СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНИМАЕМОЙ НАВИГАЦИОННОЙ АППАРАТУРОЙ ПОТРЕБИТЕЛЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА Российский патент 2022 года по МПК G01S19/20 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании и модернизации средств контроля целостности навигационного поля глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в части, касающейся контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя (НАП) воздушного судна (ВС).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ контроля достоверности информации, принимаемой НАП ВС (см., например, патент на изобретение №2740398 от 14 января 2021 г.), основанный на использовании наземной стационарной локальной контрольно-корректирующей станции (ЛККС), имеющей заранее точно определенные координаты своей дислокации в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, для передачи информации по радиоканалу, заключающийся в том, что на стороне ЛККС определяют моменты времени передачи дополнительных информационных посылок (ДИП), формируют и передают по радиоканалу на ВС, взаимодействующее с ЛККС, в определенные моменты времени ДИП, содержащие момент времени передачи данной посылки и пространственные координаты ЛККС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, на борту ВС, взаимодействующего с ЛККС, формируют оценки собственных пространственных координат в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием НАП ВС каждой j-й ГНСС, где , J - число действующих ГНСС, принимают ДИП и фиксируют момент времени ее приема, определяют первую оценку расстояния R₁ между ВС и ЛККС по разнице между моментами приема и передачи ДИП, определяют для каждого j вторую оценку расстояния R_2j между ВС и ЛККС по пространственным координатам ВС и ЛККС, при этом используют пространственные координаты ЛККС, переданные в ДИП и j-е оценки пространственных координат ВС, каждая из которых сформирована с использованием содержащейся в спутниковых сигналах j-й ГНСС информации, сравнивают для каждого j модуль разности оценок расстояний R₁ и R_2j с заданным пороговым значением h, если j-й модуль разности оценок расстояний R₁ и R_2j превышает заданное пороговое значение h, то формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, не соответствует заданным требованиям, в противном случае формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, соответствует заданным требованиям.

К основным недостаткам прототипа относится невозможность осуществления контроля достоверности информации, принимаемой НАП ВС, в условиях временного отсутствия принятых ДИП от ЛККС. Временное отсутствие принятых ДИП от ЛККС может быть вызвано как временной неработоспособностью ЛККС, так и различного рода дестабилизирующими факторами, например, помехами в диапазоне частот ЛККС.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности осуществления контроля достоверности информации, принимаемой НАП ВС, в условиях временного отсутствия принятых ДИП от ЛККС.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе на борту ВС, взаимодействующего с ЛККС, на протяжении τ_пол. его полета с использованием момента времени t_Пр.2 приема второй ДИП определяют очередной контрольный момент времени , определяют из совокупности моментов времени {t_Пр.m} приема ДИП для очередного контрольного момента времени соответствующий ему момент времени приема ДИП, определяют из совокупности принятых ДИП {V_m} для очередного контрольного момента времени соответствующую ему ДИП содержащую момент времени t_Пер.i передачи данной ДИП и пространственные координаты ЛККС х₀ в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, с использованием значений и х₀ определяют базовую оценку расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени для каждого j, где - оценки собственных пространственных координат ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ на контрольный момент времени , сформированные с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах j-й ГНСС, проверяют наличие принятой ДИП в допустимом временном интервале Δ_Доп. относительно контрольного момента времени , если в допустимом временном интервале Δ_Доп. относительно контрольного момента времени имеется принятая ДИП, то с использованием значений и определяют контрольную оценку расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени , сравнивают для каждого j модуль разности базовой и контрольной оценок расстояний между ВС и ЛККС с заданным пороговым значением h, если j-й модуль разности базовой и контрольной оценок расстояний между ВС и ЛККС превышает заданное пороговое значение h, то формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, не соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени , в противном случае формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени , если принятая ДИП в допустимом временном интервале Δ_Доп. относительно контрольного момента времени отсутствует, то с использованием контрольной оценки расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени и контрольной оценки расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени определяют прогнозируемую оценку расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени , сравнивают для каждого j модуль разности базовой и прогнозируемой оценок расстояний между ВС и ЛККС с заданным пороговым значением h, если j-й модуль разности базовой и прогнозируемой оценок расстояний превышает заданное пороговое значение h, то формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, не соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени , в противном случае формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени .

Сущность изобретения заключается в том, что в случае отсутствия принятой ДИП в допустимом временном интервале относительно очередного контрольного момента времени, решение о достоверности информации, принимаемой НАП ВС, формируется в результате выявления несоответствия или соответствия базовой и прогнозируемой оценок расстояний между ВС и ЛККС. При этом прогнозируемая оценка расстояния между ВС и ЛККС формируется с использованием двух предыдущих контрольных оценок расстояний между ВС и ЛККС из условия прямолинейного движения ВС на прогнозируемом интервале времени. Это позволяет осуществлять контроль достоверности информации, принимаемой НАП ВС, в условиях временного отсутствия принятых ДИП от ЛККС.

