автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Синтез алгоритмов обработки информации в системах, использующих ретранслированные сигналы радионавигационных космических аппаратов

УДК 629.783 На правах рукописи

Пельтин Антон Владимирович

СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ РЕТРАНСЛИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Специальность 05.12.14 — Радиолокация и радионавигация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 НОЯ 2012

Москва-2012

005056000

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Власов Игорь Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, зав.

кафедрой «Радиотехнические системы» Национального исследовательского университета МЭИ Перов Александр Иванович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ФГКУ «3 ЦНИИ Минобороны России» Слюсарев Вадим Валентинович

Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский институт

космического приборостроения» (ОАО «НИИ КП»), г. Москва

Защита состоится 20 декабря 2012 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.141.11 в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-ая Бауманская ул., д.5.

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

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

Автореферат разослан «. 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.141.11 доктор технических наук, профессор

И.Б. Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время спутниковая радионавигация рассматривается как одна из важнейших высоких технологий, обеспечивающих информационную независимость и безопасность государства. Федеральная целевая программа «ГЛОНАСС» предусматривает широкое внедрение современных достижений технологии глобальной спутниковой навигации в системы специального, двойного и гражданского назначения.

Дальнейший прогресс в области повышения качества навигационно-временных определений (НВО) - точности, доступности, достоверности т.п., требует как развития структуры" глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), так и разработки более совершенных методов и алгоритмов НВО для аппаратуры потребителей (АП).

Развитие структуры ГНСС в настоящее время идет по пути разработки новых, более совершенных навигационных космических аппаратов (НКА), применения новых типов навигационных сигналов, модернизации и развития наземного комплекса управления, а также создания так называемых средств функциональных дополнений (СФД), позволяющих потребителю получить дополнительную информацию и использовать ее для повышения качества НВО.

Наиболее известным и распространенным видом СФД являются так называемые дифференциальные подсистемы (ДПС). В состав ДПС могут входить как средства космического базирования (геостационарные и среднербитальные спутники действующих и развертываемых систем WAAS, EGNOS, MSAS, IRNSS, СДКМ), так и наземные контрольно-корректирующие станции (ККС). Использование в АП информации, получаемой от ДПС, позволяет потребителю уменьшить (в идеальном случае - полностью устранить) коррелированную составляющую погрешности измерения радионавигационных параметров (РНП), и, соответственно, повысить точность НВО.

Еще одним видом СФД является ретранслятор (Р) сигналов ГНСС. В настоящее время Р подразделяют, как правило, на аналоговые и цифровые, а также узкополосные и широкополосные. Для ряда практических задач широкополосный аналоговый Р, осуществляющий усиление, перенос спектра принимаемых сигналов НКА по частоте и излучение последних, обладает определенными преимуществами по сравнению с другими вариантами Р. На практике обычно рассматривают два направления использования такого Р:

- в качестве неподвижной опорной радионавигационной точки для повышения доступности ГНСС, т.е. в качестве альтернативы псевдоспутникам (pseudolite);

- в качестве источника информации при решении задач определения параметров траектории подвижных объектов.

В настоящей работе основное внимание уделяется второму направлению использования широкополосных аналоговых Р, а именно, системам измерения

параметров траектории высокодинамичных объектов, т.е. систем внешнетраекторных измерений (ВТИ). Наряду с основной функцией - прием, перенос спектра по частоте, усиление и излучение сигналов НКА - такой Р может формировать и излучать специальный пилот-сигнал (ПС). В диссертации рассматривается как известный вариант Р с аддитивным ПС (АПС), так и вариант Р с мультипликативным ПС (МПС).

Совершенствование методов и алгоритмов НВО охватывает все виды обработки сигналов в АП ГНСС, включая:

- дифференциальные (относительные) измерения, основанные на совместной обработке информации, извлекаемой из сигналов НКА и СФД;

- оптимальную (согласованную) фильтрацию, поиск и обнаружение сигнала;

- оценку радионавигационных параметров (РНП), навигационных параметров (НП) или (и) параметров вектора состояния (ВС) потребителя (координат, вектора скорости и ускорения) в следящих измерителях.

В данной диссертации основное внимание уделяется методам и алгоритмам фильтрации НП или ВС при обработке (в том числе - совместной) прямых и ретранслированных сигналов НКА. При этом, с учетом современных тенденций, рассматриваются алгоритмы комплексной (совместной) фильтрации РНП: задержки, фазы несущей и доплеровского сдвига частоты, имеющие ряд преимуществ по сравнению с алгоритмами независимой фильтрации указанных параметров.

Рассматривается два типа алгоритмов НВО:

двухэтапные, предполагающие разделение процесса оценки составляющих ВС потребителя на первичную (выделение и фильтрацию РНП по сигналам каждого НКА) и вторичную (фильтрацию НП и компонент ВС) обработку,

- одноэтапные, основанные на совместной фильтрации компонент ВС с использованием совокупности измерений РНП по всем доступным сигналам НКА.

Двухэтапные алгоритмы хорошо изучены и находят широкое применение в современной АП; одноэтапные алгоритмы, потенциально обеспечивающие более высокую точность НВО, представляют собой реальную перспективу развития АП.

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

1. Hai системно-структурном уровне - особенности построения и использования радиосистем с ретрансляторами сигналов НКА в системах ВТИ для определения параметров траектории (пространственных координат, компонент вектора скорости) объекта, на борту которого установлен Р, путем приема и обработки ретранслированных сигналов в наземном измерительном пункте.

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

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

Однако работ, посвященных задачам синтеза алгоритмов оптимальной совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов НКА и Р в приложениях, связанных с оценкой параметров движения динамичных объектов, в том числе, с использованием дифференциальных методов и методов относительных измерений, крайне мало.

Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью проработки комплекса не исследованных до сих пор теоретических вопросов, связанных с синтезом и анализом оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов обработки сигналов Р, а также алгоритмов обработки этих сигналов совместно с прямыми сигналами НКА.

Целью работы является развитие методов обработки радионавигационных сигналов, обеспечивающих повышение точности, непрерывности и доступности НВО в системах, использующих ретранслированные сигналы ГНСС для определения параметров траектории динамичных объектов.

В диссертации решены следующие задачи:

1. Проведены обзор и анализ методов определения траектории динамичных объектов в системах, использующих сигналы ГНСС.

2. Предложены модели сигналов и их РНП для Р с аддитивным ПС и мультипликативным ПС.

3. Синтезированы одноэтапные алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС и ПС для системы определения траекторий динамичных объектов, использующей Р с аддитивным и мультипликативным ПС.

4. Синтезированы алгоритмы первичной и вторичной обработки сигналов для аппаратуры приема и обработки ретранслированных сигналов (АПРС), реализующей двухэтапный принцип обработки в системе определения траекторий динамичных объектов, использующей Р с аддитивным ПС.

5. Синтезирован адаптивный алгоритм интерполяции на фиксированном интервале при постобработке данных цифрового регистратора системы определения траекторий динамичных (маневрирующих) объектов. Проведен

сравнительный анализ характеристик предложенного алгоритма с рядом известных.

6. Разработаны программно-математические средства имитационного моделирования для исследования характеристик синтезированных алгоритмов и с их помощью проведены анализ и исследование характеристик одноэтапных и двухэтапных алгоритмов обработки сигналов.

7. Создан опытный образец аппаратно-программного комплекса траекторных измерений с широкополосным аналоговым Р, реализующий предложенные методы и алгоритмы обработки сигналов, и проведены его экспериментальные исследования.

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

На защиту выносятся:

— результаты синтеза одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНС С для системы определения траектории динамичного объекта, использующей Р с аддитивным и мультипликативным ПС;

— результаты синтеза двухэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС и для системы определения траектории динамичного объекта, использующей Р с аддитивным ПС;

— программно-математические модели в среде МАТЪАВ для исследования характеристик предложенных алгоритмов;

— результаты исследований характеристик одноэтапных и двухэтапных алгоритмов АПРС для системы определения траекторий динамичных объектов;

— результаты синтеза адаптивных алгоритмов интерполяции (сглаживания) при постобработке данных цифрового регистратора АПРС и результаты экспериментальных испытаний таких алгоритмов;

— пакет программ для постобработки записи массива дискретных выборок сигналов НКА и ретранслятора, фиксируемых цифровым регистратором АПРС;

— результаты экспериментальных исследований опытного образца АПРС в режиме постобработки записи массива дискретных выборок прямых и ретранслированных сигналов НКА и ПС.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации.

1. С использованием предложенных моделей ретранслированных сигналов и моделей их РНП решена задача синтеза одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения параметров траекторий динамичных объектов, использующей Р с АПС.

2. С использованием вышеуказанных моделей решена задача синтеза одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения параметров траекторий динамичных объектов, использующей Р с МПС.

3. Применительно к широко используемой на практике схеме двухэтапной обработки синтезированы алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения параметров траекторий динамичных объектов, использующей Р с АПС.

4. В режиме постобработки сигналов НКА и Р с АПС реализованы одноэтапный и двухэтапный алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС.

5. Для системы определения траекторий динамичных (маневрирующих) объектов, работающей в режиме постобработки данных цифрового регистратора, предложен и синтезирован адаптивный алгоритм интерполяции на фиксированном интервале.

Практическая значимость работы.

1. Разработаны алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы траекторных измерений с Р, позволяющие повысить точность, непрерывность и доступность измерения траекторий динамичных объектов.

2. Разработан адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) для задачи постобработки данных цифрового регистратора АПРС, позволяющий повысить точность определения параметров траектории динамичных объектов.

3. Разработаны программно-математические средства моделирования, позволяющие проводить исследование характеристик систем траекторных измерений с ретранслятором.

4. Разработан аппаратно-программный комплекс постобработки записи массива дискретных выборок прямых и ретранслированных сигналов ГНСС, позволяющий также осуществлять исследование и отладку перспективных алгоритмов обработки сигналов ГНСС.

5. Рассмотрен круг вопросов, связанных с практической реализацией систем для измерения траектории динамичных объектов с использованием широкополосных аналоговых ретрансляторов.

