Введение к работе
Актуальность темы. Современные комплексы навигационных приборов, устанавливаемых на морских и воздушных судах, а также на наземном транспорте, содержат различные средства получения информации о местоположении, ориентации в пространстве и параметрах движения подвижного объекта. Это порождает задачу комплексирования имеющейся информации с целью минимизировать ошибки оценивания параметров движения, определить выход из строя отдельных источников, а также обнаружить кратковременные выбросы наблюдаемых значений, связанные с аномальным влиянием тех или иных внешних факторов.
В известной литературе описан ряд подходов к решению задачи комплексирования навигационных средств, используемых при различной степени аппаратной интеграции навигационного комплекса. Вместе с тем, мало исследованными остаются алгоритмы комплексирования навигационной информации, позволяющие учитывать реальные модели движения морских подвижных объектов. Задача комплексирования усложняется нелинейностью моделей таких объектов, вызванной особенностями движения в водной среде. В то же время учет характера движения позволил бы уменьшить погрешности комплексных оценок. Получение таких оценок требует проведения значительного объема вычислительных работ по моделированию алгоритмов с целью их параметрической и структурной оптимизации, а также обеспечения вычислений в режиме реального времени. Таким образом, возникает актуальная задача разработки, моделирования и реализации в виде программных комплексов алгоритмов комплексирования разнородной информации с учетом динамических характеристик объекта управления.
Цель и задачи работы. Основной целью работы является повышение точности оценивания местоположения и параметров движения подвижного объекта на основе синтеза и моделирования оптимальных нелинейных и линеаризованных алгоритмов комплексирования разнородной навигационной информации. Для достижения названной цели необходимо решить следующие задачи:
Проанализировать существующие источники навигационной информации, известные алгоритмы комплексирования, характер и величину возникающих погрешностей.
Синтезировать нелинейные и квазиоптимальные линеаризованные алгоритмы комплексирования разнородных навигационных источников, учитывающие модели движения управляемых объектов.
Провести математическое моделирование с целью сравнения эффективности оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов; дать оценки вычислительной сложности разработанных алгоритмов, изучить особенности их программной реализации.
Произвести проектирование и оптимизацию программного комплекса моделирования системы автоматического управления движением.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов. При разработке программного обеспечения применялись методы объектно-ориентированного анализа и проектирования распределенных программных систем.
Научная новизна положений, выносимых на защиту.
На защиту выносятся следующие научные результаты:
Предложены и промоделированы алгоритмы комплексирования, учитывающие нелинейную модель морского подвижного объекта, что позволило снизить СКО ошибки оценивания местоположения и параметров движения объекта.
Произведен сравнительный анализ эффективности алгоритмов, использующих нелинейную и линеаризованную модели. Показаны преимущества тех или иных алгоритмов при использовании их в реальных системах.
3. Предложены оптимальные и квазиоптимальные алгоритмы оценивания
путевого угла, позволяющие за счет достаточно точных показаний
гироскопического компаса и инерциальной системы значительно снизить
дисперсию путевого угла, определяемого СНС.
4. Предложен и реализован в виде программного комплекса
«Комплексирование» метод обработки навигационной информации,
адаптируемый под множество возможных конфигураций навигационных
средств корабля и позволяющий в реальном времени исключать
неработоспособные источники из алгоритмов.
Практическая значимость. Предложенные в диссертации методика моделирования и алгоритмы дают разработчикам возможность построения универсальных систем обработки разнородной навигационной информации с учетом характера движения, позволяющих получать оценки местоположения и параметров движения объекта.
На основе предложенных алгоритмов был разработан программный комплекс «Комплексирование», используемый для автоматического управления движением корабля, что подтверждается актом внедрения, приложенным к диссертационной работе. Программный комплекс позволяет получить оценки необходимых параметров движения в различных режимах работы системы автоматического управления: в режиме динамического позиционирования и управления движением на высоких скоростях.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих НТК:
Международная конференция «Континуальные алгебраические логики,
исчисления и нейроинформатика в науке и технике» (Ульяновск, УлГТУ,
2006);
XLIV Международная научная студенческая конференция «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, НГУ, 2006);
Пятая Всероссийская научно-практическая конференция (с участием стран СНГ), посвященная 50-летию Ульяновского Государственного Технического Университета (Ульяновск, УлГТУ, 2007);
Шестая Всероссийская научно-практическая конференция (с участием стран СНГ) (Ульяновск, УлГТУ, 2009);
Седьмая Международная конференция «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (Ульяновск, УлГУ, 2009);
LXIV научная сессия, посвященная Дню радио (Москва, 2009 г.);
Ежегодные конференции профессорско-преподавательского состава Ульяновского государственного технического университета (2007-2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, одна из них опубликована в журнале «Инфокоммуникационные технологии», входящем в перечень ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 73 наименований и приложений. Общий объем 142 страницы.
