Моделирование процессов возникновения аномальных ошибок в аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат технических наук Гасанов, Омар Исрапилович

• Гасанов, Омар Исрапилович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гасанов, Омар Исрапилович

Перечень условных сокращений

Введение

ГЛАВА 1. ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ И СУЩНОСТЬ НАУЧНОЙ ЗАДАЧИ.

1.1. Ошибки измерений, аномальные ошибки

1.2. Краткое описание структурного построения АРП

1.3. Обоснование необходимости исследования причин возникновения и моделирования аномальных ошибок АРП

1.4. Классификация аномальных ошибок АРП

Выводы к главе

ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АНОМАЛЬНЫХ ОШИБОК АРП.

2.1. Аномальные ошибки, вызванные паразитной частотной модуляцией (винтовой эффект).

2.2. Аномальные ошибки, вызванные наличием отраженных сигналов, когерентных источников излучений и интер ф ер енционных минимумов АС.

2.3. Возникновение аномальных ошибок из-за речевой модуляции.

2.4. Появление аномальных ошибок перед землетрясениями.

2.5. Ошибки в работе судовых фазовых АРП, вызванные воздействием внешних факторов.

2.6. Аномальные ошибки, вызываемые выходом из строя элементов антенной системы АРП.

2.7. Аномальные ошибки, вызываемые неверным восстановлением пеленгационного сигнала.

2.8. Влияние коммутации вибраторов на точность пеленгования.

2.9. Возникновение аномальных ошибок из-за кривизны земной поверхности.

2.10. Ошибки, вносимые неправильной настройкой однополосного модулятора АРП.

2.11. Аномальные ошибки, вызванные другими причинами 65 Выводы к главе

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ, МОДЕЛИРУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ

ВОЗНИКНОВЕНИЯ АНОМАЛЬНЫХ ОШИБОК АРП

3.1. Вводная часть

3.2. Алгоритмы восстановления последетекторного сигнала.

3.3. Разработка алгоритма для определения вибраторов, отказ которых приводит к максимальной ошибке.

3.4. Разработка компьютерной модели влияния коммутации вибраторов АС АРП на точность пеленгования.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УСТРАНЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ АНОМАЛЬНЫХ ОШИБОК НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕЛЕНГА В АРП.

4.1. Устранение влияния паразитной частотной модуляции.

4.2. Устранение ошибок в работе судовых фазовых АРП, вызванных воздействием внешних факторов.

4.3. Устранение аномальных ошибок, возникающих при пеленговании когерентных источников излучения и наличии отраженных сигналов.

4.4. Устранение влияния интерференционных минимумов на точность пеленгования.

4.5. Устранение ошибок, вызванных неправильным обнаружением и восстановлением пеленгационного сигнала.

4.6. Учет ошибок, вызываемых выходом амплитудной и фазовой неидентичности вибраторов за пределы допустимого порога и влиянием речевой модуляции на пеленгуемый сигнал.

4.7. Учет ортодромической поправки при вычислении пеленга.

4.8. Устранение влияния коммутации на точность пеленгования.

Выводы к главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование процессов возникновения аномальных ошибок в аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторах»

В теории измерений и математической статистике аномальной называют случайную ошибку, величина и вероятность возникновения которой не превышают некоторых наперед заданных пределов.

Рост интенсивности воздушного движения приводит к ужесточению требований по обеспечению безопасности полетов, что, в частности, достигается повышением точностных характеристик навигационного оборудования. В них, как и в других измерительных системах, возникают аномальные ошибки. В связи с этим, навигационная техника, в частности автоматические радиопеленгаторы (АРП), периодически, при эксплуатации проходят проверку по точностным параметрам.

Автоматические радиопеленгаторы (АРП) и радиопеленгационные системы (РПС) являются одним из средств обеспечения полетов, причем, на местных воздушных линиях, в удаленных и малоосвоенных районах АРП часто являются одним из основных средств управления воздушным движением (УВД).

