Методы повышения доступности, непрерывности и целостности навигационного обеспечения при категорированной посадке воздушных судов с использованием СРНС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.13, кандидат наук Криницкий Георгий Викторович

• Криницкий Георгий Викторович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Криницкий Георгий Викторович

Введение

Раздел 1 Совершенствование методов оценки точности, доступности, непрерывности и целостности навигационного обеспечения категорированной посадки с использованием спутниковых радионавигационных систем

1.1 Средства навигационного обеспечения посадки воздушных судов и требования к ним

1.2 Требования к характеристикам авиационных локальных дифференциальных подсистем и причины ухудшения характеристик

в условиях эксплуатации

1.3 Методика и результаты оценки точности и доступности навигационного обеспечения при заходе на посадку с использованием 24 СРНС

1.4 Оценка влияния углов возвышения навигационных космических аппаратов на точность и доступность навигационного обеспечения при

заходе на посадку с использованием СРНС

1.5 Результаты экспериментальной проверки использования алгоритма пространственно-временной обработки навигационной информации в локальной контрольно-корректирующей станции в условиях, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов

1.6 Основные результаты и выводы

Раздел 2 Пути совершенствования алгоритмов дифференциальной коррекции СРНС в условиях внешних воздействий, приводящих

к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов

2.1 Алгоритм получения оценки навигационных параметров в условиях

внешних воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов при решении навигационной задачи с ограниченным временным ресурсом

2.2 Оценка эффективности использования оптимальной линейной фильтрации при определении навигационных поправок при дифференциальном режиме работы с использованием СРНС

2.3 Основные результаты и выводы

Раздел 3 Совершенствование алгоритмов пространственно-временной обработки навигационной информации в условиях, приводящих

к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов

3.1 Алгоритмы адаптивной пространственно-временной обработки навигационной информации

3.2 Оценка эффективности алгоритмов адаптивной пространственно-временной обработки навигационной информации при воздействии факторов, нарушающих работу аппаратуры потребителей СРНС

3.3 Основные результаты и выводы

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы повышения доступности, непрерывности и целостности навигационного обеспечения при категорированной посадке воздушных судов с использованием СРНС»

Актуальность темы исследований

Условия и средства обеспечения посадки воздушных судов (ВС) существеннейшим образом влияют на безопасность и регулярность полетов ВС, а также на экономические показатели авиационной транспортной системы в целом.

Настоящая работа посвящена методам оценки и повышения точности, доступности, непрерывности и целостности навигационного обеспечения посадки ВС по сигналам спутниковых радионавигационных систем (СРНС) с целью удовлетворения соответствующих высоких требований для обеспечения категорированной посадки в условиях действия различных внешних воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов.

Во многих странах мира внедрены системы посадки ВС с использованием СРНС, обеспечивающие категорированный заход на посадку, активно проводятся исследования в части совершенствования их характеристик.

Это обусловлено следующими технико-экономическими причинами:

1. Системы типа СП-75 (ILS) громоздки, их размещение на аэродромах со сложным рельефом местности затруднено.

2. Обеспечение захода на посадку ВС с нескольких направлений требует оснащения аэродрома несколькими комплектами аппаратуры СП-75.

3. Спутниковые системы позволяют обслуживать все направления заходов всех взлетно-посадочных полос (ВПП) одного или даже нескольких близлежащих аэродромов.

Требования к таким системам сформулированы в рекомендациях ИКАО (SARPs) [5]. Кроме того, в России действует ряд соответствующих нормативных документов: Радионавигационный план РФ [6], Квалификационные требования к авиационной бортовой навигационной аппаратуре потребителей [3] и к системам наземных функциональных дополнений СРНС [2].

Заход на посадку ВС является крайне ответственной операцией, поэтому необходима высокая точность, доступность, непрерывность и целостность навигационного обеспечения посадки с использованием СРНС [17].

В связи с тем, что устойчивость аппаратуры потребителей (АП) СРНС к воздействию различных помех невысока, АП СРНС может стать легкой мишенью в условиях террористических угроз, а также является уязвимой для других противоправных действий в связи с тем, что устройства, предназначенные для подавления сигналов СРНС, можно легко приобрести или изготовить самостоятельно, даже не имея высокой профессиональной подготовки в данной области.

Также известны случаи установки недобросовестными сотрудниками автотранспортных компаний на транспортные средства малогабаритных постановщиков помех для блокирования возможности мониторинга их передвижения, которые оказывали влияние на функционирование бортовой АП СРНС ВС на аэродроме, вблизи которого находилась автомагистраль.

В связи с изложенным выше можно утверждать, что наиболее важным направлением совершенствования систем, обеспечивающих заход на посадку с использованием СРНС является повышение доступности, непрерывности и целостности навигационного обеспечения в условиях внешних воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов.

Степень разработанности темы исследования

Общий подход к оценке точности и доступности навигационного обеспечения при заходе ВС на посадку изложен в рекомендациях ИКАО [5]. Однако он не учитывает возможные внешние воздействия, приводящие к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов, а характеристики погрешностей бортовой и наземной СРНС в рекомендациях ИКАО определяются опытным путем.