Реализация и внедрение результатов исследования.

Результаты диссертации использованы при проведении ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ выполненных в период 2007 - 2012 гг. на кафедре РЛ-1 и в НИИ РЭТ МГТУ им. Баумана при непосредственном участии автора: НИР «Авальман-МГТУ», «Штифт» «Траектория-МГТУ», ОКР «Преломление», что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Апробация результатов. По материалам диссертации сделано 8 докладов на научно-технических семинарах и конференциях, в том числе:

• на международных научно-технических конференциях «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, Воронежский государственный университет, 2008, 2010, 2011 г.г.

• на научно-технических конференциях «Радиооптические технологии в приборостроении», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007, 2008, 2010 - 2012 г.г.

Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 6 публикациях, в том числе, 4 - в изданиях, входящих в Перечень ВАК. По теме диссертации получен патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Основная часть работы изложена на 199 страницах, содержит 18 таблиц, 77 рисунков и список литературы из 109 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе проведен обзор и анализ существующих методов траекторных измерений подвижных объектов с использованием сигналов ГНСС, осуществляется выбор и обоснование структуры системы траекторных измерений динамичных объектов с Р. Описаны модели сигналов ретранслятора с аддитивным ПС, обобщены выражения для навигационных и радионавигационных параметров сигналов в АПРС. Рассмотрены особенности систем определения траектории подвижных объектов при использовании Р с мультипликативным ПС и предложены соответствующие модели для сигналов ретранслятора.

Во второй главе проведен синтез одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС с оценкой коррелированных составляющих ошибок измерений РНП сигналов НКА для системы определения параметров траектории подвижных объектов на базе широкополосного аналогового Р с аддитивным и мультипликативным ПС.

Для прямых и переизлученных сигналов НКА, наблюдаемых в АПРС можно выделить ряд коррелированных составляющих погрешностей измерения РНП сигналов ГНСС: погрешности эфемеридно-временного обеспечения; погрешность, обусловленная задержкой сигналов в ионосфере и тропосфере. При совместной обработке в АПРС прямых сигналов НКА и сигналов Р существует принципиальная возможность снизить влияния указанных составляющих погрешностей измерения РНП на итоговую погрешность определения пространственных координат и компонент вектора скорости Р.

В диссертации рассматриваются два варианта алгоритма: алгоритм оценки абсолютных координат и вектора скорости Р для неподвижного АПРС с известными координатами и алгоритм оценки относительных координат и вектора скорости Р в системе координат, связанной с подвижным АПРС.

При синтезе одноэтапного алгоритма для неподвижной АПРС с известными координатами использовано представление вектора ВС в виде:

х = Гх7„ Хт„ Хт„ V' V' Д„„ Л„,г Я Д. Й^ Й^, А7" АГТ, (1)

I р р р А р р,{г р,гг р ар а с! с I ' ^ '

где Хр - координаты Р в ГЦСК; Хр - компоненты вектора скорости Р в ГЦСК; Хр — компоненты вектора ускорения Р в ГЦСК; УЛ' - смещение частоты ОГ АПРС, приведенное к единицам скорости; У'р - смещение частоты ОГ Р, приведенное к единицам скорости; Кр — псевдодальность по ПС; Ядр —

К ~ -

переменная, связанная с фазой ПС ЯЛр = р фр; К^ - переменные, связанные с фазами прямых и ретранслированных сигналов соответственно; ¿ri.il ••• > ••• ' ^ф" Дополнительные

компоненты, связанные соответственно с фазами ретранслированных, прямых сигналов НКА и ПС;

Компоненты А (г, А ,г и вектора А, Дс в составе ВС (1) содержат

коррелированные составляющие погрешностей измерения РНП прямых сигналов НКА и сигналов Р, обусловленных задержкой в тропосфере для ретранслированных сигналов НКА на участке Р-АПРС, задержкой в ионосфере и отклонением бортовой шкалы времени НКА соответственно, а также их производные.

Полученная в результате синтеза структура одноэтапного алгоритма обработки сигналов Р с АПС показана на рисунке 1.

Рисунок 1

Также синтезирован одноэтапной алгоритм оценки относительных координат и вектора скорости Р в системе координат, связанной с подвижным АПРС. Такой алгоритм позволяет оценивать относительную траекторию Р при неточно известных координатах и векторе скорости АПРС. Основное отличие этого алгоритма от алгоритма оценки абсолютных координат и скорости Р состоит в модификации уравнений априорной динамики дополнительных переменных и связанных с фазами прямых и ретранслированных

сигналов НКА ГНСС соответственно.

Для анализа точностных и статистических характеристик разработанного алгоритма в различных условиях наблюдения НКА была разработана программно-математическая модель (ПММ) в среде МАТЬАВ. Структура ПММ показана на рисунке 2.

Рисунок 2.

На рисунках 3 и 4 показаны соответственно результаты расчета ошибок определения координат и вектора скорости объекта, ионосферных и тропосферной составляющих эквивалентной погрешности дальности (ЭПД) в АПРС, работающей по сигналам Р с АПС. Результаты получены при использовании траектории, характерной для реактивного снаряда, для семи НКА, видимых с борта объекта и ГФ=3,8.

Єх, £ , Є,, М Єух,ЄУу,ЄУх. м/с

-о---'- 1 с

1С 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

а б

Рисунок 3. Ошибки оценки координат (а) и компонент вектора скорости (б) .

м

Є,Г, М

1

10 15 20 25 30 35 40 45 50

1 С "5,

;

1

1

- у* 0 Щ рп

У

5 10 15 20 25

35 40 45 50

и

Рисунок 4. Ошибки оценки ионосферных (а) и тропосферной (б) составляющих

эпд

Для сравнения точностных характеристик АПРС, использующего алгоритм комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС (как при использовании Р с АПС, так и Р с МПС), и бортовой АП, работающей в дифференциальном режиме, с использованием одной и той же траектории объекта был проведен расчет погрешностей оценки координат, результаты которого приведены в таблице 1. Предполагалось, что коррекция измерений псевдодальностей в бортовой АП осуществляется на основании данных, полученных по каналу корректирующей информации. Как следует из таблицы, разработанные алгоритмы обеспечивают более высокую точность траекторных измерений, по сравнению с использованием бортовой АП.

Таблица 1

ГФ Рс АПС Р с МПС Бортовая АП

О > М ^ хуг а , м хуг а , м хуг

3,8 0,55 0,57 1,0

4,2 0,65 0,88 1,2

6 0,55 0,83 1,6

9,3 0,61 0,80 2,4

11 1,0 1,1 зд

Третья глава посвящена синтезу алгоритмов первичной и вторичной обработки прямых сигналов НКА и сигналов Р с аддитивным ПС для АПРС, построенной по традиционной схеме с двухэтапной обработкой. Алгоритмы вторичной обработки подразумевают совместную обработку прямых и ретранслированных сигналов ГНСС с оценкой коррелированных составляющих ошибок измерений РНП сигналов НКА.

Осуществлен синтез комплексного алгоритма первичной обработки ретранслированных сигналов НКА и , АПС. Путем модификации модели

динамики ВС и уравнений фильтрации комплексного алгоритма получен упрощенный алгоритм первичной обработки переизлученных сигналов НКА с независимой обработкой АПС.

Синтезированы одношаговый и фильтрационный алгоритмы вторичной обработки с оценкой коррелированных составляющих погрешностей измерений РНП прямых и ретранслированных сигналов НКА для двухэтапной АПРС.

Проведено исследование синтезированных двухэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и переизлученных сигналов НКА для АПРС методом имитационного моделирования в среде МАТЪАВ с помощью ПММ, описанной в главе 2.

В таблице 2 приведено сравнение точностных характеристик систем определения параметров движения динамичных объектов на основе Р с АПС и бортовой АП в дифференциальном режиме.

Таблица 2

ГФ сг , м СТу , м/с

Рс АПС Бортовая АП Р с АПС Бортовая АП

3,8 0,58 1,0 0,21 0,22

4,2 0,76 1,2 0,27 0,26

6 0,84 1,6 0,32 0,33

9,3 0,95 2,4 0,50 0,51

11 1,1 зд 0,61 0,63

Как следует из таблицы 2, разработанные алгоритмы обеспечивают уменьшение СКО оценок координат примерно в 1,5..2 раза, по сравнению с бортовой АП, работающей в дифференциальном режиме.

В четвертой главе рассмотрен адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) траектории Р на фиксированном интервале в задаче обработки данных цифрового регистратора АПРС системы траекторных измерений динамичных объектов, позволяющий повысить точность определения параметров движения динамичных (маневрирующих) объектов в режиме постобработки.

В ряде практических случаев для решения задачи определения параметров траектории динамичного объекта условие получения оценок координат и скорости в режиме реального времени не является обязательным. При этом можно отказаться от традиционного подхода к проектированию комплексов и полностью перейти к аппаратуре, работающей в режиме постобработки массива записи дискретных выборок аналого-цифровых преобразователей (АЦП) приемных трактов АПРС. При таком принципе построения аппаратуру комплекса для измерения параметров траектории

динамичных объектов можно условно разбить на два следующих основных элемента:

1. приемные тракты, осуществляющие прием, усиление, фильтрацию (частотную селекцию) и преобразование по частоте, а также аналого-цифровое преобразование;

2. специализированной ЭВМ, осуществляющей запись и обработку массива дискретных выборок АЦП (цифровой регистратор).

Задачу постобработки массива дискретных выборок АЦП цифрового регистратора АПРС можно рассматривать как задачу интерполяции (сглаживания) случайных процессов на фиксированном интервале. Для повышения точности оценки параметров движения именно динамичных (маневрирующих) объектов предлагается также использовать методы адаптивной фильтрации, позволяющие учитывать неопределенность параметров априорной модели динамики вектора состояния кк .

Выражение для апостериорной плотности вероятности (ПВ) ^^Уо") может быть получено как:

где вектор ак характеризует неопределенные параметры априорной модели динамики ВС Хк.

Адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) на фиксированном интервале можно условно разделить на четыре этапа:

1. фильтрация в прямом времени - получение ПВ ,ак) и

2. фильтрация в обратном времени - получение ПВ р^У/^^.а^| и

рМ«*);

3. многоканальная интерполяция — получение ПВ Уо , ак) и

4. итоговая оценка - получение ПВ р (Хк | ).

В работе проведены моделирование и сравнительный анализ предложенного алгоритма интерполяции с рядом других известных алгоритмов (в частности, с адаптивным алгоритмом текущей фильтрации и алгоритмом интерполяции без адаптации).

В таблице 3 приведены погрешности (СКО) оценки скорости объекта для трех различных алгоритмов по результатам имитационного моделирования при

использовании траектории, характерной для реактивного снаряда, подтверждающие преимущества разработанного алгоритма.

_Таблица 3

Алгоритм адаптивной текущей фильтрации Алгоритм интерполяции без адаптации Адаптивный алгоритм интерполяции

аУх, м/с 0,030 0,018 0,0055

(УУу, м/с 0,025 0,014 0,0060

<7Уг, м/с 0,086 0,023 0,0140

(Ту , м/с 0,094 0,032 0,016

В пятой главе представлено описание опытного образца комплекса аппаратуры траекторных измерений динамичных объектов на основе принципа ретрансляции сигналов ГНСС, разработанного в рамках ОКР «Преломление». Аппаратура создана в МГТУ им. Р.Э. Баумана при непосредственном участии автора в период 2007-2011 г.г. В опытном образце был использован широкополосный аналоговый Р с аддитивным ПС в виде синусоидального сигала, модулированного по фазе несущей псевдослучайной последовательностью. Аппаратура приема и обработки ретранслированных сигналов была создана на базе АП типа МРК-101 производства ФГУП «НПП «Радиосвязь» (г. Красноярск). Отличительной особенностью опытного образца является наличие в АПРС канала цифрового регистратора (ЦР), позволяющего фиксировать на внешнем носителе массив дискретных выборок АЦП трактов приема прямых сигналов НКА и сигналов Р для последующей постобработки. В программном обеспечении (программа постобработки данных ЦР) опытного образца комплекса аппаратуры траекторных измерений были использованы двухэтапный и одноэтапный алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС (главы 2 и 3). Разработанный опытный образец прошел государственные испытания с присвоением литеры «01», что подтверждено соответствующими протоколами.

В рамках испытаний макета проведены две группы экспериментов: натурные испытания и испытания с применением имитатора сигналов ГНСС. Натурные испытания макета канала ретрансляции состояли из двух серий экспериментов на различных подвижных объектах: легковой автомобиль и беспилотный летательный аппарат.

Натурные испытания опытного образца подтвердили возможность компенсации погрешностей, обусловленных задержкой сигналов НКА в ионосфере и тропосфере, ошибками эфемеридно-временного обеспечения при использовании алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС. Для легкового автомобиля максимальные ошибки определения по каждой из координат не превысили 4 м при

использовании одноэтапного алгоритма и 4,5 м при использовании двухэтапного алгоритма в режиме постобработки данных ЦР относительно эталонной траектории, полученной по измерениям контрольных навигационных приемников.

В режиме постобработки данных ЦР реализован также рассмотренный в главе 4 адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) на фиксированном интервале. Проведенные испытания АПРС в режиме постобработки данных ЦР с применением имитатора сигналов ГНСС при использовании траектории, характерной для реактивного снаряда показали, что характеристики адаптивного алгоритма интерполяции (сглаживания) хорошо согласуются с характеристиками, полученными в результате имитационного моделирования в главе 4.

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

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа методов траекторных измерений с использованием сигналов ГНСС установлено, что в ряде приложений для повышения точности и непрерывности определения параметров траектории динамичных объектов наиболее целесообразным и эффективным является построение систем на базе широкополосного аналогового Р в сочетании с переходом в режим постобработки массива дискретных выборок АЦП приемных трактов. Режим реального времени при этом используется как не основной (вспомогательный).

2. Подробно рассмотрены особенности преобразования сигналов НКА в широкополосном аналоговом ретрансляторе и получены выражения для моделей РНП переизлученных сигналов НКА и ПС, справедливые при высокой динамике изменения параметров, вызванной движением Р и нестабильностью частоты ОГ Р. На основе анализа характеристик сигналов Р с мультипликативным ПС показано, что такой Р имеет определенные преимущества и может быть успешно использован в различных приложениях там, где традиционной схеме Р с аддитивным ПС присущи некоторые ограничения (например, в условиях ограниченного частотного ресурса и при необходимости одновременного приема сигналов нескольких Р).

3. На основе теории оптимальной нелинейной фильтрации для АПРС, работающей по сигналам Р синтезированы:

— одноэтапные алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения траекторий динамичных объектов, использующей Р с аддитивным ПС или мультипликативным ПС;

— алгоритмы первичной и вторичной обработки для двухэтапной АПРС с комплексной обработкой прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения траекторий подвижных объектов на базе Р с АПС.

4. Разработаны имитационные модели, позволяющие проводить исследование характеристик синтезированных одноэтапных и двухэтапных алгоритмов для АПРС.

5. Методом имитационного моделирования показано, что:

- использование как одноэтапных, так и двухэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС в системах определения траекторий динамичных объектов, использующих Р, позволяет компенсировать погрешности, обусловленные задержками сигналов НКА в ионосфере и тропосфере, ошибками эфемеридно-временного обеспечения, и повысить точность определения координат объекта по сравнению с бортовой АП, работающей в дифференциальном режиме, в 1,5...2 раза при ГФ < 4 и в 2...3 раза при ГФ > 5;

- характеристики АПРС при работе по сигналам Р с мультипликативным ПС и применении одноэтапной обработки лишь немного уступают характеристикам аппаратуры, работающей по сигналам Р с аддитивным ПС: погрешности оценки координат больше на 15...20%, . погрешности оценки компонент вектора скорости больше 25...30%;

- для уменьшения влияния нестабильности частоты ОГ Р и достижения наилучших характеристик одноэтапной АПРС, работающей по сигналам Р с МПС, а также двухэтапной АПРС, работающей по сигналам Р с АПС, рекомендуется выбирать схему построения тракта Р, при которой частота гетеродина ниже частоты сигналов НКА, принимаемых Р;

6. Предложен и синтезирован адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) на фиксированном интервале, позволяющий в режиме постобработки повысить в 1,5...2,5 раза точность оценивания параметров движения динамичных (маневрирующих) объектов в системах траекторных измерений на базе метода широкополосной аналоговой ретрансляции.

7. Разработан и испытан аппаратно-программный комплекс постобработки АПРС, состоящий из канала цифрового регистратора и программы обработки, реализующей синтезированные в работе одноэтапные и двухэтапные алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС и ПС, а также адаптивный алгоритм интерполяции на фиксированном интервале в режиме постобработки.

В приложении приведен подробный вид матриц, относящихся к синтезу рассмотренных в диссертации алгоритмов.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Дифференциальная коррекция координат

на основе одноэтапного алгоритма совместной обработки прямых и

ретранслированных сигналов СРНС // Радиолокация, навигация и связь:

Сб. трудов междунар. конф. Воронеж, 2008. С. 2053 - 2060.

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

3. Результаты натурных испытаний канала ретрансляции системы внешнетраекторных измерений на подвижном объекте / И.Б. Власов [и др.] // Вестник МГТУ. Приборостроение.. 2009. Специальный выпуск. Радиолокация, спутниковая навигация и связь, радиоастрономия. С. 150158.

4. Пельтин A.B. Ретранслятор спутниковых радионавигационных систем с мультипликативным пилот-сигналом // Вестник МГТУ. Приборостроение. 2012. №2. С. 101-108

5. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Исследование характеристик систем, использующих ретранслированные сигналы СРНС // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI ВНТК. Туапсе, 2008. С. 119-121.

6. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Использование наземного ретранслятора сигналов СРНС для высокоточных навигационных измерений // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI ВНТК. Туапсе, 2008. С. 115-118.

7. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Одноэтапный когерентный алгоритм фильтрации координат и скорости ретранслятора сигналов спутниковых радионавигационных систем // Вестник МГТУ. Приборостроение. 2009. Специальный выпуск. Радиолокация, спутниковая навигация и связь, радиоастрономия. С. 158-166.

8. Пельтин A.B. Одноэтапный алгоритм фильтрации координат и скорости ретранслятора сигналов ГНСС с дифференциальной коррекцией // Радионавигационные технологии в приборостроении: Сб. материалов ВНТК. Туапсе, 2010. С. 76-79.

9. Пельтин A.B., Кондратьев A.C., Гаврилов А.И. Цифровой регистратор аппаратуры приема и обработки ретранслированных сигналов ГНСС II Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов междунар. конф. Воронеж, 2011.-С. 1949-1954.

10. Устройство для определения координат и скорости движущегося объекта (Варианты): / И.Б. Власов [и др.] заявл. 24.12.2010; решение 11.03.2012.

Подписано к печати 8.11.12. Заказ №707 Объем 1,0 печ.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 (499) 263-62-01

Введение.

Глава 1. Выбор и обоснование структуры системы траекторных измерений динамичных объектов.

1.1. Обзор и анализ методов траекторных измерений динамичных объектов с использованием сигналов ГНСС.

1.2. Выбор и обоснование схемы ретранслятора для системы внешнетраекторных измерений динамичных объектов.

1.3. Навигационные параметры и функции сигналов в аппаратуре приема и обработки ретранслированных сигналов.

1.3.1. Навигационные параметры и модели сигналов ретранслятора с аддитивным пилот-сигналом.

1.3.2. Навигационные параметры и модели сигналов ретранслятора с мультипликативным пилот-сигналом.

1.4. Выводы по главе 1.

Глава 2. Синтез одноэтапных алгоритмов обработки сигналов при использовании ретрансляторов в системах траекторных измерений динамичных объектов.

2.1. Синтез одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы траекторных измерений.

2.1.1. Синтез одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых сигналов ГНСС и сигналов ретранслятора с аддитивным пилот-сигналом.

