СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ БЛА В УСЛОВИЯХ ИСКАЖЕНИЯ ИЛИ ПОДАВЛЕНИЯ НАВИГАЦИОННОГО ПОЛЯ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2021 года по МПК G06F11/36 

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам, и конкретно к области программно-аппаратного тестирования поведения БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля спутниковой навигационной системы (СНС).

Из уровня техники известны несколько способов тестирования поведения беспилотного летательного аппарата с использованием непосредственно самого БЛА. Примеры таких методов и систем описываются в следующих документах.

Из патента US20140253372 (дата заявки 05.03.2013, МПК G01S 19.23) известна технология тестирования, сочетающая воспроизведение захваченных сигналов GNSS с эмуляцией в реальном времени телеметрии вспомогательной глобальной навигационной спутниковой системе (А-GNSS) в сеансе с испытанием с мобильным устройством. В частности, его можно использовать для тестирования производительности устройств связи, навигационных систем, телематики и приложений А-GNSS.

В патентах WO2016042325, EP3186910, US20170261615, JP2017531410, IN201717013369 (дата заявки 16.09.2015. МПК H04K 3/00, G01S 19/21) описаны способ и устройство для обнаружения, геолокации и/или классификации сигналов помех GPS или GNSS. Один такой способ содержит этапы анализа спектрограммы сигнала помех, используя процесс принятия решений на основе дерева, и в результате выбирают один из нескольких типов сигналов помех, причем одно из решений в дереве заключается в том, что спектрограмма имеет спектральную периодичность.

Компьютерное устройство (US200090140914, дата заявки 18.11.2008. МПК G01S 19/04, G01S 19/43) для пост-позиционирования с выбранной точностью включает в себя постпроцессор GNSS для обработки опорных фаз несущей GNSS от эталонной системы и ровера фаз несущих GNSS от подвижного приемника, чтобы вычислить безопасное положение для мобильного приемника, недоступного для пользователя. Устройство включает в себя генератор случайных процессов, чтобы сгенерировать последовательность векторов смещения для сглаживания защищенной позиции в соответствии с вычисленным уровнем сглаживания, чтобы обеспечить выбранную точность для доступной пользователю позиции подвижного приемника.

Способ (WO2016207658, US20180188379, EP3311198, дата заявки 24.06.2016. МПК G01S 19/01, G01S 19/21, G01S 19/23) для генерации тестового сигнала для конфигурации PNT содержит этапы использования одного или нескольких детекторов помеховых сигналов GNSS на основе РЧ, и записи данных в базу данных информации угрозы для сигналов; а также получение из базы данных информации, по меньшей мере, одного из сигналов угрозы; генерирование соответствующего сигнала угрозы из полученной информации; и объединение соответствующего сигнала угрозы с сигналом PNT через объединитель сигналов для генерирования текстового сигнала.

Из патентов EP1647832, US20060263755, WO2005008277 (дата заявки 17.07.2003. МПК G01S 1/00, G01S 19/05, G01S 19/11, G01S 19/23) известна система для моделирования спутника GPS, сконфигурированная для получения навигационных данных в режиме реального времени со спутника GPS, генерации сигнала моделирования из навигационных данных при выполнении синхронизации времени по времени с выходным сигналом их GPS-спутника, и вывод сигнала на приемник GPS в качестве цели оценки.

Так же из уровня техники известно устройство (WO2012105752, EP2656098, дата заявки 19.12.2011. МПК G01S 7/38) моделирования навигационного сигнала с помехами, включающие в себя антенну для приема навигационного сигнала навигационного спутника; блок генерации сигнала помех для генерации сигнала помех для ограничения нормального приема навигационного сигнала; и блок синтеза навигационного сигнала для синтеза навигационного сигнала и сигнала помехи и вывода синтезированного сигнала на входной порт антенны спутникового навигационного приемника; при этом сигнал помех и навигационный сигнал могут быть смоделированы с использованием простой конструкции, когда они одновременно поступают на антенну.

