Позиционирование источника радиоизлучения в условиях высокогорья республики Йемен с использованием беспилотных летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.14, кандидат наук Аль-Одхари Абдулвахаб Хуссейн Али

• Аль-Одхари Абдулвахаб Хуссейн Али
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Аль-Одхари Абдулвахаб Хуссейн Али

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДОВ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

1.1. Анализ состояния проблемы позиционирования в условиях неоднородного рельефа

1.2. Существующие методы позиционирования

1.2.1. Глобальные системы позиционирования

1.2.2. Угломерный метод позиционирования в пространстве

1.2.3. Разностно-дальномерный метод позиционирования

1.2.4. Комбинированные методы позиционирования

1.2.5. Сравнительный анализ методов позиционирования

1.3. Источники ошибок позиционирования в горных условиях

1.3.1. Геометрический фактор расположения пунктов приема и ИРИ

1.3.2. Многолучевое распространение в условиях высокогорья

1.4. Особенности позиционирования ИРИ в условиях высокогорья республики Йемен

1.5. Требования к использованию БПЛА для позиционирования в горной местности

1.6. Требования к функционированию рассматриваемой системы позиционирования

1.7. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОПОРНЫХ ПУНКТОВ ПРИЕМА НА ТОЧНОСТЬ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ НА ПЛОСКОСТИ

2.1. Постановка задачи

2.2. Математическая модель позиционирования ИРИ на основе РДМ на плоскости

2.2.1. Разностно-дальномерный метод позиционирования на плоскости

2.2.2. Модель обработки разностно-дальномерных измерений

2.3. Аналитическая оценка геометрического фактора снижения точности

2.3.1. Геометрический фактор снижения точности в разностно-дальномерном методе

2.3.2. Минимальное значение GDOP в центре правильного многоугольника

2.4. Оценка GDOP средствами имитационного моделирования на основе РДМ

на плоскости

2.4.1. Моделирование разностно-дальномерного метода позиционирования на плоскости

2.4.2. Расчет коэффициента GDOP в зависимости от количества пунктов приема

2.4.3. Оценка влияния расположения пунктов приема на точность

2.5. Выводы

ГЛАВА 3. МОДЕЛИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ИРИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАЗЕМНОГО И ВОЗДУШНОГО СЕГМЕНТА НА ОСНОВЕ БПЛА В ПРОСТРАНСТВЕ

.3.1 Постановка задачи

3.2. Математическая модель учета наземного и воздушного сегмента при позиционировании ИРИ на основе РДМ в пространстве

3.3. Модель учета траектории движения БПЛА при позиционировании ИРИ в пространстве

3.4. Методы решения уравнения разностно-дальномерного метода

3.4.1. Нелинейные методы

3.4.2. Линейные методы

3.5. Вычисление границы Крамера-Рао

3.6. Разработки имитационной модели позиционирования ИРИ с использованием наземных и воздушных сегментов на основе БПЛА

3.6.1. Сценарий позиционирования неподвижного ИРИ с использованием стационарных пунктов приема

3.6.2. Сценарий позиционирования неподвижного ИРИ с использованием БПЛА

3.6.3. Сценарий позиционирования подвижного ИРИ с использованием БПЛА

3.7. Сравнение полученных результатов с известными

3.8. Выводы

ГЛАВА 4. ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ ИРИ В УСЛОВИЯХ ОТСУТСТВИЯ ПРЯМОЙ ВИДИМОСТИ В ПРОСТРАНСТВЕ

4.1. Постановка задачи

4.2. Классификация методов устранения ошибок отсутствия прямой видимости

4.3. Математическая модель позиционирования в условиях ошибок отсутствия прямой видимости в трехмерном пространстве

4.4. Оценка влияния отсутствия прямой видимости на точность позиционирования

4.5. Алгоритм и методики идентификации источников отсутствия прямой видимости измерений РДМ

4.6. Комплексная имитационная модель позиционирования ИРИ с использованием наземного и воздушного сегментов на основе БПЛА в условиях отсутствия прямой видимости

4.7. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

СПИСОК ТАБЛИЦ

ПРИЛОЖЕНИЕ. АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Позиционирование источника радиоизлучения в условиях высокогорья республики Йемен с использованием беспилотных летательных аппаратов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Повышение точности позиционирования источников радиоизлучения (ИРИ) в настоящее время является актуальным направлением и обусловлено множеством практических приложений, таких как поисково-спасательные операции, службы экстренной медицинской помощи, охраны правопорядка, слежения за персоналом, транспортными средствами и др.

В определенных приложениях актуальной и востребованной является задача позиционирования ИРИ в условиях неоднородного рельефа местности, например, в горах. Сложность позиционирования в условиях высокогорья определяется неравномерностью морфоструктуры местности, что особенно характерно для республики Йемен [1], [2]. Для определения местоположения ИРИ в таких труднодоступных высокогорных областях необходимо решить задачу позиционирования в трехмерном пространстве, которая осложняется, во-первых, невозможностью расположения пунктов приема измерений на одном уровне с ИРИ и, во-вторых, вероятным отсутствием прямой видимости между ИРИ и одним и/или несколькими пунктами приема (ПП).

Большинство населенных районов Йемена являются горными труднодоступными областями, в которых операторы сотовой связи Йемена не покрывают большую часть территории, что затрудняет реализацию соответствующих сервисов геолокации [3], [4]. Таким образом, задача позиционирования ИРИ в условиях высокогорья республики Йемен является востребованной и актуальной.

Одним из эффективных методов позиционирования является разностно-дальномерный метод (РДМ) (TDOA - Time Difference of Arrival). Для повышения точности позиционирования ИРИ ранее уже было предложено использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) [5], [6], [7], [69]. В настоящей работе представлены результаты исследований по повышению точности позиционирования в условиях высокогорья с вероятным отсутствием прямой видимости между ИРИ и одним и/или несколькими пунктами приема для случая, когда сбор навигационных измерений производится стационарными пунктами

приема в составе наземного сегмента и подвижными пунктами приема на борту БПЛА в составе воздушного сегмента рассматриваемой системы позиционирования.

Объектом диссертации является система позиционирования источников радиоизлучения в условиях высокогорья республики Йемен из стационарных пунктов приема в составе наземного сегмента и подвижных пунктов приема на борту БПЛА в составе воздушного сегмента.

Предметом диссертации являются алгоритмы и методы обработки навигационных измерений для позиционирования источников радиоизлучения в условиях высокогорья республики Йемен.

Степень разработанности темы. Позиционирование источника радиоизлучения является предметом интенсивных исследований ученых и научных коллективов на протяжении десятков последних лет. На данный момент существует большое количество работ на эту тему, которые можно разделить на три группы.

Первая группа работ рассматривает вопросы позиционирования источника радиоизлучения на плоскости. Например, в работах L. Yang, K.C. Ho, А.А. Грешилова, Г.А. Фокина, Y.T. Chan, Y.C. Cao, J.A. Fang, K. Regina, H. Julian, K. Wolfgang, M. Christian, P. Simon и др. исследованы алгоритмы и методы определения координат источника радиоизлучения на плоскости, но не учтен фактор многолучевого распространения сигналов. Для решения задач настоящего исследования двумерных моделей недостаточно, так как необходимо определить пространственные координаты источника радиоизлучения в горной местности, в том числе в условиях отсутствия прямой видимости. В данной работе разработана математическая и имитационная модели позиционирования ИРИ в трехмерном пространстве с применением БПЛА в качестве подвижного пункта приема.