2.1.2 Синтез одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых сигналов ГНСС и сигналов ретранслятора с мультипликативным пилот-сигналом.

2.2. Анализ и моделирование одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС.

2.3. Выводы по главе 2.

Глава 3. Синтез двухэтапных алгоритмов обработки сигналов при использовании ретрансляторов в системах траекторных измерений динамичных объектов. Ш

3.1. Синтез алгоритмов первичной обработки двухэтапной аппаратуры приема и обработки ретранслированных сигналов для системы траекторных измерений с ретранслятором. ИЗ

3.2. Синтез алгоритмов вторичной обработки двухэтапной аппаратуры приема и обработки ретранслированных сигналов для системы траекторных измерений с ретранслятором.

3.3. Анализ и моделирование двухэтапных алгоритмов с комплексной обработкой прямых и ретранслированных сигналов ГНСС.

3.4. Выводы по главе 3.

Глава 4. Применение алгоритмов интерполяции в задачах постобработки

4.1. Синтез адаптивных алгоритмов интерполяции в задаче постобработки данных цифрового регистратора.

4.2. Моделирование и сравнительный анализ адаптивного алгоритма интерполяции.

4.3. Выводы по главе 4.

Глава 5 Результаты экспериментальных исследований комплекса аппаратуры для системы измерения траекторий динамичных объектов с ретранслятором.

5.1. Опытный образец комплекса аппаратуры для системы траекторных измерений динамичных объектов с ретранслятором.

5.1.1. Аппаратура бортового ретрансляционного модуля.

5.1.2. Аппаратура наземного измерительного пункта.

5.1.3. Цифровой регистратор аппаратуры приема и обработки ретранслированных сигналов.

5.2. Результаты испытаний комплекса аппаратуры для системы траекторных измерений динамичных объектов с ретранслятором.

5.2.1. Результаты натурных испытаний.

5.2.2. Результаты испытаний с применением имитатора сигналов ГНСС.

5.3. Внедрение результатов диссертационной работы.

5.4. Выводы по главе 5.

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

Дальнейший прогресс в области повышения качества навигационно-временных определений (НВО) - точности, доступности, достоверности т.п., требует как развития структуры ГНСС, так и разработки более совершенных методов и алгоритмов НВО для аппаратуры потребителей (АП).

Развитие структуры ГНСС в настоящее время идет по пути разработки новых, более совершенных навигационных космических аппаратов (НКА), применения новых типов навигационных сигналов [1-4], модернизации и развития наземного комплекса управления, а также создания так называемых средств функциональных дополнений (СФД), позволяющих потребителю получить дополнительную информацию и использовать ее для повышения качества НВО.

Наиболее известным и распространенным видом СФД являются так называемые дифференциальные подсистемы (ДПС). В состав ДПС могут входить как средства космического базирования (геостационарные и среднорбитальные спутники действующих и развертываемых систем WAAS, EGNOS, MSAS, IRNSS, СДКМ [5-7]), так и наземные контрольно-корректирующие станции (ККС). Использование в АП информации, получаемой от ДПС, позволяет потребителю уменьшить (в идеальном случае -полностью устранить) коррелированную составляющую погрешности измерения радионавигационных параметров (РНП), и, соответственно, повысить точность НВО.

В локальных районах, где к качеству НВО предъявляются повышенные требования (например - в зонах крупных аэропортов), либо низка доступность сигналов НКА и ДПС (например - в горной местности), актуальным является использование радионавигационных полей, создаваемых специальными источниками навигационных сигналов, выполняющими функции дополнительных опорных радионавигационных точек (ОРНТ). Среди возможных вариантов реализации аппаратуры дополнительных ОРНТ наиболее известным является псевдоспутник (в англоязычной литературе - pseudolite) -неподвижный автономный источник навигационных сигналов, структура и параметры которых аналогичны сигналам НКА.

Еще одним видом СФД является ретранслятор (Р) сигналов ГНСС. В настоящее время Р подразделяют, как правило, на аналоговые и цифровые, а также узкополосные и широкополосные. Показано [8], что для ряда практических задач широкополосный аналоговый Р, осуществляющий усиление, перенос спектра принимаемых сигналов НКА по частоте и излучение V последних, обладает определенными преимуществами по сравнению с другими вариантами. На практике обычно рассматривают два направления использования такого Р:

- в качестве неподвижной ОРНТ для повышения доступности ГНСС, т.е в качестве альтернативы псевдоспутникам (pseudolite) [8-16];

- в качестве источника информации при решении задач измерения параметров траектории подвижных объектов [8, 17-20].

В настоящей работе основное внимание уделяется второму направлению использования широкополосных аналоговых Р, а именно, построению систем измерения параметров траектории высокодинамичных объектов, т.е. систем внешнетраекторных измерений (СВТИ).

Совершенствование методов и алгоритмов НВО охватывает все виды обработки сигналов в АП ГНСС, включая:

- дифференциальные (относительные) измерения, основанные на совместной обработке информации, извлекаемой из сигналов НКА и СФД [2126];

- оптимальную (согласованную) фильтрацию, поиск и обнаружение сигнала [27-31];

- оценку радионавигационных параметров (РНП), навигационных параметров (НП) или (и) параметров вектора состояния (ВС) потребителя (координат, вектора скорости и ускорения) в следящих измерителях [32-38].

В данной диссертации основное внимание уделяется методам и алгоритмам фильтрации НП или ВС при обработке (в том числе - совместной) прямых и ретранслированных сигналов НКА. При этом, с учетом современных тенденций, рассматриваются алгоритмы комплексной (совместной) фильтрации РНП: задержки, фазы несущей и доплеровского сдвига частоты, обладающие более высокой эффективностью по сравнению с известными алгоритмами независимой фильтрации указанных параметров.

Рассматривается два типа алгоритмов НВО: двухэтапные, предполагающие разделение процесса оценки составляющих ВС потребителя на первичную (выделение и фильтрацию РНП по сигналам каждого НКА) и вторичную (фильтрацию НП и компонент ВС) обработку [39, 40];

- одноэтапные, основанные на совместной фильтрации компонент ВС с использованием совокупности измерений РНП по всем доступным сигналам НКА [40-43].

Двухэтапные алгоритмы хорошо изучены и находят широкое применение в современной АП; одноэтапные алгоритмы, обеспечивающие более высокую точность НВО, представляют собой реальную перспективу развития АП.

Следует особо отметить, что основной принцип, лежащий в основе одноэтапных алгоритмов - совместная фильтрация всех полученных измерений, адекватен решаемой в диссертации задаче НВО с использованием как прямых, так и ретранслированных сигналов НКА.

Таким образом, основными направлениями исследований в данной диссертации являются:

- исследование особенностей построения и использования СВТИ на основе ретрансляторов сигналов НКА;

- анализ и синтез методов НВО с использованием ретранслированных и прямых сигналов НКА.

С учетом указанной направленности работы, уточним термин «ретранслятор». В радиотехнической литературе под этим термином понимают достаточно широкий класс устройств, реализующих функции приема сигналов от источника информации и его передачи потребителю (или следующему ретранслятору). В частности, применительно к системам связи, где информационный сигнал полностью формируется источником передаваемого сообщения, различают ретрансляторы без обработки сигналов, в которых осуществляется только перенос сигнала по спектру, и ретрансляторы с частичной и полной обработкой сигналов. Под «частичной» обработкой понимают оптимальную (согласованную) фильтрацию сигнала без выделения его информационной составляющей. Термин «полная обработка» предполагает выделение информационной составляющей сигнала, возможно - ее дополнительную обработку, а затем - регенерацию радиосигнала.

Особенность радионавигационных систем состоит в том, что сигнал, передаваемый НКА, несет (в составе навигационного сообщения) только часть информации, необходимой потребителю для решения навигационной задачи. Информативные (радионавигационные) параметры сигналов НКА (задержка, доплеровский сдвиг, а также фаза несущей), без которых невозможно определить ВС потребителя, формируются уже в процессе распространения сигнала на всем протяжении трассы «НКА - потребитель». Следовательно, радионавигационные параметры, выделенные аппаратурой Р, находящегося в некоторой точке трассы, не могут быть использованы для НВО объектов, находящихся в любой другой точке. По этой причине, «полная» (в вышеописанном смысле) обработка сигнала фактически не находит применения в ретрансляторах сигналов НКА.

Из известных в настоящее время систем, использующих сигналы ГНСС, к категории ретрансляторов с «полной» обработкой формально могут быть отнесены транспондеры аэронавигационных систем автоматических зависимых наблюдений (АЗН), морских автоматизированных информационных систем, терминалы автомобильных AVL (automatic vehicle location) и аналогичных систем автоматического мониторинга и контроля подвижных объектов. Общий принцип работы таких систем состоит в том, что компоненты ВС объекта, вычисленные спутниковым навигационным приемником, размещенным на борту объекта, по соответствующему каналу связи передаются конечным потребителям - диспетчеру, пилотам других воздушных судов и т.п. Однако состав и параметры информационных потоков на выходе приемника и входе передатчика этих систем настолько различны, что термин «ретранслятор» может применяться к такой аппаратуре только с серьезными оговорками. Не случайно, например, в научно-технической и патентной литературе процесс передачи сигнала транспондером системы АЗН именуется не «ретрансляцией», а «вещанием» («broadcasting») [44].

Реально в спутниковых навигационных технологиях находят применение ретрансляторы сигналов НКА «без обработки» и с «частичной обработкой». Некоторые варианты построения таких устройств, например ретрансляторов сигналов НКА, в которых производится преобразование (сужение) спектра принятого сигнала, будут описаны далее.

Основным предметом исследований в данной работе является ретранслятор «без обработки сигнала», т.е. устройство, осуществляющее прием, преобразование и переизлучение сигналов ГНСС с полным сохранением спектра исходных (принятых) сигналов НКА.