Проверка работы системы управления БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля является сложной задачей из-за того, что навигационные приемники разных производителей имеют разные алгоритмы работы в условиях подавления или искажения навигационного поля, создаваемого спутниковыми навигационными системами. Это создает сложности в моделировании помехового воздействия на канал приема спутниковой навигационной информации.

Задачей данного изобретения является проверка работы системы управления БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля СНС.

Использование заявляемого изобретения позволяет ускорить разработку беспилотного летательного аппарата и системы автоматического управления, а также уменьшить вероятность возникновения аварийных ситуаций по причине нештатной работы автоматики.

Технический результат достигается тем, что при использовании заявляемого способа при реализации в составе программно-аппаратного комплекса имитационного моделирования полета БЛА моделируется помеховое воздействие на канал приема данных глобальных спутниковых навигационных систем.

Данный способ тестирования поведения БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля спутниковых навигационных систем реализуется в составе программно-аппаратного комплекса имитационного моделирования полета БЛА.

Сущность заявляемого способа заключается в одновременном использовании приемника GNSS, работающем в нормальном режиме, и программного модуля моделирования приемника GNSS. В приемнике GNSS формируются данные о местоположении и параметрах навигационного поля в виде источника данных о качестве формируемого навигационного решения. В программном модуле моделирования приемника GNSS формируются координаты местоположения (долготы, широты, высоты над уровнем моря) и значения скоростей движения в опорной системе координат (например, NED), на основе получаемых от имитационной модели данных о расстоянии от точки старта и скоростей в опорной системе координат. Отклонения принимаемых от приемника GNSS координат для каждого пакета навигационных данных вычисляются относительно начальных значений, полученных перед запуском имитационной модели усреднением на некотором интервале времени или иным способом. На основе полученных данных в программном модуле моделирования приемника GNSS формируются навигационные решения для имитационной модели путем добавления рассчитанных отклонений к полученным от имитационной модели данных, в том числе значений координат, высоты над уровнем моря, высоты над эллипсоидом и скоростей относительно опорной системы координат.

Предпочтительный вариант реализации способа заключается в следующем.

Приемник GNSS работает в нормальном режиме, выдавая данные о местоположении и параметрах навигационного поля в виде источника данных о качестве формируемого навигационного решения.

Одновременно с приемником GNSS работает программный модуль моделирования навигационных данных приемника GNSS (далее программный модуль приемника GNSS в зависимости от контекста), который формирует координаты местоположения (долготу, широту, высоту над эллипсоидом) и значения скоростей движения в опорной системе координат (например, NED), на основе получаемых от имитационной модели данных о расстоянии от точки старта и скоростей в опорной системе координат.

Программный модуль моделирования приёмника навигационного сигнала GNSS формирует координаты (долготу, широту), высоту над эллипсоидом, скорости по осям опорной системы координат, число используемых спутников, контрольную сумму, оставляя параметры точности навигационного сигнала заданными по умолчанию.

Для каждого пакета навигационных данных, полученных от программного модуля приемника GNSS вычисляется отклонение принимаемых координат – долготы, широты, высоты над уровнем моря, высоты над эллипсоидом, от некоторых начальных значений . Начальные значения координат и высот могут быть получены методом усреднения данных, принимаемых непосредственно от навигационного приемника, на определенном интервале времени, или быть заранее известными.

В качестве значений отклонения скоростей движения в опорной системе координат () используются получаемые от реального GNSS приемника данные, поскольку имитационное моделирование выполняется в случае отсутствия физического движения.

Далее программный модуль моделирования приемника GNSS формирует навигационное решение для имитационной модели (параметры с индексом control), при этом в значения координат, высоты над уровнем моря, высоты над эллипсоидом и скоростей относительно опорной системы координат, вычисленные на основе полученных от имитационной модели данных (параметры с индексом model), добавляется отклонение, рассчитанное указанным ранее способом:

Вычисляется скорость относительно Земли:

Дополнительный вариант реализации способа отличается от предпочтительного тем, что все параметры кроме координат, высоты над уровнем моря, высоты над эллипсоидом и скоростей в опорной системе координат, берутся из данных, получаемых от реального приемника GNSS.