В радиопеленгации, если ошибка пеленгования в три раза превосходит среднеквадратическую, то ее называют аномальной. Аномальные ошибки появляются, как правило, из-за наличия некоторого мешающего фактора (помехи), несоблюдения требований к условиям размещения навигационного оборудования относительно других систем навигации или местных предметов, некорректности алгоритмов обработки информации, не приспособленности структурного построения АРП к определению пеленга в некоторых точках пространства или сигналов с определенными параметрами и т.д.

Природа аномальных ошибок АРП мало изучена. В отечественной и зарубежной литературе рекомендуется при расчете среднеквадратической ошибки пеленгования исключать из расчетов аномальные ошибки. Так, в соответствии с ГОСТ 23100-78 (Радиопеленгаторы автоматические методы летных испытаний) разрешается отбрасывать одно из пятидесяти измерений, следовательно, в АРП, в среднем, одно из 50 измерений является аномальным.

Исследование аномальных ошибок может быть выполнено методами натурного эксперимента, что является трудоемким, дорогостоящим и длительным процессом. При этом замена натурного эксперимента моделированием обеспечивает повторяемость результатов эксперимента. При натурном эксперименте, невозможно повторно обеспечить идентичность условий проведения эксперимента (характеристика подстилающей поверхности в районе размещения АРП, повторное нахождение воздушного судна в заданной точке пространства, в заданном положении).

Обойти указанные выше трудности можно моделированием процессов возникновения аномальных ошибок, что дает заведомо более широкие возможности.

В связи с изложенным, моделирование процессов возникновения аномальных ошибок в аэродромных квазидоплеровских АРП является актуальной задачей.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Гасанов, Омар Исрапилович

Выводы к главе 4:

1. Предложены методы и алгоритмы устранения (уменьшения) влияния следующих причин, на точность определения пеленга в АРП:

- паразитной частотной модуляции;

- маневрирования и качки судна;

- наличия отраженных сигналов и искусственных помех; наличия интерференционных минимумов в диаграмме направленности антенной системы АРП;

- неправильного обнаружения и восстановления пеленгационного сигнала;

- выхода амплитудной и фазовой неидентичности вибраторов за пределы допустимого порога и влияния речевой модуляции на параметры пеленгуемого сигнала;

- кривизны земной поверхности;

- переходных процессов, вызванных наличием коммутации вибраторов антенной системы.

2. Практическая реализация предложенных методов и алгоритмов, позволяют устранить влияние причин возникновения аномальных ошибок на результаты измерения пеленга в АРП, что повышает безопасность управления воздушным движением и снимает многие ограничения, связанные с требованиями по размещению АРП на местности.

Заключение

Появление аномальных ошибок вызвано объективными факторами и обуславливается чаще всего наличием некоторой помехи или несоблюдением условий размещения АРП относительно местных предметов или других средств радионавигации.

Ужесточение требований к точностным характеристикам АРП, а также к условиям их размещения, необходимость размещения АРП на кораблях приводит к необходимости создания пеленгаторов с улучшенными параметрами, нечувствительных к причинам, вызывающим аномальные ошибки.

Проведенная оригинальная классификация аномальных ошибок в квазидоплеровских АРП, основанная на учете физической природы возникновения ошибок, упрощает процесс их изучения и исследования.

В работе выполнен комплексный анализ физической природы аномальных ошибок АРП и на этой основе разработаны математические модели процессов их возникновения, которые позволяют исследовать причины их возникновения и учитывать их при проектировании и эксплуатации АРП;

Разработаны оригинальные математические модели процессов возникновения аномальных ошибок в квазидоплеровских АРП, позволяющие имитировать причины их возникновения и на этой основе проводить исследование влияния указанных ошибок на результаты измерений.

По разработанным математическим моделям процессов возникновения аномальных ошибок в квазидоплеровских АРП, составлены алгоритмы и созданы компьютерные модели.

Разработанные по алгоритмам программы, и компьютерные модели позволяют проводить исследования с целью устранения влияние причин возникновения аномальных ошибок на результаты измерения в АРП и на этой основе повысить безопасность управления воздушным движением.