Вторая группа работ рассматривает вопросы позиционирования источника радиоизлучения в пространстве с применением БПЛА в качестве подвижного пункта приема, например, работы H.J. Du, J.P. Lee, D.S. Oka, I. Mohammad, N.P. Nadea, Y.S. Soo, D.H. Kim, K. Lee, M.Y. Park, J. Lim, W. Wang, P. Bai, X. Liang, J.

Zhang, L. He и др. Однако в этих работах не учитывается фактор многолучевого распространения сигналов и влияние отсутствия прямой видимости между ИРИ и одним и/или несколькими пунктами приема на точность позиционирования, что, однако, имеет принципиальное значение при позиционировании в условиях неравномерного рельефа высокогорной местности. В данной работе разработаны и реализованы алгоритм и методики позиционирования ИРИ в трехмерном пространстве с применением БПЛА в качестве подвижного пункта приема с учетом идентификации и компенсации источников РДМ измерений, полученных в условиях отсутствия прямой видимости.

Работы третей группы посвящены задачам позиционирования источника радиоизлучения в условиях отсутствия прямой видимости на плоскости. В работах M.P. Wylie, J. Holtzman, P.C. Chen, L. Cong, W. Zhuang, M.B. Montminy, J. Schroeder, S. Galler, K. Kyamakya, J. Khodjaev, Y. Park, A.S. Malik и др. исследованы методы и алгоритмы идентификации прямой видимости на плоскости в условиях города, однако применимость разработанных алгоритмов требует уточнения для сценария трехмерного пространства с применением БПЛА в качестве подвижного пункта приема. В данной работе разработана математическая и имитационная модель идентификации прямой видимости и компенсации ошибок отсутствия прямой видимости (NLOS - Non-Line of Sight) для позиционирования в условиях высокогорной местности в трехмерном пространстве.

В связи с указанными недостатками имеющихся исследований можно сделать вывод о том, что задача позиционирования источников радиоизлучения в трехмерном пространстве в условиях высокогорья с применением БПЛА в качестве подвижного пункта приема с учетом необходимости идентификации и компенсации источников NLOS измерений полностью не решена. Настоящая работа посвящена разработке, исследованию и реализации алгоритма обработки РДМ измерений для позиционирования ИРИ в условиях отсутствия прямой видимости с использованием БПЛА в трехмерном пространстве.

Цель и задачи диссертации. Целью диссертации является повышение точности позиционирования источников радиоизлучения в условиях

неоднородного рельефа высокогорья республики Йемен с использованием наземного и воздушного сегментов на основе беспилотных летательных аппаратов.

Для достижения цели необходимо решение следующих основных задач:

• исследование точности алгоритмов обработки навигационных измерений для позиционирования ИРИ в условиях вероятного отсутствия прямой видимости между ИРИ и одним и/или несколькими пунктами приема; обоснование выбора численного метода решения навигационных уравнений РДМ;

• исследование топологий стационарных пунктов приема наземного сегмента и их влияния на точность позиционирования ИРИ с учетом подвижных пунктов приема в составе воздушного сегмента; обоснование топологии пунктов приема в составе наземного сегмента;

• исследование траекторий движения пунктов приема на борту БПЛА в составе воздушного сегмента и их влияния на точность позиционирования ИРИ в условиях неоднородного рельефа местности; обоснование траектории движения пунктов приема на борту БПЛА в составе воздушного сегмента;

• разработка комплексной имитационной модели системы из стационарных пунктов приема в составе наземного сегмента и подвижных пунктов приема на борту БПЛА в составе воздушного сегмента для позиционирования ИРИ в трехмерном пространстве в условиях отсутствия прямой видимости;

• разработка и реализация алгоритма и методик идентификации и компенсации источников РДМ измерений, полученных в условиях отсутствия прямой видимости для позиционирования в условиях высокогорной местности в трехмерном пространстве.

Научная новизна. Основные результаты диссертации, обладающие научной новизной:

1) В отличие от существующих систем позиционирования предлагается и обосновывается использование подвижного пункта приема на борту БПЛА с учетом специфики линейной топологии пунктов приема наземного сегмента позиционирования.

2) По-новому учтена специфика сбора и обработки разностно-дальномерных

навигационных измерений при движении пункта приема на борту БПЛА в составе воздушного сегмента системы позиционирования.

3) Впервые разработан и реализован алгоритм и методики сравнения дисперсий промежуточных оценок в обрабатываемых наборах и комбинациях пунктов приема с учетом специфики движения БПЛА в условиях высокогорья при отсутствии прямой видимости.

Теоретическая и практическая значимость диссертации. Теоретическая значимость диссертационной работы заключается в следующем:

1) Исследованы зависимости геометрического фактора снижения точности позиционировании источника радиоизлучения для разных топологий размещения неподвижных пунктов приема наземного сегмента и траекторий движения подвижного пункта приема. Установлены пределы точности обработки навигационных измерений при позиционировании с добавлением пункта приема на борту БПЛА для линейной топологии.

2) Установлена зависимость точности от траекторий и числа БПЛА в составе воздушного сегмента при позиционировании подвижного и неподвижного источника радиоизлучения.

3) Доказана возможность идентификации источников NLOS измерений при позиционировании в условиях высокогорья с использованием БПЛА.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в следующем:

1) Предложены варианты размещения неподвижных пунктов приема наземного сегмента по дуговой и пилообразной топологиям при взаимодействии с подвижным пунктом приема на борту БПЛА в составе воздушного сегмента.

2) Разработанные математическая и имитационные модели позволяют оценивать и визуализировать точность позиционирования для разных топологий пунктов приема наземного сегмента и траекторий движения пунктов приема на БПЛА в составе воздушного сегмента. Предложены рациональные комбинированные траектории движения пунктов приема на борту БПЛА в составе воздушного сегмента для повышения точности позиционирования.

3) Разработанные алгоритм и методики позволяют идентифицировать и исключить n источников NLOS измерений, если число оставшихся после исключения LOS источников превышает минимально необходимое на 1.

Полученные в диссертационной работе результаты внедрены в:

• Научно-производственном предприятии «Цифровые радиотехнические системы» (ООО «НПП ЦРТС») при выполнении ОКР по разработке средства контроля характеристик выдерживания высоты воздушными судами на основе информации многопозиционной системы наблюдения (МПСН) "HMU-МПСН" для обеспечения заданной точности измерения высоты воздушных судов.

• Программном обеспечении мобильной станции радиоконтроля «ИРГА-М», разработанной в НИЛ радиоконтроля ЭМС СПбГУТ.

• Учебном процессе кафедры радиосистем и обработки сигналов СПбГУТ по курсу «Основы радиолокации и радионавигации».

Методология и методы диссертации. Для решения поставленных в диссертации задач использовались численные методы решения навигационных гиперболических уравнений, математическое и имитационное моделирование.

Тематика и область диссертации. Содержание диссертации соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.12.14 - «Радиолокация и радионавигация»: п. 4. «Исследование и разработка новых систем и устройств радиолокации с целью увеличения дальности действия, точности и разрешающей способности, повышения помехозащищенности и помехоустойчивости», п. 5. «Разработка и исследование методов и алгоритмов обработки радиосигналов и извлечения из них информации при воздействии помех. Создание помехоустойчивых систем устройств. Разработка методов защиты и разрушения информации в системах радиолокации и радионавигации» и п.10. «Разработка методов синтеза и анализа, а также алгоритмов моделирования радиолокационных и радионавигационных систем».

