Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Навигация и управление воздушным движением

Диссертационная работа:

Карюкин Геннадий Ефимович. Расширение функциональных возможностей спутниковых радионавигационных систем путем совершенствования методов навигационных определений и обработки информации : диссертация ... кандидата технических наук : 05.22.13.- Москва, 2006.- 135 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/2140

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.
Введение 4

1. Анализ факторов, влияющих на точностные и динамические
характеристики приемоиндикаторов СРНС 10

1.1. Требования, предъявляемые к навигационному обеспечению

ВС, при решении различных навигационных задач 10

  1. Характеристики внешних воздействий, влияющих на качество функционирования приемоиндикаторов СРНС 14

  2. Основные результаты и выводы 47

2. Совершенствование методов навигационных определений
в СРНС при решении типовых навигационных задач

гражданской авиации -.... 49

2.1 .Краткая характеристика методов навигационных определений
координат ВС в СРНС 49

2.2. Анализ возможности повышения точности местоопределения
ВС с использованием СРНС за счет совершенствования

методов навигационных определений 55

2.3. Особенности реализации навигационных определений в

СРНС при решении задач посадки ВС 62

2.4.Сравнительный анализ характеристик различных вариантов
локальных дифференциальных подсистем СРНС,
предназначенных для решения задач посадки ВС и проведения
специальных работ 72

2.5.Влияние несущего винта вертолета и других элементов
конструкции на качество функционирования локальной
дифференциальной подсистемы СРНС 102

2.6. Основные результаты и выводы 112

3. Повышение точности местоопределения воздушных судов
с использованием СРНС путем совершенствования

обработки информации 115

3.1. Оптимизация обработки сигналов СРНС в условиях

многолучевого приема при полетах ВС на малых высотах 115

*

  1. Сравнительный анализ эффективности когерентного и некогерентного алгоритмов работы приемоиндикатора СРНС 122

  2. Основные результаты и выводы 128

Заключение 129

Список использованных источников 132

Введение к работе:

Актуальность работы. Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) типа ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США) благодаря возможности обеспечения повышенной точности определения местоположения воздушного судна (ВС) [1, 2], на порядок превышающей точности, реализуемые в РНС с наземным базированием опорных станций [3], а также благодаря возможности расширения вектора навигационных определений путем включения в него помимо координат и сдвига бортовой шкалы времени (БШВ) относительно системного времени (х, у, z, АО скоростей изменения этих

навигационных параметров (НП) (x,y,z,At), позволяют, в принципе, решать практически все навигационные задачи (НЗ), возникающие при эксплуатации ВС гражданской авиации (ГА).

Тем не менее существует несколько классов НЗ, для решения которых традиционно используются узкоспециализированные системы. К ним, в первую очередь, относятся задачи захода на посадку и посадки ВС, задачи ближней навигации, управления воздушным движением (УВД) и др. Эти задачи в ряде случаев, в частности при посадке по III категории ИКАО, требуют не только повышенной точности определения места, но и определения углового положения ВС в пространстве.

Между тем, большая часть проблем навигации ВС и УВД может быть решена комплексно при использовании СРНС, в чем собственно и состоит переход на спутниковую технологию.

Расширение функций СРНС, разрабатываемых первоначально, применительно к авиации, для обеспечения трассовой навигации, вызвало к жизни появление дифференциальных подсистем, включающих в себя помимо навигационного оборудования аппаратуру связи для передачи корректирующей информации. К ним относятся, в частности, широкозонные дифференциальные подсистемы (ШДПС) типа подсистемы WAAS [4-6], предназначенные для обеспечения требований по уровням целостности, доступности и точности, предъявляемых к основным системам на всех этапах полета ВС, вплоть до захода на посадку по I категории ИКАО; региональные дифференциальные подсистемы (РДПС) типа подсистем Starfix [7], предназначенные для навигационного обеспечения отдельных регионов, и локальные дифференциальные подсистемы (ЛДПС) типа под-

систем Д920/Д930 [8] с максимальной дальностью действия 50 - 200 км, предназначенные для обеспечения захода на посадку и посадки ВС по категориям ИКАО.

В настоящей работе рассматриваются вопросы расширения функциональных возможностей СРНС, в частности обеспечения решения задач ка-тегорированной посадки ВС. При решении этих задач, в первую очередь, необходим анализ факторов, влияющих на точность местоопределения при малых высотах полета ВС, поскольку в литературе, как правило, приводятся лишь экспериментальные данные, имеющие фрагментарный характер. Кроме того, необходим сравнительный анализ, по точности и сложности реализации методов навигационных определений (НО), перспективных с точки зрения применимости их для решения задач категорированной посадки. При этом особый интерес представляет рассмотрение и совершенствование относительных НО, которые помимо высоких точностных характеристик обладают тем преимуществом перед обычными дифференциальными НО, что не требуют геодезической привязки контрольной станции (КС) и следовательно применимы для обеспечения посадки ВС на необорудованные площадки и палубу корабля.

