенная в работе методика оценки точностных характеристик ДЕЗ ФРНС в условиях гористой местности позволяет определить границы рабочей зоны, рационально размещать на-земныо станции при развертывании и выбирать опорные станции и воздушные трассы при эксплуатации системы.

Использование алгоритма ввода поправок на геометрические неоднородности в виде горных хребтов и алгоритмов селекции поверхностного сигнала дает возможность улучшить точностные характеристики и повысить надежность разрешения многозначности в ДВ ФРНС.

Селекция сигналов поверхностных волн с использованием предложенных алгоритмов позволяет уменьшить число вычислительных операций при оценке радионавигационных параметров (РНП) и следовательно снизить требования к вычислительным устройствам приемоиндикаторов.

Проведенный анализ влияния гористой местности на работу СРНС псР зволяет осуществлять выбор рабочего созсездия системы с учетом экранирующего воздействия горных образований.

1. Теоретическое и экспериментальное обоснование применимости предложенной модели влияния гористой местности на точностные характеристики приемоиндикаторов ДВ ФРНС при работе с МЧ и импульсными сигналами.

2. Результаты оценки точности местоопределения и надежности разрешения многозначности фазовых измерений для трасс РРВ с различными количеством и высотой горных образований.

3. Алгоритм ввода поправок на РРВ в условиях гористой местности с пространственной привязкой и рекомендации по расчету возможной геометрии системы и границ рабочей зоны, а также рекомендации по выбору ВТ и эшелонированию.

4. Алгоритм селекции сигнала поверхностной волны в ДВ ФРНС на основе кепстрального анализа.

5. Методика оценки влияния гористой местности на качество функционирования СРНС.

Вийашш1й-П5аудиа102. работы. Результаты диссертационной работы внедрены: в Московском конструкторском бюро "Компас" (ОКР "Спрут"); в опытном конструкторском бюро "Компас-М" (ОКР "Поправка"); п НИР "Исследование влияния на точностные характеристики приемоиндикаторов

РНС условий эксплуатации при их размещении на вертолетах" (тема 107-89) и "Исследование путей совершбнствования приемоиндикаторов СРНС в особых условиях использования" (тема 107-91), проводившихся совместно в МГТУ ГА и в МК6 "Компас".

Апробация работы, Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов" (г. Киев, КНИГА, 1989 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта" (г. Москва, МИИГА, 1990 г.); на внутривузовской научно-технической конференции "Обеспечение безопасности полетов и экономичности эксплуатации воздушного Транспорта" (г. Москва, МИИГА, 1Э91 г.), на международной научно-технической конференции "Наука и техника гражданской авиации на современном этапе" (г, Москва, МГТУ ГА, 1994 г.)

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах и 3 отчетах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников (76 наименований) и приложений. Материалы диссертационной работы изложены на 174 страницах, включая 43 рисунка, 18 таблиц и 2 приложения на 26 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы исследования, сформулирована цель работы и задачи, которыэ необходимо решить для ее достижения, приведена структура изложения материала по разделам. Изложены новые научные результат«, полученные в работе, ее практическая ценность, приводятся сведения об апробации и реализации работы. Сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертационной работы проводится анализ влияния гористой местности «а условия приема сигналов ДВ ФРНС, так как при наличии в рабочей зоне систем горных хребтов наблюдается снижение точностных характеристик РНС вплоть до полного нарушения работоспособности систем. Указывается, что ухудшение точности определения места ВС связано с особенностями распространения а условиях гор радиоволн ДВ диапазона, используемого данными системами (рабочие частоты ДВ ФРНС лежат в диапазоне 80-100 Хц), при этом степень влияния гор зависит от расположения горных хребтов по отношению к приемной и передающей

тсчкам, а татаэ от взаимного расположения геометрических неоднородно-Стей.

Еьшо проведено аналитическое и программное моделирование процесса РРВ а гористой местности с учетом экспериментальных данных, полученных при развертьгазичн ДЭ ФРНС с дискретным частот-на-шяулировшяадл {ДМИ} сигналом. В работо были исследованы сигналы • посла прохоякгкия трех трасс РРО, пролегающих от ведомой станции системы {СШ) е координатами 34* СО' сш и 45' 00' вд к точке приема, юлекэдгЯ ксордачаты соотаотствспио для 1,2 и 3 трасо РРВ: 42* 48' сш 47*45 ЕЯ, 42* Ш'СШ 49* 00* са и 40* 03'сш 53* 00'од и расположенной на высотах О, ЮСС0 и £3000 и, о прсиеяуточиьк пунктах маршрута (ППМ) од-исП из ВТ, Пря таком расположении трасо РРВ подстилающая поверхность швдчеот горы Бслулгсга Ковяазз. Выбранныэ трассы различаются по протяженности Л, а татез по количеству и сысото расположенных на них гор-!тьп; !фсСтса :?ар»тср;тсг.тг:» трзсс РРВ приведены о табл. 1

ТлЗлицэ ^Характеристики трасс РРВ

Трассз, Г.*э й. ш Количество горных хоебтез Высоты горных хребтов, м

1 иго 5 до 1200

2 1200 8 до 2900

3 1В40 • 14 до 5600

Профили трасс были построены по данным топографических и полимарш-рутньи карт с использованном графического метода

Так как строгой решение задачи дифракции электромагнитных волн на горных хребтах сопряжено с сущестсснными трудностями спиду сложной геометрической формы хреОтоэ п неоднородности электрических пара-мотроо их почзы, о рассматриоаомой работо горные хребты были представлены как клиновидные препятствия, с учетом того факта, что радиус кри-сизкы отдельных препятствий из горных трассах оказывается значительно мсиыаэ радиуса Земли и составляет но болео нескольких сот метров. Это дало еозмозяюсть использовать теорию дифракции Френеля на полубеско-

ПЭЧИОМ С!фЗ!!Э (ПОЛУПЛОСКОСТИ).