Опубликован ряд научных работ в области разработки методов обеспечения работы АП СРНС условиях внешних воздействий, приводящих к нарушению работоспособности, проведенных в России сотрудниками Военно-воздушной

академии им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, ОАО «ВНИИР-Прогресс», Центрального научно-исследовательского института Военно-воздушных сил Министерства обороны Российской Федерации, филиала АО «Объединенная ракетно-космическая корпорация» «Научно-исследовательского института космического приборостроения», Государственного научно-исследовательского института авиационных систем, Научно исследовательского института физико-технических и радио-технических измерений и др. (Тяпкин В. Н., Дмитриев Д. Д., Коннов В. Г., Быстраков С. Г., Соловьев Ю. А., Устюжанин Д. А. Ефименко В. С., Пастухов А. В., Ворончихин Д. Н., Ефименко В. С., Харисов В. Н., Немов А. В., Соколов И. М., Кинкулькин И. Е., Яскин Ю. С.). Кроме того, исследования в этой области активно проводятся в зарубежных странах представителями компаний Rockwell Collins, Honeywell (Bartone C., Stansell T., Brown А., MathewsB., Vagle N., Broumandan A., Jafarnia A., Lachapelle G., Chuang Y. C., Gupta I. J., Dick C., Harris F., O'Brien J., Weiss J. P.) и многими другими.

Однако, в известных научных работах комплексно не рассматривались вопросы обеспечения доступности и точности навигационного обеспечения ВС при заходе на посадку по сигналам СРНС с учетом характеристик предлагаемых авторами методов работы в условиях внешних воздействий, приводящих к нарушению работоспособности АП СРНС, и особенностей функционирования алгоритмов оценки навигационных параметров в таких условиях.

Методики, учитывающие влияние внешних воздействий на качество приема сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) в АП СРНС, были предложены в ряде работ Соловьева Ю. А., Быстракова С. Г., Устюжанина Д. А. Но предложенные методики не учитывают погрешности оценки навигационных параметров с учетом особенностей применяемых в аппаратуре методов их измерения.

Цели исследования

Целью исследования является разработка методов повышения доступности, непрерывности и целостности навигационного обеспечения воздушных судов при категорированной посадке с использованием сигналов СРНС в условиях внешних

воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов.

Задачи исследования:

1) исследование существующих, и разработка новых алгоритмов обработки навигационной информации в условиях, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов;

2) разработка алгоритмов, обеспечивающих возможность автоматического перехода к использованию диапазонов частот СРНС, свободных от внешних воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов;

3) разработка методов снижения погрешностей определения навигационных параметров при заходе на посадку, вызванных влиянием подстилающей поверхности и местных предметов и элементов конструкции ВС;

4) разработка методов оценки дифференциальных поправок и их составляющих с использованием оптимальной линейной фильтрации навигационных параметров;

5) разработка методов оценки точности и доступности навигационного обеспечения категорированной посадки воздушных судов с использованием СРНС.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются системы посадки ВС с использованием СРНС.

Предмет исследования - характеристики точности, непрерывности и доступности навигационного обеспечения категорированной посадки воздушных судов с использованием СРНС.

Методы исследований

С целью решения вышеперечисленных задач использованы методы математического и полунатурного моделирования, цифровой обработки сигналов, методы теории вероятностей и случайных процессов.

Научная новизна работы

1. Разработан адаптивный алгоритм работы наземной и бортовой аппаратуры потребителей СРНС с использованием корреляционной обработки информации, поступающей от первичных навигационных датчиков, обеспечивающий снижение влияния воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов.

2. Разработан метод оценки дифференциальных поправок и их составляющих с использованием оптимальной линейной фильтрации навигационных параметров, базирующийся на принципах оптимальной линейной фильтрации (Калмана), который позволит обеспечить достаточную точность, доступность, непрерывность навигационного обеспечения для решения задач категорированной посадки воздушных судов с использованием СРНС в условиях, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов.

3. Предложена усовершенствованная методика оценки точности и доступности навигационного обеспечения при категорированной посадке с использованием СРНС, позволяющая расчетным путем оценить характеристики навигационного обеспечения с учетом географического расположения аэродрома и ожидаемых внешних воздействий.

Практическая значимость исследования

Использование полученных в диссертации научных результатов при разработке и эксплуатации авиационной АП СРНС и ЛККС позволяют:

- повысить точность, доступность и непрерывность навигационного обеспечения категорированной посадки с использованием СРНС в условиях воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов;

- произвести оценку точности и доступности навигационного обеспечения расчетным путем при планировании размещения локальных контрольно-корректирующих станций на аэродромах с учетом расположения аэродрома и модели предполагаемых внешних воздействий.

На защиту выносятся:

1. Адаптивный алгоритм работы наземной и бортовой аппаратуры потребителей СРНС с использованием корреляционной обработки информации, поступающей от первичных навигационных датчиков, обеспечивающий снижение влияния воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки ВС;

2. Метод оценки дифференциальных поправок и их составляющих с использованием оптимальной линейной фильтрации навигационных параметров;

3. Методика оценки точности, доступности навигационного обеспечения категорированной посадки, позволяющая учитывать условия эксплуатации АП СРНС;

4. Результаты математического и полунатурного моделирования предложенных методов оценки и повышения надежности навигационного обеспечения категорированной посадки с использованием СРНС.

Достоверность и обоснованность

Достоверность полученных научных результатов основана на корректном использовании известных методов математического и полунатурного моделирования для оценки эффективности разработанных алгоритмов, методов, методик и сравнительном анализе результатов моделирования и экспериментальных исследований точностных характеристик системы посадки воздушных судов с использованием СРНС в условиях влияния воздействий, приводящих к нарушению ее работоспособности.