Основные положения, выносимые на защиту:

1) Линейная топология наземного сегмента системы позиционирования с дополнительным пунктом приема на БПЛА в составе воздушного сегмента

позволяет повысить точность позиционирования источника радиоизлучения более чем в два раза.

2) Математическая и имитационная модели позиционирования ИРИ с использованием БПЛА позволяют учесть и визуализировать специфику сбора и обработки разностно-дальномерных навигационных измерений при движении пункта приема на борту БПЛА.

3) Алгоритм и методики обработки измерений при позиционировании с использованием БПЛА позволяют идентифицировать и исключить источники NLOS измерений, если число оставшихся после исключения LOS источников превышает минимально необходимое на 1.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждается корректным использованием математических методов исследования, результатами имитационного моделирования и непротиворечивостью известным существующим результатам. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях: на V, VI и VII международной научно-технической и научно-методической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» СПбГУТ (Санкт-Петербург, 2016, 2017, 2018); на конференции десятого всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых «наука и инновации в технических университетах» ПОЛИТЕХ (Санкт-Петербург, 2016); на международной конференции «2018 Systems of signals generating and processing in the field of on board communications», MTUCI, (Moscow, Russia, 2018) и на 16-ой и 17-ой международной конференции «Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networking NEW2AN» (St.-Petersburg, Russia, 2016 и 2017).

Личный вклад автора. Все основные научные положения и результаты диссертации, разработаны и получены автором самостоятельно.

Публикации по теме диссертации. Материалы, отражающие основные результаты диссертационной работы, опубликованы в сборниках научно-технических конференций, в том числе международных, а также в журналах

отрасли. Всего опубликовано 15 работ, из них 6 статей в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК, 5 статей в зарубежных научно-технических сборниках, индексируемых Scopus (2 в Springer и 3 в трудах IEEE конференций), 4 статьи в журналах, включенных в РИНЦ и тезисы докладов в количестве 3 в материалах научных конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертация включает введение, 4 главы, заключение, список сокращений и условных обозначений, список литературы, включающий 91 наименование, список иллюстративного материала, список таблиц и одно приложение. Основная часть диссертации (без приложений) изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок и 8 таблиц.

Благодарность. Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю к.т.н. Фокину Г.А. за неоценимую помощь и огромную моральную поддержку, оказанную в процессе работы над диссертацией.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДОВ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

1.1. Анализ состояния проблемы позиционирования в условиях неоднородного рельефа

Задачи позиционирования ИРИ в неоднородных условиях являются важными и востребованными в экстремальных ситуациях, таких как военные операции, а также в случае возникновения различных аварий, природных и техногенных катастроф [8].

Сложность позиционирования в неоднородных географических территориальных условиях определяется тем обстоятельством, что рельеф местности включает в себя высокие горы, что особенно характерно для республики Йемен [2]. Для обнаружения и нахождения ИРИ в таких областях необходимо решить проблему позиционирования в трехмерном пространстве, которая связана с тем, что невозможно расположить пункты приема на одном уровне с источником радиоизлучения.

Использование традиционных систем позиционирования GPS/ГЛОНАСС может быть затруднено или вообще невозможно по причине особенностей высокогорного рельефа местности, либо полученные с их помощью данные не будут обладать достаточной точностью. В случаях проведения поисковых операций в таких условиях зачастую стоит задача обнаружить и локализовать источник радиоизлучения противника таким образом, чтобы попытка обнаружения позиционирования осталась незамеченной. Это можно сделать с помощью пассивных методов определения местоположения [9]. В противном случае, при использовании активных методов определения местоположения, таких как радар, вероятный нарушитель сможет зафиксировать факт попытки обнаружения [9].

1.2. Существующие методы позиционирования

Системы позиционирования определяют координаты источника радиоизлучения по отношению к известной системе позиционирования или к

известной системе координат [10]. Некоторые из приложений систем позиционирования используются для обеспечения безопасности дорожного движения, для охраны правопорядка, для слежения за персоналом, транспортными средствами и др. Системы позиционирования могут быть классифицированы по двум категориям (как видно на рисунке 1.1): системы глобального и локального позиционирования.

Рисунок 1. 1- Классификация систем позиционирования

Глобальные системы позиционирования (GPSs - Global Positioning Systems) позволяют мобильному устройству находить своё собственное местоположение на Земном шаре. Локальные системы позиционирования (LPS - Local Positioning System) являются относительными системами позиционирования и могут быть разделены на автономные и удаленные системы позиционирование. Автономные системы позволяют объекту находить своё местоположение по отношению к статической точке в любой момент времени и места. Пример таких систем -инерциальная навигационная система (INS - Inertial Navigation System). Удаленные системы позиционирования позволяют находить объекту относительное местоположение других объектов, расположенных в их зоне покрытия. Удаленные системы позиционирования делятся на: системы активного и пассивного удаленного позиционирования. В первом случае, объект считается активным и

участвует в процессе позиционирования, в то время как, во втором случае, объект пассивен и в определении местоположения не участвует. Примером активных систем позиционирования является радиочастотная идентификация (RFID - Radio Frequency Identification), беспроводные локальные системы позиционирования (WLPSs - Wireless Local Positioning Systems), системы безопасности транспортного движения и предупреждения столкновений (TCAS - Traffic Alert and Collision Avoidance Systems).

Для того, чтобы подробнее изложить существующие проблемы в области позиционирования подвижных объектов и оценить текущее состояние дел в данной области, ниже представлен обзор созданных и разрабатываемых систем и их сравнительный анализ.

1.2.1. Глобальные системы позиционирования

В современном мире количество навигационных систем и систем позиционирования постоянно увеличивается. Две из них являются глобальными -это системы ГЛОНАСС и GPS [11], которые разработаны Galileo и Compass. Помимо этого, функционирует Beidou (КНР), которая является региональной системой (CNSS - The Chinese Navigation Satellite System,). Развитие аналогичных региональных систем является актуальным направлением научно-технической деятельности, что подтверждается такими проектами как (QZSS - Quasi Zenith Satellite System) в Японии и (IRNSS - Indian Regional Navigational Satellite System) в Индии, которые сегодня находятся на стадии активной разработки.

Вне зависимости от глобального или регионального статуса, в основе всех этих систем лежат единые функциональные и теоретические принципы. ГЛОНАСС и GPS работают на базе приемника спутниковой системы. Принцип действия приемника, в свою очередь, основан на вычислении координат подвижного объекта. После вычисления координат возможны следующие варианты: фиксация на подвижном объекте, передача на устройство записи или передача в центр обработки информации по каналам передачи данных, в частности, по радиоканалу, с последующей обработкой и анализом переданных координат.

Система GPS изначально являлась разработкой военного назначения соответствующего департамента США, но со временем, как и многие другие военные разработки, начала обеспечивать гражданские нужды в широком спектре применения. Основное предназначение GPS - определение скорости, времени и координат пространства с высокой степенью точности в любой точке нашей планеты. До сегодняшнего времени GPS остается самой распространенной системой позиционирования в глобальном масштабе среди всех современных глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS - Global Navigation Satellite System).

Система GPS включает в себя двадцать четыре основных активных высокоорбитальных спутника, а также несколько дополнительных спутников и наземную службу управления. Аппаратура конечных потребителей услуг системы так же включается в ее состав.

