CC BY
21
значительное ускорение процесса согласования документов, что само по себе имеет чрезвычайно важное значение.
В заключение следует отметить, что использование подобной технологии невозможно вфилиалах, расположенных за рубежом из-за ограничений российского законодательства на вывоз криптографических средств из РФ [8].
Литература:
1. Федеральный закон «Об электронной подписи» от 06.04.2011 N 63-Ф3 (действующая редакция, 2016)
2. Официальный сайт Почты России. Электронный ресурс. Режим доступа: свободный. www.pochta.ru
3. Музычкин П.А. О тезаурусе электронной подписи. // сб. ст. II-ой ежегодной всероссийской научно-практической интернет-конференции «Информационное общество: состояние, проблемы, перспективы». ФГБОУ ВПО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», - 2015, с. 66 - 72
4. Сетевая и информационная безопасность Demos. Электронный ресурс. Режим доступа: свободный. www.security.demos.ru
5. Электронный документооборот: эволюционный путь развития
/ П. А. Музычкин // Вестник Российского экономического университета имени Г. В. Плеханова. - 2013. - № 6. - С. 10-18
6. Музычкин П.А. Электронная подпись в территориально-распределенном вузе. // сб. Материалы Международной научно-практической конференции. «Актуальные проблемы финансового менеджмента». Институт гуманитарных наук, экономики и информационных технологий. Бургас.- 2016, с. 227-239
7. Векторная карта России. www.abali.ru
8. Шагаев О.В. Использование криптографических средств защиты информации в зарубежных филиалах / сб. ст. 111-ой ежегодной всероссийской научно-практической интернет-конференции «Информационное общество: состояние, проблемы, перспективы». ФГБОУ ВПО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», - 2016, с. 242
9. Единый портал электронной подписи. Электронный ресурс. Режим доступа: свободный. www.iecp.ru
10. Антоненкова А.В., Неделькин А.А.Принципы организации учетно-аналитических процедур и модели документооборота в корпоративных информационных системах // Транспортное дело России. 2012. № 68. С. 28-31.
УДК 656.61.052.08
РЕПРЕЗЕНТАТИВНАЯ ВЫБОРКА НАВИГАЦИОННЫХ ДАННЫХ ПРИЁМОИНДИКАТОРА DGPS/ДГЛОНАСС ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕГО АНАЛИЗА
Юсупов Л.Н., к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова»
В работе рассмотрены особенности отбора данных приёмоиндикатора DGPS/ДГЛОНАСС для последующего анализа. Проведена проверка репрезентативности сформированной выборки по критериям несмещённости, эффективности, состоятельно-сти и устойчивости.
Ключевые слова: навигационные параметры, выборка, репрезентативность, несме-щённость, эффективность, состоятельность, устойчивость.
A REPRESENTATIVE SAMPLE OF NAVIGATIONAL DATA FROM THE DGPS / DGLONASS RECEIVER FOR LATER ANALYSIS
Yusupov L., Ph.D., assistant professor, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime State University»
In this paper, the features of selecting the data of the DGPS / DGLONASS receiver for further analysis are considered. The representative sample was tested for its unbiasedness, effectiveness, consistency and stability.
Key words: navigation parameters, sampling, representativeness, unbiasedness, efficiency, consistency, stability.
В России уделяется большое внимание развитию высокоточной нави-гации, включая развитие техники эксплуатации совместных навигационных полей систем ГЛОНАСС и GPS в интересах широкого круга потребителей мирового сообщества: поиск единых подходов к предоставлению услуг заинтересованным субъектам со стороны космических навигационных систем, согласование опорных систем координат и системных шкал времени, выработка мер по недопущению использования космических навигационных систем в интересах террористических режимов и группировок.
