Содержание к диссертации
Введение 5
Глава L Комплексные алгоритмы работы ИСНС при некогерентном режиме
слежения іа сигналами СРНС 23
1.Ї Оптимальный двухэтапный алгоритм комплексной обработки информации в
ИСНС 24
11 Синтез упрощенного алгоритма комплексной двухэтапной обработки
информации в ИСНС 42
Одноэтапный алгоритм комплексной обработки информации в ИСНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС 64
Разработка имитационной модели ИСНС 73
1.5 Выводы по главе 1 84
Глава 2. Комплексные алгоритмы работы ИСНС при когерентном режиме
слежения за сигналами СРНС 87
Алгоритм комплексной первичной обработки сигналов при когерентном режиме слежения 89
Упрощенный двухэтапный алгоритм комплексной обработки информации в ИСНС при когерентном режиме слежения за сигналами СРНС 100
Одноэтапный когерентный алгоритм комплексной обработки сигналов по методу дополнительной переменной (МДП) 103
Модификация одноэтапного когерентного алгоритма комплексной обработки сигналов - уход от метода дополнительной переменной 119
Выводы по главе 2 127
Глава 3. Синтез алгоритмов комплексной СРНС/ИНС обработки информации для
особых приложений 130
3.1 Комплексная первичная обработка сигналов СРНС в бортовой навигационной
аппаратуре вращающегося КАС с использованием информации от осевого
гироскопа 130
Обработка сигналов СРНС в бортовой навигационной аппаратуре КАС с использованием априорной информации о траектории полёта 154
Алгоритм вторичной обработки информации СРНС/ИНС в угломерной аппаратуре потребителей 169
3.4 Выводы по главе 3 184
Глава 4. Экспериментальное исследование комплексных алгоритмов обработки
информации в ИСНС 187
Разработка макета ИСНС на основе программного приемника сигналов СРНС и БИНС низкой точности 187
Экспериментальные исследования двухэтапного когерентного алгоритма комплексной обработки информации в ИСНС с помощью созданного макета, 199
4.3 Выводы по главе 4 202
Заключение 204
Список литературы 209
Приложение 1. К синтезу оптимального двухэтапного алгоритма комплексной
обработки в ИСНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС 218
Приложение 2. Обобщенные характеристики основных типов ИНС 226
Приложение 3, Анализ влияния качества опорного генератора на шумовые полосы
следящих систем в некогерентном блоке первичной обработки сигналов СРНС 227
Приложение 4. Исследование характеристик упрощенного двухэтапного алгоритма комплексной обработки информации в ИСНС при некогерентном режиме слежения за
сигналами СРНС 233
Приложение 5. Синтез одноэтапного алгоритма комплексной обработки информации в
ИСНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС 245
Приложение 6. Реализация системы слежения за задержкой (ССЗ) 248
Приложение 7. Принцип когерентного приема сигналов СРНС по методу
дополнительной переменной (МДП) 250
Приложение 8. Доказательство равенства =— = V 259
4 Приложение 9. Сравнение алгоритмов вторичной обработки информации по выходам
псевдодальностей и псевдоскоростей в двухэтапном приемнике 261
Приложение 10. Исходные коды имитационных моделей и разработанного
программного обеспечения 279
Приложение 11. Синтез алгоритма вторичной обработки информации СРНС/ИНС в
угломерной аппаратуре потребителей 280
Приложение 12. Акты о внедрении результатов диссертационной работы 285
Введение к работе
Актуальность темы
На фоне общего технического прогресса существенно усиливается применение различных навигационных систем. Сегодня спектр областей применимости систем навигации чрезвычайно широк: военная техника, космические аппараты, транспорт, геодезия, сельскохозяйственная техника, мобильная связь, индивидуальные средства спасения, метеорология, сейсмология, зоология и даже развлечения. Развитие этих областей требует непрерывного совершенствования систем навигации. В ряде современных приложений навигационным системам предъявляются высокие требования по точности, помехозащищенности, надежности, непрерывности работы и другим показателям качества при высокой динамике движения потребителя. Таким приложениям, прежде всего, соответствуют маневренные объекты военной техники; боевые самолёты и вертолёты, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), крылатые ракеты, ракетные системы залпового огня (РСЗО), корректируемые артиллерийские снаряды (КАС) и авнабомбы, сухопутная мобильная техника, К этому же ряду приложений относятся гравданские системы управления автотранспортными перевозками [1], а также системы навигации индивидуального автотранспорта.
