Введение к работе
Актуальность темы. Возрастающие требования по повышению точности координирования при выполнении боевых действий и проведении работ по разведке и добыче полезных ископаемых в зоне континентального шельфа выдвигают на передний план вопрос обеспечения всех видов морских объектов средствами высокоточного определения их текущего местоположения.
Многим из приведенных выше задачам соответствуют сетевые глобальные радионавигационные системы космического базирования GPS (США) и ГЛОНАС (РФ). Однако бытующее до недавнего времени мнение о возможности вытеснения ими из эксплуатации всех РНС наземного базирования не подтвердилась на практике. Главной причиной этого стала малая помехоустойчивость этих систем в силу малой энергетики их сигналов.
Поэтому РНС средневолнового (СВ) диапазона рассматриваются отечественными и зарубежными специалистами не только как самостоятельные навигационные средства, позволяющие выполнять операции, связанные с необходимостью точного местоопределения, а также как полезное дополнение к спутниковой РНС. В настоящее время GPS развернута полностью и эксплуатируется в штатном режиме, обладая всеми объявленными характеристиками по доступности, надежности и точности местоопределения, в то время как отечественная система ГЛОНАС по причинам экономического характера не доведена до такого состояния. Вследствие чего вопрос высокоточного навигационного обеспечения морских объектов с помощью СВ РНС продолжает быть весьма важным с учетом упомянутой необходимостью работ на континентальном: шельфе крайне необходимых для экономики России.
В нашей стране накоплен богатый опыт создания РНС СВ диапазона. Начиная с 60-ых годов прошлого столетия, были разработаны и внедрены в серийное производство две РНС:
1968г. -базовая радионавигационная автоматизированная
радионавигационная система (БРАС-3);
1985г.-базовая радионавигационная необслуживаемая
радионавигационная система PC-10.
Эти системы работают в диапазоне 1,6 - 2,1 МГц и обладают взаимной аппаратурной преемственностью.
Они обеспечивают однозначное, круглосуточное местоопределение морских объектов с метровой точностью в любое время суток на дальностях 200-400 км.
Заданные в разработку для выполнения оборонных и
народнохозяйственных задач эти системы обладают высокой
помехозащищенностью. РНС PC-10, выполненная с использованием перспективных цифровых программных способов обработки радионавигационной информации на встроенном специализированном вычислителе (по структуре открьпой вычислительной системы, позволяющей наращивание) существенно превышает ?сарактери[ГР1ки КРАГ-
j fОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I
СП««рвург ЛлЛ
3. Прежде всего, это относится к инструментальной точности и помехозащищенности.
В 2003г. вновь поставлена задача разработки новой СВ РНС, обладающей повышенной точностью местоопределения. Из изложенного можно сделать вывод об актуальности проведения исследований по теме диссертации.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка методов и средств повышения точностных характеристик РНС средневолнового диапазона.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
-анализ факторов, влияющих на точность навигационных измерений;
-анализ возможностей повышения точности, местоопределения подвижных объектов, действующих на морских акваториях;
-поиск способов сокращения погрешностей определения текущих координат объектов по сигналам СВ РНС;
-разработка способов и средств внутрисистемного мониторинга и коррекции фазовых характеристик сигналов опорных станций СВ РНС;
-разработка средств выработки и учета корректирующих поправок за фазовую девиацию приемных антенн.
Объект исследования. Объектом исследования являются СВ РНС, содержащие в своем составе наземное оборудование — опорные станции с точно известными координатами размещения, излучающие когерентную последовательность импульсных радиосигналов, и неограниченное число бортовых приемоиндикаторов (ПИ), определяющих текущие координаты подвижных морских объектов по сигналом опорных станций.
Предмет исследования. Предметом исследования являются причины возникновения систематической составляющей погрешности определения координат объектов и пути и способы минимизации этой погрешности.
Методы исследований. При решении перечисленных выше задач в работе были использованы прикладные методы теории распространения радиоволн, теории случайных процессов и методы математического моделирования.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней впервые проведен системный анализ путей сокращения систематической составляющей погрешностей СВ РНС и разработаны средства, обеспечивающие это сокращение.
В диссертации получены следующие основные результаты:
Разработан способ автоматической калибровки РНС;
Получены расчетные соотношения для оценки влияния условий распространения сигналов средневолнового диапазона на точностные характеристики РНС;
На основе полученных соотношений разработано программно-математичбское обеспечение для количественных оценок систематических погрешностей во всей рабочей зоне СВ РНС;
.'й JtfiUi-.qf;::
4. Разработан способ оценки фазовой девиации приемных; антенн для
последующей их компенсации;
5. Проведена оценка доли сокращения погрешностей
местоопределения при практическом использовании разработанных
способов;
6. Сформулирован перечень необходимых доработок программного
обеспечения отечественной СВ РНС PC-10, позволяющий обеспечить 2...3х
кратное сокращение систематической составляющей ее погрешности.
Практическая значимость работы состоит в том что полученные в ней результаты позволяют:
-провести предварительную оценку долю систематической погрешности местоопределения в рабочей зоне РНС;
-сократить время готовности РНС к навигационному обеспечению и повысить точность абсолютного местоопределения СВ РНС за счет введения автоматической калибровки;
- сократить долю систематической погрешности местоопределения из-за фазовой девиации приемных антенн бортовой аппаратуры.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Способ автоматической калибровки РНС.
2. Способ выработки поправок на фазовую девиацию приемных
антенн при размещении бортовой аппаратуры на объекте.
Расчетные соотношения для оценки систематических погрешностей местоопределения, обусловленных искажениями фазовой структуры электромагнитного поля поверхностных сигналов.
Программно-математическое обеспечение для количественных оценок систематических погрешностей местоопределения СВ РНС.
Практическая значимость работы состоит в том что полученные в ней результаты позволяют:
-провести предварительную оценку долю систематической погрешности местоопределения в рабочей зоне РНС;
-сократить время готовности РНС к навигационному обеспечению и повысить точность абсолютного местоопределения СВ РНС за счет введения автоматической калибровки;
- сократить долю систематической погрешности местоопределения из-за девиации приемных антенн бортовой аппаратуры.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы внедрены в Московском конструкторском бюро "Компас" и ГОУ МАРТИТ, что подтверждено соответствующими актами.
Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались и обсуждались:
-на научно-техническом семинаре "Концепция создания
комплексированного оборудования навигации ", г. Москва, ГОУ МАРТИТ и МКБ "Компас", 2003г.;
-на научно-практической конференции "Инфокоммутационные технологии глобального информационного общества", г. Казань, ПУ (КАИ), 2003 г.;
-на итоговой конференции Института проблем информатики Академии наук Республики Татарстан, г. Казань, 2004 г.
Публикация результатов. По теме исследований опубликовано 7 работ.
Структура и. объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложения и изложена на 125 листах основного текста. Работа иллюстрирована 5 таблицами и 43 рисунками. Список литературы содержит 49 источников.
