CC BY
72
2008
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
№ 139
УДК621.396.98
АНАЛИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ТОЧНОСТИ НАВИГАЦИОННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ АП СРНС МЕТОДАМИ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Э. В. БАРАНОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Рубцовым В.Д.
В настоящей работе методами математического моделирования проводится анализ точности навигационных определений навигационной аппаратуры потребителей спутниковых навигационных систем.
Перспективным направлением в гражданской авиации является использование навигационной аппаратуры потребителей (НАП) спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС/ОР8 на воздушных судах (ВС), поскольку это позволяет сократить время маневрирования ВС, добиться полной независимости от работы наземных радиотехнических средств посадки, особенно на аэродромах с несовершенным радиотехническим обеспечением навигации и посадки.
Рост интенсивности воздушного движения делает все более актуальным вопрос о точности соблюдения ВС маршрута и выделенных воздушных коридоров, что во многом определяет уровень безопасности полетов. Возрастающие требования к безопасности полетов на ВС заставляют пересматривать концепции построения навигационной аппаратуры с целью улучшения ее характеристик, таких как точность, надежность и достоверность.
В процессе эксплуатации на точностные характеристики навигационной аппаратуры оказывает влияние ряд факторов, которые не могут быть учтены во время лабораторных испытаний. Поэтому тактико-технические характеристики НАП, указываемые в паспортных данных, не всегда соответствуют характеристикам, имеющим место во время эксплуатации.
Летные испытания позволяют оценить точность только применительно к конкретным условиям полета ВС. Для формирования более полной картины о работоспособности навигационного прибора необходимо произвести целую серию полетов. Использование такого подхода требует значительных экономических затрат.
Проведение испытаний на комплексе полунатурного моделирования, который позволяет имитировать прием сигналов СРНС на различных фазах и стадиях полета, дает возможность еще до этапа ввода в эксплуатацию оценить реальную точность НАП практически во всех ситуациях, наблюдаемых на различных этапах полета ВС.
При разработке НАП часто прибегают к различным методам исследования, макетирования и испытания. Целью данных методов является проверка на различных стадиях разработки и серийного производства навигационных устройств, правильности выбранных алгоритмов работы и схемотехнических решений и, в конечном итоге, повышение точности навигационных определений НАП.
Опираясь на способы исследования объектов и систем, можно выделить следующие методы оценки точности НАП:
• моделирование;
• полунатурные испытания (полунатурное моделирование);
• натурные испытания.
Математическое моделирование
Используя методы математического моделирования, можно создать математические модели СРНС и НАП. С помощью математических формул и выражений описывается движение навигационных космических аппаратов (НКА) и ВС, на котором размещена НАП, процедуры измерения радионавигационных параметров (РНП) сигналов СРНС и навигационных определений при решении навигационной задачи. В такой системе может воспроизводиться как работа НАП, так и моделирование всего процесса спутниковой навигации.
Методами математического моделирования с использованием данных о времени, координатах ВС, альманаха СРНС и ее типе, а также эфемеридой информации рассчитываются псевдодальности (ПД) и псевдоскорости (ПС) ВС. Сформированный массив ПД и ПС используется в имитационной модели НАП, реализующей решение навигационной задачи (рис. 1).
Математическая модель СРНС
Математическая модель НАП
Рис. 1. Структурная схема модели СРНС-НАП
Основное достоинство данного решения заключается в возможности моделирования траектории движения любого объекта с заданными динамическими характеристиками. При неполном развертывании систем ГЛОНАСС и Galileo использование данного метода значительно упрощает процесс разработки НАП, т.к. он позволяет имитировать полностью развернутые СРНС ГЛОНАСС/Galileo, а значит оценить возможность получения заданной точности при избыточности навигационных определений.
Натурные испытания
Натурные испытания - это испытания НАП в реальных условиях, когда навигационная аппаратура принимает реальные сигналы от спутниковых систем ОРЗ/ГЛОНАСС/ваШео. Причем навигация авиационного потребителя осуществляется как для стационарного положения, так и при совершении тестовых полетов.
При работе по реальным сигналам СРНС необходимо обеспечить прием минимально необходимого числа сигналов НКА (достаточно четырех сигналов). При совершении маневров ВС НКА могут пропадать из зоны видимости на некоторое время. Так как СРНС ГЛОНАСС еще не полностью развернута, а система Galileo обладает пока только одним НКА, не всегда можно обеспечить прием минимально необходимого числа НКА этих систем.
Ощутимым преимуществом данного метода является возможность в реальных условиях убедиться в работоспособности аппаратуры. Повторить эксперимент в реальных условиях для получения достаточного объема статистических данных будет практически невозможно.
Полунатурное моделирование
При использовании метода полунатурного моделирования сигналы реальной СРНС заменяются ее имитационной моделью. Но в данном случае имитируется не только орбитальная группировка СРНС, но и радионавигационные сигналы, принимаемые НАП, с помощью специальных аппаратных средств. Такая имитационная модель генератора сигналов реализуется в имитаторе сигналов СРНС, к выходу которого подключается исследуемая НАП.
Имитатор сигналов СРНС представляет собой высокоточный программно-аппаратный комплекс для проведения измерений метрологических характеристик НАП, а также для проверки ее соответствия заданным техническим требованиям на этапах разработки, сертификации, производства и эксплуатации.
На рис. 2 представлены графики ошибок навигационных определений НАП в системе координат B, L, H, полученные с помощью имитатора сигналов СРНС, разработанного в ОАО «МКБ «Компас» (рис. 2 а) и ошибки навигационных определений НАП, установленной на борту ВС (рис. 2 б).
А-2^г
400 600
1000 1200 1400 1600 1800
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
t с б
Рис. 2. Ошибки навигационных определений НАП
t с
Как видно из рис. 2, результаты моделирования с помощью имитатора сигналов СРНС еще в лабораторных условиях позволяют качественно оценить точность навигационных определений НАП.
Провести такие испытания в реальных условиях было бы гораздо сложнее, т.к. это требует больших экономических затрат, а также формирования специальных, «специфических» ситуаций, в которых возможно проверить абсолютно все характеристики и режимы работы устройства. С помощью имитатора сигналов СРНС исследование таких режимов работы и характеристик АП СРНС значительно упрощается.
a
ЛИТЕРАТУРА
1. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования; под ред. А.И. Петрова, В.Н. Харисова. - М.: Радиотехника, 2005.
2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е изд. - М.: Вильямс, 2003.
THE ANALYSIS OF TOOL ACCURACY OF NAVIGATION DEFINITIONS OF GNSS RECEIVER
OF SIMULATION METHODS
Baranov E.V.
In given article accuracy of navigation definitions of GNSS receiver of simulation methods is exploring
Сведения об авторе
Баранов Эдуард Витальевич, 1983 г.р. окончил МГУ им. Огарева (2005), инженер-конструктор ОАО МКБ "Компас", аспирант МГТУ ГА, автор 7 научных работ, область научных интересов - спутниковая навигация, имитация сигналов СРНС.