Апробация работы и публикации

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 11-й Международной научно-технической конференции «Тенденции и гармонизация развития радионавигационного обеспечения» Межгосударственного совета «Радионавигация», Российского общественного института навигации (РОИН) и Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) (Москва, МАДИ, 2016 г.); на конкурсе научно-технических

работ и проектов «Молодежь и будущее авиации и космонавтики - 2010» (Москва, МАИ, 2010 г.), на конкурсе научно-технических работ и проектов «Молодежь и будущее авиации и космонавтики - 2011» (Москва, МАИ, 2011 г.); на конкурсе научно-технических работ и проектов «Молодежь и будущее авиации и космонавтики - 2013» (Москва, МАИ, 2013 г.), на международной конференции IAA/AAS SciTech Forum on Space Flight Mechanics and Space Structures and Materials (Москва, РУДН, 2019 г.), на научно-практической конференции «Проблемы энергетического и машиностроительного промышленных комплексов» на базе департамента транспорта Инженерной академии и департамента машиностроения и приборостроения Инженерной академии (Москва, РУДН, 2021 г.).

По материалам работы опубликованы в 6 научных статьей (34 стр.), 4 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России (24 стр.), 5 публикаций в трудах международных и всероссийских конференций.

Личный вклад автора

Автором лично:

- разработан адаптивный алгоритм работы наземной и бортовой аппаратуры потребителей СРНС с использованием корреляционной обработки информации, поступающей от первичных навигационных датчиков, обеспечивающий снижение влияния воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки ВС;

- разработан метод оценки дифференциальных поправок и их составляющих с использованием оптимальной линейной фильтрации навигационных параметров;

- разработана методика оценки точности, доступности навигационного обеспечения категорированной посадки, позволяющая учитывать условия эксплуатации АП СРНС;

- получены результаты математического и полунатурного моделирования предложенных методов оценки и повышения надежности навигационного обеспечения категорированной посадки с использованием СРНС.

Реализация результатов работы

Основные результаты работы внедрены в АО «Московское конструкторское бюро «Компас» при разработке помехозащищенной авиационной локальной дифференциальной подсистемы ГЛОНАСС/GPS в части метода повышения устойчивости работы аппаратуры в условиях внешних воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки ВС, и методики оценки точности и доступности навигационного обеспечения при заходе на посадку по сигналам спутниковых радионавигационных систем, а также в АО «Аэроприбор-Восход» при разработке помехозащищенной АП СРНС, предназначенной для ВС государственной авиации.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы.

Объем работы составляет 105 страниц текста.

Диссертация содержит 8 таблиц, 49 рисунков, а также список литературы из 82 наименований.

РАЗДЕЛ 1 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ, ДОСТУПНОСТИ, НЕПРЕРЫВНОСТИ И ЦЕЛОСТНОСТИ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАТЕГОРИРОВАННОЙ ПОСАДКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1 Средства навигационного обеспечения посадки воздушных судов и

требования к ним

Требования к точности определения места при категорированной посадке ВС в РФ определяются Радионавигационным планом [6].

Это обусловлено следующими технико-экономическими причинами:

1. Системы типа СП-75 (ILS) громоздки, их размещение на аэродромах со сложным рельефом местности затруднено.

2. Обеспечение захода на посадку ВС с нескольких направлений требует оснащения аэродрома несколькими комплектами аппаратуры СП-75.

3. Спутниковые системы позволяют обслуживать все направления заходов всех взлетно-посадочных полос (ВПП) одного или даже нескольких близлежащих аэродромов.

Согласно положениям ИКАО и Радионавигационному плану РФ [6] характеристики существующих СРНС ГЛОНАСС, GPS, GALILEO, BEIDOU без использования функциональных дополнений удовлетворяют требованиям кроме точного и неточного захода. Неточный заход и заход по категории I требуют использования функциональных дополнений - дифференциальных подсистем СРНС, реализующих дифференциальные режимы работы СРНС.

Авиационные локальные дифференциальные подсистемы обеспечивают посадку самолета в сложных метеоусловиях по сигналам спутниковых радионавигационных систем GPS (США) и ГЛОНАСС (РФ) и ЛККС, размещенных на земле в районе аэропорта. ИКАО называет эти системы наземного базирования системами типа GBAS.

В настоящее время они являются единственными системами посадки с использованием СРНС, обеспечивающими категорированный заход на посадку.

В РФ разработаны и приняты нормативные документы по требованиям к авиационным дифференциальным подсистемам, обеспечивающим посадку по категории I; проводится разработка сертификационных требований к ЛККС и бортовой аппаратуре ВС, обеспечивающей посадку по II и III категории.

Структурная схема авиационной локальной дифференциальной подсистемы приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структурная схема авиационной локальной дифференциальной подсистемы

Авиационная локальная дифференциальная подсистема состоит из наземной части - локальной контрольно-корректирующей станции с передатчиком линии передачи данных (ЛПД) и бортовой аппаратуры ВС. Антенны ЛККС размещаются в привязанных к геодезической сети точках, что позволяет измерить значения дифференциальных поправок и осуществлять контроль целостности навигационного поля.

Основными функциями ЛККС являются формирование и передача дифференциальных поправок, информации контроля целостности и данных траектории захода на посадку.