Тек как в сстйсттгеикмх условиях при дифракции радиоволн на горных храйтах углы дмфрзэгцхи ио превышают нескольких десятков миллирадиан, а рпестслшэ до перядзкщчй и приемной точек составляют десятки кило-мотроп, то гамзиз кпнгз полуплоскостью вполне приемлема даже для гесалла тупим клйнш'иднух хреЗтсз. Сооершаемая при этом ошибка будет соетгзязть единицы дсцкОол по модулю множителя ослабления. В ходе мо-

делирования трасс РРВ был также учтен тот факт, что расчет множителя ослабления по формулам дифракции на полубесконечном экране можно применять и для горных образований, имеющих сферическую форму, если приемная точка находится неглубоко в тени, а препятствие находится далеко от передатчика и приемника. Расчетным путем было установлено, что для рассматриваемых трасс РРВ, пролегающих в горах Большого Кавказа, данные условия выполняются.

С учетом того факта, что все методы определения поля в тени нескольких препятствий, основанные на принципе Гюйгенса-Френеля, являются приближенными и их усложнение излишней строгостью рассмотрения не вносит сколько-нибудь заметных уточнений по сравнению с более грубыми методами, при моделировании трасс РРВ, характеризующихся дифракцией на нескольких препятствиях, общий множитель ослабления рассчитывался как произведение множителей ослабления отдельных препятствий, для которых просвет положителен и участков, расположенных между ними. При наличии на трассе п препятствий общий множитель ослабления записывается в виде

где F* - множитель ослабления, обусловленный воздействием к - го препятствия, - множитель ослабления, вносимый участком протяженностью Як.1к, расположенным между к - 1-ым и £-ым препятствием. В этом случае вершина к - го препятствия рассматривается как некий эквивалентный источник, излучение которого подвержено влиянию множителя F*. С учетом рассматриваемого диапазона волн множитель ослаблении U,_u рассчитывался также по дифракционным формулам. В случае плавного профиля участка, земная поверхность аппроксимировалась сферой и для расчета множителя ослабления использовалась формула В.А.Фока в предположении, что Земля является идеально гладкой сферой и обладает бесконечно большой проводимостью. Такой подход допустим тем более, что учет влияния электрических свойств подстилающей поверхности производится на этапе ввода поправок на РРВ в существующих ДВ ФРНС. Если на указанных участках по трассе РРВ располагалось клиновидное препятствие, то для расчета множителя ослабления использовались формулы для дифракции на полуплоскости с учетом отрицательного значения просвета.

В работе была исследована зависимость результирующего множителя ослабления от частоты для различных высот расположения приемной точки, т.е. а нашем случае для различных высот полета ВС. Расчеты были выполнены на основе изложенной выше модели по трем трассам РРВ (табл. 1) для высот 0, 10000 и 20000 м в диапазоне рабочих частот ДВ ФРНС. На

основании полученных зависимостей характер воздействия гористой местности на сигналы ДВ диапазона можно охарактеризовать следующим образом.

Для всех исследованных трасс РРВ имеют место ослабление и дополнительная фаза по всем частотным составляющим. Кроме того, существует частотная зависимость множителя ослабления, что свидетельствует о дисперсионных свойствах среды распространения с геометрическими неодно-родностями. С ростом высоты расположения приемной точки влияние горных хребтов по трассе РРВ ослабевает, при этом зависимость множителя ослабления от высоты на трассах с большим количеством горных хребтов менее выражена, так как при поднятии приемной точки изменяется влияние нескольких последних по трассе горных хребтов. При увеличении высоты и количества препятствий ослабление и дополнительная фаза для частотных составляющих сигналов ДВ ФРНС увеличиваются.

Во второй глава диссертационной работы проведен анализ точностных характеристик ДВ ФРНС с различными форматами сигналов при работе в гористой местности. Рассмотрено влияние горных хребтов на сигналы -многочастотных систем с учетом используемых и перспективных вариантов весовой обработки. Поскольку вероятность правильного разрешения многозначности и точность оценки радионавигационных параметров в ФРНС с МЧ сигналом (дискретным частотно-модулированным сигналом, ДЧМ сигналом с внутриэлементной частотной или фазовой модуляцией) определяются степенью искажения корреляционной функции (КФ), был проанализирован характер этих искажений при наличии в рабочей зоне системы гористой местности.

С учетом множителя ослабления, обусловленного воздействием гористой местности, КФ ДЧМ сигнала в одном из квадратурных каналов была описана с помощью выражения

VS4*> - SIW*|A* со5(ю,т + argW^) ,

я-1

гдо i WA| и arg - соответственно модуль и аргумент множителя ослабления, а>к =* ДЛ{&0 + [к{п) -1}} - несущая частота к - го элемента сигнала, Ьк • амплитудный коэффициент а к - ом канале фильтрации, ДО - разностная частота несущих элементов сигнала, к(п) - частотно-временная последовательность элементов ДЧМ сигнала, N • число элементов сигнала..

На основе приведенной зависимости были выполнены расчеты на ЭВМ для пяти различных частотно-временных кодов ДЧМ сигнала по трем трассам РРВ при высоте полета ВС #о6 = 10000 м. Характеристики иссле-

дованных трасс приведены в табл. 1. Воздействие горных хребтов было учтено с помощью модели, описанной в главе 1. При расчетах значений КФ

величина AF = 4— была принята равной 1250 Гц, N » 23. центральная 2к

частота спектра /0 = 78 кГц. Коэффициенты фильтрации bj,, соответствуют Тейлоровской весовой функции и обеспечивают относительный уровень боковых лепестков КФ й 1,2%.

Анализ КФ, полученных с учетом множителя ослабления показал, что экранирующее воздействие горных хрвбтоо вызывает различные шсаже* ния КФ ДЧМ сигнала, усиливающиеся при переходе от трассы РРВ № t к трассе N2 3. При этом имеет место ослабление сигнала поверхностней волны и следовательно уменьшений отношения сигнал/шум, допошштелмш задержка полезного сигнала (дополнительный вторичный (фазовый) фактор - ASF), обусловленный групповой задержкой сишаяа, сдвиг фазы несущей, а также искажение огибающей вследствие диспереиоиносги среди распространения. Последние два фактора приводят к смещения» 84 заполнения КФ относительно ее огибающей {EGO}. Кроме того» было выяснено, что характер искажений КФ практически на зависит от используемого частотно-временного кода. В табл. 2 приведены расчетные значения указанных параметров для различных трасс РРВ.