Объединение GPS и ГЛОНАСС в единую навигационную систему увеличивает потенциал интегрированной системы по всем показателям [1]. Главным параметром, улучшаемым вследствие объединения систем, является точность местоопределения. Несмотря на улучшение точностных параметров совмещённой системы, они всё же недостаточны для обеспече-ния плавания в узостях, где требуется метровая и даже субметровая точность. В этой связи используются дифференциальные подсистемы GPS и ГЛОНАСС -DGPS и ДГЛОНАСС, как специального метода, использующего корректирующую информацию от наземных станций и позволяющего повысить точность определения места до 510 м [1, 2, 3]. Физические основы функционирования диффподсистемы состоят в частичной компенсации медленно меняющихся погрешностей, возникающих в процессе определения псевдодальностей до видимых спутников навигационной группировки. Для этой цели используется наземная контрольно-корректирующая станция (ККС), координаты которой известны с высокой точностью. ККС принимает со спутникового сегмента навигационные сигналы, по которым после соответствующей аппаратной обработки определяет свои координаты. Поскольку принимаемые сигналы подвержены дестабилизирующему воздействию различных факторов, то рассчитанные значения координат
ККС отли-чаются от истинных. Погрешности координат и скоростей после соответствующей обработки преобразуются в напряжения, модулирующие излучаемые радиомаяком (РМк) сигналы DGPS/ ДГЛОНАСС. Так формируется радионавигационное околоземное электромагнитное поле дифференциальных подсистем. Специализированные навигационные радиоприёмники потребителей извлекают эту информацию для компенсации погрешностей собственных приёмоиндикаторов.
Структурная схема ККС Азово-Черноморского бассейна приведена на рисунке 1 [4]. Следует указать, что станция дистанционного управления (затемнённый прямоугольник на рис. 1) территориально разнесена с остальным оборудованием. Это позволяет вести дистанционный контроль и оперативное управление средствами формирования навигационного поля диффпоправок проводными или радиосистемами.
Передача диффпоправок радиомаяками осуществляется в диапазоне средних волн (СВ) на частотах 283,5 - 325 кГц, который для морских потребителей признан экономически целесообразным [3]. В зоне ответственности морской администрации порта Новороссийск принято осуществлять передачу радиосигналов диффпоправок в диапазоне частот 300 кГц. Акватория ответственности России на Чёрном море покрывается навигационным полем радиомаяками (РМк) диффпоправок DGPS (315 кГц) и ДГЛОНАСС (292 кГц), установленными на радиоцентре (РЦ) ГМССБ «Дооб». По сути, это две аналогичные по составу контрольно-корректирующие станции [5, 6]. Бассейн Азовского моря обслуживается двумя аналогичными ККС, расположенными на территории РЦ ГМССБ «Темрюк» и работающими на частотах 303,5 кГц ДОР8) и 285 кГц (ДГЛОНАСС). Возможность удаления станции дистанционного контроля от оборудования радиомаяков позволили, используя радиорелейную связь,
Рис. 1. Структурная схема контрольно-корректирующей станции
сконцентрировать узел управления всеми радиомаяками в одном месте - региональном центре управления связью (РЦУС). Такое по-строение удобно, поскольку позволяет видеть всю картину сети радионавигации в южной зоне ответственности России и принимать в случае необходимости оперативные решения.
Следует отметить особенность диффподсистем Азово-Черноморского региона. Приёмопередающие антенны дифференциального канала находятся близко друг к другу, поэтому наводимое в приёмной антенне напряжение будет довольно большим, даже, например, при существенном снижении мощности излучения радиомаяка и обнаружить падение мощности в случае нештатных ситуаций или начальной стадии появления неисправности становится затруднительным. Для исключения подобных ситуаций на достаточно большом удалении от радиомаяков (Дообских и Темрюкских), близком к предельно возможному, установлены станции удалённого контроля, которые вычисляют ряд параметров навигационного дифференциального сигнала и по той же многоканальной радиорелейной линии связи, соединяющей контрольные станции (рис. 1), транслируют их на РЦУС. Станция удалённого контроля Дообских РМк находится на территории РЦ «Темрюк» (разнос примерно 96 км), а стан-ция удалённого контроля Темрюкских радиомаяков - на РЦУС («85 км).
С одной стороны, удалённое управление, как выше сказано, - это по-ложительный момент. Однако наличие значительного участка трассы рас-пространения радиоволн приводит к появлению дополнительных помех в каналах радиосвязи, существенными из которых являются атмосферные помех, вызванные электризацией атмосферы во время грозы.