Предложены методы и алгоритмы устранения (уменьшения) влияния следующих причин, на точность определения пеленга в АРП:

- паразитной частотной модуляции;

- маневрирования и качки судна;

- наличия отраженных сигналов и искусственных помех; наличия интерференционных минимумов в диаграмме направленности антенной системы АРП;

- неправильного обнаружения и восстановления пеленгационного сигнала;

- выхода амплитудной и фазовой неидентичности вибраторов за пределы допустимого порога и влияния речевой модуляции на параметры пеленгуемого сигнала;

- кривизны земной поверхности;

- переходных процессов, вызванных наличием коммутации вибраторов антенной системы.

Практическая реализация предложенных методов и алгоритмов, позволяют устранить влияние причин возникновения аномальных ошибок на результаты измерения пеленга в АРП, что повышает безопасность управления воздушным движением и снимает многие ограничения, связанные с требованиями по размещению АРП на местности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гасанов, Омар Исрапилович, 2010 год

1. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1983.4. «Априорный анализ и его роль в исследовании социально-экономических явлений». Материал с сайта http://stat.sakha.ru/econ/doc/sir2.doc

2. Арзуманян Ю.В. Цифровой согласованный фильтр // Радиотехника. М.: 1984. №5

3. Асланов Г.К. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук на тему: "Прикладные методы обеспечения точностных характеристик АРП и АРПС". Московский государственный технический университет гражданской авиации. Москва 1998г.

4. Асланов Г.К., Гасанов О.И. Анализ причин возникновения аномальных ошибок в квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторах // Научно-технические ведомости СПбГПУ, серия Информатика Телекоммуникации Управление, №2. СПб: 2009.

5. Асланов Г.К., Гасанов О.И. Аномальные ошибки АРП // Сборник тезисов докладов XXV итоговой научно-технической конференциипреподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ. Махачкала: ДГТУ, 2004.

6. Асланов Г.К., Гасанов О.И. Анализ причин возникновения аномальных ошибок АРП // Сборник тезисов докладов XXVI итоговой научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ. Махачкала: ДГТУ, 2005.

7. Асланов Г.К., Гасанов О.И. Анализ ошибок автоматических радиопеленгаторов, вызываемых выходом из строя элементов антенной системы // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Махачкала: ДГТУ, 2008. - Вып. №11.

8. Асланов Г.К., Магомедов К.Г., Дзюба А.П. Формирование диаграммы направленности АРП с помощью корреляционной обработки // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Махачкала: ДГТУ, 1997. - Вып. №1.

9. Асланов Г.К., А.С Саидов А.П. Дзюба. Сравнительный анализ методов обработки информации АРП. // В сборнике научных трудов «Вопросы проектирования и опыт разработки современных радиотехнических систем и приборов», Махачкала 1996 г.

10. Белявский Л.С., Чуткий И.П. К вопросу об оценке влияния отражений от местных предметов на точность радиопеленгования. В кн. Радиотехническое оборудование аэропортов и воздушных трасс. Межвуз. сб. научных трудов, Киев, КИИГА, 1981г.

11. М.А. Богословская «Повышение достоверности и точности измёрения угловых координат целей моноимпульсным пеленгатором», Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, М.: 2008

12. Вартанесян В.А., Гойхман Э.Ш., Рогаткин М.И. Радиопеленгация. М.: Воениздат, 1968.

13. Гаджимурадов З.А., Алиев Н.М. Разрешение фазовой неоднозначности и определение пеленга путем цифрового сканирования диаграммы направленности. Межвузовский научно-тематический сборник

14. Проектирование электронной аппаратуры с применением САПР". Махачкала 1990 г.

15. Голосовский A.M. Синтез оптимальных схем фазового радиопелегатора. "Вопросы радиоэлектроники", серия "Общетехническая". 1971.

16. Дзюба А.П. «Модели и алгоритмы процессов функционирования аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Махачкала 2008.

17. Дзюба А.П., Магомедов К.Г. Обработка пеленгационной информации методом наименьших квадратов. // Всероссийская научно-техническая конференция «Современные информационные технологии в управлении». Тезисы докладов. Махачкала 2003 г.

18. Дзюба А.П., Асланов Т.К., Шер М.И., Аджигитов Д.Р. Метод обработки пелентационного сигнала с разложением в ряд Уолша // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Махачкала: ДГТУ, 1997. - Вып. №1.

