авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Методы и алгоритмы координатно-временных определений на основе применения спутниковых навигационных технологий системный анализ, управление и обработка информац

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Толстиков Александр Сергеевич

Методы и алгоритмы координатно-временных определений на основе применения спутниковых навигационных технологий

      1. Системный анализ, управление и обработка информации

05.11.16. Информационно–измерительные управляющие системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук.

Новосибирск - 2010

Работа выполнена в Сибирском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте метрологии (ФГУП «СНИИМ»)

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор

Воскобойников Юрий Евгеньевич.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Абденов Амирза Жакенович;

- доктор технических наук,

старший научный сотрудник

Борисов Борис Дмитриевич;

- доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ

Рубан Анатолий Иванович.

Ведущая организация: - Томский государственный университет систем

управления и радиоэлектроники (ТУСУР).

Защита состоится 30 ноября 2010 года в ____ часов

на заседании диссертационного совета Д 212.173.05

в Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ) по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГТУ.

Автореферат разослан октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

к.т.н., доцент

О.Я. Шпилевая

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Модернизация отечественной навигационной системы ГЛОНАСС в соответствии с федеральной целевой программой «Глобальная навигационная система» осуществляется по ряду направлений.

Важнейшим направлением, определяющим точность и надежность позиционирования объектов потребителя на основе ГЛОНАСС–технологий, является совершенствование эфемеридно-временного обеспечения (ЭВО) ГЛОНАСС. Современное ЭВО ГЛОНАСС создано на основе трудов отечественных ученых: Решетнева М.Ф., Чернявских Г.М., Почукаева В.Н., Жданюка Б.Ф., Эльясберга П.Е., Быханова Е.В., Ревнивых С.Г., Глотова В.Д., Митрикаса В.В., Забокрицкого А.В., Пасынкова В.В. Модернизация ЭВО

ГЛОНАСС связана с переходом основного источника информации о состоянии орбитальной группировки навигационных спутников на принципиально новые беззапросные технологии траекторных измерений. Эти беззапросные измерительные технологий, при их высокой производительности, информативности и потенциально высокой точности, характеризуются зависимостью от большого числа факторов, влияющих на точность измерений.

Реализация беззапросных технологий для целей ЭВО ГЛОНАСС (в этом направлении внесли значительный вклад: Бартенев В.А., Гречкосеев А.К., Пасынков В.В., Кокорин В.И., Владимиров В.М.) требует создания сети беззапросных измерительных станций (БИС), оснащенных прецизионными измерителями дальностей и высокостабильными часами, шкалы которых синхронизированы со шкалой Государственного эталона времени и частоты.





Применение беззапросных измерительных технологий для целей ЭВО ГЛОНАСС приводит к необходимости решения комплекса задач координатно-временных определений (КВО) на основе привлечения эффективных алгоритмов оценивания текущих навигационных параметров орбитальной группировки спутников, алгоритмов идентификации математических моделей движения спутников и действующих на спутники возмущений, а также алгоритмов прогнозирования этого движения, алгоритмов идентификации влияющих факторов в измерительных каналах и алгоритмов синхронизации пространственно-разнесенных часов БИС и бортовых часов.

Подобные задачи координатно-временных определений возникают в других направлениях модернизации космического комплекса ГЛОНАСС.

В сегменте фундаментального обеспечения ГЛОНАСС важной задачей является развитие методов и средств оценивания параметров вращения Земли по результатам траекторных измерений и методов высокоточного прогнозирования этих параметров для целей ЭВО ГЛОНАСС. Большую актуальность приобрела задача формирования шкал групповых хранителей времени, особенно для случаев, когда эти хранители пространственно разнесены.

В инфраструктуре космического комплекса ГЛОНАСС значительный вес приобретает сегмент метрологического обеспечения системы. В становление метрологического обеспечения ГЛОНАСС существенный вклад внесли Шайко А.И., Донченко С.И., Блинов И.Ю., Денисенко О.В., Гречкосеев А.К., Бартенев В.А., Красовский П.А., Басевич А.Б., Тюляков А.Б. Главным и проблемным вопросом метрологического плана становится обеспечение прослеживаемости измерений; что заключается в установлении связи результатов координатно-временных определений на основе ГЛОНАСС-технологий с единицами эталонных физических величин.