В РЦУС стационарно установлен навигационный приёмник «TRIMBLE», осуществляющий радиоприём как сигналов GPS/ ГЛОНАСС так и DGPS/ДГЛОНАСС от ККС «Темрюк» . Поскольку приёмник установлен стационарно, его геодезические координаты известны с высокой точностью. Это позволяет производить анализ погрешностей расчёта навигационных координат системы высокоточного позиционирования DGPS/ДГЛОНАСС, подверженных воздействию множества дестабилизирующих факторов. Предполагается исследовать влияние грозы на точностные параметры навигационных данных - географической широты и долготы.
За годы эксплуатации ККС накоплена огромная база навигационных параметров широты и долготы, измеряемых ежесекундно. Поэтому для анализа качества работы системы необходимо, прежде всего, сделать выборку данных, объективно отражающих исследуемый процесс. Поэтому база данных должна включать в себя часы грозовой активности. Наиболее интенсивно грозы проявляют себя в июне ... сентябре, поэтому были отобраны базы навигационных параметров за указанный интервал 2001 года. С этой целью по запросу была получена метеосводка от Краснодарской краевой метеостанции. Местом удаленного исследования метеообстановки было решено взять район города Анапа, по той причине, что этот населенный пункт находится примерно на середине радиолинии Новороссийск-Темрюк, то есть в центре сферы вещания системы.
Дни и часы грозовой активности полученной сводки приведены в следующей таблице.
Дата Атмосферное явление, период наблюдения
27.06 Гроза 23.00-00.00
28.06 Гроза 00.00-00.30
29.06 Гроза 00.00-00.10
14.08 Гроза 07.50-08.35, 11.35-12.38, 13.10-14.05
20.08 Гроза 12.30-12.55, 14.17-15.40
29.08 Гроза 13.27-14.10
30.08 Гроза 04.25-04.55
03.09 Гроза 20.50-22.35
04.09 Гроза 00.15-01.30
08.09 Гроза 02.00-04.20, 11.23-13.15
09.09 Гроза 03.10-05.00
26.09 Гроза 05.30-12.00
Из приведённой таблицы грозовой активности выделим день с макси-мальной частотой повторения грозы (14.08) для выбора соответствующих навигационных параметров. Эти параметры хранятся в памяти сопряжённого с приёмоиндикатором компьютера в текстовом формате, содержащем помимо географической широты и долготы и ряд служебных параметров (рис. 2).
Колонки ежесекундных однотипных данных разделены запятой. Ши-рота и долгота образуют вторую и четвёртую колонки высотой в 3600 вариант (один час наблюдения). Именно их и необходимо использовать для последующего анализа.
В математической статистике доказывается, что при наличии огромного количества данных, составляющих генеральную совокупность, этот объём информации можно заменить исследованием лишь её части (выборки) при условии, что она (выборка) реально отражает пропорции всего объёма, т.е. является репрезентативной или представительной [7]. Этого можно достичь, если формировать выборку, отбирая случайным образом данные из генеральной совокупности, причём все они должны иметь одинаковую вероятность быть отобранными в выборку. Предварительный анализ показал, что объём выборки составит несколько тысяч измерений.