Сформированные в ЛККС данные передаются на борт воздушного судна по линии передачи данных в диапазоне частот 108-118 МГц.

Состав передаваемой информации:

1) поправки,

2) параметры целостности,

3) данные траектории.

Основные функции бортовой аппаратуры:

1) ввод поправок и определение места,

2) подтверждение целостности,

3) формирование сигналов управления.

В мире разработано множество типов дифференциальных подсистем посадки.

Согласно Радионавигационному плану РФ [6] ЛККС-А-2000 производства НППФ «Спектр» ЛККС-А-2000 соответствует требованиям категории I ИКАО. ЛККС-А-2000 размещена примерно на 90 аэродромах различных городов.

Ниже приведен ряд авиационных дифференциальных подсистем, разработанных за рубежом [43].

D920 компании DASA (Германия) сертифицирована по требованиям категории I, D930 сертифицирована по требованиям категорий I и II.

SLS-1000, SLS-2000 компаний Honeywell и Pelorus (США). Состав их оборудования и характеристики аналогичны составу и характеристикам систем D920/930.

В Федеральном радионавигационном плане США отмечено [11], что за счет использования дифференциальных подсистем, которые в США получили наименование LAAS, существенно повышается уровень безопасности при посадке и рулении. Международный аэропорт Ньюарк-Либерти и Хьюстонский аэропорт при поддержке авиакомпаний оснащены AЛДПС LAAS, обеспечивающими посадку ВС по I категории [11]. В настоящее время Федеральное управление гражданской авиации США проводит исследования по разработке требований для категорий II и III.

Рядом компаний проводятся работы по совершенствованию характеристик авиационных локальных дифференциальных подсистем путем использования псевдоспутников, размещаемых перед торцом взлетно-посадочной полосы (ВПП), увеличения количества опорных приемников, и оснащения приемников антеннами, подавляющими многолучевость, с целью достижения характеристик, соответствующих требованиям точности для III-й категории ИКАО.

JPALS - система точного захода на посадку и посадки Министерства обороны США, представляет собой систему посадки на основе дифференциальной коррекции сигнала GPS с использованием защищенных средств передачи информации [43].

Создание JPALS обосновано наличием двух основных требований военных потребителей. Во-первых, военные потребители нуждаются в универсальной, высокомобильной всепогодной системе точного захода на посадку, адаптируемой к широкому спектру сред (от использования на борту до быстрой установки на необорудованных аэродромах). Во-вторых, необходима надежная система, которая может поддерживать высокий уровень надежности в боевых действиях, особенно в части способности эффективно противостоять помехам.

Таким образом, в связи с тем, что помехоустойчивость бортовой АП СРНС и ЛККС крайне низка, система посадки по сигналам СРНС может стать доступной

мишенью для террористических, диверсионных и других противоправных действий.

Кроме того, в связи с продолжающимся расширением применения средств радиосвязи, возрастает вероятность возникновения непреднамеренных помех для навигационной аппаратуры, вызванных внеполосными излучениями.

В связи с изложенным выше можно выделить одно из наиболее важных направлений совершенствования систем посадки с использованием СРНС -обеспечение требуемых характеристик в условиях внешних воздействий, приводящих к нарушению работоспособности системы посадки воздушных судов.

1.2 Требования к характеристикам авиационных локальных дифференциальных подсистем и причины ухудшения характеристик

в условиях эксплуатации

Согласно Радионавигационному плану РФ [6] основными эксплуатационными характеристиками навигационных систем (в том числе дифференциальных подсистем посадки) являются:

- точность - величина, суммарная погрешность системы не превышает которую с вероятностью 95%;

- целостность - вероятность того, что погрешности системы находятся в пределах пороговых значений контроля при отсутствии оповещения пользователя об отказе;

- непрерывность обслуживания - вероятность функционирования без перерывов на требуемом этапе полета;

- эксплуатационная готовность (доступность) - вероятность функционирования системы в момент начала требуемого этапа полета;

Точность определения координат ВС определяется величиной погрешностей измерения радионавигационных параметров (псевдодальностей), взаимным расположением видимых НКА относительно АП СРНС на ВС и ЛККС, состоянием ионосферы и тропосферы, и множеством других факторов.

Необходимый уровень целостности определяется величинами порогов сигнализации и различается в зависимости от требуемой категории. При выходе прогнозируемой погрешности оценки навигационных параметров за выбранные пороги, выдается предупреждение, получив которое экипаж должен перейти на навигацию с использованием других навигационных средств.

В ЛККС и АП СРНС следует применять алгоритмы контроля целостности, предназначенные для обнаружения отказа дальномерных источников. Вероятность потери целостности из-за отказа дальномерных источников представляет собой вероятность не обнаружения отказа алгоритмами контроля целостности при его возникновении.

Потеря целостности - превышение пороговых значений погрешности, не выявленное системой контроля. Риск потери целостности связан со многими характеристиками. Навигационная система состоит из трех составляющих: наземный сегмент (наземная ЛККС), космический сегмент (навигационные спутники ГЛОНАСС, GPS и др.) и бортовую АП СРНС. Под вероятностью нарушения целостности подразумевается вероятность превышение предела погрешности определения местоположения без нарушений в работе СРНС, ЛККС и бортовой АП СРНС.