Таблица 2. Результаты воздейотрмя гористой местности на ДЧМ сигнал

Трасса, Na щГИ . Ослабление, *ms» ASF, мке ECO, мке

1 0,25 t,49 0,29

2 1.89x10"? 1.63 0,62

3 4,93х ID*4 3,52 1,44

Ослабление сигнала определено как отношение максимумов огибающих КФ, рассчитанных с учетом и без учета воздействия гористой местности. Смещение БЧ заполнения КФ относительно огибающой определено как величина взаимного сшшга кластерной точки огибающей (ХТО) КФ (соответствует максимуму сгибающей} и особой точки 84 заполнения (ОТВЧ) (соответствует максимуму косинусной составляющей КФ

у (т )с = уешх и отвечает условиям » > 0 , где

V ,(т) - синусная составляющая КФ).

На основании получе чых данных было оценено слияние гористой местности на различные составляющие средлекаадрзтшеской ошибки определения РНП и точность определения места с учетом расположения наземных станций ДВ ФРНС, рассмотренной в главе 1 и имеющей следую-

щие геометрические характеристики: длины баз ВЩ-ВМ1 - 700 км, ВЩ-ВМ2 - 800 км, угол между ними Р = 120", а также на надежность однозначного определения фазы. В работе отмечено, что основным негативным фактором, связанным с воздействием горных хребтов, следует считать ослабление сигнала, вследствие которого достаточный уровень сигнала сохраняется лишь на трассе РРВ № 1, что делает возможным определение РНП только на указанной трассе. Ошибка определения места ом, обусловленная

воздействием факторов ASF и ECD составляет при этом 960 м, что превышает допустимое значение 350 м в 2,7 раза.

На основании сравнительного анализа результатов определения места воздушного судна по сигналам МЧ ФРНС на исследуемой воздушной трассе, полученных в ходе эксперимента и расчетным путем в точках, определяющих трассы распространения радиоволн № 1, 2 и 3, был сделан вывод, что предложенная модель трасс РРВ, учитывающая влияние горных хребтов на сигналы МЧ ФРНС, позволяет достаточно достоверно оценить точностные характеристики системы при работе в гористой местности. Это. в свою очередь, дает возможность использовать ее для расчета соответствующих поправок на РРВ, а также для определения возможного воздействия гористой местности при развертывании и эксплуатации ДВ ФРНС.

Влияние гористой местности на сигналы МЧ ФРНС было проанализировано с учетом различных перспективных методов обработки ДЧМ сигнала. Среди них - весовая обработка ДЧМ сигнала путем модуляции его элементов по длительности с снутризлементной частотной или фазовой модуляцией. Длительности элементой d этом случае определяются выражениями

" гДе h • весовой коэффициент, определяемый выбранной весовой функцией. Девиация частоты в случае внутриэлементной линейной частотной модуляции за время длительности каждого элемента сигнала обратно пропорциональна длительности т0 элемента на выходе согласованного с ним фильтра fA а Ух о.

В качество эффективного метода повышения напряженности поля в место приема и уменьшения влияния многократных отражений в современный МЧ ФРНС используется введение дополнительных частотных компонент (посылок) са* = соА ± 2rcAF/3, расположенных между частотами основного

ДЧМ смпдоа.

Необходимо отмотать следующие результаты, полученные о ходе моделирования. Дополнительная задержка сигнала поверхностной волны (ASF), а также величина взаимного сдвига характерной точки ВЧ заполнения и ХТО с точностью до единиц не соответствуют значениям, приведенным в табл. 2, что поззоляет использовать общий алгоритм расчета и ввода по-

правок для систем с ДЧМ сигналом. Отличие заключается лишь в увеличении отношения сигнал/шум а =Ч/ошах/стш п0 отношению к основному ДЧМ

сигналу для всех рассмотренных трасс в 1,18 (1,43 дБ) при использовании модуляции элементов ДЧМ сигнала по длительности и в 3 раза (9,54 дБ) при использовании ДЧМ сигнала с дополнительными частотными посылками, однако и для рассмотренных систем работоспособность РНС обеспечивается лишь на трассе №1,

Было оценено также влияние гористой местности на точностные характеристики широко используемых в настоящее время импульсно-фазовых РНС, так как опыт эксплуатации свидетельствует о том, что поверхностные сигналы данных систем также подвержены влиянию гористой местности. В качестве примера был рассмотрён сигнал ИФРНС LORAN-C, имеющий длительность фронта импульса /и = 65 мкс и несущую частоту /о «■ 100 кГц.

Анализ воздействия гористой местности на сигналы ИФРНС осуществлялся по трем трассам РРВ (табл. 1) на основа спектрального метода с использованием рассмотренной выше модели. Как и следовало ожидать, искажения радиоимпульса ИФРНС, оцененные в ходе моделирования, имеют тот же характер, что и в случае КФ МЧ ФРНС. Определение места ВС с использованием ИФРЧС также возможно лишь для трассы Ng 1 с ошибкой превосходящей в 2 раза допустимые значения. Следовательно выводы и рекомендации сделанные для ФРНС со сложным МЧ сигналом, остаются справедливыми и для импульсных ФРНС.

В работе указывается, что поправки на PPS в гористой мест гасти могут быть введены с использованием алгоритмов, предполагающих учет реальных неоднородностей трасс на основе уравнения ВАФока и априорных данных о геоэлектрических свойствах подстилающей поверхности независимо для каждой станции. При этом существующие алгоритмы необходимо дополнить методикой расчета поправок, учитывающее наличие гористой местности по трассе РРВ.

С учетом ограниченного объема памяти блока обработки данных при-емоиндикатора ДВ ФРНС эти алгоритмы могут осуществляться для локальных районов с высокой точностью, определяемой точностью решения соответствующих уравнений и частотой сеток, на которых запоминаются узловые значения дополнительных задержек сигналов и дисперсионных поправок.

В работе также бы по рассмотрено влияние гористой местности на качество функциони, ования СРНС, так как использование приемоинди кагоров спутниковых РНС типа "NAVSTAR" и ТЛОНАСС" в указанных условиях имеет ряд особенностей. К их числу относятся экранирование горными

препятствиями прямых сигналов на линии космический аппарат (КА) - ВС и наличие дифракционных волн, огибающих горные препятствия. С целью оценки влияния названных факторов на работоспособность СРНС был смоделирован горный район и собран статистический материал по видимым и экранированным КА, а также по степени ухудшения геометрического фактора с учетом затенений спутников. В качестве примера рассматривался один из наиболее высокогорных районов Большого Кавказа, расположенный между 41-41,6* сш и 47-47,6' вд. С учетом того, что задача точного воспроизведения рельефа перед нами не стояла, использовался достаточно простой метод моделирования отдельных горных структур с последующим наложением.