В практике оценки ошибок навигационных координат последние удобно привести к линейным величинам - метрам [8]. Для перевода угловых параметров в линейные использована модель Земли в виде эллипсоида Красовского с параметром сжатия 1:298,3. Для координат
193738,4441.01328,N,03747.40782,E,2,08,1.0,36.50,M,24.88,M,3.0,0035*51
193739.4441.01328,N,03747.40783,E,2,08,1.0,36.51,M,24.88,M,2.8,0035*59
193740.4441.01329,N,03747.40781,E,2,08,1.0,36.37,M,24.88,M,3.2,0035*5F
193741.4441.01330,N,03747.40783,E,2,08,1.0,36.41,M,24.88,M,3.0,0035*57 193742,4441.01330,N,03747.40782,E,2,08,1.0,36.41,M,24.88,M,2.8,0035*5C 193743,4441.01330,N,03747.40784,E,2,08,1.0,36.51,M,24.88,M,3.2,0035*51 193744,4441.01330,N,03747.40781,E,2,08,1.0,36.53,M,24.88,M,3.0,0035*53 193745,4441.01330,N,03747.40781,E,2,08,1.0,36.55,M,24.88,M,2.8,0035*5D 193746,4441.01330,N,03747.40780,E,2,08,1.0,36.45,M,24.88,M,3.2,0035*55 193747,4441.01330,N,03747.40779,E,2,08,1.0,36.46,M,24.88,M,3.0,0035*53 193748,4441.01330,N,03747.40779,E,2,08,1.0,36.42,M,24.88,M,2.8,0035*51 193749,4441.01330,N,03747.40779,E,2,08,1.0,36.43,M,24.88,M,3.2,0035*5A
Рис. 2. Фрагмент текстового файла данных
антенны GPS приёмника, находящихся в диапазоне географической широты от 400N до 500N длина дуги в 10 по меридиану примерно 111,0 км, а по параллели - около 78 км.
Возвращаясь к рисунку 2, видно, что каждая варианта (ячейка колонки) содержит в десятичной форме значение географической координаты. Целая часть каждой варианты - это значение координаты в градусах и минутах, дробная часть - доли угловой минуты. Для стационарно установленного GPS приёмника изменялись лишь тысячные и более младшие разряды долей минуты географических координат. Поэтому целесообразно оставить лишь изменяющуюся (динамическую) часть координаты и вести анализ её флуктуаций. Поскольку масштабы постоянной и меняющейся частей координат существенно различны, следует провести центрирование анализируемых данных относительно математического ожидания.
После операции центрирования данных относительно математического ожидания, т.е. смещения шкалы изменений с точкой нуля в значение математического ожидания, все мгновенные случайные значения долготы будут флуктуировать относительно нулевого значения. Подобная картина позволяет видеть только несущую информацию динамическую часть вариаций координат. Для пере/__________•• А/.
вода угловых параметров '<' в линейные "< в модель Земли в виде эллипсоида Красовского применяют формулу ,, 40000-1000 ,
А/, =--К
360-60 , [м]. На рис. 3 для иллюстрации стохастизма приведен разброс линейной координаты центрированной широты.
я наСлющенни, час
Рис. 3. Флуктуации центрированной широты
В качестве оценочного параметра адекватности генеральной и выбо-рочной совокупностей принимают математическое ожидание. Для центрированных данных генеральной совокупности математическое ожидание равно нулю. Следовательно, математическое ожидание правильно сформированной выборки также должно быть равно нулю. Это требование несмещённой статистической оценкой выборки. Очевидно, что чем больше объём выборки, тем лучше выполняется требование несмещённой оценки. Для количественной оценки используют условие М{0 ) в означающее, что математическое ожидание статистической оценки 0 * (в анализе центрированных данных это нулевое значение) должно быть равно оцениваемому параметру 0 (т.е. нулю). Таким образом, определяя математическое ожидание сформированной выборки центрированных данных и сравнивая его с нулевым значением, можно судить о степени смещённости статистических оценок выборочной совокупности. Однако, по единственной выборке ограниченных размеров (даже сформированной случайным отбором данных) невозможно судить о смещённости (или нет) статистических оценок. Поэто-
му были сформированы группы выборок одинакового объёма и определены групповые средние значения статистических оценок 0*1 ... 0 *п , а затем рассчитано общее среднее значение по всем выборкам. Такая процедура позволила дать ответ о несмещённости статистических оценок выборки заданного объёма. Для анализа требования о несмещённости оценок было сформировано по 80 групп выборок объёмом 60, 600, 1800 и 3600 центрированных измерений, например, долготы. По каждой выборке каждого объёма проведён расчёт группового среднего, а по ним - общее среднее всех выборок одинакового объёма.
Для большинства практических задач, связанных с работами на море, можно считать удовлетворительными с достаточным запасом линейные погрешности местоопределения дециметрового - сантиметрового диапазонов. В технике измерений принято, что образцовая мера должна иметь, как минимум, на порядок меньшие погрешности, чем допустимые погрешности измерения. Поэтому критерием отбора объёма выборочной совокупности будут служить линейные погрешности статистических оценок сантиметрового - миллиметрового диапазонов. На рисунке 4 показано поведение общих средних как функции количества выборок фиксированных объёмов.