Важнейшее место среди навигационных систем занимают среднеорбитальные спутниковые радионавигационные системы (СРНС) [2]; отечественная глобальная навигационная система ГЛОНАСС [3, 4], и американская глобальная система позиционирования GPS (Global Positioning System) [5]. В перспективе значится развертывание европейской СРНС Galileo. Перечисленные СРНС, сходные по характеристикам, обеспечивают высокое качество координатно-временного обеспечения наземных, морских, воздушных и космических потребителей. Это подтверждается такими важными достоинствами современных СРНС ГЛОНАСС и GPS, как глобальность рабочей зоны, неограниченная пропускная способность, высокая точность измерения текущего времени, пространственных координат, составляющих вектора скорости, пространственной ориентации потребителя. Другим, не менее значимым,
достоинством СРНС является низкая (н продолжающая снижаться) стоимость навигационной аппаратуры потребителя (НАП).
При создании новых систем широко используются достижения в области комплексирования спутниковых радионавигационных систем с автономными нерадиотехническими системами {инерциальными, аэрометрическими, магнитными, оптическими, астрономическими и др.). Основными автономными средствами навигации подвижных объектов являются инерциальные навигационные системы (ИНС). С применением различных измерителей {например, СРНС и ИНС) имеется возможность с определенной избыточностью находить координати местонахождения, скорость потребителя и т. д.
Потребность в одновременном измерении одних и тех же параметров с помощью устройств и систем, работающих на различных физических принципах, обусловлена тем, что кавдый измеритель в отдельности не удовлетворяет всем требованиям, которые предъявляются к качеству измерений навигационных параметров подвижных объектов, В частности, СРНС не удовлетворяет наиболее важным требованиям помехоустойчивости \ ИНС - требованиям точности. Вместе с тем, достоинствами ИНС являются ее полная автономность, неподверженность воздействию внешних помех и высокая эффективность работы на маневренных объектах, тогда как надежность работы НАП СРНС, напротив, снижается при динамичном движении. Комплексирование СРНС и ИНС должно способствовать объединению лучших свойств этих двух систем, позволив существенно снизить их недостатки, повысить точность, помехоустойчивость, достоверность и непрерывность навигационных определений [б].
Благодаря хорошей взаимодополняемости СРНС и ИНС, в настоящее время набирает популярность широкий класс навигационных устройств, именуемых инерциально-спутниковыми навигационными системами (ИСНС). Ожидается, что в большинстве случаев ИСНС позволят получить требуемые характеристики качества навигационных определений, имея в своём составе только инерциальный измеритель и
Под помехоустойчивостью понимается способность приемника сигналов СРНС решать целевую задачу с заданными характеристиками при воздействии внешних помех.
7 НАП СРНС, без привлечения информации от других измерителей. К уже готовым
серийным образцам ИСНС можно отнести ЛИНС-2000 (РПКБ, Россия), КомпаНав-2
(ООО «ТеКнол», Россия), LN-200G {Litton, США), SPAN (Novatel, США). Наличие
готовых изделий ИСНС говорит о достаточной зрелости теоретической проработки
вопросов комплексирования СРНС/ИНС. Действительно, тема комплексирования этих
двух измерителей известна со времени появления первых СРНС [7] в 60-е и 70-е годы
прошлого века. Однако только в последнее десятилетие значительный рост
производительности процессоров дал мощный толчок для разработки и реализации
сложных высокоэффективных алгоритмов комплексной обработки навигационных
сигналов и информации.
Существенную роль в развитии ИСНС сыграло появление в середине 90-х микромеханических инерциальных датчиков (MEMS - Microelectromechanical systems) [8], Микромеханические инерциальные датчики движения - акселерометры' и гироскопы - исполняются в виде микросхем. Благодаря их технологичности и малым габаритам они находят всё большее применение как чувствительные элементы бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), а особенно в составе ИСНС [9, 10]. Однако, уровень погрешностей этих датчиков относительно высок, а их характер отличается от характера погрешностей традиционных инерциальных измерителей. Специфика погрешностей БИНС на основе MEMS приводит к необходимости создания новых алгоритмов комплексной обработки информации СРНС/ИНС, учитывающих эту специфику.