Также важными являются: разработка методов и средств передачи размеров единиц основных эталонных физических величин к рабочим эталонам космического комплекса ГЛОНАСС; разработка эталонных источников и эталонных приемников навигационных сигналов, эталонных измерительных каналов. Большую важность приобретают исследования точности координатно-временных определений, разработка методик выполнения измерений, методик поверки и калибровки рабочих эталонов и средств измерений, применяемых в составе наземного комплекса управления ГЛОНАСС.

Необходимо отметить, что существующий уровень решения перечисленных задач эфемеридно-временного, фундаментального и метрологического обеспечений не отвечает в полной мере тактико-техническим требованиям, определенным в федеральной целевой программе «ГЛОНАСС» и в формируемой «Концепции развития ГЛОНАСС в 2012-2020 годы».

Предложенные в диссертационной работе методы и алгоритмы координатно-временных определений, основанные на применении

спутниковых навигационных технологий, создают единую методологическую основу для решения ряда выделенных выше задач в сегментах, обеспечивающих функционирование спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС и при решении штатных задач позиционирования объектов потребителя. Это позволяет считать тему диссертационных исследований актуальной.

Целями и задачами диссертационных исследований являются:

1. Формализация задач координатно-временных определений, имеющих место в сегментах эфемеридно-временного, фундаментального и метрологического обеспечений спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, возникающих в связи с применением беззапросных технологий траекторных измерений.

2. Анализ факторов, влияющих на точность беззапросных траекторных измерений; выбор математических моделей и идентификация параметров влияющих факторов. Разработка методов и средств имитационного моделирования беззапросных траекторных измерений, выполняемых для формирования ЭВО ГЛОНАСС.

3. Разработка эффективных методов и алгоритмов координатно-временных определений на основе данных беззапросных траекторных измерений и обеспечивающих компенсацию влияющих факторов измерительных каналах.

4. Разработка методов и средств передачи размеров эталонных единиц времени и частоты к рабочим эталонным источникам и эталонным приемникам навигационных сигналов. Разработка методов, алгоритмов и соответствующих программных приложений для синхронизации пространственно-разнесенных высокостабильных часов по сигналам спутниковых навигационных систем.

5. Разработка:

- методик выполнения беззапросных траекторных измерений по сигналам спутниковых навигационных систем,

- методик синхронизации пространственно-разнесенных высокостабильных часов по сигналам спутниковых навигационных систем,

- методик формирования шкалы группового хранителя времени,

- методики высокоточного прогнозирования параметров вращения Земли для целей ЭВО ГЛОНАСС,

- методики калибровки эталонных источников и эталонных приемников навигационных сигналов на основе применения вторичного эталона времени и частоты ВЭТ 1-19.

6. Разработка методов и алгоритмов предварительной обработки результатов траекторных измерений, обеспечивающих фильтрацию шумов измерений и исключение аномальных значений, гладкое восполнение пропущенных данных и идентификацию скачков фазы несущей в результатах фазовых измерений.

Объектом диссертационных исследований являются составляющие инфраструктуры спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, отвечающие за эфемеридно-временное, фундаментальное и метрологическое обеспечения системы.

Предметом диссертационных исследований являются методы и алгоритмы координатно-временных определений, ориентированные на применение в сегментах, обеспечивающих функционирование спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС и использующие данные беззапросных траекторных измерений по орбитальной группировке навигационных спутников.

Методологическая и теоретическая основы исследований, на которые опирается диссертационная работа, возникли при знакомстве с трудами отечественных и зарубежных ученых и научных школ в областях: построения спутниковых навигационных систем, алгоритмов обработки результатов траекторных измерений, принципов небесной механики, вопросов частотно-временных измерений и задачи синхронизации часов, построения устойчивых алгоритмов оценивания и алгоритмов идентификации.

Научная новизна исследований:

1. Создана методологическая основа для решения ряда разнотипных задач координатно-временных определений, имеющих место в сегментах эфемеридно-временного, фундаментального и метрологического обеспечений спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС и в пользовательском сегменте ГЛОНАСС. В качестве исходных данных для решения указанных задач КВО используются результаты беззапросных траекторных измерений, выполняемых по навигационным спутникам ГЛОНАСС и GPS и зависящим от ряда влияющих факторов. В соответствии с предложенной методологией, решение указанных задач КВО сводятся к оцениванию вектора состояний некоторого расширенного динамического объекта.