Сравнение трёх графиков позволяет сказать, что объёмы выборок по 1800 и 3600 отсчётов дают несмещённые оценки математического ожидания. Видно, что лучшие оценки даёт кривая общей средней с объё-мами выборки в 3600 единиц. Однако на основании этих зависимостей нельзя утверждать, что несмещённая оценка является достаточной для хорошего приближения статистических параметров генеральной и выборочной совокупностей. Групповые средние могут быть существенно рассеяны относительно общего среднего, остающегося равным генеральному среднему. Тогда статистическая обработка одной выборки может дать большую ошибку в оценке любого параметра генеральной совокупности. В связи с этим, к статистической оценке выборки предъявляется требование эффективности, заключающееся в мини-мальности дисперсии данных выборки. Поэтому в качестве критерия сравнения выборок объёмом 1800 и 3600 единиц, дающих несмещённые статистические оценки, следует принять минимум дисперсии групповых средних. Зависимости дисперсии от количества выборок при фиксиро-ванных объёмах (1800 и 3600 единиц данных) приведены на рис. 5.
Сравнение дисперсий обеих выборок позволяет принять решение об эффективности статистических оценок выборки объёмом в 3600 единиц данных. Поскольку с увеличением количества выборок дисперсия принимает достаточно малые значения и наблюдается тенденция к асимптотическому стремлению дисперсии к нулю, то можно сделать вывод, что статистические оценки будут являться и состоятельными.
Таким образом, репрезентативные выборочные совокупности объёмом 3600 единиц данных, сформированные их генеральной совокупности достаточно большого объёма, отвечают требованиям несмещённой статистической оценки, являются эффективными и состоя-тельными.
Анализируя значения общих средних выборочных совокупностей с объёмами 1800 и 3600 единиц данных (рис. 5), можно видеть, что они достаточно явно имеют тенденцию к схождению и в пределе оказываются одинаковыми. Этот факт указывает на то, что выборочные совокупности обладают свойством устойчивости средних. В таком случае выборочная средняя совокупности из 3600 единиц данных стремится по вероятности к генеральной средней, а это означает, что выборочная средняя есть состоя-тельная оценка генеральной средней. Поэтому предметом дальнейшего анализа статистических параметров навигационных данных будет служить выборочная совокупность объёмом в 3600 вариантов. Можно сказать,
Рис. 4. Общие средние выборок в зависимости от их количества
Рис. 5. Дисперсия групповых средних выборок объёмом 1800 и 3600 данных
что репрезентативные выборки с объёмом навигационных данных в количестве 3600 единиц, адекватно отражают свойства и пропорции генеральной совокупности, из которой они сформированы.
Литература:
1. Гусев Ю., Лебедев М. Перспективы развития спутниковой навигацион-ной системы ГЛОНАСС и её интеграция с зарубежными навигационными средствами. Труды Международной конференции «Глобальная радионавигация». М. 1995.
2. Глобальная спутниковая радионавигационная система. Под ред. В.Н. Харисова, А.И. Петрова, В.А. Болдина. Изд. 2. М. ИПРЖР, 1999, 560 с.
3. Соловьёв Ю.А. Системы спутниковой навигации. М. ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000, 268 с.
4. Долматов Б.М., Попов В.В. Научные аспекты создания автоматизированных информационно-идентификационных систем безопасности мореплавания в портах южного бассейна России. М. РосКонсульт. 2001, 495 с.
5. Аппаратура контрольно-корректирующей станции дифференциальной подсистемы ГЛОНАССЮР8. Паспорт. ТДЦК.461513.030 ПС.
6. Аппаратура контрольно-корректирующей станции дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС^Р8. Руководство по эксплуатации. ТДЦК.461513.030 РЭ.
7. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М. Высшая школа. 1977, 479 с.
8. Современные технологии судовождения на базе систем электронной картографии и спутниковой навигации. Материалы регионального научно-практического семинара. Владивосток, 2001, 7 с.