19. Дзюба А.П. Вопросы реализации обработки пеленгационной информации с применением метода наименьших квадратов для радиопеленгаторов // Тезисы докладов Международной конференции посвященной 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН. Махачкала, ИПО «Юпитер» 1999г.

20. Ермакова Н.А. Алгебраические методы пеленгации источников сигналов. Обзор по материалам зарубежной печати, 1972-1985гг. N 124376/6, держатель НИИЭИР

21. Ю.М.Иголкин, Е.М.Петров. Автоматический радиопеленгатор АРП-75". Учебное пособие для вузов гражданской авиации. РИО РКИНГА, Рига 1985 г.

22. Караваев В.В., Молодцов B.C. Сравнение алгоритмов параметрического спектрального анализа применительно к пеленгации источников антенной решеткой / Препр./ АН СССР. Радиотехн. ин-т. 1990. - N903. - С.1-10.

23. Ковальчук Я.М.,Третьяков Г.Н. Влияние многолучевости на характеристики пеленгатора / Многопозиц. радиосистемы. /Моск. ин-т радиотехн., электрон, и автомат. М., 1991.

24. Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации. М., "Сов. радио",1964г.

25. Е.И. Куликов, А.П. Никифоров «Оценка параметров сигналов на фоне помех». М.: «Советское радио», 1978 г., стр 29-32

26. Лемешко Б.Ю. «О задаче идентификации закона распределения случайной составляющей погрешности измерений». Материал с сайта http://ami.nstu.ru

27. Марущак А.И., Расин A.M. и др. Способы повышения точности пеленгования аэродромных УКВ радиопеленгаторов. Труды НИИ гражданской авиации, выпуск 136, 1977.

28. Марцинковский Н.А. О дискретном интегрировании сигналов АРП при цифровом методе обработки информации. Труды ГОСНИИГА, выпуск 119, 1975.

29. Материалы фирмы "Fernau" (Англия)

30. Материалы фирмы Furuno Electronic Go., Ltd., pub. N NRG-010, October, 1982.

31. Матьянова JI. Ведущие зарубежные фирмы, выпускающие навигационные системы. Обзорная справка, микрофильм Р025547, держатель НИИЭИР.

32. Мезин В.К. Автоматические радиопеленгаторы. М.,"Сов. радио", 1969г.44. "Одноканальный радиопеленгатор ЕР 1650 с частотным диапазоном 20.500 МГц". Перевод N 4-28489 от 10.09.84г., ВЦП.

33. Отчеты по НИР «Анализ -Д». Махачкала., ОАО НИИ «Сапфир».

34. Отчет по научно-исследовательской работе "Исследование путей создания АРП ОВЧ диапазона для обеспечения полетов вертолетов с морских судов и морских буровых установок" (шифр "Азимут"), ДагНИИРА, Махачкала, 1989

35. Оппенгейм Э. Применение цифровой обработки сигналов. М., Мир, !980.

36. Радионавигационные системы аэропортов.-/Макаров К.В., Волынцев В.А., Шешин И.Ф., Червецов В.В., М.:Транспорт, 1978г.,336с.

37. Радиопеленгатор очень высокой частоты FD-525 фирмы Furuno, США. Sea Technology, June 1984, v.25, p.6.

38. Радиопеленгатор PA-555. News from Rohde & Schwarz (1985)1. No.109.

39. Ракипов Р.Г., Саидов А.С. Спектральный метод обработки сигнала в квазидоплеровском АРП. Тезисы докладов республиканской научно-практической конференции "Научно-технический прогресс и ЭВМ"., Махачкала., 1987

40. Саидов А.А., Алиев Н.М., Дзюба А.П. Радиопеленгатор на базе промышленной ЭВМ. Тезисы докладов международной научно-технической конференции посвященной 80-летию гражданской авиации России. Москва, МИИГА, 2003г.

41. Саидов А.С., Асланов Г.К., Дзюба А.П., Гамматаев Г.Л. Алгоритм работы имитатора летных испытаний. В сборнике научных трудов "Вопросы проектирования и опыт разработки современных радиотехнических систем и приборов.", Махачкала 1996 г.