2. Разработаны алгоритмы одновременного оценивания по данным беззапросных траекторных измерений: текущих навигационных параметров спутников ГЛОНАСС, параметров радиационного давления на спутники солнечного излучения, параметров нестабильности бортовых часов, параметров вращения Земли и параметров тропосферной задержки навигационного сигнала.

3. Разработана группа алгоритмов синхронизации пространственно-разнесенных часов по сигналам спутниковых навигационных систем, реализующих дифференциальные режимы и режимы прямых измерений. Для сети беззапросных измерительных станций синхронизация сводится к одновременному оцениванию координат антенного модуля станции и параметров нестабильности часов, применяемых в составе станции.

4. Впервые разработан и реализован в виде пакета программных модулей имитатор измерительной информации, поступающей с сети беззапросных измерительных станций по навигационным спутникам ГЛОНАСС и GPS. В программном имитаторе рассчитывается движение орбитальной группировки навигационных спутников, задается сеть беззапросных измерительных станций, рассчитываются геометрические дальности от спутников до станций и имитируются факторы, влияющие на точность траекторных измерений.

5. Разработаны эффективные алгоритмы предварительной обработки беззапросных кодовых и фазовых траекторных измерений, обеспечивающие исключение выбросов из состава результатов измерений, гладкое восполнение пропущенных данных и идентификацию скачков фазовой неоднозначности в фазовых измерениях.

6. Научной новизной обладает предложенные комплексные математические модели долговременной и кратковременной нестабильностей часов, ориентированные на решение задач прогнозирования моментов шкал времени этих часов. Предложены алгоритмы идентификации параметров указанных моделей нестабильности.

7. Предложены эффективные методы и алгоритмы высокоточного прогнозирования параметров вращения Земли, предназначенные для формирования ЭВО ГЛОНАСС. С помощью этих алгоритмов получены устойчивые результаты прогнозирования параметров вращения Земли, превосходящие по точности известные результаты прогнозирования аналогичных параметров в международной службе IERS.

Практическая значимость результатов диссертационных исследований связана с выполнением ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (ОКР), осуществляемых на основе хозяйственных договоров и контрактов между ФГУП «СНИИМ» и предприятиями:

- Ростехрегулирования РФ в обеспечение Государственной службы времени и частоты и в обеспечение ОКР «Метрология», «Полюс», «Эталон» Федеральной целевой программы (ФЦП) «ГЛОНАСС»;

- Российского космического агентства РФ -

предприятия «Информационные спутниковые системы им. М.Ф. Решетнева» в обеспечение ОКР «НКУ», «Навигация», «ЭВО» ФЦП «ГЛОНАСС»,

предприятия «ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем» (ОАО «Российские космические системы»)» в обеспечение ОКР «Метрика-СМ» ФЦП «ГЛОНАСС»,

- Министерства образования и науки РФ–

ФГОУ Сибирский Федеральный университет (г. Красноярск) в обеспечение ОКР «Метрология» ФЦП «ГЛОНАСС»,

НПФ «Электрон» (г. Красноярск) в обеспечение ОКР «НКУ» ФЦП «ГЛОНАСС»

и при поддержке отраслевого внебюджетного фонда Ростехрегулирования РФ.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Методы и алгоритмы решения задач координатно-временных определений по данным беззапросных траекторных измерений путем сведения этих задач к оцениванию вектора состояния расширенного динамического объекта.
  2. Алгоритмы оценивания текущих навигационных параметров спутников ГЛОНАСС и действующих на спутники возмущений по данным беззапросных траекторных измерений, оценки точности полученных результатов и разработанные на этой основе методики оценивания текущих навигационных параметров.
  3. Алгоритмы синхронизации пространственно-разнесенных часов по сигналам спутниковых навигационных систем и полученные оценки точности синхронизации; рекомендации по выбору параметров алгоритмов и режимов проведения сеансов синхронизации.
  4. Метод имитационного моделирования беззапросных траекторных измерений и реализованный на основе этого метода программный имитатор измерительной информации ModBis24.