Коэффициент ослабления, обусловленный дифракцией радиоволн, рассчитывался с использованием известных результатов, полученных при дифракции на полуплоскости. При оценке видимости КА было принято, что КА но виден, если дифракционный множитель ослабления меньше 0,1. Про-веденныо исследования относительно дополнительной задержки сигнала, обусловленной дифракцией показали, что задержка сигнала приводит к Смещению линии положения не более чем на 0,16 м, поэтому ее влияние не учитывалось.

По результатам моделирования, выполненного для космического сектора из 24-х КА, размещенных равномерно на 3-х орбитах по 8 на каждой, была построена гистограмма распределения геометрических факторов для оптимальных созвездий КА с учетом влияния гористой местности для различных высот полета, свидетельствующая о том, что наиболее вероятные значения геометрического фактора оптимального созвездия лежат в пределах 2-2,5. Однако средние значения этого параметра увеличиваются в 1,2-1,5 раза, во столько же раз снижая точность местоопределения. Кроме того, была оценена вероятность ситуации, когда один или более КА априорно выбранного оптимальным образом созвездия в соответствии с алгоритмом работы приемоиндикатора СРНС будут затенены горными препятствиями. Процент таких ситуаций, особенно на малых высотах полета, оказался недопустимо высок и достигал 70% при расположении ВС вблизи поверхности гор. При этом в оптимальном алгоритме выбора созвездия КА минимально допустимый угол места КА был принят равным 10*. Такой высокий процент затенения обусловлен прежде всего тем, что стремление к минимизации геометрического фактора приводит к выбору КА с наименее допустимыми углами возвышения, которые с высокой вероятностью оказываются в зоне тени горных препятствий.

Полученные результаты позволили сделать вывод, что алгоритм выбора созвездия КА приемоиндикатора СРНС при полетах в гористой местности не реализует потенциальных возможностей по выбору КА незатенен-ных горными препятствиями и практически неработоспособен на малых высотах. Это требует разработки и совершенствования алгоритма выбора созвездия КА при полетах в гористой местности.

В третьей главе рассматриваются вопросы селекции сигналов поверхностных волн и разрешения многозначности фазовых измерений ДВ ФРНС при работе в гористой местности.

Прежде всего анализируется возможность использования регрессионных методов обработки для решения указанных задач. В современных многочастотных фазовых РНС разрешение многозначности осуществляется совместно с разделением поверхностного и пространственного сигналов на основе приближения функций по методу наименьших квадратов (МНК), что позволяет в качестве ХТО использовать максимум огибающей КФ поверхностного сигнала.

За оценки максимумов КФ поверхностного и пространственного А{ сигналов принимаются значения, которые минимизируют величину

/-1

где т - число дискретных точек, взятых в районе отсчетной точки (максимума КФ суммарного сигнала) с интервалом равным периоду несущей частоты Г0; ч/а " значение одной из квадратурных составл"'ощих КФ принимаемого сигнала в дискретных точках; , Р, - коэффициенты формы модели КФ поверхностного и пространственного сигналов в дискретных точках. Каждой модели соответствует определенный набор коэффициентов ^ и Р(, зависящих от положения максимумов огибающих КФ поверхностного ТфГ и пространственного г?г сигналов относительно отсчетной точки, а также от отношения их уровней. В результате выполнения алгоритма МНК определяются параметр Тцг и задержка пространственного сигнала, относительно поверхностного Дт?г (Дт°г = т°г-т0г).

В работе было проведено программное моделирование алгоритмов обработки сигналов, прошедших трассу РРВ № 1, так как по результатам главы 2 известно, что только на этой трассе ослабление поверхностного сигнала лежит в допустимых пределах. В качестве примера был использован сигнал с дискретной .астотной модуляцией. Число дискретных точек было принято равным т - 5, шаг поиска Т = Г0/16. Закон распределения

флюктуационных помех полагался нормальным. Кроме того, был учтен тот

факт, что оценки параметров tg1, и Дт°г в существующих приемоиндика-торах ДВ ФРНС получаются с учетом усреднения по 16 циклам обработки, что позволяет уменьши .ь случайную составляющую ошибки а 4 раза.

С целью оценки работоспособности алгоритма МНК при эксплуатации приемоиндикаторов ДВ ФРНС в гористой местности были рассчитаны зависимости среднеквадратического отклонения (СКО) ст, и смещения 5, задержки пространственного сигнала от отношения сигнал/шум а = Уот«/°ш по максимуму поверхностного сигнала. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при воздействии гористой местности на трассе РРВ № 1 для допустимых значений а £ 10 результирующая погрешность определения параметра Дт°г с вероятностью Р ä 0,999 на превосходит половины периода несущей частоты. Таким образом, правильное разрешение многозначности по сигналам наземной станции на трассе РРВ № 1 возможно с вероятностью не ниже заданной (/ррм я 0,999). Имеющий при этом место

неравномерный характер зависимости смещения полученных оценок от отношения сигнал/шум свидетельствует о доминирующем влиянии дисперсионных свойств гористой местности на постоянную составляющую ошибки по сравнению с влиянием флююгуационных помех на рассматриваемой трассе.

Таким образом, использование алгоритма МНК для целей селекции поверхностного сигнала и разрешения многозначности фазовых измерений при наличии гористой местности по трассе РРВ возможно. Однако в этом случае необходимо устранить постоянную составляющую ошибки определения РНП с целью получения состоятельных оценок и повышения надежности разрешения многозначности. Указанную операцию возможно выполнить с помощью введения соответствующих поправок при расчете коэффициентов S, иР,

Достаточно большое время анализа, связанное о необходимостью перебора временной задержки пространственного сигнала для всей области возможных коэффициентов формы прямого и отраженного сигналов, является существенным недостатком алгоритма МНК. В реальных системах для реализации МНК по одному отражению требуется около 120 тыс. вычислительных операций (сложений и умножений) с учетом усреднения по нескольким циклам обработки.