42. Саидов А.С., Тагилаев А.Р., Алиев Н.М., Асланов Г.К. Проектирование фазовых автоматических радиопелнгаторов. Москва, Радио и связь, 1997 г.

43. Смирнов В.В., Расин A.M. Влияние дискретности измерения фазового распределения в точке приема на точность пеленгования квазидоплеровского АРП. Челябинский политехнический институт., Сборник научных трудов, 1980, N 255.

44. Соломенцев В.В. Быстрая обработка сигналов и фазированных антенных решетках радиопеленгаторов. В журн. Вопросы повышения эффективности функционирования авиационного и радиоэлектронного оборудования ГА. Рига, 1983г.

45. Д.В. Стубарев «Исследование алгоритмов предварительной обработки данных траекторных измерений методами имитационного моделирования» Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. Взято с сайта http ://www. j urnal. org

46. УКВ доплеровские радиопеленгаторные фирмы Rohde & Schwarz. Материалы фирмы Data sheet N 5-275, Е-2.

47. УКВ пеленгатор KS-537. Материалы фирмы Koden Electronics Co., Ltd., Япония.

48. УКВ пеленгатор Simrad TDL-1250 для спасательных судов береговой охраны Великобритании. Safety of Sea, 1982, N 163, р.8.

49. УКВ прецезионный пеленгатор РА-001 для пеленгования судов. News from Rohde & Schwarz (1980) sommer, No. 19, p. 15.

50. Ханцис C.3., Алхасов Ш.С., Караваев A.M., Анализ влияния местных предметов на точность квазидоплеровского радиопеленгатора. Тезисы докладов республиканской научно-практической конференции "Научно-технический прогресс и ЭВМ"., Махачкала., 1987

51. VHF Kompaktpieler РА-022, anf Der Roschungsplathrorm "Nordsee", News from Rohde & Schwarz (1984) v.107.

52. Neues von Rohde & Schwarz, 1985, N 109.

53. Neues von Rohde & Schwarz, Winter 1986/87.

54. Neues von Rohde & Schwarz, Sommer 1980,

55. Compact 12-chanel VNF D/F, Interavia, 1983, v.l, p.79.

56. Coupard, A., Perrin, J., VHF Direction Finder NP 7 for supervision of shipping in English Channel. News from Rohde & Schwarz (1975) No.71, pp.4-7.

57. A. Coupard, J.Perrin. Essai dun radio-goniometre VHF pour e'identification des navires dans le Pas de Calais. Naviga tion (Frense), 1977, v.25, N 98, pp.187-193.

58. P.Soati. Sistema di radionavigazione VOR. Antenna hltalia), 1977, v.49, N 6, pp.226-229.

59. Icao Bulletin, 1977, v.32, N 5, p.41.

60. Icao Bulletin, 1984, v.39, N 3, p. 180.

61. Unsett U. VHF Direction Finders control shipping in North Sea and Atlantic. News from Rohde & Schwarz (1989) No.124, pp.36.37.

62. Direction finding of narrowband autoregressive sources by antenna arrays /Ziskind Ilan, Bar-Ness Yeheskel // Antennas and Propag.: Int. Symp. Dig."Merg. Technol. 90's", Dallas, Tex., May 7-11, 1990. Vol. 4. Piscataway (N.J.),1990.

63. Direction-of-arrival estimation for narrow band coherent and incoherent sources in the presence of unknown noise fields / Wang Fengzhen // Res. IEEE Int. Radar Conf, Arlington, Va, May 7-10, 1990. New York (N. Y.), 1990.

64. Furuno Electric Co. LTD, Pub. NNPG-010, October 1982 (Japan)

65. Johnson,J.: R&S direction finders for Her Majesty's Coastguard. News from Rohde & Schwarz (1985) No.109, pp.36-37.

66. Mutual coupling effects on phase-only direction finding / Weiss Anthony J., Friedlander Benjamin // IEEE.Trans. Antennas and Propag. 1992. -40, N5.

67. Performance analysis of direction finding using lag redundancy averaging /Doron Miriam A., Weiss Anthony J., //IEEE Trans. Signal Process. -1993.-41, N3.

68. Precision DF safeguards North-Sea shipping. News from Rohde & Schwarz (1985) No.109, pp.35-36.