5. Алгоритмы и методики предварительной отработки беззапросных траекторных измерений, применяемых при выполнении сеансов синхронизации группы пространственно-разнесенных часов по сигналам спутниковых навигационных систем и при оценивании текущих навигационных параметров орбитальной группировки спутников для целей формирования эфемеридно-временной информации.

6. Комплексные математические модели долговременной и кратковременной нестабильностей часов, примененные:

- при оценивании уходов бортовых часов по данным беззапросных траекторных измерений;

- в алгоритмах синхронизации пространственно-разнесенных часов по навигационным спутниковым сигналам;

- при формировании шкалы группового хранителя времени;

- при построении алгоритмов высокоточного прогнозирования ПВЗ;

- при исследованиях погрешностей частотно-временных определений.

7. Методы и алгоритмы высокоточного прогнозирования параметров вращения Земли, положенные в основу методик и программных приложений для расчета прогнозов всемирного времени UT1 и координат полюса Земли на короткие (до 10 суток) и длительные (до 90 суток) интервалы времени

Достоверность полученных результатов и выводов обеспечена корректным применением методов математического анализа, методов математической теории устойчивости, теории фильтрации, методов теории вероятностей и математической статистики. Полученные теоретические результаты хорошо согласуются с данными отработки натурных траекторных измерений и с результатами модельных исследований.

Внедрение результатов работы :

- в ФГУП «Сибирском государственном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте метрологии» (г. Новосибирск) в алгоритмах и программных приложениях алгоритмов идентификации нестационарных параметров динамических объектов; в методиках, алгоритмах и программных приложениях алгоритмов обработки измерительной информации в аэрофизических экспериментах; в программном имитаторе измерительной информации, поступающей с беззапросных измерительных станций по навигационным спутникам ГЛОНАСС и GPS; в методиках и алгоритмах формирования групповой шкалы эталона единицы времени и частоты ВЭТ 1-19; в методиках, алгоритмах и программных приложениях алгоритмов синхронизации опорных эталонных часов по сигналам спутниковых навигационных систем;

- в ОАО «Информационные спутниковые системы им. М.Ф. Решетнёва» (г. Железногорск) в методиках и алгоритмах выполнения беззапросных измерений текущих навигационных параметров КА систем ГЛОНАСС и GPS; в методиках и алгоритмах высокоточного прогнозирования ПВЗ для целей автономного ЭВО; в программном имитаторе измерительной информации сети БИС, сети лазерных дальномеров и сети запросных измерительных станций по КА ГЛОНАСС;

- в НИИ «Радиотехника» при КГТУ (г. Красноярск) в методиках, алгоритмах и программных приложениях алгоритмов синхронизации пространственно разнесенных часов по сигналам спутниковых навигационных систем; в алгоритмах предварительной обработки результатов траекторных измерений по навигационным спутникам ГЛОНАСС;

- в ФГОУ ВПО Сибирском федеральном университете (г. Красноярск) в методиках калибровки эталонных источников навигационных сигналов и эталонных приемников навигационных сигналов по межканальным задержкам в радиотрактах этой аппаратуры; в разработанном компараторе метки времени;

- в отделе «Радиотехники и электроники» Красноярского научного центра СО РАН в алгоритмах и программных приложениях алгоритмов предварительной обработки спутниковых измерений; в методиках и алгоритмах оценивания параметров ионосферы по результатам спутниковых измерений;

- в ФГУП «ВНИИФТРИ» (п. Менделеево, Московской обл.) в алгоритмах высокоточного прогнозирования ПВЗ;

- в Сибирском филиале ФГУП «ВНИИФТРИ» (г. Иркутск) в алгоритмах синхронизации пространственно-разнесенных высокостабильных часов по сигналам спутниковых навигационных систем, в алгоритмах формирования шкал групповых хранителей времени и частоты;

- в ФГОУ ВПО Сибирской государственной геодезической академии (г. Новосибирск) в учебном процессе при подготовке курсов лекций по дисциплинам «Общая теория измерений» и «Организация и планирование измерительного эксперимента».

Апробация работы. Основное содержание выполненных разработок и исследований докладывалось и обсуждалось на всесоюзных, всероссийских конференциях, симпозиумах и семинарах, в том числе:



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.