Сигналы такого Р, установленного на борту подвижного объекта, могут быть использованы (возможно, совместно с «прямыми» сигналами НКА) для получения оценок текущих значений компонент ВС объекта. Координаты точки приема этих сигналов (наземного измерительного пункта - НИП) в этом случае, как правило, считаются известными. Очевидно, что данный метод, применим к широкому кругу задач контроля и мониторинга подвижных объектов. В данной работе в качестве основной области его приложения рассматриваются СВТИдля полигонных испытаниях высокодинамичных объектов, прежде всего - летательных аппаратов. Именно с задачами траекторных измерений для полигонных испытаний были связаны первые разработки аппаратуры, реализующей принцип ретрансляции сигналов ГНСС [17, 18]. Принцип построения такой СВТИ иллюстрируется рисунком 1.

НКА,

НКА, 1 /

I Летательный аппарат с ретранслятором на борту

Я7

- <31 / 4 ' 41 У

У/

Приёмник прямых сигналов НКА Приемник ретранслированных сигналов НКА и ПС

АПРС

Блок обработки сигналов -

I Радиолиния I полоса I пропускания | 1 2 МГц )

Приемник сигналов НКА

ОГ

Формирователь бортового сигнала

Передатчик

БЫ

Преобразователь частоты

Ретранслятор

Рисунок 1. Метод траекторных измерений с ретранслятором

Сигналы от Р, принятые аппаратурой приема и обработки ретранслированных сигналов (АПРС), имеют задержку и частотный сдвиг относительно прямых сигналов НКА, обусловленные, соответственно, суммарной протяженностью трассы «НКА - Р- АПРС» и суммой доплеровских сдвигов частоты (ДСЧ), возникающих при движении Р относительно НКА и АПРС. Измеряя эти РНП можно однозначно определить текущее местоположение и параметры движения объекта.

Остановимся подробнее на истории и современном состоянии систем внешнетраекторных измерений, использующих принцип ретрансляции сигналов НКА.

В США в последней четверти 20в. был создан ряд полигонных систем ВТИ (в основном, для испытаний ракетной техники) с использованием ретрансляторов сигналов ГНСС GPS (системы SATRACK, TSPI, ERIS и др.) [18], опыт эксплуатации которых подтвердил перспективность их применения не только в испытательных, но и в боевых системах. В частности, было разработана система определения траекторий артиллерийских снарядов по сигналам НКА, ретранслированным аппаратурой, установленной на место штатного взрывателя 152-мм. снаряда. По опубликованным данным [45], при использовании этой системы задача пристрелки орудия в боевых условиях решается «с одного выстрела», без привлечения метеорологической и другой дополнительной информации.

Принцип ретрансляции сигналов ГНСС был также успешно использован в устройствах слежения за низкодинамичными объектами, типа метеорологических зондов. Обычно в таких устройствах реализуется принцип ретрансляции с частичной обработкой, целью которой является сужение спектра ретранслируемых сигналов, что повышает энергетику радиолинии Р-НИП и упрощает задачу совмещения каналов передачи навигационных данных и телеметрии. Примером может служить устройство [46], в котором на наземный пункт транслируется только оценка доплеровского сдвига частоты (ДСЧ), полученная в аппаратуре радиозонда. Однако этот метод требует непрерывного слежения за ретранслируемыми сигналами, поскольку текущее положение объекта определяется путем интегрирования радиальной компоненты вектора скорости.

Еще один вариант ретрансляции с частичной обработкой реализован в технология ТГООЕТ [47], предусматривающей преобразование принятого сигнала в цифровую последовательность. При этом, благодаря процедуре прореживания (децимации) удается согласовать скорость передачи информации с динамикой объекта и полосой телеметрического канала; одновременно сохраняется возможность использования дальномерного кода сигнала НКА для оценки его задержки.

Все описанные системы ВТИ, использующие принцип ретрансляции сигналов НКА, были созданы за рубежом, в основном - в США. Работы в данном направлении, проводившиеся в СССР в начале 90-х годов, не были завершены. В последние десятилетия в России был создан ряд систем ВТИ, в основе которых лежит описанный выше принцип ретрансляции с «полной» обработкой, когда на борту подвижного объекта размещается комплект АП ГНСС, с помощью которой определяются параметры траектории объекта (или РНП наблюдаемых сигналов НКА), а результаты измерений координат, вектора скорости и ускорения (или псевдозадержек, радиальных псевдоскоростей и псевдофаз) по соответствующему каналу связи с пропускной способностью порядка 10.50 кбит/с передаются на НИП (см. рисунок 2) [48].

Рисунок 2. Метод траекторных измерений с бортовой АП

При испытаниях авиационной техники и других возвращаемых объектов возможна также регистрация и хранение результатов навигационных измерений непосредственно на борту и их обработка по окончании эксперимента. В современных условиях для многих приложений такое решение является наиболее обоснованным и экономичным. Возможно, поэтому СВТИ на базе ретрансляторов в нашей стране до последнего времени не уделялось должного внимания.

Однако применительно к системам ВТИ высокодинамичных объектов типа снарядов реактивных систем залпового огня (РСЗО), зенитно-ракетных комплексов и т.п. на первый план выходят требования минимизации времени поиска и захвата (перезахвата) сигнала НКА, высокой точности слежения за задержкой, ДСЧ и фазой сигнала в широком диапазоне значений скоростей и ускорений, высокого темпа выдачи результатов НВО. Удовлетворить эти требования в бортовой аппаратуре, работающей в условиях жестких механических, температурных и других внешних воздействий, достаточно сложно. Дополнительные проблемы возникают при создании бортовой АП для нестабилизированных или вращающихся в полете объектов.

В этих условиях СВТИ на основе бортового ретранслятора без обработки сигнала, основной функцией которого является безынерционный перенос спектра сигналов НКА на другую несущую частоту, имеет, как минимум, одно существенное преимущество перед СВТИ на базе бортовой АП: все задачи, связанные с определением ВС объекта в данном случае решаются не на борту объекта, а аппаратурой НИП. Очевидно, что в этом случае открываются возможности применения более сложных и близких к оптимальным (с точки зрения точности оценки параметров движения) алгоритмов обработки сигналов, реализация которых в бортовой аппаратуре в настоящее время либо невозможна, либо затруднена массогабаритными ограничениям, требованиям устойчивости к вышеуказанным внешним воздействиям и др.

Важно также отметить, что поскольку задача управления объектом на основании данных СВТИ обычно не ставится, требование получения результатов измерений в реальном времени во многих случаях не является обязательным. Переход к постобработке позволяет оптимизировать не только структуру и параметры программных и аппаратных средств измерительного комплекса, но и подходы к проектированию СВТИ в целом.

Таким образом, применение ретрансляционных методов во многих случаях оказывается наиболее рациональным решением задачи повышения качества НВО и развития новых областей применения спутниковых навигационных технологий. При этом наряду с созданием соответствующей аппаратуры, актуальной является задача разработки программно-алгоритмического обеспечения, учитывающего особенности задачи НВО с использованием ретранслированных сигналов.

Методическую основу для решения указанной задачи дает теория оптимальной линейной и нелинейной фильтрации марковских процессов. Общая теория статистического синтеза оптимальных (по различным критериям) линейных и нелинейных алгоритмов оценивания и фильтрации марковских процессов развита в работах А.Н. Колмогорова, Н. Винера, P.E. Калмана, P.JT. Стратоновича, В.И. Тихонова. Значительный вклад в теорию статистической обработки сигналов в радиотехнических и, в частности, в системах спутниковой радионавигации внесли В.И. Тихонов [49], В.Н Харисов [41], С.М. Ярлыков [50, 51], А.И. Перов [52], A.A. Поваляев [53], Сейдж Э.П., Меле Дж [54].

Однако работы, посвященные синтезу алгоритмов оптимальной обработки ретранслированных сигналов НКА, встречаются крайне редко. Среди отечественных публикаций можно выделить работы [55-61], в которых описаны методы НВО с использованием ретранслятора сигналов НКА, а также диссертацию [8]. В этих работах затрагиваются, в том числе некоторые теоретические аспекты совместной обработки прямых и ретранслированных сигналов и вопросы синтеза соответствующих оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов. При этом работ, посвященных синтезу оптимальных алгоритмов оценки параметров движения динамичных объектов при совместной обработке прямых и ретранслированных сигналов НКА (в том числе с использованием методов дифференциальной обработки), крайне мало. Одновременно с этим в известных работах рассматривается синтез алгоритмов обработки сигналов в СВТИ на базе Р, ориентированных прежде всего на аппаратуры, работающую в режиме реального времени, и не затрагиваются вопросы, связанные особенностями послеполетной обработки.

Слабо освещен вопрос об особенностях использования и обработки, так называемых пилот-сигналов (ПС), которые в ряде работ [8, 62, 63] предлагается передавать на НИП вместе с ретранслированными сигналами НКА для упрощения и повышения качества обработки последних.

До настоящего времени достаточно подробно исследован только вариант ПС, формируемого от бортового опорного генератора (ОГ) и аддитивно суммируемого на входе передатчика Р с ретранслируемыми сигналами НКА. В АПРС, реализующей двухэтапные алгоритмы обработки, такой аддитивный ПС предназначается для оценки и компенсации псевдодоплеровского сдвига частоты (ПДСЧ) ретранслируемого сигнала, обусловленного движением Р относительно наземной аппаратуры и нестабильностью частоты ОГ бортового передатчика. В связи с этим обратим внимание на тот факт, что при использовании одноэтапных алгоритмов обработки указанные неизвестные параметры принимаемого сигнала могут непосредственно включаться в ВС и оцениваться с помощью соответствующего комплексного фильтра, т.е. использование аддитивного ПС (АПС) в этом случае не обязательно. В то же время, как будет показано ниже, схема Р с мультипликативным наложением ПС на смесь сигналов НКА ГНСС и шума имеет некоторые практические преимущества, например, позволяет решить проблему разделения сигналов, принимаемых от нескольких одновременно работающих Р в условиях ограниченного частотного ресурса.

Работы по исследованию возможностей использования метода широкополосной аналоговой ретрансляции в интересах задач траекторных измерений подвижных объектов проводились в МГТУ им. Н.Э. Баумана с 1998 года в рамках НИР «Модуль» (ретранслятор с узкополосным аддитивным ПС в виде немодулированного синусоидального колебания) и НИР «Штифт» (ретранслятор с широкополосным аддитивным ПС).