Основная научная проблематика в области комплексирования СРНС и ИНС заключена в разработке путей улучшения характеристик одной системы за счет информации от другой системы, и/или взаимном улучшении характеристик обеих систем. Методы проектирования алгоритмов комплексной обработки сигналов и информации СРНС/ИНС позволяют получить решения, близкие к оптимальным в
Акселерометр - датчик, измеряющий ускорение, 1В данной работе слово «гироскоп* будет использоваться только в смысле датчика, измеряющего угловую скорость.
3 Бесплатформенные ИПС - инерциальные навигационные системы, которые в отличие от традиционным ИНС, не имеют гиростабилизированной платформы на карданном подвесе.
8 смысле минимизации результирующих ошибок определения навигационных параметров
потребителя- Максимального выигрыша от комплексирования можно достичь, решив
соответствующую задачу синтеза, что даёт оптимальную структуру и характеристики
системы комплексной обработки информации. Задача синтеза эффективных
комплексных алгоритмов, базирующаяся на последних достижениях теории
оптимальной линейной и нелинейной фильтрации марковских процессов, является
весьма актуальной, тем более, что накопленный опыт разработки и использования
ИСНС стимулируют создание новых более совершенных и технологичных типов этих
устройств.
Таким образом, в настоящее время существует актуальная научно-техническая проблема совершенствования алгоритмов и методов обработки сигналов и информации в ИСНС.
Состояние вопроса в рассматриваемой области характеризуется следующими основными достижениями.
Общая теория статистического синтеза оптимальных (по различным критериям) линейных и нелинейных алгоритмов оценивания и фильтрации марковских процессов разрабатывалась в работах А,Н. Колмогорова, ЕВинера, Р.Е. Калмана, Р.Л. Стратоновича. Заметный вклад в развитие этой теории в области радиотехнических систем внесли Тихонов В.И., Харисов В.Н. [11], Ярлыков СМ [12, 13], Перов А.И. [14], а также Сейдж Э.П,Т Меле Дж [15]. Из общей теории статистического синтеза оптимальных алгоритмов фильтрации следует, что число измерителей, входящих в систему, может быть любым, а это напрямую соответствует принципам комплексной обработки информации. Тем не менее, в работах [11, 12, 14] отдельно затрагиваются теоретические аспекты комплексирования различных измерителей. Полученные теоретические результаты в ряде случаев позволяют упростить комплексную обработку информации.
Теоретические вопросы обработки информации в ИНС, в том числе с использованием информации от СРНС получили глубокую проработку в трудах О.С.
Салычева [16] и О.А. Степанова [17], а также в материалах лаборатории Ч.С. Дрейпера
[18].
Методическая база по практическим вопросам синтеза комплексных СРНС/ИНС алгоритмов подробно дается МС. Груалом, Л,Р.Веиллом и А.П. Эндрюсом в [6]. Работа, имеет прикладной характер, тем не менее, оказывается чрезвычайно полезной с практической точки зрения.
Обзор результатов новых исследований в области оптимальной обработки сигналов и информации в ИСНС показывает, что они могут быть сгруппированы по следующим основным направлениям:
Совершенствование характеристик ИСНС с помощью алгоритмов, слабо затрагивающих структуру НАП СРНС и инерциального измерителя.
Повышение помехоустойчивости НАП СРНС с помощью алгоритмов комплексирования на уровне первичной1 обработки сигналов в НАП.
Достижение высоких характеристик точности н помехоустойчивости в ИСНС путем разработки одноэтапных алгоритмов обработки сигналов в НАП СРНС.
Разработка алгоритмов коррекции ошибок ИНС по информации от СРНС.
Использование инерциальных датчиков типа MEMS для улучшения характеристик НАП СРНС.
Контроль целостности3 СРНС за счет комплексирования с ИНС.
Разработка алгоритмов работы ИСНС с учетом специфики объекта применения (автомобиль, трактор, авиационная система картографирования, БПЛА, КАС и т.п.).
Разработка комплексных СРНС/ИНС алгоритмов работы угломерной1 аппаратуры потребителя СРНС.
