Информационный анализ и структурный синтез навигационного обеспечения управляемых транспортных средств (22.03.2010)

Автор: Марюхненко Виктор Сергеевич

Предложена структура навигационного обеспечения подвижных объектов транспорта на основе ассоциативно-сетевого проектирования с использованием ДАЗУ и иерархического принципа (рис.15). Каждый уровень иерархической структуры устраняет избыточность и выполняет свою часть функций по формированию навигационного обеспечения: от извлечения навигационной информации из окружающих подвижный объект физических полей (нижний уровень), через оптимальную обработку сигналов, преобразования координат и дифференциации избыточности информации (промежуточные уровни: второй – девятый), до индикации и формирования управляющих сигналов (верхний уровень). Например, избыточной информацией для верхних уровней являются частоты радионавигационных сигналов, вид модуляции, статистические характеристики радиосигналов, необходимые на первом уровне На втором и более высоких уровнях избыточными являются статистические характеристики плотностей вероятностей оценок (радио)навигационных сообщений, (радио)навигационных параметров, координат, а также систематические погрешности.

Рис.15. Иерархия обработки навигационной информации

Техническим базисом первого иерархического уровня (вершинами куба нижнего уровня ассоциативной сети) являются (рис.16): а) источники навигационной информации, с организацией обработки сигналов по триадному принципу; б) аналого-цифровые преобразователи и память, сегментированная под особенности алгоритмов обработки и хранения информации.

Техническая основа более высоких иерархических уровней – микропроцессоры и устройства памяти. Информация с нижнего уровня на вершины куба второго и более высоких иерархических уровней поступает по прямым и резервирующим связям, выбор которых осуществляется командами управления.

Рассмотрен выбор числа вершин многомерного куба на иерархических уровнях из условия обеспечения непрерывности поступления навигационной информации из КНС в ИУС, исходя из требований к показателям надежности (ПН) алгоритмов и элементов навигационного обеспечения, которые определяются надежностью: а) элементов КНС как технических объектов; б) вычислительных процессов; в) алгоритмов навигационного обеспечения; г) передачи данных и линий связи внутри иерархического уровня и между уровнями.

Таким образом, создана методология ассоциативно-сетевого структурирования навигационного обеспечения инвариантного к структуре КНС с показателями эффективности и надежности не ниже заданных.

Рис.16. Нижний иерархический уровень ассоциативно-сетевого навигационного обеспечения

Приложения включают: 1) результаты экспериментов: а) лётные исследования эффективности применения поправок на скорость распространения радиоволн в комплексной навигационной системе с коррекцией от РСДН; б) полевых исследований пространственного распределения погрешностей измерений РНП РСДН «Чайка»; в) натурных исследований качества работы локомотивной спутниковой навигационной аппаратуры МРК 19Л; г) численных исследований по тестированию методики оценки доступности навигационно-временных определений; д) натурные и численные исследования сигналов магнитоэлектрических датчиков прохода колес систем железнодорожной автоматики методами оптимальной обработки с применением вейвлет–разложения;

2) программу расчета эффективности навигационного обеспечения;

3) статистику отказов средств радионавигации;

4) акты внедрения результатов диссертационного исследования.

Заключение

При выполнении исследований в диссертационной работе проведены системный и информационный анализ навигационного обеспечения подвижных транспортных средств; выполнены теоретические исследования оценки и повышения эффективности навигационного обеспечения подвижных транспортных средств; предложены алгоритмы повышения количества и ценности навигационной информации;

4) предложена методология синтеза структуры навигационного обеспечения подвижных транспортных средств;

5) предложена практическая реализация решения некоторых задач навигационного обеспечения;

6) проведены полевой, лётный, натурный и численный эксперименты по исследованию алгоритмов навигационного обеспечения подвижных объектов.

1. Системный анализ показал, что остаются нерешенными некоторые общие и частные проблемы навигационного обеспечения, устранение которых позволит повысить его качество. Ни одна из навигационных систем не имеет свойств, которые бы исчерпывающим образом соответствовали требованиям навигационного обеспечения. Является актуальным разработка методики расчета и повышения эффективности навигационного обеспечения.

2. В результате информационного анализа впервые:

1) предложено определение навигационной информации как категории кибернетики;

2) разработаны основы количественного определения навигационной информации с учетом системного эффекта и информационных потерь при обработке навигационных сигналов;

3) выполнена информационная оценка:

а) навигационных измерений в произвольной навигационной системе в условиях априорной неопределенности при снятии неопределенности измерениями скорости, дальности и угла;

б) позиционирования в спутниковой радионавигационной системе, где показана взаимосвязь коэффициента геометрии в СРНС и информативности навигационных измерений.

3. На основе информационного анализа разработан количественный показатель (критерий) эффективности навигационного обеспечения и предложены алгоритмы повышения количества и ценности навигационной информации. При этом впервые:

1) предложен количественный показатель (критерий) эффективности навигационного обеспечения подвижных объектов транспорта с учетом оценки доступности навигационных определений, информативности навигационных систем, а также набора и важности вторичных задач навигации;

2) введено представление показателей надежности в виде комплексных функций времени для сложных информационных управляющих систем.

3) создан ряд алгоритмов повышения количества добываемой навигационной информации, в том числе:

а) восстановления траектории движения при одномерных навигационных измерениях;

б) оптимизации выбора конических сечений в качестве линий положения;

в) использования априорных сведений о «жесткой» траектории движения объекта с известным математическим описанием;

г) оценки доступности навигационно-временных определений;

д) учета реальной скорости распространения радиоволн в районе позиционирования;

е) повышения разрешающей способности навигационной радиолокационной станции с синтезированием антенны;

ж) повышения эффективности применения радиотехнических систем ближней навигации.

4. Впервые предложена методология синтеза навигационного обеспечения на основе ассоциативно-сетевого структурирования процесса обработки навигационной информации с показателем эффективности инвариантным к информационным и физическим изменениям комплексной навигационной системы.

5. В результате экспериментов:

а) показана, для конкретного района применения, необходимость и действенность поправок на скорость распространения радиоволн в КНС с использованием радиотехнической системы дальней навигации;

б) подтверждены возможности и ограничения применения аппаратуры МРК19Л спутниковой радионавигационной системы для позиционирования подвижных железнодорожных транспортных средств в районе г. Иркутска;

в) доказана возможность практического использования методики оценки доступности навигационных определений в спутниковой радионавигационной системе.

6. Практическая реализация решения задач навигационного обеспечения подтверждена четырьмя патентами на полезные модели структурных схем, реализующих алгоритмы приема, обработки информации и обеспечения безопасности подвижных железнодорожных единиц.


загрузка...