Работа системы GPS выглядит следующим образом. Каждый из спутников излучает свой собственный сигнал в одно и то же время. Это становится возможно за счет того, что их внутренние атомные часы четко синхронизированы. GPS-приемники потребителей принимают эти сигналы и замеряют задержку их прихода. Задержка прихода сигнала связана с тем, что расстояние между конкретным потребителем и разными спутниками не одинаково. Координаты потребителя вычисляются на основе полученной информации об этих задержках.

Такой квази-дальномерный метод помогает определить трехмерные координаты, но для этого необходимо не менее четырех спутников, расположенных в прямой видимости, осуществляющих наблюдение одновременно. Число видимых спутников может быть сокращено до трех, а координаты становятся двумерными в том случае, когда приемник располагается на поверхности земли на определенной высоте по отношению к уровню моря.

Разрешающая способность сигналов, достигающая 1 МГц для открытого «гражданского» кода, определяет потенциальную точность измерения сигналов. Функционируя в режиме накопления, разрешающая способность способна достигать нескольких единиц метров, однако при этом на порядок снижается

реальная точность. Это может происходить по причине трудно прогнозируемых тропосферных и атмосферных задержек, а также вследствие многолучевого распространения и переотражений сигналов.

Для преодоления проблемы, связанной с такой низкой точностью, был разработан метод определения координат с точностью до долей метра. Этот метод основан на следующем принципе действия. Дифференциальная станция (специализированный GPS-приемник) устанавливается в точке с заранее известными координатами. Такая станция сравнивает заданные координаты с теми координатами, которые измерены благодаря спутнику. На основе этого сравнения выявляется отклонение в измерениях координат. После этого информация о необходимых поправках, корректирующих неточности в определении местоположения передается другим GPS-приемникам по каналам передачи данных (как правило, по каналам радиосвязи). В том случае, когда расстояние между GPS-приемником и дифференциальной станцией не значительно, условия приема сигналов со спутника, так же как и отклонения от истинных измерений, становятся примерно одинаковыми в этих двух точках. За счет этого неточность в определении местоположения может быть существенно скомпенсирована.

Таким образом, GPS-система способна измерять координаты подвижных объектов, расположенных в любой точке земного пространства - в этом заключается ее наиболее значимое преимущество. Однако, вместе с тем, наряду с доступностью и универсальностью GPS-системы, существует большое количество задач, для решения которых в возможностях применения данной системы обнаруживается ряд существенных ограничений. Среди основных причин можно перечислить следующие:

Во-первых, существует ряд топологических условий, в которых сигнал GPS или вовсе не доходит до приемника или же приходит с существенной задержкой или искажением. К таким специфическим условиям относится расположение приемников в горных массивах, особенно в углублениях пещер, внутри помещений, в зданиях железобетонного типа, подвалах и тоннелях, где

определение точных координат объекта становится практическим невыполнимой задачей.

Во-вторых, к условиям ограничения применимости GPS-системы относится уязвимость ее сигналов для воздействия различных помех. Например, к таким помехам, способным вывести из строя GPS-приемники, расположенные в радиусе 100 км от источника, относятся шумовые передатчики мощностью около 4 Вт [12[.

За последние несколько десятилетий был осуществлен ряд аналитических исследований на предмет уязвимости различных транспортных систем, которые базируются на использовании GPS-сигналов [13], [14], [15], [16]. Одним из самых значимых и информативных отчетов о подобных исследованиях стал отчет Центра Волпе [17]. Исследования, которые резюмировались данным отчетом, непосредственно были посвящены проблемам уязвимости GPS-системы. Выводы, следующие из данного отчета, свидетельствуют о том, что любые радионавигационные системы, включая GPS-систему, уязвимы для воздействия помех преднамеренного и непреднамеренного характера. Это означает, что такие помехи заключают в себе существенную угрозу для безопасности, которая может выразиться в больших деструктивных последствиях для экономической системы, а также и для окружающей среды. В этом же отчете зафиксирована другая сторона проблемы, связанная с тем, что оборудование, создающее помехи является достаточно доступным с коммерческой точки зрения [18].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аль-Одхари Абдулвахаб Хуссейн Али, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Hadden, R.L. The Geology of Yemen: An Annotated Bibliography of Yemen's Geology, Geography, and Earth Science Alexandria / R.L. Hadden //Army Geospatial Center, U.S. Army Corps of Engineers. - 2012. - 330 p.

2. Ландшафты Йемена / Национальный информационный центр. [Электронный ресурс]

- Режим доступа: http://www.yemen-nic.info/sectors/geog_env/.(дата обращения 5.04.2018).

3. Густерин, П. Йеменская республика и ее города / П. Густерин. - М.: Международные отношения. 2006. - 232 с.

4. Colburn, M. The Republic of Yemen / M. Colburn. M.: Stacey International. 2002. - P. 88.

5. Tas, V. Optimal use of TDOA Geo-Location Techniques within the Mountainous Terrain of Turkey / V. Tas // Thesis, naval postgraduate school. - September 2012. - 170 p.

6. Kim, D. H. UAV-based localization scheme for battlefield environments / D. H. Kim, K. Lee, M. Y. Park, L. Jaesung // Military Communications Conference, MILCOM 2013 IEEE.

- 2013. - PP. 562 - 567.

7. Аль-Одхари, А. Х. Локализация объектов в условиях неоднородного рельефа с использованием беспилотных летательных аппаратов / А. Х. Аль-Одхари, Г. А. Фокин // Наука и инновации в технических университетах Материалы Десятого Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. ПОЛИТЕХ. - 2016.

- С. 7-9.

8. Алешин, Б.С. Обеспечение безопасности полетов беспилотных авиационных систем в едином воздушном пространстве / Б. С. Алешин, В. Л. Суханов, В.М. Шибаев // Ученые записки ЦАГИ. - 2011. -№6., Т. 42. - С. 73-82.

9. Малышкин, Е. А. Пассивная радиолокация / Е. А. Малышкин. - М.: Воениздат, 1961. -274 с.

10. Zekavat R. Handbook of position location: Theory, practice and advances / R. Zekavat, R. M. Buehrer // John Wiley & Sons. - 2011. - 1264 p.

11. Kaplan, E. D. Understanding GPS: Principles and applications / E. D. Kaplan, C. Hearty // Artech House Mobile Communications Series. - 2006. - 703 p.

12. Бобровский, С. Военные известия / С. Бобровский // PC Week. - 1998. - № 16.

13. Colby, G. Test Results of the Joint FAA/DoD Investigation of GPS Interference / G. Colby, et al. // Proceedings of the 10th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation. GPS-97. -Kansas City. - September 1997. - PP. 217-228.

14. Corrigan, T. M. John Hopkins University Applied Physics Laboratory / T. M. Corrigan, J. F. Hartranft, L. J. Levy, K. E. Parker, J. E. Pritchett, A. J. Pue, T. Thompson // "GPS Risk Assessment Study - Final Report". - January 1999. - 125 p.

15. Winer, B. GPS Receiver Laboratory RFI Tests / B. Winer, et al. // Proceedings of the Institute of Navigation National Technical Meeting. - Santa Monica. - January 1996. PP. 22-24.

16. Wallis, S. GPS Open Air Testing - Jamming at Woomera / S. Wallis // Proceedings of 1999 Technical Meeting & 19th Biennial Guidance Test Symposium. - San Diego. -January 1999.