1 На уровне первичной обработки сигналов в НАП осуществляется слежение за сигналами СРНС и фильтрация
первичных радионавигационных параметров сигналов - доплеровскон частоты, задержки, фазы.
2 ОдноэтапныЙ алгоритм обработки сигналов в НАП СРНС - это единый алгоритм обработки всех принятых от
спутников сигналов, в котором нельзя выделить отдельные алгоритмы фильтрации параметров радиосигналов и
координат потребителя. Противоположностью одностайного является традиционный двухэтажный алгоритм
обработки информации в НАП СРНС, при котором можно выделить отдельные алгоритмы первичной и
вторичной обработки информации,
3 Целостность - способность системы своевременно выявлять и предоставлять потребителю информацию об
отказах системы.
Анализ и сравнение различных подходов к комплексной обработке сигналов и
информации в ИСНС,
Изучение работ по некоторым из перечисленных направлений выявило ряд следующих нерешенных проблем:
Оптимальная2 комплексная обработка сигналов и информации СРНС/ИНС по двухэтапному алгоритму при некогерентном3 режима слежения за сигналами СРНС.
Комплексная обработка сигналов и информации в ИСНС по одноэтапному алгоритму при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС,
Комплектование НАП СРНС с ИНС на уровне первичной обработки сигналов при когерентном режиме слежения за сигналами СРНС.
Повышение помехоустойчивости ИСНС при использовании в своём составе БИНС низкой точности,
Улучшение сходимости ошибок и преодоление вычислительных сложностей в одноэтапных когерентных алгоритмах оптимальной комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС.
Применение технологий комплексной обработки информации для новых объектов - вращающегося КАС и спутниковой угломерной аппаратуры.
Данные проблемы являются предметом исследования в настоящей диссертации.
Цель работы - повышение точности, помехоустойчивости алгоритмов комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС и повышение эффективности их применения в ряде новых приложений путем разработки специальных алгоритмов комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС.
1 Угломерная НАП СРНС - это навигационная аппаратура, позволяющая определять с помощью СРНС не
только текущие координаты и скорость, но и угловую ориентацию объекта.
2 Здесь и далее в работе критерием оптимальности служит минимум дисперсии ошибки фильтрации
информативного параметра-
5 В некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС отсутствует слежение за фазами сигналов.
Основные задачи исследования Достижение изложенной цели потребовало решения следующих задач:
Синтез двухэтапного алгоритма комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС, обеспечивающего лучшие характеристики точности и помехоустойчивости, при использовании некогерентного режима слежения за сигналами СРНС.
Синтез одиоэтапного алгоритма комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС, обеспечивающего лучшие характеристики точности и помехоустойчивости, при использовании некогерентного режима слежения за сигналами СРНС,
Синтез двухэтапного алгоритма комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС, обеспечивающего лучшие характеристики точности и помехоустойчивости, при использовании когерентного режима слежения за сигналами СРНС.
Синтез одиоэтапного алгоритма комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС, обеспечивающего лучшие характеристики точности и помехоустойчивости, при использовании когерентного режима слежения за сигналами СРНС.
Синтез алгоритма комплексной первичной обработки сигналов СРНС в инерциально-спутниковой навигационной системе, обеспечивающего заданные характеристики точности и помехоустойчивости, с учетом применения ИСНС на борту вращающегося КАС,
Синтез алгоритма комплексной вторичной обработки информации в ИСНС, обеспечивающего лучшие характеристики точности, с учетом применения ИСНС в составе угломерной аппаратуры,
Создание программных и аппаратных средств для исследования характеристик алгоритмов по п. 1-6.
Исследование характеристик алгоритмов по п. 1-6,
Методы исследование
Перечисленные задачи решались методами теории оптимальной фильтрации, теории статистического анализа систем радиоавтоматики, а также методами имитационного моделирования, прикладного и системного программирования, методами конструирования цифровых устройств.
Новые научные результаты, полученные в диссертации:
Синтезирован оптимальный алгоритм комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС для двухэтапного некогерентного режима работы приемника сигналов СРНС.
Синтезирован оптимальный алгоритм комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС для одноэтапного некогерентного режима работы приемника сигналов СРНС.