Следует также отметить, что в работах [8, 58, 61, 64], как и в большинстве других работ, посвященных вопросам применения ретрансляторов сигналов НКА, практически отсутствует детальный анализ ряда характеристик предлагаемых алгоритмов. В частности слабо исследованы следующие вопросы:

- влияние кратковременной нестабильности частоты ОГ Р на точность и помехоустойчивость алгоритмов;

- влияние аддитивного ПС на характеристики алгоритмов (в известных работах целесообразность и необходимость использования аддитивного ПС в Р обосновывались, фактически, с позиций двухэтапной обработки, без учета специфики одноэтапной обработки сигналов);

- анализ влияния частотного плана канала ретранслированных сигналов НКА на характеристики алгоритмов (например, в работе [8] синтез и исследование характеристик одноэтапного алгоритма выполнены для конкретного частотного плана канала ретрансляции сигналов НКА); практически отсутствует сравнительный анализ характеристик одноэтапных и двухэтапных алгоритмов обработки (в частности, в диссертации [8] предложены два алгоритма первичной обработки ретранслированных сигналов НКА и ПС - алгоритм фильтрации РНП всей совокупности наблюдаемых сигналов НКА и ПС и алгоритм с предварительной оценкой РНП

ПС, однако подробный анализ характеристик этих алгоритмов и их сравнение не проведены).

Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью проработки комплекса не исследованных до сих пор теоретических вопросов, связанных с синтезом и анализом оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов обработки сигналов, принимаемых от подвижных Р, а также алгоритмов обработки этих сигналов совместно с прямыми сигналами НКА.

Обзор результатов известных работ в области оптимальной обработки сигналов в АП ГНСС, а также публикаций по использованию ретрансляторов сигналов НКА выявил следующие проблемы, решению которых и посвящена настоящая диссертация:

- практически отсутствуют работы, в которых приведены результаты синтеза одноэтапных и двухэтапных алгоритмов оптимальной (когерентной или некогерентной) комплексной обработки сигналов ГНСС и сигналов ретранслятора в аппаратуре систем ВТИ, в том числе, с использованием дифференциальных методов;

- не проводился анализ эффективности синтезированных алгоритмов, в том числе - по сравнению с ранее известными алгоритмами; слабо представлены результаты разработки предложений и рекомендаций по практическому использованию ретрансляторов в системах ВТИ;

- практически отсутствует работы, в которых освещен отечественный опыт создания и исследование экспериментальных образцов аппаратуры, реализующих методы и алгоритмы обработки ретранслированных сигналов НКА.

Целью исследований, проводимых в диссертации, является развитие методов, обеспечивающих повышение точности, непрерывности и доступности

HBO в системах, использующих ретранслированные сигналы ГНСС для измерения параметров траектории динамичных объектов.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи.

1. Проведен обзор и анализ методов определения траекторий подвижных объектов в системах, использующих сигналы ГНСС.

2. Разработаны модели сигналов Р с аддитивным ПС и Р с мультипликативным ПС, а также РНП этих сигналов.

3. Синтезированы одноэтапные алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения траекторий подвижных объектов на базе Р с аддитивным ПС.

4. Синтезированы одноэтапные алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения траекторий подвижных объектов на базе Р с мультипликативным ПС.

5. Синтезированы алгоритмы первичной и вторичной обработки сигналов для АПРС, реализующей двухэтапный принцип обработки для системы определения траекторий подвижных объектов на базе Р с аддитивным ПС.

6. Разработаны программно-математические средства имитационного моделирования для исследования характеристик синтезированных алгоритмов.

7. Проведен анализ и исследование характеристик одноэтапных и двухэтапных обработки сигналов.

8. Синтезирован адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) на фиксированном интервале для задачи постобработки данных цифрового регистратора системы определения траекторий динамичных (маневрирующих) объектов.

9. Создан опытный образец аппаратно-программного комплекса траекторных измерений с широкополосным аналоговым Р, реализующий предложенные методы и алгоритмы обработки сигналов и проведены его экспериментальные исследования.

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

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

1. С использованием предложенных моделей ретранслированных сигналов и моделей их РНП решена задача синтеза одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения параметров траекторий подвижных объектов на базе Р с аддитивным ПС.

2. С использованием вышеуказанных моделей решена задача синтеза одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения параметров траекторий подвижных объектов на базе Р с мультипликативным ПС.

3. Применительно к широко используемой на практике схеме двухэтапной обработки синтезированы алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы определения параметров траекторий подвижных объектов на базе Р с аддитивным ПС.

4. В режиме постобработки сигналов НКА и Р с АПС реализован двухэтапный алгоритм комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС.

5. В режиме постобработки сигналов НКА и Р с АПС реализован одноэтапный алгоритм комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС.

6. Предложен и синтезирован адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) на фиксированном интервале для задачи постобработки данных цифрового регистратора системы определения траекторий динамичных (маневрирующих) объектов с широкополосным аналоговым Р.

Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

1. Разработаны алгоритмы (одноэтапные и двухэтапные) комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы траекторных измерений с Р, позволяющие повысить точность определения параметров движения динамичных объектов. Показано, что предложенные алгоритмы позволяют повысить точность, непрерывность и доступность измерения траектории подвижных объектов.

2. Разработан адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) для задачи постобработки данных цифрового регистратора АПРС в составе системы определения траекторий динамичных объектов с Р. Показано, что в режиме постобработки синтезированный алгоритм позволяет повысить точность определения параметров движения динамичных (маневрирующих) объектов.

3. Разработаны программно-математические средства моделирования, позволяющие проводить исследование характеристик систем траекторных измерений с ретранслятором.

4. Разработан аппаратно-программный комплекс постобработки записи массива дискретных выборок сигналов ГНСС, позволяющий также осуществлять исследование и проработку перспективных алгоритмов обработки сигналов ГНСС.

5. Рассмотрен круг вопросов, связанных с практической реализацией систем для определения траекторий динамичных объектов с использованием широкополосных аналоговых ретрансляторов.

Реализация и внедрение результатов исследования

Результаты диссертации использованы при проведении ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ выполненных в течение последнего десятилетия на кафедре РЛ-1 и в НИИ РЭТ МГТУ им. Баумана при непосредственном участии автора: НИР: «Авальман-МГТУ», «Штифт» «Траектория-МГТУ», ОКР «Преломление» [55, 56, 65], что подтверждено актами о внедрении.

Апробация результатов работы

По материалам диссертации сделано 6 докладов на научно-технических семинарах и конференциях, в том числе:

• на международных научно-технических конференциях «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, Воронежский государственный университет, 2008-2011 г.г.

• на научно-технических конференциях «Радиооптические технологии в приборостроении», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007, 2008, 2010 г.г.

Личное участие

Результаты, относящиеся к анализу, синтезу и математическому моделированию (главы 2, 3 и 4), получены автором лично.

Разработка и создание опытного образца комплекса траекторных измерений с широкополосным аналоговым Р для экспериментального исследования характеристик НВО динамичных объектов в рамках ОКР «Преломление» выполнена при активном участии автора, коллективами специалистов кафедры РЛ-1 МГТУ им. Н.Э. Баумана и кафедры Радиотехники Сибирского федерального университета.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в 4 публикациях в изданиях, входящих в Перечень ВАК:

- три статьи в журнале «Вестник МГТУ. Приборостроение»;

- статья в журнале «Радиотехника».

Всего по теме диссертации опубликовано 7 работ.

По теме диссертации получен патент РФ [66].

Результаты диссертационной работы, выносимые на защиту: одноэтапные алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС и ПС для системы определения траектории подвижного объекта на базе Р с аддитивным и мультипликативным ПС; двухэтапные алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС и пилот-сигнала для системы определения траектории подвижного объекта на базе Р с аддитивным ПС;

- программно-математические модели в среде МАТЬАВ 6.5 для исследования характеристик предложенных алгоритмов;

- результаты исследований характеристик одноэтапных и двухэтапных алгоритмов АПРС для системы определения траекторий подвижных объектов;

- программный обработчик цифрового регистратора АПРС для постобработки записи массива дискретных выборок сигналов НКА и ретранслятора;

- результаты экспериментальных исследований макета АПРС в режиме постобработки записи массива дискретных выборок прямых и ретранслированных сигналов НКА и ПС;

- адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) в задаче обработки данных канала цифрового регистратора АПРС системы определения параметров траекторий динамичных объектов;

- результаты экспериментальных испытаний канала цифрового регистратора по сигналам имитатора сигналов ГНСС с применением адаптивного алгоритма интерполяции.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Общие выводы и заключение

Настоящая диссертационная работа посвящена вопросам повышения доступности, точности и непрерывности навигационно-временных определений с использованием широкополосных аналоговых ретрансляторов сигналов ГНСС в интересах задачи измерения параметров траектории движения динамичных объектов. Для решения поставленной цели в работе проведены: анализ методов траекторных измерений с использованием сигналов ГНСС, в том числе на основе метода широкополосной ретрансляции; синтез одноэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы измерения параметров траектории подвижных объектов на базе Р с АПС и МСП; синтез двухэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС для системы измерения параметров траектории подвижных объектов на базе Р с АПС; анализ характеристик синтезированных алгоритмов и сравнение с системой на базе бортовой АП методом имитационного моделирования; синтез алгоритма интерполяции на фиксированном интервале с адаптацией для задачи постобработки данных цифрового регистратора; исследование характеристик и сравнительный анализ предложенного алгоритма интерполяции с известными алгоритмами методом имитационного моделирования; разработка программ обработки данных цифрового регистратора АПРС комплекса постобработки системы определения параметров траектории подвижных объектов на базе Р, реализующих одноэтапные и двухэтапные алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС, а также адаптивный алгоритм интерполяции на фиксированном интервале по схеме с одноэтапной обработкой, и экспериментальное исследование его характеристик.

В работе были получены следующие основные результаты.