- PP. 25-27.

17. John, A. Vulnerability Assessment of the Transportation Infrastructure Relying on the Global Positioning System / A. John, "Volpe National Transportation System Center Final Report".

- 29 August 2001. - PP. 6 - 88.

18. Forssel, B. Jamming Susceptibility of Some Civil GPS Receivers / B. Forssel, T.B. Olsen // GPS World. - 2003. - № 1. - PP. 54-58.

19. Лобанов, М. М. Развитие советской радиолокационной техники / М. М. Лобанов. - М.: Воениздат, - 1982. - 239 с.

20. Li, M. Angle-of-arrival estimation for localization and communication in wireless networks / M. Li, Y. Lu // 16th European Signal Process. Conf., EUSIPCO, Lausanne. - Switzerland.

- Aug. 2008. - PP. 1-5.

21. Hurtado, M. Performance analysis of passive low grazing-angle source localization in maritime environments using vector sensors/ M. Hurtado, A. Nehorai // IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst. - Apr. 2007. - Vol. 43. - PP. 780-789.

22. Wang, C. Convex combination based target localization with noisy angle of arrival measurements / C. Wang, F. Qi, G. Shi, X. Wang // IEEE Commun. Lett. - Feb. 2014. -Vol. 3, №. 1. - PP. 14-17.

23. Jean, O. Geolocation by direction of arrival using arrays with unknown orientation / O. Jean, A. Weiss // IEEE Trans. Signal Process. - Dec. 2014. - Vol. 62, №. 12. - PP. 3135-3142.

24. Chang, D. C. Bearing-only maneuvering mobile tracking with nonlinear filtering algorithms in wireless sensor networks / D. C. Chang, M.W. Fang // IEEE Syst. - Mar. 2014. - Vol. 8, №. 1, -РР. 160-170.

25. Zhang, W. Distributed angle estimation for localization in wireless sensor networks / W. Zhang, Q. Yin, H. Chen, F. Gao, N. Ansari // IEEE Trans. Wireless Commun. - Feb. 2013.

- Vol. 12, №. 2. - PP. 527-537.

26. Yao, B. Distributed angle estimation by multiple frequencies synthetic array in wireless sensor localization system / B. Yao, W. Wang, W. Han, Q. Yin // IEEE Trans. Wireless Commun. - Feb. 2014. - Vol. 13, №. 2. - PP. 876-887.

27. Kulakowski, P. Angle-of-arrival localization based on antenna arrays for wireless sensor networks / P. Kulakowski, J. Vales-Alonso, E. Egea-L'opez, W. Ludwin, J. Garc'ia-Haro // Computers & Electrical Engineering. - 2010. - Vol. 36, №. 6. - PP. 1181-1186.

28. Shao, H. J. Efficient closed-form algorithms for AOA based self-localization of sensor nodes using auxiliary variables / H. J. Shao, X. P. Zhang, Z. Wang // Signal Processing, IEEE Transactions on. - 2014. - Vol. 62, №. 10. - PP. 2580-2594.

29. Wang, J. Stansfield localization algorithm: theoretical analysis and distributed implementation / J. Wang, J. Chen, D. Cabric // IEEE Wireless Commun. Lett. - Jun. 2013.

- Vol. 2, №. 3. - PP. 327-330.

30. Zhou, Q. Weighted intersections of bearing lines for AOA based localization / Q. Zhou, Z. Duan // 17th Int. Conf. FUSION. - Salamanca, Spain. - Jul. 2014. - PP. 1-8.

31. Shao, H. J. Efficient closed-form algorithms for AOA based self-localization of sensor nodes using auxiliary variables / H. J. Shao, X. -P. Zhang, Z. Wang // IEEE Trans. Signal Process.

- Oct. 2014. - Vol. 62, №. 10. - PP. 2580-2594.

32. Dogancay, K. Instrumental variable estimator for 3D bearings-only emitter localization / K. Dogancay G. Ibal // IEEE ISSNIP. - Melbourne, Australia. - Dec. 2005. - PP. 63-68.

33. Bishop, A. N. Bearing-only localization using geometrically constrained optimization / A. N. Bishop, B. D. O. Anderson, B. Fidan, P. N. Pathirana, G. Mao // IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst. - Mar. 2009. - Vol. 45, №. 1.- PP. 308-320.

34. Badriasl, L. Three-dimensional target motion analysis using azimuth/elevation angles / L. Badriasl, K. Dogancay // IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst. - Oct. 2014. - Vol.50, №.4. -PP. 3178-3194.

35. Dogancay, K. 3D pseudo linear target motion analysis from angle measurements / K. Dogancay // IEEE Trans. Signal Process. - Mar. 2015. - Vol.63, №.6. - 1570-1580.

36. Xu, J. AOA Cooperative Position Localization / Jun Xu, Maode, Ma, Choi Look Law // IEEE "GLOBECOM" proceedings. - 2008. - PP. 3751-3755.

37. Фокин, Г.А. Оценка возможностей метода разностно-дальномерного метода позиционирования абонентских станций в системах мобильной связи LTE средствами имитационного моделирования / М.А. Сиверс, Г.А. Фокин, О.Г. Духовницкий // Информационные технологии моделирования и управления. - 2016. Т. 98., № 2. - С. 149-160.

38. Фокин, Г.А. Оценка точности позиционирования абонентских станций в сетях LTE разностно-дальномерным методом / Г.А. Фокин // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании IV Международная научно -техническая и научно-методическая конференция: сборник научных статей в 2 томах.

- 2015. - С. 170-173.

39. Аль-Одхари, А. Х. Исследование зависимости геометрического фактора топологии для разностно-дальномерного метода позиционирования / С. В. Дворников, Г. А. Фокин, А. Х. Аль-Одхари, И.В. Федоренко // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. - 2017. № 2. - С. 86-93.

40. Кореванов, С. В. Улучшение точностных характеристик навигационных систем беспилотных летательных аппаратов при их эксплуатации на высоких широтах / С. В. Кореванов // Дис. МГТУГА. - 2014.- 132 с.

41. Tang, H. TOA-AOA-based NLOS error mitigation method for location estimation / H. Tang, Y. Park, T. Qiu // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. - 2008. - PP. 114.

42. Кондратьев, В. С. Многопозиционные радиолокационные системы / В. С. Кондратьев, А. Ф. Котов, Л. Н. Марков. - М.: Радио и связь, 1986. - 264 с.

43. Отчет МСЭ-R SM.2211-1. Сравнение методов определения географического местоположения источника сигнала, основанных на разнице во времени прихода и угле прихода сигнала. Международный союз электросвязи. - июнь 2014. - 32 p.

44. Chan, Y. T. A Simple and Efficient Estimator for Hyperbolic Location / Y. T. Chan, K. C. Ho // IEEE Transactions on Signal Processing. - August 1994. - Vol.42, №.8. - PP. 19051915.

45. Черняк, В.С. Многопозиционная радиолокация / В.С Черняк. - М.: Радио и связь, 1993.

- 416 с.

46. Сосулин, Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. - М: Радио и связь, 1992. 304 с.

47. Дворников, С.В. Теоретические основы координатометрии источников радиоизлучения / С.В. Дворников, В.Н. Саяпин, А.Н. Симонов // Учебное пособие, СПб.: 2007. 80 с.