Синтезирован оптимальный алгоритм комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС для двухэтапного когерентного режима работы приемника сигналов СРНС.
Синтезирован оптимальный алгоритм комплексной обработки сигналов и информации в ИСНС для одноэтапного когерентного режима работы приемника сигналов СРНС.
Синтезирован оптимальный алгоритм комплексной первичной, обработки сигналов СРНС в ИСНС, используемой на борту вращающегося КАС.
Синтезирован алгоритм комплексной вторичной обработки информации в ИСНС, используемой в составе угломерной аппаратуры,
Разработан новый метод представления вектора оцениваемых координат (псевдокординат) в пространстве состояний, обеспечивающий повышение эффективности синтезированных алгоритмов обработки сигналов в одноэтапном когерентном режиме работы НАЛ-
8, Разработан новый метод синтеза комплексных алгоритмов обработки сигналов и
информации в ИСНС, устанавливаемой на КАС, основанный на использовании априорных сведений о траектории движения объекта.
9. Результаты исследований характеристик точности и помехоустойчивости
разработанных новых комплексных алгоритмов обработки сигналов и
информации в ИСНС.
Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается в следующем:
Разработанные алгоритмы обработки сигналов и информации в ИСНС обеспечивают улучшение потребительских свойств (точности, помехоустойчивости) навигационной аппаратуры.
Разработаны программные средства, позволяющие оценивать характеристики комплексной НАП на этапах разработки и проектирования,
Создан макет программного приемника, позволяющего проводить экспериментальные исследование новых алгоритмов обработки сигналов и информации по реальным спутниковым сигналам.
Основные результаты диссертационной работы использовались:
в эскизном проекте по ОКР «Актив-Н» [64] (головной исполнитель ФГУП «НИИ космического приборостроения», г, Москва) по разработке помехозащищенной НАП для применения на подвижных сухопутных и морских объектах;
в эскизном проекте по ОКР «Ориентир» (головной исполнитель ЗАО «НПО космического приборостроения», г. Москва, [67]) по разработке многофункциональной навигационной аппаратуры систем ГЛОНАСС/GPS для определения навигационных параметров заданной точки, курсоуказания и ориентации объекта;
в техническом проекте до ОКР «Ориентир» (головной исполнитель ЗАО «НПО космического приборостроения», г. Москва, [68]) по разработке многофункциональной навигационной аппаратуры систем ГЛОНАСС/GPS для
14 определения навигационных параметров заданной точки, хурсоуказания и
ориентации объекта;
в НИР «Рубикон» [69, 70] (головной исполнитель МЭИ(ТУ) г, Москва) по исследованию оптимальных алгоритмов высокоточного и помехоустойчивого определения параметров движения объектов ВВТ в комплектованных ИНС/ГЛОНАСС навигационных системах;
в НИР «Рудиментация» [71, 72] (головной исполнитель МЭИ(ТУ) г. Москва) по исследованию методов и алгоритмов оптимального построения навигационных приемников СРНС ГЛОНАСС на основе одноэтапной обработки сигналов;
в НИР «Левант» [65,66] (головной исполнитель МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Москва) по исследованию возможностей создания бортовой радионавигационной аппаратуры для корректируемого артиллерийского снаряда.
Внедрение результатов диссертационной работы и достигнутый при этом эффект подтверждены соответствующими актами.
Апробация результатов работы
1. Восьмая международная научно-техническая конференции студентов и
аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, март 2002 г.
Научно-техническая конференция ФГУП «РНИИ космического приборостроения, Москва, 2003 г.
Девятая международная научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, март 2003 г.
Десятая меадународной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 2-3 марта 2004 г.
Международный симпозиум «Аэрокосмические приборные технологии», Санкт-Петербург, Государственный университет аэрокосмического приборостроения, 2-4 июня 2004 г.
Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники», Красноярск, Красноярский государственный технический университет, 2004,
Одиннадцатая международная научно-техническая конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 1-2 марта 2005 г.
Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, радионавигация, связь», Воронеж, Воронежский государственный университет, Апрель 2005 г.
Третья научно-техническая конференция «Радиооптические технологии в приборостроении», Сочи, МГТУ им, Н.Э. Баумана, сентябрь 2005.
Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники», Красноярск, Красноярский государственный технический университет, 2005.
Двенадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, МЭИ, 2-3 марта 2006 г.
Четвертая научно-техническая конференция «Радиооптические технологии в приборостроении», Таупсе, МГТУ им. Н.Э. Баумана, сентябрь 2006,
Юбилейная научно-техническая конференция «Инновации в радиотехнических информационно-телекоммуникационных технологиях», Москва, МАИ, 2006.
Научные семинары кафедры РТС МЭИ(ТУ).
Личное участие
Постановка задачи синтеза алгоритмов комплексной первичной обработки информации при когерентном и некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС была выполнена совместно с научным руководителем А.ИЛеровым.
Постановка задачи, синтез и анализ оптимального двухэтапного алгоритма комплексной обработки сигналов и информации СРНС/ИНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС (раздел 1Л) были выполнены совместно с А.И.Перовым.
Постановка задачи оптимальной комплексной обработки сигналов СРНС при когерентном режиме слежения по методу дополнительной переменной (МДП) была выполнена совместно с АИЛеровым.
Создание аппаратного и программного обеспечения макета ИСНС для экспериментального исследования характеристик комплексных алгоритмов обработай информации СРНС/ИНС (Глава 4) было проведено вместе с Перовым АА и Болденковым ЕЛ,
Остальная часть работы была выполнена автором лично.
Публикации
По результатам работы опубликовано 4 статьи в журнале «Радиотехника», 1 статья в журнале «Радиотехнические тетради», 5 докладов и 9 тезисов докладов в трудах конференций:
Перов АЛ., Шатилов А.Ю «Синтез и анализ вторичных алгоритмов обработки информации в комплексных ГЛОНАСС/ИНС системах»// Сб. тезисов докладов 8-й Международной конференции «Радиотехника, электротехника и энергетика», Москва, т.1. с. 114,2002.
Перов АЛ., Шаталов А.Ю. «Синтез и анализ комплексных СРНС/ИНС алгоритмов обработки информации на вторичном уровне» // Сб. тезисов докладов научно-технической конференции ФГУП «РНИИ космического приборостроения». Москва, 2003г., стр, 39.
3. Перов А.И., Шатилов А.Ю. «Синтез и анализ алгоритмов интеграции
инерциальных и спутниковых систем навигации по выходам псевдодальнстей и псевдоскоростей приемника СРНС»// Сб. тезисов докладов 9-й Мевдународной конференции «Радиотехника, электротехника и энергетика», Москва, т.Ь с. 114-115,2003.
Перов А.И., Шатилов А.Ю. «Сравнительный анализ характеристик двух алгоритмов комплексной вторичной обработки информации в инерциально-спутниковых навигационных системах»// Радиотехника, №7,2003 г., стр, 88-97.
Перов А.И., Шатилов А.Ю. «Полный синтез канала первичной обработки приемника СРНС с возможностью поддержки от ИНС» // Сб. докладов всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов "Современные проблемы радиоэлектроники". Красноярск, КГТУ, 2004 г., стр. 57-59,
Перов А.И., Шатилов А.Ю. «Комплексный подход к первичной обработке информации в приемнике СРНС с использованием поддержки от ИНС», // Сб. докладов международного симпозиума «Аэрокосмические приборные технологии», 2-4 июня 2004 г, Санкт-Петербург, ГУАП, 2004 г, стр. 63-66.
Перов А.И., Шатилов А.Ю. «Комплексирование приемника СРНС и ИНС на уровне первичной обработки»// Сб. тезисов докладов 10-й Меадународной конференции «Радиотехника, электротехника и энергетика», Москва, т.1. с. 118-119,2004.
Перов АЛ, Шатилов А.Ю. «Синтез и анализ приемника сигналов спутниковых навигационных систем с оценкой амплитуды сигнала»// Радиотехника, №7, 2004, стр. 90-96.
Перов А.И., Шатилов А.Ю. «Критичность инерциально-спутниковой навигационной системы с некогерентным СРНС приемником к точности определения углов ориентации». // Сб. докладов всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов "Современные проблемы радиоэлектроники'1. Красноярск, КГТУ, 2005г., стр. 61-63.