Нарушение целостности вызывается следующими причинами:

1. Ошибка или неисправность оборудования. Вероятность ошибки обусловлена надежностью систем встроенного контроля ЛККС и бортовой АП СРНС, и представляет собой вероятность не выявления неисправности оборудования при ее возникновении в течение времени захода на посадку. Вероятность ошибки оборудования определяется надежностью наземной ЛККС и

бортовой АП СРНС. Согласно вероятности возникновения отказа, не обнаруженного системой встроенной диагностики и контроля в течение времени захода на посадку, оценивается согласно теории надежности, исходя из оценок потока отказов оборудования. Для обеспечения снижения данного риска необходимо принимать меры, повышающие надежность ЛККС и бортовой АП СРНС, такие, как резервирование блоков, применение высоконадежной элементной базы, обеспечение таких режимов работы электрорадиоизделий, которые позволяют обеспечить их длительную безотказную работу.

2. Ошибка при передаче информации. Вероятность ошибки при передаче информации определяется характеристиками канала связи (вероятностью ошибок и применяемым помехоустойчивым кодированием).

3. Превышение погрешности определения навигационных параметров ВС установленных уровней защиты при условии, что бортовая и наземная аппаратура исправна, и качество навигационных сигналов удовлетворяют всем требованиям. Такая ситуация возникает за счет свойств распределения случайной величины суммарной погрешности. Если считать погрешность позиционирования ВС нормально распределенной случайной величиной с дисперсией, соответствующей требуемой точности позиционирования ВС, то можно определить вероятность превышения такой случайной величиной значения уровня защиты. Это обусловлено случайной природой погрешностей позиционирования ВС и зависит только от соотношения дисперсии ошибки и установленных нормативными документами уровней защиты. Для обеспечения нахождения данного параметра в требуемых пределах необходимо обеспечить такое значение дисперсии погрешностей, при котором вероятность превышения уровней защиты будет находиться в заданных пределах. В целях снижения данного риска нарушения целостности в аппаратуре ЛККС и бортовой АП СРНС должны быть реализованы меры для снижения погрешностей оценки дифференциальных поправок и псевдодальностей, а также для обеспечения работы по созвездию НКА с достаточным геометрическим фактором.

4. Потеря целостности из-за отказа дальномерных источников. Это может быть вызвано тремя основными причинами:

- отказ НКА,

- неблагоприятные условия распространения сигнала в ионосфере и тропосфере,

- нарушение условий приема в зоне аэродрома или в окрестности ВС, связанное с воздействием индустриальных и преднамеренных помех, а также влиянием отражающих объектов вблизи ЛККС или ВС (например, отражением сигналов от подстилающей поверхности при полете на низких высотах).

Известны алгоритмы мониторинга целостности навигационных данных, указанные в [1] и [2], включающие в себя контроль факторов, приводящих к нарушению целостности дальномерного источника. Данные факторы включают в себя:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Криницкий Георгий Викторович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Навигационный радиосигнал в диапазонах L1, L2 (ред. 5.1). — М.: РНИИ КП, 2008.

2. Квалификационные требования (КТ - 253 «Бортовое оборудование ГНСС/ЛККС»), (ред. 1). Межгосударственный Авиационный Комитет. — 2007.

3. Квалификационные требования (КТ - 34-01 «Бортовое оборудование спутниковой навигации»), (редакция 3). Межгосударственный Авиационный Комитет. — 2005.

4. Параметры земли 1990 года (ПЗ-90.11). Справочный документ. — 2014.

5. Приложение 10 к Конвенции о международной гражданской авиации. Авиационная электросвязь, том 1 (Радионавигационные средства). — Монреаль: ИКАО, 2006 (SARPs).

6. Радионавигационный план Российской Федерации. — М.: Минпромторг,

2015.

7. ФЦП "Модернизация Единой системы организации воздушного движения Российской Федерации (2009-2020 годы)".

8. ФЦП "Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012-2020 годы".

9. Руководство по глобальной навигационной спутниковой системе (GNSS) Doc 9849. — изд. 2-е. — Международная организация гражданской авиации, — 2013.

10. Руководство по навигации, основанной на характеристиках (PBN). — изд. 3-е. —, Международная организация гражданской авиации, 2008.

11. 2017 Federal Radionavigation Plan. US Department of Defense, US Department of Homeland Security, US Department of Transportation, — 2017.

12. IS-GPS-200H: Interface Specification Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interface. Global Positioning Systems Directorate and Systems Engineering & Integration, — 2013.

13. Алгоритм формирования диаграммы направленности с ограничениями на значение мощности полезного сигнала / В.Н. Тяпкин, Д.Д. Дмитриев, В.Г. Коннов и др. // Радионавигационные технологии. Вып. 5. Сб. статей / Под ред. А.И. Перова. — М.: Радиотехника, 2016. — 146 с.: ил. Научно-технические серии. Серия «Радиосвязь и радионавигация». — С. 19 — 27.

14. Быстраков С. Г. Исследование взаимного влияния элементов антенной решетки на эффективность компенсации помех в каналах приемников СРНС // Радиотехника. — 2007. — №11.— С. 93 — 101.

15. Быстраков С. Г., Папков Р. С. Экспериментальное исследование методов коррекции частотных характеристик каналов при пространственной обработке сигналов // Радиотехника (Журнал в журнале). — 2001. — №7.

16. Быстраков С. Г., Соловьев Ю. А., Устюжанин Д. А. Методические вопросы априорной оценки точности определения координат дифференциальной подсистемой ГЛОНАСС/GPS на этапе посадки воздушного судна // Космонавтика и ракетостроение: журнал, — Королев: ЦНИИмаш, 2015. — № 1 (80).