48. Волков, Р.В. Основы построения и функционирования разностно-дальномерных систем координатометрии источников радиоизлучений / Р.В. Волков, С.В. Дворников, В.Н. Саяпин, А.Н. Симонов // Учебное пособие, Военная академия связи имени С.М. Будёного, СПб.: 2013. 116 с.

49. Zhang, Y. Target Positioning with GDOP Assisted Nodes Selection Algorithm in Wireless Sensor Networks / Y. Zhang, D. Wei, W. Fu, B. Yang // International Journal of Distributed Sensor Networks. -18 June 2014. - PP. 1-10

50. Гряник, В.Н. Теория и техника радиолокации и радионавигации / В.Н. Гряник, С.Н. Павликов, Е.Н. Убанкин. // Учебное пособие. Владивостокский Государственный университет. Владивосток, 2009. 132 с.

51. Li1, B. 3D DOPs for Positioning Applications Using Range Measurements / B. Li1, A. G. Dempster1, J. Wang // Wireless Sensor Network. - 2011. - PP. 334-340.

52. Sivers, M. LTE positioning accuracy performance evaluation / M. Sivers, G. Fokin // Lecture Notes in Computer Science. - 2015. Т. 9247. - PP. 393-406.

53. Mashkov, G. Experimental validation of multipoint joint processing of range measurements via software-defined radio testbed / G. Mashkov, E. Borisov, G. Fokin //18th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT). - 2016. - PP. 268-273.

54. Ho K. C. Source localization using TDOA and FDOA measurements in the presence of receiver location errors: analysis and solution/ K. C. Ho, X. Lu, L. Kovavisaruch // IEEE Trans. Signal Process. - 2007. - Vol. 55. - PP. 684-696.

55. Badriasl, L. Effects of coordinate system rotation on two novel closed-form localization estimators using azimuth/elevation / L. Badriasl, H. Kennedy, A. Finn // 16th International Conf. Information Fusion, Istanbul, Turkey. - Jul. 2013. - PP. 1797-1804.

56. Wylie, M. P. The non-line of sight problem in mobile location estimation / M. P. Wylie J. Holtzman // Proceedings of ICUPC - 5th International Conference on Universal Personal Communications, Cambridge. - 1996. - Vol.2. - PP. 827-831.

57. Korchenko, A.G. The generalized classification of unmanned air vehicles / A.G. Korchenko, O.S. Illyash // In Actual Problems of Unmanned Air Vehicles Developments Proceedings (APUAVD), 2013 IEEE 2nd International Conference. - 2013. - PP. 28-34,

58. Chen, P. C. A non-line-of-sight error mitigation algorithm in location estimation / P.C. Chen / IEEE Wireless Communications Networking Conference. - 1999. -Vol. 1. - PP. 316-320.

59. Cong, L. Non-line-of-sight error mitigation in TDOA mobile location / L. Cong, W. Zhuang // IEEE Globecom - Nov 2001. - PP. 680-684.

60. Cong, L. Non-Line-of-sight error mitigation in mobile location / L. Cong, W. Zhuang // IEEE Transactions on Wireless Communications. - March 2005. - Vol. 4, №. 2. - PP. 560-573.

61. Фокин, Г.А. Методика идентификации прямой видимости в радиолиниях сетей мобильной связи 4-го поколения с пространственной обработкой сигналов / Г.А. Фокин // Труды Научно-исследовательского института радио. - 2013. № 3. - С. 78-82.

62. Фокин, Г.А. Имитационное моделирование процесса распространения радиоволн в радиолиниях сетей мобильной связи 4-го поколения с пространственной обработкой сигналов / Г.А. Фокин // Труды Научно-исследовательского института радио. - 2013. № 3. - С. 83-89.

63. Яцук, К. В. Применение беспилотных летательных аппаратов в локальных конфликтах и войнах/ К. В. Яцук, М. С. Стафеев, С. В. Казаринов // Молодой ученый. - 2016. №25. - С. 107-111.

64. Кошкин, Р. П. Беспилотные авиационные системы / Р. П. Кошкин. // Стратегические приоритеты. - 2016. - 676 с.

65. Blyenburgh, P. UAS: The global perspective / P. Blyenburgh // UAS Nordic Conference. -Oslo, Norway. - 2009.

66. Passive emitter localization using airborne bearing and TDOA sensors. - Режим доступа: http://www.fkie.fraunhofer.de.

67. СИГНАЛ S-2115. Комплект аппаратуры для мониторинга и охраны транспортных средств. - Режим доступа: http: //www.navis.ru/ catalog_16_191.htm.

68. Du, H. J. Passive Geolocation Using TDOA Method from UAVs and Ship/Land-Based Platforms for Maritime and Littoral Area Surveillance / H. J. Du, P. Y. Lee // Defence R&D Canada - Ottawa, TECHNICAL MEMORANDUM, DRDC Ottawa TM 2004-033. -February 2004. - PP. 11-32.

69. Du, H. J. Simulation of Multi-Platform Geolocation using a Hybrid TDOA/AOA Method / H. J. Du, P. Y. Lee // Defence R&D Canada. - Ottawa, TECHNICAL MEMORANDUM, DRDC Ottawa TM 2004-256. - December 2004. - PP. 1-24.

70. Cao, Y. C. Constrained Kalman filter for localization and tracking based on TDOA and DOA measurements / Y. C. Cao, J.A. Fang // Int. Conf. Signal Process. Syst.- May 2009. - PP. 28-33.

71. Fraunhofer Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics. Passive emitter localization using airborne bearing and TDOA sensors. - Режим доступа: http://www.fkie.fraunhofer.de/content/dam/fkie/de/documents/forschungsbereiche/sdf-emitter-localization-engl.pdf. Accessed May 2014

72. Лыонг, Ч. В. Гибридные алгоритмы оценивания координат источника радиоизлучения с применением неподвижного и подвижного пунктов приема: дис. канд. техн. наук / Ч. В. Лыонг. - РГРТУ, Рязань.: 2014. - 144 с.

73. Бакулев П. А. Радиолокационные и радионавигационные системы / П.А. Бакулев, А.А. Сосновский. -М.: Радио и связь, 1994. 296 с.

74. Chen, J. C. Maximum - likelihood source localization and unknown sensor location estimation for wideband signals in the near field / J. C. Chen, R. E. Hudson, K. Yao // IEEE Trans. Signal Process. - 2002. - Vol.50, №. 8. - PP. 1843 - 1854.

75. Cheung, K. W. A constrained least squares approach to mobile positioning: algorithms and optimality / K. W. Cheung, H. C. So, W. K. Ma, Y. T. Chan // EURASIP J. Adv. Signal Process. - 2006. - Vol. 2006, Article ID 20858. - PP. 1-23.

76. Mensing, C. Positioning Algorithms for Cellular Networks Using TDOA. / C. Mensing, S. Plass // Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, ICASSP 2006. - May 2006. - Vol. 4. - PP. 513-516.

77. Аль-Одхари, А.Х. Позиционирование подвижных источников радиоизлучения разностно-дальномерным методом / Г.А. Фокин, А.Х. Аль-Одхари // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2017. - Т. 11. № 4. - С. 41-46.

78. Lee, S. C. TDoA based UAV Localization using Dual-EKF Algorithm / S. C. Lee, W. R. Lee, K. H. You // International Journal of Control & Automation. - 2009. Vol. 2. - PP. 4754.