Помимо решения НЗ, связанных с грузо-пассажирскими перевозками, осуществляемыми ВС ГА, использование СРНС открывает широкие перспективы в проведении с применением авиации специальных работ, связанных с необходимостью высокоточного местоопределения подвижных объектов. Сюда относятся, в частности, задачи поиска и спасения, пожаротушения, ледовой разведки, топогеодезии и др.

Заметим, что требования по точности местоопределения ВС при решении указанных НЗ примерно такие же, как и при решении задачи категорированной посадки ВС. Объединяет эти НЗ и то, что при проведении указанных специальных работ использование дифференциальных навигационных определений для повышения точности местоопределения должно производиться, как правило, в отсутствие точной геодезической привязки ВС, то есть с применением относительных навигационных определений, которые могут рассматриваться как разновидность дифференциальных [2].

При этом относительные навигационные определения в определенном смысле представляют собой более общий случай, нежели дифференциальные, поскольку при известных координатах КС они переходят в последние.

С учетом изложенного актуальность поиска путей совершенствования относительных НО, о которой шла речь выше в связи с проблемой навига-

ционного обеспечения с использованием СРНС посадки ВС, представляющего собой наиболее ответственный этап полета, еще больше возрастает.

Среди специальных работ, выполняемых с применением авиации, особое место занимают топогеодезические работы. Это связано, с одной стороны, с повышенными требованиями по точности местоопределения ВС, а с другой стороны, с тем, что при их проведении не предъявляется высоких требований к динамике движения ВС и, кроме того, длительность навигационных определений может быть достаточно большой, что позволяет осуществлять накопление данных для ввода поправок на большом интервале времени и, соответственно, повысить их достоверность. Представляет также интерес проанализировать возможность повышения точности местоопределения ВС путем совершенствования алгоритмов обработки сигналов СРНС, в частности оптимизации ее к работе в условиях интенсивных отражений от Земли и использования когерентных принципов обработки.

Поскольку значительная часть специальных работ производится с использованием вертолетов, целесообразно оценить влияние несущего винта вертолета на точность местоопределения и достоверность передачи корректирующей информации на малых высотах. Этот круг вопросов и рассматривается в диссертационной работе.

Из изложенного можно сделать вывод об актуальности проведения исследований по теме диссертации.

Цель и задачи исследований. Целью работы является повышение точности местоопределения воздушных судов по СРНС при решении задач посадки и проведении специальных работ, связанных с необходимостью высокоточного определения координат, путем совершенствования методов навигационных определений и обработки информации.

Для достижения поставленной цели необходимо было решение следующих задач:

  1. Анализ факторов, влияющих на точностные и динамические характеристики приемоиндикаторов СРНС при решении различных навигации-онных задач и проведении специальных работ с применением авиации.

  2. Разработка усовершенствованных методов навигационных определений в СРНС, позволяющих уменьшить влияние основных негативных факторов, влияющих на качество функционирования приемоиндикаторов СРНС при решении задач навигации ВС.

3. Разработка алгоритмов обработки информации в приемоиндикато-рах СРНС, минимизирующих погрешность определения координат ВС в условиях мешающих воздействий.

Методы исследований. При решении перечисленных задач в работе были использованы прикладные методы теории вероятностей и теории случайных процессов и методы математического моделирования.

Научная новизна работы. Научная новизна диссертации состоит в том, что в ней впервые проведен системный анализ перспективных методов навигационных определений в СРНС и предложены пути совершенствования этих методов, а также алгоритмов обработки информации в прие-моиндикаторах СРНС, позволяющие решать навигационные задачи, требующие повышенной точности местоопределения ВС типа категорирован-ной посадки и обеспечения топогеодезических работ.

В диссертации получены следующие основные результаты:

разработаны математические модели учета влияния на точностные и динамические характеристики приемоиндикаторов СРНС основных мешающих воздействий, включая отражения от Земли, и учета зависимости интенсивности этих воздействий от высоты полета и угла крена ВС, а также от угла места космических аппаратов рабочего созвездия;

предложен разностно-дальномерный способ относительных навигационных определений в СРНС, позволяющий минимизировать ошибки местоопределения ВС, обусловленные системными и другими сильно коррелированными их составляющими;

методами математического моделирования дана сравнительная оценка точностных и динамических характеристик усовершенствованного относительного (разностно-дальномерного) и автодифференциального методов навигационных определений в СРНС с точки зрения применимости их для решения задач категорированной посадки ВС и навигационного обеспечения топогеодезических работ с применением авиации;

предложен способ оптимизации рабочего созвездия космических аппаратов СРНС, позволяющий учитывать неравноточность измерения псевдодальностей до них;

с использованием математического аппарата оптимальной нелинейной фильтрации синтезирован квазиоптимальный алгоритм селекции прямого сигнала СРНС на фоне его отражений от Земли, имеющих место при полетах ВС на малых высотах;

- методами математического моделирования дана сравнительная
оценка эффективности некогерентного и когерентного алгоритмов обра
ботки сигналов в приемоиндикаторе СРНС.