18 Ю.Перов А.И., Шатилов А.Ю. «Эффект неустойчивости в инерциально-спутниковой
навигационной системе с двухуровневым комплектованием и некогерентным
приемником СРНС» // Сб. докладов международной научно технической
конференции «Радиолокация, радионавигация, связь», том 3. Воронеж, НПФ
«Саквоее», 2005 г., стр. 1376-1384.
Н.Перов А.И,, Шатилов А.Ю. «Одноэтапный некогерентный приемник СРНС,
комплексированный с БИНС»// Сб. тезисов докладов 11-й Международной
конференции «Радиотехника, электротехника и энергетика», Москва, тЛ, с, 126-
127,2005.
Перов АК, Шатилов А.Ю, «Оптимизация работы системы ФАП на вращающихся объектах»// Сб. тезисов докладов 3 научно-технической конференции «Радиоопгические технологии в приборостроении», Сочи, МГТУ им. Н.Э. Баумана, сентябрь 2005.
Перов А.И., Шаталов А.Ю. «Предложения по универсальному протоколу обмена данными СРНС-ИНС»// Сб. тезисов докладов 3 научно-технической конференции «Радиооптические технологии в приборостроении», Сочи, МГТУ им. Н.Э. Баумана, сентябрь 2005.
Перов А,И., Шатилов А.Ю., «Синтез комбинированного алгоритма комплексйрования на первичном и вторичном уровнях в инерциально-спутниковой системе навигации». // Радиотехника, №7,2005 г„ стр. 94-100.
Шатилов А.КХ «Оптимизация систем слежения за несущей частотой сигнала СРНС на вращающемся снаряде с использованием гироскопа»// Радиотехнические тетради (МЭИ(ТУ)), № 32,2005 г., стр. 55-63.
Перов А.И., Шатилов А.Ю. «Комплексная обработка сигналов от угломерной аппаратуры СРНС и инерциальных датчиков угловой скорости**// Сб. тезисов докладов 12-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», том 1. Москва, МЭИ, 2006 г, стр. 153.
17. Перов А.И., Шатилов АЛО. «Синтез и анализ одноэтапного алгоритма обработки
сигналов в когерентном приемнике СРНС»// Радиотехника, №7, 2006 г., стр. 75-79,
Шатилов А.Ю., Болденков ЕЛ., Перов АЛ., Перов А.И. «Программный приемник сигналов GPS»// Сб. тезисов докладов 4 научно-технической конференции «Радиооптические технологии в приборостроении», Сочи, МГТУ им. Н.Э. Баумана, сентябрь 2006.
Шатилов А.Ю., Болденков Е.Н., Перов АЛ. «Программный приемник сигналов GPS». // Сб. докладов юбилейной научно-технической конференции «Инновации в радиотехнических информационно-телекоммуникационных технологиях», Москва, МАИ, октябрь 2006 г., стр. 220-229,
Положения, выносимые на защиту
Двухэтапные алгоритмы комплексной обработки информации в ИСНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС.
Одноэтапный алгоритм комплексной обработки информации в ИСНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС.
Упрощенный двухэтапный алгоритм комплексной обработки информации в ИСНС при когерентном режиме слежения за сигналами СРНС,
Одноэтапные алгоритмы комплексной обработки информации в ИСНС при когерентном режиме слежения за сигналами СРНС.
Алгоритмы комплексной обработки сигналов СРНС в бортовой навигационной аппаратуре КАС,
Алгоритм вторичной обработки информации СРНС/ИНС в угломерной аппаратуре потребителей.
Программные и аппаратные средства исследования алгоритмов по п, 1-6,
20 Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 12 приложений. Основная часть работы изложена на 218 страницах, и содержит 11 таблиц и 77 рисунков.
В главе 1 изложены результаты синтеза алгоритмов комплексной обработки информации в ИСНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС. Приводятся результаты исследования и имитационного моделирования синтезированных алгоритмов. Дается структура универсальной модели ИСНС, на которой были получены характеристики данных алгоритмов.
В главе 2 изложены результаты синтеза алгоритмов комплексной обработки информации в ИСНС при когерентном режиме слежения за сигналами СРНС. Приводятся результаты исследования и имитационного моделирования синтезированных алгоритмов. Разработан метод псевдокоординат, позволяющий существенно упростить реализацию одноэтапных когерентных алгоритмов комплексной обработки информации в ИСНС.