В связи с этим в работе было предложено производить разделение сигналов поверхностной и пространственной волн, а также предварительную оценку временного положения поверхностного сигнала на основе кеп-стрального анализа и тем самым уменьшить область варьируемых задержек при алгоритме МНК до периода ВЧ. При этом вычислительная сложность

алгоритма уменьшается приблизительно до 5-8 тыс. вычислительных операций.

В работе показано, что составной сигнал на входе устройства селекции поверхностной и пространственной волн представляет из себя дискретную свертку з(пТ), состоящую из дискретизированного сигнала по-, верхностной волны ¿й(пТ) и последовательности отражения 50тр(лГ). При этом логарифм квадрата модуля х -преобразования составного сигнала 1п|8(з:)|2 будет содержать косинусоидальные пульсации, амплитуда и частота которых связаны соответственно с отношением напряженностей поля пространственной и поверхностной волн у | и временем задержки пространственного сигнала ^ =■ П\Т. в свою очередь, кепстр суммарного сигнала будет иметь пики на сачтоте (л,Т) и кратных ей. Очевидно, что момент прихода пространственного сигнала можно оценить, фиксируя момент появления в кепстре мощности первого пика. При У| <1 пики кепстра связаны с величиной у |, в случае У)>1 - с величиной 1/У | • Так как образец элементарного колебания известен заранее, то медленно меняющуюся составляющую 1п]80(?)Р, соответствующую сигналу поверхностной волны, можно скомпенсировать, что позволяет получить непосредственно кепстр

последовательности отражения, содержащий информацию о задержке пространственного сигнала.

Так как непосредственное использование классических алгоритмов кепстральной обработки затруднено из-за повышения уровня шумовых всплесков, обусловленного нелинейностью процедуры, в работе рассматриваются различные способы ослабления влияния шумов «а результат кепстральной обработки сигналов, содержащих отражения. Проанализирована возможность использования весовой обработки {обработки методом окна) на различных этапах кепстрального алгоритма. Рекомендована обработка входной последовательности $(пТ> функцией окна равномерной на протяжении части данных, содержащих суммарный сигнал, что позволяет: увеличить отношение сигнал/шум входных данных, уменьшить длину входной последовательности, исключить из обработки отражения краткостью более единицы, пред* -геить менее жесткие требования * соответствию форм прямого (поверхностного) и отраженного (пространственного} сигналов.

Согласованная по полосе частот обработка последовательности 1п|80Т,1т]р прямоугольной функцией окна позволяет уменьшить влияние шумов на результат кепстральной обработки, а также ослабить влияние мешающих всплесков в области кепстрального времени обуълозлепных отличием вследствие дисперсионности среды распространения Формы об-

разца и принятых сигналов; наличием многократных отражений от ионосферы; усечением принятого сигнала в случае, если он простирается за край выборки исходные данных; наличием составляющих высших порядков, обусловленных нелинейностью процедуры, включая эффект наложения импульсной последовательности вследствие сдвига кепстра »У^Дл] на ±N,±2Nvi т.д.. При этом на выходе устройства обработки получим оценку кепстра мощности ^^л].

Таким образом, для дальнейшего анализа используется дискретный сигнал х[т) (т = 0,...,N -1), полученный из последовательности InlSojpt/n])2 посредством согласованной по полосе частот обработки окном прямоугольной формы. Так как сигнал х[ш] является случайным процессом, для оценки его спектральных характеристик было использовано определение спектральной плотности мощности (СПМ), Очевидно, что в данном случае оценки частот синусоид, составляющих дискретный сигнал х[т], будут соответствовать кепстральным пикам последовательности s0T£n]. С учетом

сделанных замечаний о работе был предложен алгоритм кепстральной обработки, □ котором для определения СПМ сигнала х[т] были использованы различные методы цифрового спектрального анализа из класса непараметрических и параметрических оценок.

При выборе методов спектрального оценивания были использованы следующие критерии, отвечающие особенностям рассматриваемого класса сигналов: высокое разрешение о случае коротких последовательностей данных; минимальный уровень боковых лепестков в спектральной области; минимальное смещение и дисперсия оценок частот; отсутствие аномалий в спектральных оценкой (ложных спектральных пиков, расщеплений спектральных линий).

Из числа классических спектральных оценок был использован прямой метод, основанный из вычислении квадрата модуля преобразования Фурье последоаатеяьмости данных и последующем статистическом усреднении (периодограммный метод}. Сглакиззниэ периодограммной оценки СПМ осуществлялось по методу Уолчэ. Для всех рассматриваемых в работе методов спектрального оценивания была использована входная последовательность ifn], соответствующая сумме КФ поверхностного и пространственного сигналов МЧ ФРНС при условии, что сигнал распространяется по трем рассматриваемым трассам РРВ в отсутствие и при наличии гористой местности. Отношение сигнал/шум по максимуму КФ поверхностного сигнала для всех случаев было принято равным 10, как минимальное для обеспечения заданных точностных характеристик системы. Для каждой пары

значений VI и ^ рассчитаны оценки кепстра мощности для 50 реа-

лизаций последовательности 4") с шагом дискретизации Т = Т0/4. Последовательность х[т\, состоящая из 64 отсчетов, была разбита на 3 сегмента по 32 отсчета в каждом взвешенных окном Ханна с перекрытием равным 16 отсчетам. Основное время вычислений данного алгоритма составляют операции ДПФ и расчета СПМ последовательности х[т], выполняемые с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье (БЛФ), относительная сложность которого составляет N N. При длине входной последовательности N = 64 для расчета ее спектральных коэффициентов потребуется 384 вычислительные операции.

Воздействие весовой функции Ханна на логарифмический спектр снижает уровень боковых лепестков и тем самым уменьшает смещение оценок частот синусоид, составляющих процесс х[т], однако это достигается ценой дополнительного расширения главного лепестка преобразования окна, что естественно ведет к ухудшению разрешения в кепстральной области (ширина полосы по уровню половинной мощности окна Ханна на 43,8% превышает аналогичную величину для прямоугольного окна).

С целью повышения разрешающей способности в кепстральной области была рассмотрена возможность использования современных (неклассических) методов спектрального анализа для оценки спектральной плотности мощности процесса х[т].

