Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из путей повышения эффективности использования военной авиации и авиации специального применения является осуществление полётов плотной группы летательных аппаратов (ЛА). Для их выполнения на борту каждого ЛА необходимо наличие информации об относительном положении других ЛА группы и их взаимных перемещениях при выполнении маневров. Задача обеспечения безопасного полёта большого числа независимых ЛА в последнее время также является актуальной при управлении воздушным движением в районах крупных аэропортов
Обеспечение эффективности и безопасности групповых полётов возложено на системы межсамолётной навигации, одним из основных элементов которых является система определения взаимных координат (ОВК). Круг задач, которые должна решать система ОВК, включает в себя обнаружение всех взаимодействующих ЛА в пределах зоны действия, измерение относительных координат обнаруженных Л А, приём и передача команд на выполнение манёвров и др. Основными характеристиками .систем ОВК являются: зона действия, точность определении координат, пропускна» способность.
Точность относительного местоопределения во многом зависит от темпа обновления информации, который характеризуется длительностью временного интервала ta6>l между моментами получения информации о координатах одного и того же ЛА с заданной вероятностью (типовое значение 0.95). Под пропускной способностью понимается предельное число Л А в зоне действия, при котором система может обеспечить заданный темп обновления информации. Поскольку зона действия ограничена дальностью радиовидимости, и ЛА могут перемещаться друг относительно друга достаточно быстро, то группа Л А образует в пространстве многопролётную сеть с быстро меняющейся топологией. Из соображений обеспечения требуемой надёжности система ОВК, особенно при специальном применении, должна строиться как автономная система, способная работать пр.. любом составе взаимодействующих ЛА.
Существующие в настоящее время системы предупреждения столкновений являются частным случаем систем ОВК и не обеспечивают пилота полной информацией об окружающей воздушной обстановке. Системы группового полета типа А-315 - другая разновидность систем ОВК - обеспечивают определение взаимных координат и обмен нмвнгацион-
ными данными с темпом, достаточным для вождения ЛА в плотных группах, но обладают низкой пропускной способностью. Таким образом, актуальной проблемой являегся создание системы ОВК, совмещающей высокую точность определения координат с высокой пропускной способностью. Рассмотрение некоторых принципиальных аспектов, связанньїх с решением этой проблемы, и составляет предмет диссертации.
Наибольшую пропускную способность может обеспечить синхронная система, использующая однопутевой метод измерения дальностей. Однако такое построение системы требует достаточно точной и надёжной синхронизации всех взаимодействующих ЛА, которая должна обеспечиваться за минимально возможное время.
Пропускная способность системы при заданной полосе частот во многом зависит от метода распределения ресурсов радиоканала между взаимодействующими ЛА - метода многостанционного доступа (МД). Простейшие методы МД, такие как случайный доступ и доступ с фиксированным назначением каналов, не отвечают требованиям к пропускной способности современной системы ОВК, в связи с чем необходимы поиски более эффективных методов.
Цель работы - разработка алгоритмов взаимодействия абонентов системы ОВК, обеспечивающих её высокую пропускную способность в различных условиях функционирования (быстро меняющаяся топология, ошибки в каналах связи, дрейф опорных генераторов) и выработка рекомендаций по построению аппаратуры абонента системы.
Основные задачи исследования:
-
Исследование принципов построения систем ОВК и выбор оптимальной архитектуры системы с учётом указанных ограничений.
-
Выбор варианта построения подсистемы синхронизации системы ОВК.
-
Разработка и исследование алгоритмов синхронизации автономной системы ОВК.
-
Разработка и исследование алгоритмов многостанционного доступа в многопролётной сети в условиях ограниченной пропускной способности канала передачи данных.
Методы исследования основываются на положениях теории массового обслуживания, теории сетевых протоколов, теории графов, методах статистического и имитационного моделирования.
Новые научные результаты.
-
Определены основные принципы построения перспективной системы ОВК. Показана предпочтительность её построения как синхронной информационно-измерителънной системы.
-
Проведён анализ статистических свойств топологии сети, образованной ЛА, которые рассматриваются как объекты случайного поля с пуассоновским распределением.
-
Разработаны алгоритмы синхронизации сети со случайной быстро меняющейся топологией, обеспечивающие высокую точность синхронизации смежных узлов при любых изменениях топологии и поддерживающие синхронизм при уходе часов.
А. Предложены алгоритмы многостанционного доступа, обеспечивающие высокую пропускную способность системы в условиях быстро меняющейся топологии сети и ограничений на объём передаваемой информации.
5. Разработана примерная структура аппаратуры абонента системы ОВК, а также механизм взаимодействия её элементов.
Практическая ценность. Проведённое исследование можег быть положено п основу опытно-консгрукторских разработок систем определения пзаимпых координат для ЛА различного назначения,, а также использовано при создании автономных радиосетей передачи данных.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Предпочтительность построения системы ОВК как автономной синхронной информационно-измерительной системы.
-
Предпочтительность построения подсистемы синхронизации системы ОВК по принципу глобального синхронизма.
-
Алгоритм синхронизации многопролётной автономной сети на основе принципа "ведущий-ведомый" с иерархическим методом выбора ведущего и использованием ожидания для предотвращения зацикливания синхросообщений, обеспечивающий непрерывность синхронизма между парой смежных узлов при любом изменении топст^гии сети.
-
Оптимальность МДВРдля системы ОВК.
-
Алгоритм планирования передач, основанный на случайном доступе с неявным резервированием и разрешением конфликтов па основе приоритетов.
-
Предпочтительность доступа по расписанию в системе ОВК.
_4-
Практпческая реализация результатов. Результаты работы были реализованы при разработке подсистемы синхронизации и организации многостанционного доступа модификаций аппаратуры А-ЗІ5 во Всероссийском НИИ радиоаппаратуры (ВНИИРА) по заказу АНПК "ОКБ им. П. О. Сухого".
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались ла IX международном координационном совещании "Автоматизация процессов управления техническими средствами исследования мирового океана", С.-Петербург, 1994; 50 и 51 научно-технических конференциях, посвященных дню Радио, С.-Петербург, 1995-1996 г. г.; научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ 1995-1997 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных трудов; из них: 3 статьи и 4 тезиса.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка литературы, включающего 82 наименования, и одного приложения. Основная часть работы изложена на 139 страницах машинописного текста. Работа содержит 44 рисунка.
Похожие диссертации на Анализ и разработка алгоритмов синхронизации и многостанционного доступа в системах определения взаимных координат