В главе 3 изложены результаты синтеза алгоритмов комплексной обработки информации в ИСНС для особых приложений. Синтезированы комплексные алгоритмы первичной обработки сигналов СРНС на борту вращающегося КАС, решающие проблему слежения за сигналом при вращении фазового центра приемной антенны. Разработан метод виртуальной ИНС, позволяющий отказаться от применения физического устройства ИНС на борту КАС. Также» синтезирован алгоритм комплексной вторичной обработки информации в угломерной аппаратуре, в котором достигается существенное повышение точности оценивания ориентации потребителя в условиях высокой угловой динамики при комплексировании с бесплатформенными гироскопами низкой точности. Приводятся результаты исследования и имитационного моделирования синтезированных алгоритмов.
В главе 4 изложена структура аппаратной и программной части созданного макета ИСНС. Приведены результаты экспериментального исследования когерентного
21 двухэтапного алгоритма комплексной обработки информации в ИСНС, полученные на данном макете,
В заключении перечисляются основные результаты диссертационной работы и формулируются необходимые выводы.
В приложении 1 приведен синтез двухэтапного алгоритма комплексной обработки информации в ИСНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС
В приложении 2 приведены обобщенные характеристики трех типов ИНС, которые были использованы в данной работе при исследовании синтезированных алгоритмов.
В приложении 3 проведен анализ влияния динамики опорного генератора на возможность сужения шумовых полос комплексных систем слежения за задержкой и частотой сигнала СРНС в некогерентном режиме.
В приложении 4 проведено подробное исследование характеристик упрощенного двухэтапного алгоритма комплексной обработки информации в ИСНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС.
В приложении 5 приведен синтез одноэтапного алгоритма комплексной обработки информации в ИСНС при некогерентном режиме слежения за сигналами СРНС.
В приложении б приведен алгоритм и структурная схема системы слежения за задержкой (ССЗ).
В приложении 7 изложен принцип когерентного слежения за сигналами СРНС по методу дополнительной переменной (МДП). Рассмотрен двухэтапный алгоритм комплексной обработки информации в ИСНС с блоком первичной обработки сигналов, синтезированным по МДП. Приведены характеристики данного алгоритма.
о dXn dX _,
В приложении 8 приводится доказательство равенства = — = V, которое
позволяет теоретически обосновать предложенный в главе 2 метод псевдокоординат,
В приложении 9 проводится сравнение алгоритмов вторичной обработки информации по выходам псевдодальностей и псевдоскоростей в двухэтапной НАЛ
22 СРНС. В результате такого сравнения показывается, что при оптимальной обработке сигналов на первичном уровне, изменение алгоритма вторичной обработки уже не вносит существенного вклада в результирующую точность оценивания навигационных параметров потребителя,
Приложение 10 в виде компакт-диска содержит исходные коды примененных в работе имитационных моделей и разработанного программного обеспечения для экспериментального макета ИСНС. Также, на диск записан исходный текст настоящей диссертации и приложений,
В приложении 11 приведен синтез алгоритма вторичной обработки информации СРНС/ИНС в угломерной аппаратуре потребителей,
В приложении 12 приведены акты внедрения результатов диссертационной работы.
Благодарности
Автор выражает глубокую благодарность за деятельное участе в работе и всяческую поддержку по теоретическим и организационным вопросам своему научному руководителю - Перову АЛ. Также благодарность выражается коллективу кафедры радиотехнических систем (РТС) МЭИ за важные замечания и поддержку в процессе работы над диссертацией.
Особую признательность автор выражает сотрудникам учебно-исследовательского центра «Современные радиоэлектронные и телекоммуникационные технологии» - Болденкову ЕЛ. и Перову АА за помощь в создании инструментальных средств, а также сотрудникам ЗАО «НПО космического приборостроения» Маркову С,С. и Сорокиной И.А, за предоставление для исследований БИНС «InertiaCube » и платы радиочастотной части макета ИСНС,
Автор высоко ценит консультативную помощь в работе, оказанную сотрудниками НКГ «Современные технологии» Харисовым В.Н. и Булавским RT, а также сотрудником МГТУ им, Н.Э. Баумана Пудловским В.Б.