Из класса параметрических оценок для расчета СПМ последовательности х[/я] была использована овторегрессионная модель (АР модель) как наиболее подходящая для получения спектров с острыми пиками и без глубоких впадин. В качестве метода получения оценок параметров был использован модифицированный ковариационный метод, основанный на линейном предсказании по методу наименьших ксздратоа и обеспечивающий получение оценок частот с наиболее высоким разрешением при заданном порядке АР модели в случае коротких последовательностей данных. Крои о того, наилучшие результаты модифицированный соаариащкашый метод дзет при наличии в данных синусоидальных компонент, что имеет моего при оценке СПМ дискретного сигнала

Необходимо отметить, что о случае использования АР спектральных оценок отсутствует обработка последовательности с помощью окна, которая присуща всем классическим спектральным оценкам. Поэтому АР СПМ не свойственны все те эффекты, которые обусловлены наличием боковых лепестков.

Порядок АР модели был принят равным р «=' 15 при длительности дискретного сигнала х[т\ N = 64. Относительная сложность данном* матодп

спектрзлъного оценивания N1, что соответствует 4096-ти вычислительным операциям при выбранном значении N.

Наряду о параш грическими неклассическими методами спектрального оценивания была рассмотрена возможность использования непараметрических методов, так как некоторые из них обеспечивают лучшие характеристики разрешения и оценивании частоты при низких отношениях сигнал/шум чем АР методы. В основа этих методов лежит анализ собственных значений аотокорреляцкшшой матрицы, либо сингулярных чисел одной из матриц данных.

При анализе последовательности .т[/я] была использована модифицированная ковариационная матрица данных, как наиболее подходящая для получения оценок частот незатухающих синусоид в шуме. В этом случае р-М собственных секторов подпространства шума vw+!.....модифицированной ковариационной матрицы данных из р +1 полных собственных секторов и М гласных собст&еннш еестороз являются ортогональными секторам синусоидальных сигналов, сходящих о последовательность х[т\, функция оценки частоты с весовыми коэффициентами 1 / s\ вида

где с(/) - вектор комплексных синусоид, sk • сингулярные числа разложения модифицированной ковариационной матрицы данных, будет иметь бесконечной значение на частотах синусоидальных сигналов, входящих в последовательность х[от] (надстрочный символ "Я" служит для обозначения эрмитооо транспонированной матрицы). Фактически из-за ошибок оценивания функция имеет конечные значения, но очень острые пики на указанных частотах у нее сохраняются. Указанное выражение позволяет получить оценки частот по методу "собственный вектор" ("СВ"), который при заданном значении порядка р матрицы порождает наименьшее количество ложных спе тральных пиков. При расчете оценок кепстра мощности ^^Дп] с использованием спектральных оценок по метопу "СВ* модифицированная ковариационная матрица данных была использована с теми же параметра-ш, что и в случае АР модифицированного ковариационного метода {N » 64, р = 15), число векторов подпространстоа сигнала принято равным ЛГ = 5. Относительная сложность данного метода спектр- чьного оценивания Ny. Оценки частот по методу СО обладают самым высоким разрешением, однако для расчета эшх оценок требуется наибольшее число вычислительных операций <262 J44 операция при N а 64).

Для каждого из рассмотренных методов спектрального оценивания были рассчитаны зависимости среднеквадратического отклонения о( и смещения S | максимума основного кепстрального пика, положение которого соответствует задержке пространственного сигнала п,, от отношения сигнал/шум для 50 реализаций последовательности ¿[я]. Полученные данные говорят о том, что при выбранном значении интервала дискретизации Т = Г0/4 результирующая погрешность определения параметра с вероятностью Р 0,999 не превосходит периода несущей частоты для любого из методов даже в случае предельных значений задержки пространственного сигнала и превышения последнего над сигналом поверхностной волны.

На основе проведенного анализа сделан вывод о целесообразности использования для получения келстра мощности последовательности отражения, прежде всего АР оценок СПМ дискретного сигнала х[/я], с применением модифицированного ковариационного метода. Указанный метод обладает разрешением и точностью более высокими, чем классические пе-риодограммные методы, при этом невысокая вычислительная сложность метода позволяет снизить вычислительные затраты при его использовании для решения задачи .селекции поверхностного сигнала.

Возможность ^пользования копстрапьной обработки была также исследована при наличии гористой местности по трассе РРВ № 1. При этом зависимости среднеквадратического отклонения о, и смещения 6| оценок

времени задержки пространственного сигнала от отношения сигнал/шум а = Уопш / А"я каждого из рассмотренных методов спектрального оценивания свидетельствуют о том, что погрешность определения параметра л, с вероятностью Р £ 0,999 не превосходит периода несущей частоты,

как и в случае отсутствия гористой местности. Следовательно использование алгоритма кепстральной обработки в приемоиндикаторах ДВ ФРНС возможно и при наличии геометрических неоднородностей в рабочей зоне системы.

Таким образом, использование предложенного кепстрального алгоритма позволяет осуществлять разделение поверхностного и пространственного сигналов при любых возможных соотношениях их уровней и значениях задержки сигнала пространственной волны. При этом в наиболее неблагоприятном случае существенного превышения уровня пространственного сигнала над поверхностным и малых значений временного сдвига между ними возможно определение временного положения поверхностного сигнала через положение более сильного пространственного сигнала, не подверженного влиянию подстилающей поверхности, путем оценки временного сдвига между указанными сигналами сйспользооанием кепстральной

обработки. Указанная операция возможна с учетом того, что в данном случае максимум КФ суммарного сигнала практически совпадает с максимумом КФ пространственного сигнала. Окончательное определение максимума КФ поверхностного сигнала (разрешение многозначности) осуществляется с использованием алгоритма МНК. В тех случаях, когда задержка сигнала пространственной волны превышает половину длительности КФ ДЧМ сигнала (на расстояниях до 650 км), разрешение многозначности фазовых измерений может осуществляться непосредственно на основе кеп-стральной обработки, так как при этом влияние отраженного сигнала на КФ сигнала поверхностной волны незначительно. При этом для обеспечения заданной вероятности правильного разрешения многозначности по каждой станции дискретизацию последовательности необходимо осуществлять с шагом Т £ Т0/8. Кроме того, сочетание кепстрального алгоритма и алгоритма МНК позволяет сократить объем необходимых вычислительных операций в б и 20 раз соответственно при использовании модифицированного ковариационного и'периодограммного методов спектрального оценивания.

