Удосконалення методів і алгоритмів інформаційного забезпечення диспетчерських центрів управління наземним транспортом

Досвід практичного застосування диференційних методів навігації на наземному транспорті показав, що вони не завжди є ефективними у складних умовах експлуатації навігаційного обладнання, так як не дозволяють знижувати випадкові (слабокорельовані) складові похибок навігаційних визначень, які виникають в результаті затримки сигналу навігаційних супутників у тропосфері і явищ багатопроменевості. У зв’язку з цим у роботі було проаналізовано основні напрямки і методи вирішення цієї проблеми, зокрема розглянуто існуючі методи статистичної обробки і фільтрації випадкових погрішностей навігаційних визначень. В результаті чого на основі використання імовірнісно-геометричної оцінки достовірності навігаційних вимірів було розроблено удосконалений варіант методу порівняння форматів похибок навігаційних визначень, який реалізує формалізовані процедури лінійної апроксимації еліптичних форматів похибок координат рухомих об’єктів. Еліптичні формати, одержані за надлишковими вимірами навігаційних підсистем БРНС описуються прямокутниками (рис.3) зі сторонами у вигляді наступних залежностей:

 

(10)

 

де   - кут орієнтації формату похибок на площині.   відноситься до менших сторін і-го формату (  ) (див. рис.3), а   - до більших (  ).

Вхідними даними для побудови форматів є координати наземних об’єктів і статистичні характеристики похибок їх оцінок, що одержуються в результаті обробки первинної навігаційної інформації, зокрема з після застосування відносно-диференційного методу і методу найменших квадратів. 

В рамках удосконаленого методу порівняння форматів погрішностей було визначено варіанти взаємного розташування форматів похибок координат наземних рухомих об’єктів, критерії якості їх порівняння та алгоритм визначення вагового центру результуючого формату, що відповідає найбільш імовірним координатам АТЗ на площині  .

форматів похибок на площині

 

, (11)

 

де   - кількість вершин багатокутника,  - координати центра ваги і-х трикутників, з яких складається багатокутник; - площа багатокутника;  – площа і-го трикутника.

Окремо розглянуто питання визначення оптимальної орієнтації результуючого формату похибок, зокрема в якості критерію було взято загальну площу найменшого з вихідних і результуючого форматів. При цьому оптимальне значення кута орієнтації результуючого формату  досягається при максимізації загальної площі перетину мінімального формату з результуючим:

 

при (12)

 

В результаті проведених доопрацювань метод порівняння форматів похибок було адаптовано до використання в АСМДУ наземним транспортом, де в якості надлишкової інформації БРНС використовується уся множина вимірів від елементарних сузір’їв навігаційних супутників існуючих ГССН. Основними перевагами даного методу порівняно з відомими методами статистичної обробки навігаційної інформації, зокрема фільтрацією Калмана, є простота практичної реалізації, низькі вимоги до обчислювальної потужності ЕОМ, відсутність необхідності точного описання моделей шумів і динаміки об’єктів, а також висока стійкість рішень у перехідних режимах роботи навігаційного обладнання.

В напрямку реалізації концепції централізованого збору і просторово-часової обробки навігаційної інформації в ДЦ (рис.1) було обґрунтовано застосування методу структурної селекції і захисту каналів передачі інформації, що базується на імовірнісному розподілі сигналів, які передаються з АТЗ у ДЦ. Зокрема було використано селекцію, що базується на імовірнісному розподілі квазічасового (квазічастотного) зсуву радіосигналів і характерна для мережних супутникових радіонавігаційних систем, де кожна пара “супутник-споживач” розташовуються у просторі (часі) випадково і кореляційні властивості ансамблю сигналів від різних навігаційних супутників характеризуються періодичною функцією взаємної кореляції. 

Для створення ансамблю квазіортогональних ФМ сигналів часовий зсув   корисного сигналу відносно і-го заважаючого повинен бути не менше тривалості елементарного символу інформаційного коду :

 

і = 1,2, ...,  , (13)

 

а ймовірність виконання цієї системи нерівностей відповідно:

 

(14)

 

З урахуванням того, що в якості корисного може бути будь-який з  прийнятих сигналів і моменти надходження сигналів від різних АТЗ у ДЦ випадкові та розподілені за рівномірним законом в інтервалі [ ], формула для імовірності   буде мати вигляд:

 

(15)

 

де   - різниця у часі поширення радіосигналів до споживача від найбільш віддаленого супутника ( ) і найменш віддаленого ( ).

Для параметрів системи “Навстар” ( ) за формулою (15) побудовано графіки залежності   від   для декількох значень   (рис.4).

За допомогою таких графіків можливо визначити максимальну тривалість елементарного символу коду  , при якому ймовірність поділу сигналів при їх синхронному випромінюванні усіма рухомими об’єктами дорівнює  .

Таким чином, обираючи довжину елементарного символу шумоподібного сигналу, можна здійснювати поділ сигналів, що синхронно випромінюються телекомунікаційною апаратурою АТЗ.

Запропонований спосіб поділу сигналів дозволяє спростити телекомунікаційну апаратуру АТЗ (порівняно з кодовими і частотними способами) і запобігає несанкціонованому доступу до інформації, що міститься у повідомленнях.

У третьому розділі роботи було виконано розробку алгоритмічного забезпечення, що реалізує принципи відбору інформативних груп БРНС, метод відносно-диференційних визначень і метод порівняння форматів похибок координат АТЗ. На рис. 5 наведений загальний алгоритм формування та відбору інформативних параметрів БРНС, що надає формалізований опис проміжного (підготовчого) етапу між первинною і вторинною обробками навігаційної інформації в АСМДУ НТ. Цей алгоритм дозволяє відбирати з усієї множини найбільш точні за величиною геометричного фактору виміри навігаційних підсистем БРНС для проведення