Введение к работе
Актуальность работы. Возрастающий интерес к фазовым радионавигационным системам (ФРНС) и широкое применение таких систем обусловлено возможностью достижения наиболее высокой точности определения пространственного положения объектов при наличии естественных и организованных помех с использованием информации, содержащейся в фазе радиосигнала.
В настоящее время перспективными из числа названных систем являются ФРНС длинноволнового (ДВ) диапазона, позволяющие определять местоположение объектов на расстояниях до 1500 км и более с высокой точностью при небольшом количестве единиц наземного оборудования. Наряду с автономным использованием ДВ ФРНС в условиях неполного развертывания спутниковых РНС (СРНС), а также при затенении части космических аппаратов целесообразно комплексное использование указанных систем для поддержания целостности навигационного обеспечения воздушных судов.
Новые возможности в улучшении точностных характеристик ДВ ФРНС определились о последние годы о связи с применением сложных много-частотных (МЧ) сигналов. В сочетании с согласованной фильтрацией, использование МЧ сигналов позволяет получить следующие преимущества по сравнению с использованием простых сигналов:
болев эффективное использование средней мощности, излучаемой
передатчиком, а такжо уменьшение трудностей, связанных с ограниченной
пиковой мощностью передатчик»;
- болео высокую разрешающую способность как по дальности, так и по скорости, устранениз трудностей, связанных с генерированием сигнален; имеющих крутые фронты импульсов;
повышение помехоустойчивости по отношению к сигналам, отра
женным от ионосферы.
Необходимо отметить, что о эксплуатации находится большое число импульсных ФРНС (ИФРНС), включающих опорные наземные станции и Зортопыэ приеиоипдикаторы, и их использование для гражданских целей плашруотся по крайней мера о ближайшие 15 лет.
Опыт эксплуатации ДВ ФРНС свидетельствует об ухудшении качества функционирования систем при наличии о рабочей зоне участков с гористой , (лестностыо. Следовательно целесообразно более детально исследовать эффекты, приводящий к ухудшению точностных характеристик указанных
систем и разработать методы снижения влияния гористой местности на их точностные характеристики.
Работа проводилась в Московском государственном техническом университете гражданской авиации по теме 107-89 "Исследование влияния на точностные характеристики приемоиндикаторов РНС условий эксплуатации при их размещении на вертолетах" и по теме 107-91 "Исследование путей совершенствования приемоиндикаторов СРНС в особых условиях использования".
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности навигационного обеспечения полетов ВС с использованием РСДН в условиях гористой местности.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
-
Разработка модели трасс распространения радиоволн (PPBJ, пролегающих в гористой местности.
-
Анализ точностных характеристик ДВ ФРНС при наличии в рабочей Зоне гористой местности.
-
Разработка методики расчета поправок на геометрически неоднородных трассах РРВ и рекомендаций по размещению наземных станций ДВ ФРНС, а также рекомендаций по выбору воздушных трасс (ВТ), опорных станций и эшелонированию при эксплуатации систем в гористой местности.
-
Разработка более эффективных алгоритмов селекции поверхностного и пространственного сигналов и разрешения многозначности фазовых измерений, обладающих невысокой вычислительной сложностью.
-
Анализ возможности повышения надежности навигационного обеспечения с использованием СРНС за счет комплексирования с ДВ ФРНС в гористой местности.
Методы исследования. В работе используются методы теории вероятностей и случайных процессов, статистической теории оценивания, теории распространения радиоволн, теории сложных сигналов, гомоморфной фильтрации, спектрального оценивания и вычислительной математики.
Научная новизна работы состоит в следующем.
-
Предложена методика оценки влияния гористой местности на сигналы ДВ ФРНС.
-
Предложена методика оценки качества функционирования и точностных характеристик ДВ ФРНС с различными форматами сигналов и СРНС при работе в гористой местности.
-
Предложен члгор,.тм расчета поправок на РРВ с учетом воздействия геометрических неоднородностей в виде горных хребтов.
4. Предложены алгоритмы селекции сигналов поверхностных волн на основе кепстрального анализа, с использованием параметрических и непараметрических методов спектрального оценивания.
Практическая значимость работы. Предложенная в работе методика оценки точностных характеристик ДВ ФРНС в условиях гористой местности позволяет определить границы рабочей зоны, рационально размещать на-земныо станции при развертывании и выбирать опорные станции и воздушные трассы при эксплуатации системы.
Использование алгоритма ввода поправок на геометрические неоднородности в виде горных хребтов и алгоритмов селекции поверхностного сигнала дает возможность улучшить точностные характеристики и повысить надежность разрешения многозначности о ДВ ФРНС.
Селекция сигналов поверхностных волн с использованием предложенных алгоритмов позволяет уменьшить число вычислительных операций при оценке радионавигационных параметров (РНП) и следовательно снизить требования к вычислительным устройствам приемоиндикаторов.
Проведенный анализ влияния гористой местности на работу СРНС nd'J зволяет осуществлять выбор рабочего созсеэдия системы с учетом экранирующего воздействия горных образований.
На зашиту выносится:
-
Теоретическое и экспериментальное обоснование применимости предложенной модели влияния гористой местности на точностные характеристики приемоиндикаторов ДВ ФРНС при работе с МЧ и импульсными сигналами.
-
Результаты оценки точности местоопределения и надежности разрешения многозначности фазовых измерений для трасс РРВ с различными количеством и высотой горных образований.
-
Алгоритм ввода поправок на РРВ в условиях гористой местности с пространственной привязкой и рекомендации по расчету возможной геометрии системы и границ рабочей зоны, а также рекомендации по выбору ВТ и эшелонированию.
-
Алгоритм селекции сигнала поверхностной волны в ДВ ФРНС на основе кепстрального анализа.
-
Методика оценки влияния гористой местности на качество функционирования СРНС.
BiiejiMllHiLnsayflbjaiQs. работы. Результаты диссертационной работы внедрены: а Московском конструкторском бюро "Компас" (ОКР "Спрут"); в опытном конструкторском бюро "Компас-М" (ОКР "Поправка"); а НИР "Исследование влияния на точностные характеристики приемоиндикаторов
РНС условий эксплуатации при их размещении на вертолетах" (тема 107-89) и "Исследование путей совершенствования приемоиндикаторов СРНС в особых условиях использования" (тема 107-91), проводившихся совместно в МГГУ ГА и в МК6 "Компас".
Апробация работы, Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов" (г. Киев, КНИГА, 1989 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта" (г. Москва, МИИГА, 1990 г.); нД внутривузовской научно-технической конференции "Обеспечение безопасности полетов и экономичности эксплуатации воздушного транспорта" (г. Москва, МИИГА, 1Э91 г.), на международной научно-технической конференции "Наука и техника гражданской авиации на современном этапе" (г. Москва, МГГУ ГА, 1994 г.)
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах и 3 отчетах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников (76 наименований) и приложений. Материалы диссертационной работы изложены на 174 страницах, включая 43 рисунка, 18 таблиц и 2 приложения на 26 страницах.
