CC BY
0
Секция «Автоматика и электроника»
УДК 629.056.8
ПОВЫШЕНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА СПУТНИКОВЫМИ РАДИОНАВИГАЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ
К. С. Алилекова Научный руководитель - В.Г. Сидоров
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. Газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: ksenijalilekova@mail.ru
В статье рассматриваются методы определения местоположения объекта спутниковыми радионавигационными системами. Приводится рассмотрение спутниковых навигационных систем с точки зрения автоматизации.
Ключевые слова: спутниковые навигационные системы (СНС), покрытие, местоположение, линия визирования, направленная антенна, автоматизированные систему управления, беспилотный транспорт.
IMPROVEMENT OF METHODS FOR DETERMINING THE LOCATION OF AN OBJECT BY SATELLITE RADIO NAVIGATION SYSTEMS
K. S. Alilekova Scientific supervisor - V.G. Sidorov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: ksenijalilekova@mail.ru
The article discusses methods for determining the location of an object by satellite radio navigation systems. The consideration of satellite navigation systems from the point of view of automation is given.
Keywords: satellite navigation systems (SNS), coverage, location, line of sight, directional antenna, automated control system, unmanned vehicles.
В наше время, когда существует угроза отключения мира от системы GPS, навигация является одной из самых обсуждаемых тем. Человек быстро адаптировался к ее применению и использует системы навигации во многих сферах деятельности: определение собственного местоположения, мониторинг транспорта, геодезия, сельское хозяйство, работа диспетчерских служб и многие другие виды деятельности. Разработка систем навигации началась в США и СССР во второй половине XX века. После изобретения радио и конструкций направленных антенн, были предприняты вполне очевидные попытки применить для целей навигации радиопередатчики, работающие за пределами оптической видимости. Кроме морской навигации, радиопередатчики стали широко применяться в авиации для прокладки и коррекции курса летательных аппаратов. Точность их работы позволяет пилотам гарантированно выйти на такое расстояние к аэродрому, при котором возможна дальнейшая визуальная ориентация в пространстве [1].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
Таким образом, появились спутниковые навигационные системы (СНС), или системы спутникового позиционирования. Основным их достоинством является глобальность, оперативность, всепогодность, высокая точность и эффективность [2].
На сегодняшний день существует несколько спутниковых систем, обеспечивающих покрытие той или иной интересующей области: ГЛОНАСС (Россия), GPS (США), Бэйдоу (Китай), Галилео (Европейский союз), IRNSS (Индия), QZSS (Япония), DORIS (Франция). Среди них, полное покрытие и осуществление бесперебойной работы для всего земного шара обеспечивают первые три системы [3].
Получение информации о местоположении объекта происходит по следующему алгоритму: измеряются радионавигационные параметры, по полученным данным вычисляются координаты и передаются пользователю. Основными радионавигационными параметрами являются угловая координата, дальность и разность дальностей. Соответственно, существует три метода определения местоположения: угломерный, дальномерный и разностно-дальномерный [4].
1. Угломерный метод (рис. 1, а) основывается на использовании направленных свойств антенны. Принцип метода заключается в измерении угла между линией визирования (направлением на объект) и пеленгом (как правило, линией с направлением север-юг). Реализация метода происходит посредством радиопеленгатора, установленного на объекте, и двух радиомаяков, установленных на опорных пунктах (например, спутниках).
2. В дальномерном методе (рис. 1, б) ключевым является измерение расстояний между объектом и опорными пунктами с помощью двух радиодальномеров, имеющих общую точку пересечения зон видимости. Измерение производится по достаточно простому способу: излучаются сигналы, определяется время задержки сигнала (разница между временем излучения и временем «прихода» сигнала), производится вычисление расстояния при известной скорости распространения сигнала (обычно равной скорости света).
3. Разностно-дальномерный метод (рис. 1, в) основан на наличии как минимум трех опорных пунктов, реализуемых тремя радиодальномерами. Расстояния между парами опорных пунктов являются известными и постоянными. Таким образом, каждая пара используется для получения линий положения, имеющих гиперболических вид. Точка пересечений гипербол является местом положения объекта.
а) б) в)
Рисунок 1. Методы определения местоположения объекта: а) угломерный; б) дальномерный;
в) разностно-дальномерный [5]
Самый точный из вышеперечисленных методов - дальномерный. Его недостаток заключается в необходимости наличия передатчика у каждого объекта. Угломерный метод определения местоположения объекта считается самым неточным в связи с невозможностью идеального измерения угловой координаты. К минусам данного метода также можно отнести существенно разную точность для определения местоположения ближних и дальних объектов. В разностно-дальномерном методе наличие передающего устройства у объекта не
Секция «<Автоматика и электроника»)
является обязательным. Но на больших расстояниях точность измерения координат объекта очень мала.
Внедрение спутниковых навигационных технологий (СНТ) в автоматизированных системах управления (АСУ) технологическими процессами целесообразно в связи с большим числом подвижных объектов, навигационный контроль за местоположением которых позволяет совершить качественное обслуживание в той или иной области. Для эффективного применения СНТ необходимо теоретически обосновать и практически реализовать высокоточное координатное пространство и модели, позволяющие осуществить координатные методы управления [6].
Рассмотрим применение автоматизированных систем управления с помощью спутниковых систем навигации на примере беспилотного движения транспорта. Беспилотный транспорт - это сложный комплекс различных датчиков и программных средств, вплоть до искусственных нейронных сетей. Осуществление движения данного вида транспорта невозможно без использования информации о местоположении объекта. Точность определения координат транспорта должна быть максимальной. Из трех приведенных ранее методов самым точным является дальномерный, но даже определение данным методом не является достаточным. Во-первых, непрерывная гарантированная навигация с помощью спутниковых навигационных систем в условиях плотной застройки современных мегаполисов, а также в условиях возможного воздействия индустриальных помех, значительно снижена по сравнению с плановыми значениями. Еще один серьезный недостаток спутниковых навигационных технологий - недостаточная помехоустойчивость. В связи с этим, при создании беспилотного транспорта часто используются инерционные навигационные системы, способные работать автономно. В настоящее время осуществляется активная разработка способов повышения точности определения местоположения СНС, а также создание методов, обеспечивающих наилучшую помехозащищенность для достижения наилучших результатов решения данной задачи.
Библиографические ссылки
1. Яценков В. С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. - М: Горячая линия-Телеком, 2005. - 272 с.
2. Серапинас Б.Б. Глобальные системы позиционирования: Учеб. изд. - М.: ИКФ «Каталог», 2002. - 106 с.
3. Александров И. Космическая радионавигационная система НАВСТАР// Зарубежное военное обозрение. - М., 1995. - С. 52-63.
4. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования/ Под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. - М: Радиотехника, 2005. - 688 с.
5. Бакулев П. А. Радиолокационные системы: Учебник для вузов. - М: Радиотехника, 2004. - 435 с.
6. Уманский В. И. Автоматизация управления технологическими процессами железнодорожного транспорта на базе интеграции методов высокоточного спутникового позиционирования и инерциальной навигации. - М.: Российская государственная библиотека, 2012. - 46 с.
© Алилекова К.С., 2022