1. На основе анализа методов траекторных измерений с использованием сигналов ГНСС установлено, что в ряде приложений для повышения точности, непрерывности и доступности определения параметров траектории динамичных объектов наиболее целесообразным и эффективным является построение систем на базе широкополосного аналогового Р в сочетании с переходом в режим постобработки массива дискретных выборок АЦП приемных трактов. Режим реального времени при этом используется как не основной (вспомогательный).

2. Подробно рассмотрены особенности преобразования сигналов НКА в широкополосном аналоговом ретрансляторе и получены выражения для моделей РНП переизлученных сигналов НКА и ПС справедливые при произвольно высокой динамике изменения параметров, вызванной движением Р и нестабильностью частоты ОГ Р. На основе анализа характеристик сигналов Р с мультипликативным ПС показано, что такой Р имеет некоторые преимущества и может быть успешно использован в различных приложениях там, где традиционной схеме Р с аддитивным ПС присущи некоторые ограничения (например, в условиях ограниченного частотного ресурса и при необходимости одновременном приеме сигналов нескольких Р).

3. На основе теории оптимальной нелинейной фильтрации с применением метода локальной гауссовской аппроксимации по критерию минимума СКО ошибки оценки для АПРС, работающей по сигналам Р синтезированы:

- одноэтапный алгоритм комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС и ПС с оценкой коррелированных составляющих ошибок измерений РНП сигналов НКА для системы определения траектории подвижных объектов на базе Р с аддитивным ПС;

- одноэтапный алгоритм комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС и ПС с оценкой коррелированных составляющих ошибок измерений РНП сигналов НКА для системы определения траектории подвижных объектов на базе Р с мультипликативным ПС;

- алгоритмы первичной и вторичной обработки двухэтапной АПРС с комплексной обработкой прямых и ретранслированных сигналов ГНСС с оценкой коррелированных составляющих ошибок измерений РНП сигналов НКА для системы определения траектории подвижных объектов на базе Р с АПС.

4. Разработаны имитационные модели, позволяющие проводить исследование характеристик синтезированных одноэтапных и двухэтапных алгоритмов и сравнительный анализ с системой на базе бортовой НАП.

5. Методом имитационного моделирования показано, что:

- использование как одноэтапных так и двухэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС в системах измерения траектории подвижных объектов на базе Р позволяет компенсировать погрешности обусловленные задержкой сигналов НКА в ионосфере и тропосфере, ошибками эфемеридно-временного обеспечения и повысить точность определения координат объекта по сравнению с бортовой НАП, работающей в дифференциальном режиме, в 1,5.2 раза при ГФ < 4 и в 2.3 раза при ГФ > 5;

- характеристики АПРС при работе по сигналам Р с мультипликативным ПС и применении одноэтапной обработки лишь немного уступают характеристикам аппаратуры, работающей по сигналам Р с аддитивным ПС: погрешности оценки координат выше на 15.20%, погрешности оценки компонент вектора скорости выше 25. 30%; характеристики одноэтапной АПРС, работающей по сигналам Р с АПС, практически не зависят от частотного плана канала ретрансляции;

- наибольшее влияние нестабильность частоты ОГ Р оказывает на характеристики одноэтапной АПРС, работающей по сигналам Р без аддитивного ПС (или Р с МПС), построенного по схеме с частотой гетеродина выше частоты сигналов НКА;

- для уменьшения влияния нестабильности частоты ОГ Р и достижения наилучших характеристик одноэтапной АПРС, работающей по сигналам Р с МПС, рекомендуется выбирать схему построения тракта Р, при которой частота гетеродина ниже частоты сигналов НКА, принимаемых Р;

- для получения наилучших характеристик двухэтапной АПРС рекомендуется разрабатывать аппаратуру так, чтобы в тракте Р /гет < /сиг . В этом случае тип алгоритма первичной обработки (комплексный алгоритм или алгоритм с независимой обработкой ПС) слабо влияет на характеристики АПРС при использовании в качестве ОГ Р современных термостатированных и термокомпенсированных кварцевых генераторов с низким уровнем фазовых шумов (низким значением относительной кратковременной нестабильностью частоты);

- точность оценивания скорости в одноэтапной АПРС достаточно слабо зависят от частотного плана канала ретрансляции, в то время как в двухэтапной АПРС при фиксированной частоте сигналов НКА, принимаемых Р, и варьировании частоты переизлучения погрешность (СКО) оценивания скорости объекта изменяется как « 1/-\Jkff (т.е. погрешность возрастает при увеличении частоты переизлучения).

6. Предложен и синтезирован адаптивный алгоритм интерполяции (сглаживания) на фиксированном интервале. При синтезе был применен алгоритм двусторонней интерполяции, а также адаптивная обработка на основе метода разделения в форме многоканального адаптивного измерителя при задании модели дополнительных параметров однородной цепью Маркова.

7. Разработана имитационная модель, позволяющая проводить оценку характеристик предложенного алгоритма и сравнительный анализ с известными алгоритмами (в частности алгоритм текущей адаптивной фильтрации и алгоритм интерполяции на фиксированном интервале без адаптации). В результате имитационного моделирования установлено, что на траекториях, характерных для реактивных снарядов, предложенный адаптивный алгоритм интерполяции позволяет снизить погрешность (СКО) определения скорости динамичных объектов:

- по сравнению с текущей адаптивной фильтрацией в 4. .6 раз;

- по сравнению с алгоритмом интерполяции без адаптации в 2.3 раза;

- по сравнению с двухэтапной процедурой - фильтрация и последующее сглаживание полученной траектории - в 1,5. .2,5 раза.

8. Разработан и испытан аппаратно-программный комплекс постобработки АПРС, состоящий из аппаратуры цифрового регистратора и программы обработки, реализующей синтезированные в работе одноэтапные и двухэтапные алгоритмы комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС и ПС, а также адаптивный алгоритм интерполяции на фиксированном интервале. Проведенные натурные испытания подтвердили работоспособность предложенных в работе одноэтапных и двухэтапных алгоритмов комплексной обработки прямых и ретранслированных сигналов ГНСС и возможность компенсации коррелированных составляющих погрешности измерения РНП прямых и переизлученных сигналов НКА. Максимальные ошибки определения по каждой из координат в рамках испытаний не превысили 4 м при использовании одноэтапного алгоритма и 4,5 м при использовании двухэтапного алгоритма относительно эталонной траектории, полученной по измерениям контрольных АП.

9. Применение цифрового регистратора в сочетании с методом широкополосной аналоговой ретрансляции сигналов ГНСС позволяет использовать алгоритмы, значительно повышающие точность оценки параметров траектории динамичных объектов, что подтверждает перспективность применения такого подхода при построении систем траекторных измерений.

1. Ярлыков М.С. Меандровые шумоподобные сигналы (ВОС-сигналы) в новых спутниковых радионавигационных системах // Радиотехника. 2007. №8. С. 3-12.

2. Ярлыков М.С. Косинусные меандровые шумоподобные сигналы (CosBOC-сигналы) в спутниковых радионавигационных системах нового поколения // Радиотехника. 2009. №7. С. 20-32.

3. Харисов В.Н., Булавский Н.Т., Хамматов P.P. Сравнительный анализ вариантов сигнала L3 ГЛОНАСС // Радиосистемы (журнал в журнале). 2009. №7. С. 134-136.

4. Харисов В.Н., Поваляев A.A., Оптимальное выравнивание суммы навигационных сигналов в ГНСС // Радиосистемы (журнал в журнале). 2011. №7. С. 65-75.

5. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко-Трендз, 2000. 270 с.

6. Hodgkins К. International GNSS Activties. // Международный форум по спутниковой навигации. Москва. 2007, С. 16-22.

7. Развитие глобальных навигационных спутниковых систем и их широкозонных функциональных дополнений / Ю.А. Соловьев и др. // Радиотехника. 2009. №7. С. 6-18.

8. Пудловский В.Б. Методы и алгоритмы навигационных определений с использованием ретранслированных сигналов спутниковых радионавигационных систем: Дис. канд. тех. наук. Москва, 2009. 237 с.

9. Н. Stewart Cobb. GPS pseudolites: theory, design, and applications //http://waas.stanford.edu/~wwu/papers/gps/PDF/stnthesis.pdf (дата обращения: 15.10.2009).

10. Lee Т., Кее С. Flight Test Using Pseudolite System // ION GNSS 18th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Long Beach, (California), 2005. P. 2750 2761.

11. The Use of Pseudolites to Augment GPS. Data for Bridge Deflection Measurements / X. Meng and oth. // ION GPS 2002: 15th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Portland, (Oregon), 2002. P. 851 862.

12. Airport Pseudolite Flight Experiments / S. Suga and oth. // ION GPS 2002: 15th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Portland, (Oregon), 2002. P. 60-68.

13. LeMaster E.A., Rock S.M. Self-Calibration of Pseudolite Arrays Using Selfth

14. Differencing Transceivers // ION GPS-99: The 12 International Technical Meeting of The Satellite Division of The Institute of Navigation. Nashville (Tennessee), 1999. P.1549-1558.

15. Система определения местоположения объекта с использованием ретранслятора GPS: Пат. 5512902 США / W. Guthrie заявл. 18.04.94; опубл. 30.04.96. URL.http://www.google.com/patents/US5512902 (дата обращения 20.03.2008)

16. Система, использующая переизлучение сигналов GPS: Пат. 9508778 РСТ / М. Aguado заявл. 24.09.1993; опубл. 30.03.1995. URL.http:// www.patfr.com/199503/W09508778.html (дата обращения 12.02.2008)

17. Аппаратура передачи сигналов навигационных псевдоспутников и метод использования этих сигналов: Пат. 5708440 США / С. Trimble заявл. 06.06.1996; опубл. 13.01.1998. URL.http://www.google.com/ patents/US5708440 (дата обращения 23.04.2008)

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

19. Thompson Т. Performance of the SATRACK/GPS TRIDENT I Missile Tracking System // IEEE Position Location and Navigation Symposium. Atlantic City, 1980. 445 p.