Таким образом становится возможным влиять на качественные показатели навигационного решения, вычисленного программным модулем моделирования навигационных данных приемника GNSS, через воздействие на навигационное поле, формируемое реальными спутниковыми группировками либо специальной аппаратурой имитации. Применяя оборудование подавления или искажения навигационного поля, возможно проверить поведение имитационной модели БЛА или его системы автоматического управления в условиях, максимально приближенных к реальным.

Изобретение относится к беспилотным летательным аппаратам, и конкретно к области программно-аппаратного тестирования поведения БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля. Способ тестирования поведения БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля СНС состоит из нескольких этапов. Получение данных о местоположении и параметрах навигационного поля приемником GNSS, работающем в нормальном режиме. Затем получают данные о расстоянии от точки старта и скоростей в опорной системе координат от программного модуля моделирования навигационных данных приемника GNSS. После чего осуществляют формирование программным модулем моделирования навигационных данных приемника GNSS пакетов данных в опорной системе координат на основе получаемых данных от имитационной модели. При этом параметры точности навигационного сигнала остаются заданными по умолчанию. Вычисляют отклонения принимаемых координат от некоторых начальных значений, полученных перед запуском имитационной модели усреднением на некотором интервале времени. Затем осуществляют формирование программным модулем моделирования навигационных данных приемника GNSS навигационного решения для имитационной модели (параметры с индексом control), вычисленные на основе полученных от имитационной модели данных (параметры с индексом model) с добавленными отклонениями параметров, рассчитанных на предыдущем этапе. После чего производят вычисления скорости относительно Земли. Технический результат – уменьшение вероятности возникновения аварийных ситуаций по причине нештатной работы автоматики в условиях искажения или подавления навигационного поля. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ тестирования поведения БЛА в условиях искажения или подавления навигационного поля спутниковой навигационной системы состоит из следующих стадий:

i. получения данных о местоположении и параметрах навигационного поля в виде источника данных о качестве формируемого навигационного решения от приемника GNSS, работающем в нормальном режиме;

ii. получения данных о расстоянии от точки старта и скоростей в опорной системе координат от программного модуля моделирования навигационных данных приемника GNSS;

iii. формирования программным модулем моделирования навигационных данных приемника GNSS пакетов данных (параметры с индексом model): координат местоположения и значения скоростей движения – в опорной системе координат на основе получаемых данных от имитационной модели со стадии (ii); при этом параметры точности навигационного сигнала остаются заданными по умолчанию;

iv. вычисления отклонения принимаемых координат – долготы, широты, высоты над уровнем моря, высоты над эллипсоидом (Δlon, Δlat, ΔhMSL, Δheight) от некоторых начальных значений (lon_zero, lat_zero, hMSL_zero, height_zero), полученных перед запуском имитационной модели усреднением на некотором интервале времени;

v. формирования программным модулем моделирования навигационных данных приемника GNSS навигационного решения для имитационной модели (параметры с индексом control), вычисленные на основе полученных от имитационной модели данных (параметры с индексом model) с добавленными отклонениями параметров, рассчитанных на этапе (iv);

vi. вычисления скорости относительно Земли (параметр gSpeed).

2. Способ по п.1, в котором пакет навигационных данных, полученный от программного модуля модулирования навигационных данных приемника GNSS, содержит координаты (долготу, широту), и/или высоту над эллипсоидом, и/или высоту над уровнем моря, и/или скорость по осям опорной системы координат, и/или число используемых спутников, и/или контрольную сумму, и/или иные пакеты данных, используемых для тестирования поведения БЛА.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что все параметры, кроме координат, высоты над эллипсоидом, высоты над уровнем моря и скоростей в опорной системе координат, берутся из данных, получаемых от реального приемника GNSS.