17. Быстраков С. Г., Соловьев Ю. А., Устюжанин Д. А. Методика оценки точности и эксплуатационных характеристик АЛДПС ГЛОНАСС на этапе посадки воздушного судна в условиях помех // Новости навигации: журнал. — М.: АО "НТЦ "Интернавигация", 2016. — № 1.

18. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. — изд. 4-е, перераб. и доп. — М.: Радиотехника, 2010. — 800 с.

19. Ефименко В. С., Пастухов А. В., Ворончихин Д. Н. Новые методы реализации алгоритмов пространственно-временной обработки // Радиотехника: журнал. — М.: Радиотехника, 2014. — № 9. — С. 129 — 134.

20. Ефименко В. С., Харисов В. Н. Адаптивная пространственно-временная фильтрация при многоканальном приеме // Радиотехника и электроника. — 1987. — Т.32. — № 9. — С. 1893 — 1901.

21. Ефименко В. С., Харисов В. Н. Адаптивные формирователи лучей для повышения помехоустойчивости приемников СРНС // Радиотехника. — 2008. — №7. — С. 45—50.

22. Ефименко В. С., Харисов В. Н. Алгоритмы оптимальной фильтрации при пространственно-многоканальном приеме в условиях быстрых изменений сигнально-помеховой ситуации // Радиотехника (Приложение к журналу). — 1992. — С. 23 — 29.

23. Ефименко В. С., Харисов В. Н. Оптимальный пространственно-поляризационный прием сигналов СРНС в условиях помех // Радиотехника. — 2007. — №11. — С. 101 — 108.

24. Ефименко В. С., Харисов В. Н. Эффективность пространственной обработки для СРНС // Радиотехника и электроника. — 2002. — №7. — С. 88 — 92.

25. Ефименко В. С., Харисов В. Н., Медведев П. В. Влияние многолучевого распространения помех на качество их подавления // Радиотехника. — 2005. — №7. — С. 93 — 97.

26. Завалишин О. И., Лукоянов В. А. Результаты испытаний спутникового оборудования ЛККС-А-2000 и GLS в Европе // Новости навигации: журнал. — М.: АО "НТЦ "Интернавигация", 2007. — №4.

27. Исследование характеристик поляризационного антенного компенсатора помех для приемников СРНС / В. С. Ефименко, В. Н. Харисов, С. Г. Быстраков, Е. С. Конаныхин // Радиотехника (Журнал в журнале). — 2007. — №7. — С. 102 — 108.

28. Карпинский К. Ю., Огнев В. А. Результаты сравнения различных вариантов построения НАП для высокодинамичных объектов при низких соотношениях «сигнал/шум» // Новости навигации: журнал, — М.: АО "НТЦ "Интернавигация", 2017. — № 2 — С. 11 — 16.

29. Криницкий Г. В. Методы снижения влияния многолучевости на качество спутниковой навигации для обеспечения точного захода на посадку / Г. В. Криницкий, М. Д. Леонова, Е. Н. Юрасова // Научный вестник МГТУ ГА.

— М.: МГТУ ГА, 2015. — № 222. — С. 98 — 102.

30. Криницкий Г. В. Алгоритм поиска сигналов ГНСС ГЛОНАСС пониженного уровня // Новости навигации: журнал. — М.: АО "НТЦ "Интернавигация", 2017. — № 1. — С. 9 — 15.

31. Криницкий Г. В. Оценка влияния ограничения угла возвышения НКА на точность и доступность определения местоположения ВС по сигналам ГЛОНАСС на конечном участке захода на посадку / Г. В. Криницкий, А. В. Зимина, А. С. Зимин // Научный вестник МГТУ ГА. — М.: МГТУ ГА, 2015. — № 221.— С. 59 — 67.

32. Криницкий Г. В. Метод повышения эксплуатационных характеристик ГНСС с использованием наземных функциональных дополнений путем учета свойств распространения радиосигналов в атмосфере / Г. В. Криницкий, М. Д. Леонова, Е. Н. Юрасова // Научный вестник МГТУ ГА. — М.: МГТУ ГА, 2015. — № 221. — С. 179 — 185.

33. Криницкий Г. В. Алгоритм обработки сигналов в аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем, предназначенной для обеспечения точного захода на посадку в условиях воздействия радиопомех // Научный вестник МГТУ ГА. — М.: МГТУ ГА, 2017. — № 5. — С. 43 — 49.

34. Мониторинг влагосодержания атмосферы с помощью системы ГЛОНАСС/GPS / В. В. Чукин, Е. С. Алдошкина, А. В. Вахнин и др. // Региональная экология. — 2010. — № 3 (29). — С.122 — 126.

35. Перов А. И. Основы построения спутниковых радионавигационных систем. — М.: Радиотехника. — 2012. — 240 с.

36. Потенциальные характеристики поляризационного антенного компенсатора помех для приемников СРНС / В. Н. Харисов, В. С. Ефименко, С. Г. Быстраков, Е. С. Конаныхин // Радиотехника (Журнал в журнале). — 2007.

— №7.

37. Раушер К., Йанссен Ф., Минихольд Р. Основы спектрального анализа: Пер. с англ. С. М. Смольского / Под ред. Ю. А. Гребенко. — М.: Горячая линия-Телеком, 2006. — 224 с.