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

21. Способ и устройство для сопровождения положения и скорости воздушного зонда: Пат. 5347285 США / P.MacDoran заявл. 15.06.1992; опубл. 13.09.1994. URL.http://www. google.com/patents/US5347285 (дата обращения 17.09.2009)

22. Калинчев С.С. Методы и средства для относительной навигации воздушных судов и расширения использования навигационного поля СРНС: Дис. канд. тех. наук. Москва, 1995. 129 с.

23. Харисов В.Н. , Булавский Н.Т. Экспериментальные исследования алгоритма фильтрации относительных координат СРНС ГЛОНАСС с использованием фазовых измерений // Радиотехника (Журнал в журнале). 1999. №7. С.40-48.

24. Hyunho Rho, Richard B. Langley Dual-Frequency GPS Precise Point Positioning with WADGPS Correction // ION GNSS 18th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Long Beach, (California), 2005. P. 1470-1482.

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

26. Yang, C. FFT Acquisition of Periodic, Aperiodic, Puncture, and Overlaid Code Sequences in GPS // ION GPS 2001: 14th International Technical Meeting of the

27. Satellite Division of the Institute of Navigation. Salt Lake City, (Utah), 2001. P. 137-147.

28. Харисов B.H., Аникин A.H. Оптимальное управление наблюдением в задачах обнаружения сигналов // Радиотехника. Радиосистемы (Журнал в журнале). 2004. № 7. С. 71-77.

29. Болденков Е.Н. Алгоритм поиска сигнала путем непосредственной оценки состояния сдвигового регистра // Радиотехника. Радиосистемы (Журнал в журнале). 2010. № 7. С. 100-105.

30. Lin David М., Tsui James B.Y. An Efficient Weak Signal Acquisition Algorithm for a Software GPS Receiver // ION GPS 2001: 14th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. Salt Lake City, 2001. P. 115-119.

31. Шувалов A.B. Синтез алгоритмов обработки и анализ точности оценивания параметров при приеме сигналов GPS L2C // Радиотехника. 2008. №7. С. 4-12.

32. Woo К. Optimum Semi-codeless Carrier Phase Tracking of L2 // ION GPS-99: The 12th International Technical Meeting of The Satellite Division of The Institute of Navigation. Nashville (Tennessee), 1999. P.14-17.

33. Co-Op Tracking for Carrier Phase / M. Zhodzishsky and oth. // ION GPS-98: The 11th International Technical Meeting of The Satellite Division of The Institute of Navigation. Nashville (Tennessee), 1998. P. 653-664.

34. Харисов B.H., Хованец С.Я. Алгоритмы тихоновской аппроксимации системы ФАПЧ // Радиотехника. 2008. №7. С. 41-47.

35. Виноградов А.А., Перьков А.Е., Родченко А.О. Алгоритмы оценивания задержки перспективных сигналов ГНСС с ВОС-модуляцией на основеметода дополнительной переменной // Радиотехника. Радиосистемы (Журнал в журнале). 2010. № 7. С. 99-104

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

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

38. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Радиотехника, 2010. 800 с.

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

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

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

42. LAAS Government/Industry Partnership / J. Miller and oth. // ION GPS-99: The 12th International Technical Meeting of The Satellite Division of The Institute of Navigation. Nashville (Tennessee), 1999. P.641-650.

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

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

45. Программно-аппаратный комплекс траекторных измерений "ВЕРХУШКА-13" ОАО ЛИИП им. Гризодубовой // http://www.airshow.rn/expo/l 146/prod 1478r.htm (дата обращения: 15.10.2009).

46. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Радио и связь, 1982. - 624 с.

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

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

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

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

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

52. Пудловский В.Б. Особенности оценки радионавигационных параметров при совместной обработке прямых и ретранслированных сигналов СРНС // Радиооптические технологии в приборостроении: Тез. докл. II Всерос. науч.-техн. конф. Сочи, 2004. С. 72-73.

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

54. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Особенности реализации одноэтапного когерентного алгоритма фильтрации траектории ретранслятора сигналов ГНСС // Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов XVI международной конференции. Воронеж, 2010. С. 2142-2149.

55. Пудловский В.Б., Пельтин A.B. Использование наземного ретранслятора сигналов СРНС для высокоточных навигационных измерений // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI Всерос. науч.-техн. конф. Туапсе, 2008. С. 115-118.

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

57. Пудловский В.Б. Сравнение потенциальной точности ВТИ на основе сигналов СРНС с ретрансляцией или бортовой АП. // Радиооптические технологии в приборостроении: Тез. докл. III Всерос. науч.-техн. конф. Сочи, 2005. С. 146.

58. Аппаратура канала ретрансляции сигналов СРНС / И.Б. Власов и др. // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI Всерос. науч.-техн. конф. Туапсе, 2008. С. 65-69.

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

60. Технический проект опытно-конструкторской работы «Преломление». Пояснительная записка / НИИ РЭТ МГТУ им. Н. Э. Баумана. Руководитель ОКР «Преломление» Власов И.Б. М., 2009. Книга 1. 94 с.

61. Устройство для определения координат и скорости движущегося объекта (Варианты) / И.Б. Власов и др. заявл. 24.12.2010; решение 11.03.2012.

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

63. Гибридный ретранслятор сигналов глобальной системы позиционирования (GPS): Пат. 7183971 США / R. Lloyd заявл. 26.09.2002 ; опубл. 27.02.2007. URL. http: //www, goo gl е. com/patents/U S7183971 (дата обращения 11.05.2009)

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

65. Когерентный ретранслятор сигналов GPS с широкополосным пилот-сигналом: Пат. 5729235 США / W. Guthrie заявл. 13.12.1995; опубл. 17.03.1998. URL.http://www.google.com/patents/US5729235 (дата обращения 03.08.2009)

66. Ретранслятор для передачи сигналов системы GPS: Пат. 4622557 США / Е. Westerfeld заявл. 31.10.1984; опубл. 11.09.1986. URL, http:// www.google.com/patents/US4622557 (дата обращения 21.10.2009)

67. Сайт фирмы ЗАО «Инструментальные Системы» // www.insvs.ru (дата обращения 10.06.2012).

68. Пельтин A.B. Ретранслятор спутниковых радионавигационных систем с мультипликативным пилот-сигналом // Вестник МГТУ. Приборостроение. 2012. №2. С. 101-108

69. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС: Интерфейсный контрольный документ. Редакция 5.2. Москва, 2002. 44 с.

70. Interface Control Document: Interface Specification Navstar GPS Space Segment / Navigation User Interfaces (IS-GPS-200D, IRN-200D-001). - El Segundo, CA 90245-4659, March 2006. 191 p.

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

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

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

74. Власов И. Б., Пудловский В.Б. Особенности использования ретранслированных сигналов спутниковых радионавигационных систем // Вестник МГТУ. Приборостроение. 2005. Специальный выпуск. Радиоэлектроника, оптика и лазерная техника. С. 147-160.

75. Пельтин A.B. Одноэтапный алгоритм фильтрации координат и скорости ретранслятора сигналов ГНСС с дифференциальной коррекцией // Радионавигационные технологии в приборостроении: Сб. материалов Всерос. науч.-техн. конф. Туапсе, 2010. С. 76-79.

76. Пельтин A.B. Алгоритмы фильтрации координат и скорости ретранслятора сигналов ГНСС с дифференциальной коррекцией // Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов международной конференции. Воронеж, 2011. С. 2104-2111.

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

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

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

80. Харисов В.Н., Пудловский В.Б., Оганесян А.А. От слежения за радионавигационными параметрами сигналов СРНС к слежению за координатами // Радиооптические технологии в приборостроении: Сб. материалов V-VI Всерос. науч.-техн. конф. Туапсе, 2008, С. 70-76.

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

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

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

84. Реализация алгоритма двусторонней интерполяции для относительных определений в СРНС с использованием фазовых измерений / В.Н. Харисов и др. // Радиотехника. 2006. №7. С. 89-92.

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

86. Bar-Shalom, Y., Li, X.R. Estimation and Tracking: Principles, Techniques and Software. Deham, MA: Artech House, 1993. 485 p.

87. Перов А.И. Адаптивные алгоритмы сопровождения маневрирующих целей // Радиотехника (журнал в журнале). 2002. №7. С. 73-81.

88. Харисов В.Н., Павлович Е.В., Синтез адаптивных алгоритмов и их сравнительные характеристики // Радиосистемы (Журнал в журнале). 1998. №7. С. 88-95.

89. Харисов В.Н., Карпейкин A.B. Двухсторонний алгоритм интерполяции в задачах постобработки // Радиосистемы (Журнал в журнале). 1998. №7. С. 58-62.

90. Вержбицкий В.М. Основы численных методов: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 2005. - 840 с.

91. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы: Учебное пособие для вузов . М.: Наука, Гл. ред. физ-мат. лит., 1989. - 432 с.

92. Численные методы в примерах и задачах: Учебное пособие / В.И. Киреев, A.B. Пантелеев. 3-е изд. стер. - М.: Высшая школа, 2008. - 480 с.

93. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5+Simulink 4/5 в математике и моделировании. Полное руководство пользователя. М.: COJIOH-Пресс. -2003.-576 с.

94. Математическая статистика: Учебник для вузов / В.Б. Горяинов и др.; Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.-424 с.

95. Карл де Бор. Практическое руководство по сплайнам: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1985. - 304 с.

96. Пельтин A.B., Кондратьев A.C., Гаврилов А.И. Цифровой регистратор аппаратуры приема и обработки ретранслированных сигналов ГНСС // Радиолокация, навигация и связь: Сб. трудов междунар. конф. Воронеж, 2011.-С. 1949-1954.

97. Сайт фирмы ОАО «Российский институт радионавигации и времени» // www.rirt.rn (дата обращения 5.04.2011).

98. IEEE 802.3: CSMA/CD (Ethernet) Access Method // http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.3-20Q2.pdf. (дата обращения 15.02.2011)

99. Имитатор сигналов «СН-3803М» //http ://www. na vi s. ru/catal о g 173 6. h tml (дата обращения 12.08.2011).