79. Saputra, O. D. UAV-based localization for distributed tactical wireless networks using archimedean spiral / O. D. Saputra, M. Irfan, N. N. Putri, S. Y. Shin // 2015 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems (ISPACS). -2015. - PP. 392-396.

80. Фокин, Г.А. Комплексная имитационная модель для позиционирования источников радиоизлучения в условиях отсутствия прямой видимости / Г.А. Фокин // Труды учебных заведений связи. -2018. -Т. 4. № 1. - С. 85-101.

81. Mikhalev, R. F. Ormondroyd Fusion of Sensor Data for Source Localization using the Hough Transform / R. F. Mikhalev // Information Fusion, 2006 9th International Conference on Florence, Italy. - 2006. - PP.1-6.

82. Khodjaev, J. Survey of NLOS identification and error mitigation problems in UWB-based positioning algorithms for dense environments / J. Khodjaev, Y. Park, A. S. Malik // Institute TELECOM and Springer-Verlag. - 2010. - PP. 301-311.

83. Schroeder, J. NLOS detection algorithms for ultra-wideband localization, Positioning, Navigation and Communication / J. Schroeder, S. Galler, K. Kyamakya // WPNC '07. 4th Workshop on. - March 2007. - PP. 159-166.

84. Guvenc, I. NLOS identification and mitigation for UWB localization systems / I. Guvenc, C. C. Chong, F. Watanabe // WCNC 2007. IEEE. - 2007. - PP. 1571-1576.

85. Mucchi, L. A new UWB indoor channel identification method. Cognitive Radio Oriented Wireless Networks and Communications / L. Mucchi, P. Marcocci // CrownCom 2007, 2nd International Conference on. - 2007. - PP. 58-62.

86. Heidari, M. Identification of the absence of direct path in indoor localization systems / M. Heidari, F. Akgul, K. Pahlavan // IEEE International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications. - 2007. - PP. 1-6.

87. Chen, P. C. A non-line-of-sight error mitigation algorithm in location estimation / P. C. Chen // Wireless Communications and Networking Conference, WCNC. IEEE. - 1999. - PP. 316320.

88. Montminy, M. B. Passive geolocation of low-power emitters in urban environments using TDOA / M. B. Montminy.: дис. - Air Force Institute of Technology. - Mar. 2007.- 120 p.

89. Knapp, C. The Generalized Correlation Method for Estimation of Time Delay / C. Knapp, G. Carter. // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing. - 1976. - PP. 320-327.

90. 3GPP TR 36.814 V9.2.0. Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Further advancements for E-UTRA physical layer aspects. - March 2017.

91. Torrieri, D. J. Statistical Theory of Passive Location Systems / D. J. Torrieri // IEEE Transactions on Aer-ospace and Electronic Systems. - Vol. AES-20, №. 2. - March 1984. -PP. 183-198.

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Рисунок 1.1- Классификация систем позиционирования........................................14

Рисунок 1.2 - Угломерный метод позиционирования в пространстве..................21

Рисунок 1.3 - Пространственная структура гибридного алгоритма ТБОА/АОА 24

Рисунок 1.4 - Коэффициенты ОБОР (а - низкий, б - высокий ).............................29

Рисунок 1.5 - Многолучевое распространение радиосигнала в горных условиях 30

Рисунок 1.6 - Йемен на карте мира............................................................................32

Рисунок 1.7 - Горы Йемена........................................................................................33

Рисунок 1.8 - Структурная схема позиционирования ИРИ в горной местности ... 37 Рисунок 1.9 - Функциональная схема позиционирования ИРИ в горной местности ... 38

Рисунок 2.1 - Принцип реализации РДМ...................................................................43

Рисунок 2.2 - Влияние геометрии расположения пунктов приема на точность

позиционирования.........................................................................................................47

Рисунок 2.3 - Правильный пятиугольник................................................................50

Рисунок 2.4 - Область позиционирования с тремя пунктами приема...................51

Рисунок 2.5 - Область позиционирования с четырьмя пунктами приема.............52

Рисунок 2.6 - Расположение пунктов приема на прямой линии............................53

Рисунок 2.7 - Область позиционирования с пересечением гипербол....................55

Рисунок 2.8 - Пример истинного положения ИРИ и расчетного положения.......56

Рисунок 2.9 - Коэффициент ОБОР для 3 пунктов приема.....................................56

Рисунок 2.10 - Коэффициент ОБОР для 4 пунктов приема...................................57

Рисунок 2.11 - Коэффициент ОБОР для 5 пунктов приема...................................57

Рисунок 2.12 - Коэффициент ОБОР для 6 пунктов приема...................................57

Рисунок 2.13 - Коэффициенты ОБОР (квадратная) : а) 4 пункта приема б) 5

пунктов приема..............................................................................................................59

Рисунок 2.14 - Коэффициенты ОБОР (линейная): а) 4 пункта приема б) 5 пунктов

приема ............................................................................................................................. 59

Рисунок 2.15 - Коэффициенты ОБОР (пилообразная): а) 4 пункта приема б) 5 пунктов приема..............................................................................................................60

Рисунок 2.16 - Коэффициенты ОЭОР (дуговая): а) 4 пункта приема б) 5 пунктов

приема.............................................................................................................................60

Рисунок 3.1- Пример РДМ на плоскости..................................................................63

Рисунок 3.2 - Расположение пунктов приема и ИРИ в трехмерном пространстве .. 65

Рисунок 3.3 - Различные итерационные алгоритмы решения уравнения РДМ.....69

Рисунок 3.4 - Область позиционирования и оценка точности ИРИ в трехмерном

пространстве..................................................................................................................76

Рисунок 3.5 - Зависимость среднеквадратичной ошибки от числа пунктов приема 78 Рисунок 3.6 - Зависимость СКО от отношения сигнал/шум для 4 пунктов приема . 79 Рисунок 3.7 - Зависимость СКО от отношения сигнал/шум для 5 пунктов приема

......................................................................................................................................... 79

Рисунок 3.8 - Второй сценарий; случай 1 (область позиционирования с

использованием БПЛА)................................................................................................80

Рисунок 3.9 - Второй сценарий; случай 1 (зависимость СКО от времени полета

БПЛА) ............................................................................................................................. 80

Рисунок 3.10 - Второй сценарий; случай 1 (область позиционирования при

расположении пунктов приема по дуговой топологии) ............................................ 81

Рисунок 3.11 - Второй сценарий; случай 1 (зависимость СКО от времени полета

БПЛА при расположении 1111 по дуговой топологии)..............................................81

Рисунок 3.12 - Область позиционирования с использованием двух БПЛА

(окружность) .................................................................................................................. 82

Рисунок 3.13 - Зависимость СКО от времени полета БПЛА для случая с двумя

БПЛА (окружность)......................................................................................................82

Рисунок 3.14 - Область позиционирования с использованием одного БПЛА

(линия) ............................................................................................................................ 83

Рисунок 3.15 - Зависимость СКО от времени полета БПЛА для случая с одним

БПЛА (линия)................................................................................................................83

Рисунок 3.16 - Область позиционирования с использованием двух БПЛА (линия) 84 Рисунок 3.17 - Зависимость СКО от времени полета БПЛА для случая с двумя БПЛА (линия)................................................................................................................84

Рисунок 3.18 - Область позиционирования с использованием двух БПЛА (линия и

окружность)...................................................................................................................85

Рисунок 3.19 - Зависимость СКО от времени полета БПЛА для случая с двумя

БПЛА (линия и окружность)........................................................................................85