38. Создание помехозащищенных навигационных приемников, способных измерять пространственную ориентацию объектов / В. Н. Тяпкин, Ю. Л. Фатеев, Д. Д. Дмитриев и др. // Успехи современной радиоэлектроники. — 2014. — № 5.

— С. 61 — 65.

39. Соколов И. М., Кинкулькин И. Е., Калмыков П. В. Метод устранения помех с использованием разнесенных антенн // Радионавигационные технологии: Сб. статей. / Под ред. А. И. Перова. — М.: Радиотехника, 2015. — № 4.

40. Соколов И. М., Калмыков П. В., Дединец Е. Ф. Результаты исследования влияния характеристик приемного тракта на уровень подавления помехи спутникового сигнала // Научно-технические серии / Серия "Радиосвязь и радионавигация". — М.: Радиотехника, 2013. — № 3. — С. 109 — 111.

41. Соколов И. М., Калмыков П. В., Дединец Е. Ф. Результаты испытаний антенного подавителя ГНСС. Новости навигации. — М.: АО "НТЦ "Интернавигация", 2014. — №1. — С.25 — 27.

42. Соловьев Ю. А. Системы спутниковой навигации. — М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. — 270 с.

43. Соловьев Ю. А. Спутниковые дифференциальные подсистемы посадки воздушных судов // Новости навигации: журнал. — М.: АО "НТЦ "Интернавигация", 2014. — № 2.

44. Тюбалин В. В., Цветков А. О., Шувалова А. В. Алгоритмы обнаружения аномалий навигационных сигналов // Радионавигационные технологии: Сб. статей. / Под ред. А. И. Перова. — М.: Радиотехника, 2014. — № 3.

45. Тяпкин В. Н., Дмитриев Д. Д., Мошкина Т. Г. Потенциальная помехоустойчивость навигационной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем // Вестник СибГАУ. — 2012. — Вып. 3(43).

— С. 113 — 119.

46. Управление амплитудно-фазовым распределением адаптивной фазированной антенной решетки / В. Н. Тяпкин, Д. Д. Дмитриев, Е. Н. Гарин, А. В. Соколовский // Промышленные АСУ и контроллеры. — 2013. — № 4. — С. 66 — 71.

47. Фазовые измерения в адаптивном пространственно-временном ормирователе лучей / В. Н. Харисов, П. М. Головин, П. В. Медведев и др. // Радионавигационные технологии. Вып. 5. Сб. статей / Под ред. А. И. Перова. — М.: Радиотехника, 2016. — 146 с.: ил. Научно-технические серии. Серия «Радиосвязь и радионавигация». — С. 28 — 30.

48. Экспериментальные исследования цифрового антенного компенсатора помех для приемника СРНС / С. Г. Быстраков, П. М. Головин, В. С. Ефименко и др. // Радиотехника (Журнал в журнале). — 2008. — №7.

49. Aircraft Carrier Multipath Modeling for Sea-Based JPALS / Weiss J. P., et al. // Proc. of the ION GNSS 18th International Technical Meeting of the Satellite Division. — Long Beach, CA, September 13-16, 2005.

50. An Efficient Time-Frequency Algorithm for Weak Signal Acquisition of Modernized GNSS Signals / Wang Y., Tian J., Leclere J. et al. // Proc.of the ION GNSS+ 2014 27th International Technical Meeting of the ION Satellite Division, — Tampa, Florida, September 8-12, 2014. — P. 2767 — 2775.

51. Availability Modeling of Military Precision Approach and Landing Systems / Gallimore I. et al. // Proc. of the ION GPS 2000. — Salt Lake City, UT, September 1922, 2000.

52. Blind Adaptive Beamformer Based on Orthogonal Projections for GNSS / Sgammini M., Antreich F., Kurz L. et al. // Proc. of the 25th International Technical Meeting of the Satellite Division of The iInstitute of Navigation. — Nashville TN, September 17-21, 2012. — P. 925 — 936.

53. Brown А., Mathews B. GPS Multipath Mitigation Using a Three Dimensional Phased Array // Proc. of the ION GNSS 2005. — Long Beach, California, September 2005.

54. Brown A., Mathews B. Constrained Beamforming for Space GPS Navigation // Proc. of the ION GNSS 2007, Ft. Worth. — Texas, September 2007.

55. Characterization of GNSS Measurement Distortions Due to Antenna Array Processing in the Presence of Interference Signals / Vagle N., Broumandan A., Jafarnia A., Lachapelle G. UPINLBS 2014. — Corpus Christi, TX, November 20-21, 2014.

56. Christopher M., Gupta I. J. GNSS Receiver Biases Due to Non-Linear Phase of Controlled Pattern and Fixed Pattern Antennas // Proc. of the ION GNSS 20th International Technical Meeting of the Satellite Division. — Fort Worth, TX, September25-28, 2007. — P.1230 — 1235.

57. Chuang Y. C., Gupta I. J. Two stage beamformer for GNSS receiver antenna arrays // Proc. of the ION GNSS+ 2014 27th International Technical Meeting of the ION Satellite Division. — Tampa, Florida, September 8-12, 2014. — P. 2277 — 2285.

58. Development of the LAAS Accuracy Models / McGraw G. A., et al. // Proc. of the ION GPS 2000. — Salt Lake City, UT, September, 19-22 2000.