Исследования, проведенные в работе, свидетельствуют о том, что использование кепстральной обработки возможно и а приемоиндикаторах ДВ ФРНС с импульсным форматом сигнала. Оценка кепстра мощности последовательности отражения производилась на примере суммы поверхностного и пространственного сигналов системы ИОПАЫ-С для трассы РРВ Ыг1с шагом дискретизации Т = Т0/Л. Анализ зависимостей среднекзад-ратического отклонения 0| и смещения 5[ максимума основного кепстрального пика от отношения сигнал/шум по максимуму сигнала поверхностной волны а = 50та> /сгш позволяет сделать вывод, что суммарная

ошибка в определении задержки пространственного сигнала и в этом случае не превосходит периода высокой частоты с вероятностью Р й 0,999.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Диссертация содержит новые решения актуальной научной задачи повышения эффективности навигационного обеспечения полетов ВС с использованием РСДН в условиях гористой местности.

-"->■ Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. Разработана модель учета влияния гористой местности на условия гфиема сигналов ДВ ФРНС на борту ВС.

2. Проведен анализ влияния гористой местности на точностные характеристики ДВ ФРНС с различными форматами сигналов на примере реальных трасс РРВ с использованием предложенной модели горных хребтов.

-223. Предложен алгоритм ввода поправок на PPS с учетом воздействия гористой местности на сигналы ДВ ФРНС на основе существующих алгоритмов калибровки и ввода поправок.

4. Выработаны рекомендации по размещению наземных станций и определению рабочей зоны в процессе развертывания ДВ ФРНС и рациональному выбору эшелонов и воздушных трасс в процессе эксплуатации системы с учетом влияния гористой местности .

5. Оценено влияние гористой местности нз алгоритм сыборз рабочего созвездия КА приемоиндикатора СРНС.

6. Проведен анализ влияния гористой местности на надежность разрешения многозначности фазовых измерений МЧ ФРНС с иепояьзоааиизм регрессионных методоа обработки.

7. Получен алгоритм селекции сигнала поверхностной солнц, е также предварительной оценки временного положения поверхностного сигнала в ДВ ФРНС на основе кепстрального анализа.

8. Проведен сравнительный анализ различных методов спектрального оценивания для определения кепстра мощности поспсдосателы юсш отражения, характеризующей запаздывание сигнала пространственной с алии.

На основании исследований, проведенных в работе, можно сделать следующие выводу:

1. При распространении поверхностных волн ДВ диапазона в гористой местности создаются условия, аналогичные условиям распространения о дисперсионной среде. Такое свойство подстилающей поверхности имеет существенное значение для импульсных и ыногочастотных ФРНС, использующих соответствующий диапазон волн, поскольку влияет на форму, смещение ВЧ заполнения относительно огибающей и дополнительное запаздывание сигналов указанных систем.

2. С ростом высоты горных хребтоа и их количества по трассе PPS усиливается ослабление сигналов ДВ ФРНС.

3. С увеличением высоты полета ВС (высоты приемной точки) влияние гористой местности на поверхностные волны ослабляется, что целесообразно учитывать При эшелонировании воздушных трасс.

4. Наличи» гористой местности в рабочей зоне ДВ ФРНС приводит к уменьшению отношений сигнал/шум, вызьшает дополнительную задержку поверхностного сигнала, обусловленную групповой задержкой, сдвиг фади несущей, а также искажение огибающей полезною сигнала «слидсгвие дисперсмонностсреды распространения. Последние даа факи ,>,:/ приводят к смещению отсюлой точки ВЧ заполнения относите«*»):; \.>ракгцр»су точки отбаюдой. При этом осназным искажающим с-а^тц, ^ 4 --¡. -,хй

ослабление сигнала. На основании данных, полученных при исследовании трасс РРВ, пролегающих через горы Большого Кавказа от наземной станции МЧ ФРНС к промежуточными пунктами маршрута одной из неблагоприятных воздушных трасс, можно сделать вывод, что в результате воздействия гористой местности на сигналы РНС определение места ВС с использованием последней не представляется возможным или возможно с ошибкой превосходящей (для исследованной трассы РРВ № 1 примерно в 2,7 раза) допустимые значения. Перечисленные факты говорят о необходимости учета влияния гористой местности а рабочей зоне ДВ ОРНС.

5. Анализ воздействия гористой местности на различные модификации ДЧМ сигнала показывает, что дополнительная задержка сигнала поверхностной волны, а также величина взаимного сдвига характерной точки ВЧ заполнения и ХТО одинаковы с точностью до единиц не для всех рассмотренных методов весовой обработки и синтеза КФ МЧ сигналов, что позволяет использовать общий алгоритм расчета и ввода поправок для систем с ДЧМ сигналом.'

6. Влияние гористой местности на сигналы импульсных ФРНС приводит к появлению тех же дестабилизирующих факторов, что и в случае

МЧ ФРНС, что свидетельствует об общности полученных результатов и выработанных рекомендаций для ФРНС ДВ диапазона с различными форматами сигналов.

7. Анализ существующих алгоритмов калибровки и ввода поправок с точки зрения возможности их непосредственного использования или модификации при наличии гористой местности о рабочей зоне ДВ ФРНС показал, что из существующего семейства алгоритмов возможно использовать алгоритмы, основанные на использовании подробной априорной карты свойств земной поверхности, учитывающей ее геоэлектрические характеристики, наличие лесной растительности, ледовую обстановку. При этом существующего алгоритмы необходимо дополнить методикой расчета поправок, учитывающих наличие гористой местности по трассе РРВ.

3. В связи с нарушением работоспособности СРНС при полетах ВС на трассах пролегающих о гористой местности, целесообразно комплексиро-ваниэ спутниковых РНС о ДВ ФРНС, поскольку влиянио горных структур на сигналы последних можно ослабить с использованием предложенной обработки.