Рисунок 3.20 - Оценка координат ИРИ при движении (пример движения ИРИ (1)) . 86

Рисунок 3.21 - Зависимость СКО от движения ИРИ...............................................87

Рисунок 3.22 - Оценка координат ИРИ при движении (пример движения ИРИ (2)) .. 87

Рисунок 3.23- Зависимость СКО от движения ИРИ................................................87

Рисунок 4.1 - Классификация методов устранения ошибок МЬОБ.......................92

Рисунок 4.2 - Процесс оценки ТЭОЛ на основе кросс-корреляции двух принятых

сигналов х (!) и у (!).......................................................................................................95

Рисунок 4.3 - Пример территориального распределения пунктов приема и ИРИ, при отсутствии прямой видимости у 2-го пункта приема и оценок координат

относительно 5 пунктов приема (слева), ВКФ принятых сигналов (справа).........96

Рисунок 4.4 - Увеличенный масштаб рисунка 4.3 (разброс оценок по набором). 97 Рисунок 4.5 - Промежуточные оценки координат по комбинациям и по наборам для 5 пунктов приема при отсутствии прямой видимости у 2-го пункта приема 103 Рисунок 4.6 - Пример территориального распределения 5 стационарных пунктов приема, один БПЛА и ИРИ, при отсутствии прямой видимости у 2-го пункта

приема и оценок координат относительно 6 опорных пунктов приема...............106

Рисунок 4.7 - Увеличенный примера территориального распределения пунктов

приема и ИРИ, и промежуточных оценок по наборам для 6 пунктов приема.....106

Рисунок 4.8 - Промежуточные оценки координат по комбинациям и по наборам для 6 пунктов приема при отсутствии прямой видимости у 2-го пункта приема 107 Рисунок 4.9 - Промежуточные оценки по комбинациям и по наборам с

поочередным исключением........................................................................................109

Рисунок 4.10 - Область позиционирования при отсутствии прямой видимости у

6-го пункта приема (БПЛА) на расстоянии 2000 метров........................................110

Рисунок 4.11 - Зависимость СКО от времени полета БПЛА................................111

Рисунок 4.12 - Функциональная схема имитационной модели позиционирования

ИРИ в условиях отсутствия прямой видимости......................................................113

Рисунок 4.13 - Зависимость дисперсий оценок и ошибок позиционирования от ОСШ для измерений прямой видимости LOS.........................................................116

СПИСОК ТАБЛИЦ

Таблица 1.1 - Основные характеристики методов позиционирования...................24

Таблица 1.2 - Классификация БПЛА..........................................................................35

Таблица 2.1- Коэффициенты геометрии и характеристики их точности...............47

Таблица 2.2 - Сравнение минимального значения GDOP........................................58

Таблица 2.3 - Коэффициенты GDOP при разной топологии...................................61

Таблица 3.1 - Среднеквадратичная ошибка оценки координат ИРИ......................77

Таблица 3.2 - СКО оценки координат при различных сценариях полета БПЛА .. 86 Таблица 3.3 - Сравнение полученных оценок для разных работ............................88

ПРИЛОЖЕНИЕ. Акты о внедрении научных результатов

_ -______1Ю««С<ияимш:

ООО «НПП .ЦРТС.

ИНН 7801549797

ОГРН 1117847248221

198205, г. Санкт-Петербург,

п. Старо-Паново, ул. Рабочая, д. 7, лит. А.,

пом. № 67

Тел.: [phone] Факс: [phone]

«УТВЕРЖДАЮ»

Генеральный директор ООО «НПП ЦРТС.

/Жф^ С.А. Кара

гЛусТ/

петян

Ш»_^_2018 г.

АКТ

о внедрении научных результатов, полученных Аль-Одхари Абдулвахаб Хуссейн Али

Комиссия в составе:

• Шифрина Владислава Владленовича, заместителя Генерального директора по исследованиям и разработке - Генерального конструктора ООО «НПП «ЦРТС»;

• Яблокова Андрея Юрьевича, заместителя Генерального конструктора ООО «НПП «ЦРТС»;

• Капойко Юрия Александровича, Главного конструктора «МПСН» ООО «НПП «ЦРТС»;

составила настоящий акт о том, что научные результаты, полученные Аль-Одхари Абдулвахаб Хуссейн Али в диссертационном исследования «Позиционирование источника радиоизлучения в условиях высокогорья республики Йемен с использованием беспилотных летательных аппаратов», а именно, методы вычисления координат и высоты источника радиоизлучения, методы оценки точности позиционирования, а также алгоритм идентификации и исключения измерений по переотражённым сигналам (в т.ч. в случаях отсутствия прямой видимости между источником сигнала и станцией, принявшей ответ - N1.03) использованы при выполнении ОКР по разработке средства контроля характеристик выдерживания высоты воздушными судами на основе информации многопозиционной системы наблюдения (МПСН) "НМ1)-МПСН" для обеспечения заданной точности измерения высоты воздушных судов.

Заместитель генерального директора по исследованиям и разработке -Генеральный конструктор

Заместитель Генерального конструктора

В.В. Шифрин

А.Ю. Яблоков

Главный конструктор «МПСН»

Ю.А. Капойко

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА» (спбгут)

Юридический адрес: набережная реки Мойки, д. 61, Санкт-Петербург, 191186

Почтовый адрес: пр. Большевиков, д. 22, корп. 1, Санкт-Петербург, 193232 Тел.[phone], Факс: [phone]

E-mail: [e-mail] ИНН 7808004760 КПП 784001001 ОГРН 1027809197635 ОКТМО 40909000

от

«УТВЕРЖДАЮ»

Первый проректор -проректор по учебной работе, доктор технических наук, профессор

на №

г.М. м

к Ьж

ашков

Ш Щ ■ 2018

У> V t Я ..V

ljW

АКТ

о внедрении научных результатов, полученных Аль-Одхари Абдулвахаб Хуссейн Али

Комиссия в составе:

- Владыко Андрея Геннадьевича, кандидата технических наук, директора научно-исследовательского института «Технологий связи»;

- Антипина Бориса Мавровича, кандидата технических наук, руководитель НИЛ радиоконтроля и электромагнитной совместимости;

- Виноградова Евгения Михайловича, кандидата технических наук, ведущего научного сотрудника НИЛ радиоконтроля и электромагнитной совместимости;

составила настоящий акт о том, что научные результаты, полученные Аль-Одхари Абдулвахаб Хуссейн Али в диссертационном исследования «Позиционирование источника радиоизлучения в условиях высокогорья республики Йемен с использованием беспилотных летательных аппаратов», а именно, алгоритм идентификации прямой видимости и компенсации ошибок отсутствия прямой видимости (N1.08, Ыоп-1лпе-0£ Б!^) путем исключения источников N1.08 измерений из процесса позиционирования реализован в программном обеспечении мобильной станции радиоконтроля «ИРГА-М», разработанной в НИЛ радиоконтроля ЭМС СПбГУТ и поставленной в подразделения радиоконтроля предприятий радиочастотной службы РФ.

Директор научно-исследовательского института «Технологий связи»

Руководитель НИЛ радиоконтроля и электромагнитной совместимости

А.Г. Владыко

Б.М. Антипин

Ведущий научный сотрудник НИЛ радиоконтроля

и электромагнитной совместимости с с / V1-11V ^ Е.М.Виноградов