59. Dick C., Harris F., Pajic M., Vuletic D. Implementing a Real-Time Beamformer jn a FPGA Platform: We designed a flexible QRD-based beamforming engine using Xilinx System Generator // XCell Journal. — 2007. — P.36 — 40.

60. GBAS curved approach procedures: advantages, challenges and applicability / Steen M, Feuerle T., Stanisak M et al. // Proc. of the 28th International Congress Of The Aeronautical Sciences, 2012.

61. Interoperability between Civil LAAS and Military JPALS Precision Approach and Landing Systems / Katanik T., et al. // Proc. of the ION GPS 2001. — Salt Lake City, UT, September 11-14, 2001.

62. Investigation of the Effect of Ionospheric Gradients on GPS Signals in the Context of LAAS / Vemuri S. S., Achanta D. S., Ammana S. R., Desireddy K. R. // Progress In Electromagnetics Research B, — Vol. 57, — P.191 — 205, 2014.

63. Ionospheric error analysis in GPS measurements / Crocetto N., Pingue F., Ponte S. et al. // Annals Of Geophysics, Vol. 51, N. 4, August, 2008.

64. Kaplan E. D., Hegarty C. J. Understanding GPS. Principles and Applications, ARTECH HOUSE, 2006. — 703 p.

65. Kim U-S Analysis of Carrier Phase and Group Delay Biases Introduced by CRPA Hardware // Proc. of the ION GNSS 18th International Technical Meeting of the Satellite Division. — Long Beach, CA, September 13-16, 2005, — P. 635 — 642.

66. Konno H Dual-Frequency Smoothing for CAT III LAAS: Performance Assessment Considering Ionosphere Anomalies // ION GNSS 20th International Technical Meeting of the Satellite Division. — Fort Worth, TX, September 25-28, 2007. — P.424 — 437.

67. Krinitsky G., Leonova M., Konoplev V. Evaluation of navigation support characteristics of categorized aircraft approach and landing using global navigation satellite systems (GNSS). — Vol. 174 of the Advances in the Astronautical Sciences Series // Proceedings of the IAA/AAS SCITECH FORUM 2019 on Space Flight Mechanics and Space Structures and Materials 25-27 June 2019, Moscow, Russia. Pub. 2021, 1046 p. — P. 187 — 202.

68. Kudala R. C. A New Approach for Identifying Ionospheric Gradients in the Context of the GAGAN System // Advances in Geosciences. — Vol.30: Planetary Science and Solar&Terrestrial Science, 2011.

69. Murphy T., Harris M. More Ionosphere Anomaly Mitigation Considerations for Category II/III GBAS // Proc of the ION GNSS 20th International Technical Meeting of the Satellite Division. — Fort Worth, TX, September 25-28, 2007. — P.438 — 452.

70. Parkinson B. Global Positioning System: Theory and Applications. Volume I and II / Spilker J. (Ed) // Published by the American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. 370 L'Enfant Promenade, SW, Washington, DC 20024-2518, 1996.

71. Qin H., Liu Y., Jin T. A Novel Adaptive EKF GNSS Weak Signal Tracking Algorithm // Proc. of the 24th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation. — Portland OR, September 19-23, 2011. — P.1082 -1089.

72. Sokolov I. M., Kalmykov P. V. Methods of improving efficiency of interference suppression GNSS anti-jam receivers // Proc.of the Ninth Meeting of the International Committee on Global Navigation Satellite Systems (ICG). Working Group B: Enhancement of Performance of Global Navigation Satellite Systems Services. — Prague, Czech Republic, November 10 - 14, 2014.

73. Space Navigation with Digital Beam Steering GPS Receiver Technology / Gold K., Silva R., Worrell R., Brown A. // Proc. of the ION 59th Annual Meeting. — Albuquerque, NM, June 2003.

74. The JPALS Performance Model / Johnson G., et al. // Proc. of the ION GPS 2003. — Portland OR, September 9-12, 2003.

75. Using WAAS Ionospheric Data to Estimate LAAS Short Baseline Gradients / Walter T., Pullen S., Luo M. et al // Proc. of the 2002 National Technical Meeting of The Institute of Navigation. - San Diego, CA, January 2002. — P.523 — 530.

76. Van Trees L. Optimum Array Processing. Part IV of Detection, Estimation and Modulation Theory. — Wiley-Interscience, 2002. — 1443 p.

77. Veen B. V., Buckley K. M. Beamforming Techniques for Spatial Filtering // CRC Press LLC, 1999.

78. Warburton J. Tropospheric Error Bounding // FAA Engineering Development Services. — Atlantic City, 2010.

79. Weiss J. P., Anderson S., Axelrad P. Development of Multipath Error Budgets for JPALS Ground Station Receivers Journal of The Institute of Navigation. — 2005. — Vol. 52, No. 3. — P. 145 — 154.

80. Weiss J. P. Modeling and Characterization of Multipath in Global Navigation Satellite System Ranging Signals // Department of Aerospace Engineering Sciences, 2007.

81. Zhao H., Lian B., Feng J. Adaptive Beamforming Algorithm For Interference Suppression In Gnss Receivers // International Journal of Computer Science & Information Technology (IJCSIT). — Oct 2011. — Vol 3, No 5.

82. Zhuang J., Manikas A. Interference cancellation beamforming robust to pointing errors // IET Signal Processing. — 2013. — Vol. 7, No. 2. — P. 120 — 127.