9. Использование алгоритма МНК для целей селекции поверхностного сигнала и разрешения многозначности фазовых измерений при наличии гористой местности по трассе РРВ возможно, однако в этом случае необходимо устранить постоянную составляющую ошибки определения РНП с

целью получения состоятельных оценок и повышения надежности разрешения многозначности: Указанную операцию возможно выполнить путем введения соответствующих поправок при расчете коэффициентов формы модели огибающей КФ поверхностного сигнала.

10. Совместное использование предложенного кепстрального алгоритма и алгоритма МНК позволяет сократить объем необходимых вычислительных операций для целей селекции сигнала поверхностной волны и разрешения многозначности фазовых измерений с использованием модифицированного ковариационного и периодограммного методов спектрального оценивания соответственно в 6 и 20 раз.

11. Кепстральная обработка в ее классическом варианте предъявляет жесткие требования к отношению сигнал/помеха, однако эти требования могут быть существенно ослаблены некоторым усложнением исходного алгоритма, а именно: использованием весовой обработки на различных этапах кепстральной обработки и применением современных методов спектрального оценивания.

12. С точки зрения вычислительной сложности и точностных характеристик для определения кепстра мощности последовательности отражения, характеризующей запаздывание сигнала пространственной волны, предпочтительным является использование авторегрессионных спектральных оценок, полученных на основе модифицированного ковариационного метода и обладающих высоким разрешением. СКО и смещение оценок времени запаздывания пространственного сигнала в данном случае превосходят соответствующие характеристики, полученные на основе метода "собственный вектор", на 16-24% и 37-64% для рассмотренных типичных трасс РРВ при минимально допустимом значении сигнал/шум равном 10. При наличии вычислительных средств с ограниченными быстродействием и объемами памяти возможно использование периодограммного метода, обладающего меньшими вычислительными затратами. СКО и смещение оценок, полученных на основе данного метода, превышают аналогичные параметры, полученные с использованием модифицированного ковариационного метода, на 19-27% и 39-60%. Кроме того, ширина кепстрального пика в этом случае увеличивается т 5-7 раз.

13. При использовании алгоритма МНК на заключительном этапе поиска характерной точки огибающей появляется возможность усложнения модели принятого суммарного сигнала для более подробного учета свойств среды распространения сигналов, что помимо повышения надежности разрешения многозначности фазовых измерений позволяет уголичигь рабочус зону ДВ ФРНС. ь тех случаях, коша задержка сигнала пространственно'.'!

иолны превышает половину длительности КФ ДЧМ сигнала разрешение многозначности может осуществляться непосредственно на основе кеп-стральной обработки.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Р.А.Жемалдиноз, Анализ точностных характеристик импульсно-фазовых радионавигационных систем при работе в горной местности. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов". - Киев: КНИГА, 1GS9.

2. Р.А.Жемалдинов, Анализ факторов, влияющих на точностные характеристики приемоиндикэторов вертолетов. Отчет по НИР 107-89 (промежуточный). Исследование влияния на точностные характеристики приемоиндикэторов РНС условий эксплуатации при их размещении на вертолетах. Научный руководитель В.Д.Рубцов., № г/р 01890022364. - М.: МИИГА, 1989.

3. Р.А.Жемалдинов, Моделирование помех, воздействующих на характеристики приемоиндикаторов РНС, размещаемых на вертолетах. Отчет по НИР 107-89 (заключительный). Исследование влияния на точностные характеристики приемоиндикаторов РНС условий эксплуатации при их размещении на вертолетах. Научный руководитель В.Д.Рубцов, № г/р 01090022364. . М.: МИИГА, 1989.

4. В.Д.Рубцов, Р.А.Жемалдинов, Анализ влияния противообледени-тельной системы (ПОС) несущего винта вертолета при приеме сигналов РСДН на рамочную антенну. Межвузовский тематический сборник научных трудов "Проблемы технической эксплуатации и совершенствования РЭО". -М,: МИИГА, 1990.

5. Р.А.Жемалдинов, Сравнительный анализ влияния противообледени-тельной системы (ПОС) при приеме сигналов РСДН на рамочную и штыревую антенны. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта". - М.: МИИГА, 1990.

6. РАЖемалдинов, Особенности навигационного обеспечения воздушных судов при дистанционном зондировании земных покровов и проведении геодезических работ в горной местности. Сборник научных трудов "Радиоэлектронные системы и устройства'ЛА для изучения окружающей среды'. - М.: МИИГА, 1991.

7. РАЖемалдинов, Исследование влияния особых условий использования СРНС на характеристики приемоиндикаторов. Отчет по НИР 107-91 (промежуточный). Исследование путей совершенствования приемоиндикаторов СРНС в особых условиях использования. Научный руководитель В.Д.Рубцов, N8 г/р 0001916852. - М.: МИИГА, 1991.

в. РАЖемалдинов, Использование регрессионных методов обработки в приемоиндикаторах ДВ СДН при работе в горной местности. Сборник научных трудов "Повышение качества РЭС ГА и процессор их технической эксплуатации". - М.: МИИГА, 1992.

9. А.А.Копцев, РАЖемалдинов, Влияние горной местности на точностные характеристики лриемоиндикатора СРНС. Сборник научных трудов "Проблемы технической эксплуатации и построения радиоэлектронных систем ГА". - М.: МИИГА. 1991.

10. РАЖемалдинов, Повышение качества оценивания радионавигационных параметров ДВ ФРНС с использованием кепстральной обработки сигналов. Радиотехнические тетради, № 5,1993.

11. РАЖемалдинов, А.Н.Зайцев, Исследование кепстральной обработки сигналов в приемоиндикаторах ДВ ФРНС. Сборник научных трудов "Теория и практика дистанционного радиозондирования". - М.: МГТУ ГА,

' 1993.

12. РАЖемалдинов, Методы повышения точности местоопределения ВС в РСДН на трассам, пролегающих в гористой местности. Тезисы докладов международной научно-технической конференции "Наука и техника гражданской авиации на современном этапе". • М.: МГТУ ГА, 1994.

Соискатель

ЛР № 020580 от 23.06.92 г. Подписано в печать 1.03.95 г.

Печать офсетная Формат 60x84/16 1,5 уч.-изд.л,

1,39 усл.печ.л. Заказ Р 759Цо5 Тира» 100 экз.

Московский государственный технический университет ГА Редакционно-издательский отдел 125493 Москва, ул.Пулковская, д.ба

Московский государственный технический университет ГА