На защиту выносятся:

  1. Результаты теоретического анализа основных факторов, влияющих на точностные и динамические.характеристики приемоиндикаторов СРНС, включая отражения от подстилающей поверхности, при решении с их помощью типовых навигационных задач и проведении специальных работ с применением авиации.

  2. Метод относительных навигационных определений в СРНС с раз-ностно-дальномерным способом компенсации основных системных и других сильно коррелированных составляющих погрешности местоопределе-нияВС.

  3. Способ оптимизации рабочего созвездия космических аппаратов СРНС, основанный на учете наряду с геометрическим фактором неравно-точности измерений псевдодальностей до космических аппаратов рабочего созвездия.

' 4. Квазиоптимальный алгоритм селекции прямого сигнала СРНС в условиях многолучевого распространения радиоволн, обусловленного отражениями сигнала при полетах ВС на малых высотах при выполнении посадки и проведении специальных работ с применением авиации.

5. Результаты сравнительного теоретического анализа точностных характеристик усовершенствованного относительного (разностно-дальномерного) и автодифференциального методов навигационных определений, а также когерентного и некогерентного алгоритмов обработки сигналов в СРНС.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в ней результаты позволяют:

повысить точность местоопределения ВС по СРНС путем совершенствования методов навигационных определений и обработки информации, а также оптимизации рабочего созвездия космических аппаратов;

расширить функциональные возможности СРНС путем использования их для осуществления категорированной посадки ВС и навигационного обеспечения специальных, в том числе топогеодезических, работ с применением авиации;

минимизировать объем бортового и наземного оборудования систем радиотехнического обеспечения полетов за счет использования СРНС на всех этапах полета ВС, включая посадку;

повысить безопасность полетов ВС судов за счет повышения точности их местоопределения по СРНС на наиболее ответственных этапах полета — при взлете и посадке.

Внедрение результатов. Основные результаты диссертации внедрены в Московском конструкторском бюро "Компас" и в МГТУ ГА, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались на V Отраслевой научно-технической конференции «Перспективы развития радиотехнических комплексов и систем УВД, навигации и посадки» (1998 г.), на научно-техническом семинаре "Концепция создания интегрированного оборудования навигации, посадки, связи и наблюдения" (МГТУ ГА и МКБ "Компас", 2000 г.) и на Международном форуме по проблемам науки, техники и образования «III тысячелетие - новый мир» (2005 г.).

Публикация результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях и 7 тезисах докладов и 3 отчетах по НИОКР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников.

Диссертация содержит 135 страниц текста, 54 рисунка, 14 таблиц и библиографию из 47 наименований.

Подобные работы
Вычужанин Владислав Борисович
Повышение эффективности систем УВД с автоматическим зависимым наблюдением путем совершенствования методов и средств передачи и отображения навигационной информации
Дао Ти Тхань
Повышение эффективности функционирования АС УВД на основе совершенствования радиолокационного обеспечения путем внедрения методов радиополяриметрии
Дрягин Дмитрий Михайлович
Комплексная система раннего предупреждения приближения к земле с расширенными функциональными возможностями и программно-алгоритмические средства, минимизирующие вероятность ложной сигнализации
Чуонг Ван Ха
Совершенствование методов снижения рисков опасных сближений воздушных судов при управлении с учетом отказов TCAS
Витухновский Борис Игоревич
Совершенствование методов обнаружения опасных атмосферных возмущений при взлете и посадке воздушных судов и контроля за их акустическим излучением
Буй Ван Во
Совершенствование методов комплексной оценки эффективности модернизации системы организации воздушного движения
Самохин Алексей Васильевич
Теоретические основы и прикладные методы определения возможности безопасной посадки вертолетов и легких воздушных судов на земную и ледовую поверхности на основе анализа их собственного микроволнового излучения
Иванов Владимир Петрович
Повышение точности определения местоположения воздушного судна в системах УВД методами цифровой адаптивной фильтрации
Маслов Виктор Юрьевич
Аномальные ошибки спутниковых навигационных систем при определении местоположения воздушных судов в горной местности и их устранение методами радиополяриметрии
Ариничева Ольга Викторовна
Совершенствование методов управления ресурсами системы "экипаж - воздушное судно" путем снижения отрицательного влияния человеческого фактора на безопасность полетов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net