Данный способ включает в себя следующие этапы:

1 На стороне наземной стационарной ЛККС, имеющей заранее точно определенные координаты х₀=[x₀,y₀,z₀] своей дислокации в заданной прямоугольной системе координат OXYZ:

1.1 Определение моментов времени t_Пер.i передачи ДИП в соответствии с выражением

где t_Пер.1 - заданный первый момент времени передачи дополнительной информационной посылки, Δt_Пер. - установленный интервал времени между моментами времени передачи ДИП, τ_пол. - длительность полета ВС.

1.2 Формирование и передача по радиоканалу в определенные моменты времени содержащих момент времени t_Пер.i передачи данной посылки и пространственные координаты ЛККС х₀ в заданной прямоугольной системе координат OXYZ.

2 На борту ВС, взаимодействующего с ЛККС на протяжении τ_пол. его полета:

2.1 Прием и обработка спутниковых сигналов от каждой j-й ГНСС с помощью соответствующей НАП.

2.2 Формирование для каждого оценок собственных пространственных координат в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах j-й ГНСС.

2.3 Прием ДИП V_m=[t_Пер.m,x₀] и фиксация моментов времени t_Пр.m их приема, где .

Примечание: индекс определяет номер очередной принятой ДИП с учетом условия М≤I, указывающего на то, что не все переданные ДИП могут быть приняты на борту ВС. В идеальном случае, когда все переданные ДИП принимаются на борту ВС справедливы равенства: m=i, М=I.

2.4 Определение очередного контрольного момента времени в соответствии с выражением

где t_Пр.2 - момент времени приема второй ДИП, Δt_K - заданный интервал времени между контрольными моментами времени , τ_пол. - длительность полета ВС.

Примечание: в соответствии с выражением (2) в качестве первого контрольного момента времени t_Пр.1 принимается момент времени t_Пр.2 приема второй ДИП. Это объясняется необходимостью наличия как минимум двух принятых ДИП для выполнения контроля достоверности информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, при временном отсутствии очередных принятых ДИП. Более подробно необходимость наличия как минимум двух принятых ДИП к любому контрольному моменту времени будет объяснено в пункте 2.10.

2.5 Определение для очередного контрольного момента времени соответствующего ему момента времени приема ДИП из совокупности {t_Пр.,m} в соответствии с выражением

Примечание: в соответствии с выражением (3) в качестве момента времени приема ДИП, соответствующего контрольному моменту времени , выбирается ближайший к момент времени t_Пр.m из совокупности .

2.6 Определение для очередного контрольного момента времени соответствующей ему ДИП из совокупности принятых ДИП {V_m} в соответствии с выражением

Примечание: в соответствии с выражением (4) в качестве ДИП , соответствующей контрольному моменту времени , выбирается ДИП V_m из совокупности принятых ДИП {V_m} для которой справедливо равенство

2.7 Определение базовой оценки расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени для каждого j в соответствии с выражением

где - оценки собственных пространственных координат ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ на контрольный момент времени, сформированные с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах j-й ГНСС.

2.8 Проверка наличия принятой ДИП в допустимом временном интервале Δ_Доп относительно контрольного момента времени (формирование признака наличия ДИП) в соответствии с выражением

где - в допустимом временном интервале Δ_Доп относительно контрольного момента времени имеется принятая ДИП, - в допустимом временном интервале Δ_Доп относительно контрольного момента времени отсутствует принятая ДИП.

2.9 Если на этапе 2.8 принято решение , то выполнение процедур 2.9.1-2.9.2, иначе переход на этап 2.10.

2.9.1 Определение контрольной оценки расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени в соответствии с выражением

где - момент времени передачи ДИП

2.9.2 Формирование решения на контрольный момент времени о соответствии или несоответствии достоверности информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, заданным требованиям, в соответствии с выражением

где - достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, не соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени ; - достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени , h - заданное пороговое значение.

Примечание: в соответствии с выражением (8) решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, не соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени формируется в том случае, если j-й модуль разности базовой и контрольной оценок расстояний превышает заданное пороговое значение h, в противном случае формируется решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени .

2.10 Если на этапе 2.8 принято решение , то выполнение процедур 2.10.1-2.10.2.

2.10.1 Определение прогнозируемой оценки расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени в соответствии с выражением

где - контрольная оценка расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени , - контрольная оценка расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени .

Примечание: в соответствии с выражением (9) значение прогнозируемой оценки расстояния между ВС и ЛККС определяется на контрольный момент времени исходя из условия прямолинейного движения ВС с постоянной скоростью на интервале . При этом из выражения (9) видно, что для определения прогнозируемой оценки на контрольный момент времени необходимо наличие контрольных оценок и на два предыдущих контрольных момента времени и , формирование которых в соответствии с выражением (7) возможно только при наличии как минимум двух принятых ДИП. Как было показано ранее (см. пункт 2.4), наличие как минимум двух принятых ДИП к любому контрольному моменту времени обеспечивается тем, что в качестве первого контрольного момента времени t_Пр.1 принимается момент времени t_Пр.2 приема второй ДИП.

2.10.2 Формирование решения на контрольный момент времени о соответствии или несоответствии достоверности информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, заданным требованиям, в соответствии с выражением

Примечание: в соответствии с выражением (10) решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, не соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени формируется в том случае, если j-й модуль разности базовой и прогнозируемой оценок расстояний превышает заданное пороговое значение h, в противном случае формируется решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени . По сути решение при условии формируется в результате выявления несоответствия базовой и прогнозируемой оценок расстояний между ВС и ЛККС, а решение формируется в результате выявления соответствия базовой и прогнозируемой оценок расстояний между ВС и ЛККС.

Данный способ может быть реализован, например, с помощью комплекса устройств, структурная схема которого приведена на чертеже, где обозначено: 1 - ЛККС; 2 - блок управления (БУ); 3 - аппаратура формирования и передачи дополнительной информационной посылки (АФП ДИП); 4 - ВС, взаимодействующее с ЛККС; 5 - НАП; 6 - приемник дополнительной информационной посылки (ПРМ ДИП); 7 - БУ; 8 - блок предварительной обработки информации (БПОИ); 9 - блок формирования решения (БФР).

БУ 2 предназначен для управления АФП ДИП 3 и определения моментов времени t_Пер.i передачи ДИП. АФП ДИП 3 предназначена для формирования и передачи в определенные моменты времени t_Пер.i ДИП V_i=[t_Пер.i,x₀]. НАП 5 предназначена для приема и обработки спутниковых сигналов от j-й ГНСС, а также для формирования оценок x_1j=[x_1j,y_1j,z_1j] пространственных координат ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ. ПРМ ДИП 6 предназначен для приема ДИП V_m=[t_Пер.m,x₀] и фиксации момента времени t_Пр.m их приема. БУ 7 предназначен для управления элементами комплекса на борту ВС 4 и определения очередного контрольного момента времени . БПОИ 8 предназначен для предварительной обработки информации и проверки наличия принятой ДИП в допустимом временном интервале Δ_Доп. относительно контрольного момента времени . БФР 9 предназначен для формирования решения на контрольный момент времени о соответствии или несоответствии достоверности информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, заданным требованиям.

Комплекс работает следующим образом. БУ 2 управляет АФП ДИП 3 и определяет моменты времени t_Пер.i передачи ДИП в соответствии с выражением (1). Значения t_Пер.i с выхода БУ 2 поступают на вход АФП ДИП 3. АФП ДИП 3 под управлением БУ 2 формирует и передает в определенные моменты времени t_Пер.i ДИП V_i=[t_Пер.i,x₀]. БУ 7 управляет элементами комплекса на борту ВС 4 и определяет очередные контрольные моменты времени в соответствии с выражением (2). Значения с выхода БУ 7 поступают на вход БПОИ 8. НАП 5 принимает и обрабатывает спутниковые сигналы от j-й ГНСС, а также формирует оценки x_1j=[x_1j,y_1j,z_1i] пространственных координат ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ. Значения x_1j=[x_1j,y_1j,z_1j] с выхода НАП 5 поступают на вход БПОИ 8. ПРМ ДИП 6 принимает ДИП V_m=[t_Пер.m,x₀] и фиксирует моменты времени t_Пр.m их приема. Значения V_m=[t_Пер.m,x₀] и t_Пр.m с выхода ПРМ ДИП 6 поступают на вход БПОИ 8. БПОИ 8 обрабатывает информацию, поступающую на его вход в соответствии с пунктами 2.5-2.8, при этом определяет для очередного контрольного момента времени соответствующий ему момент времени приема ДИП из совокупности {t_Пр.m} в соответствии с выражением (3), определяет для очередного контрольного момента времени соответствующую ему ДИП из совокупности принятых ДИП {V_m} в соответствии с выражением (4), определяет базовую оценку расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени для каждого j в соответствии с выражением (5), проверяет наличие принятой ДИП в допустимом временном интервале Δ_Доп. относительно контрольного момента времени и формирует признак наличия ДИП в соответствии с выражением (6). Значения и с выхода БПОИ 8 поступают на вход БФР 9.

БФР 9 обрабатывает поступающую на его вход информацию в соответствии с пунктами 2.9-2.10.2 и формирует решение на контрольный момент времени о соответствии или несоответствии достоверности информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, заданным требованиям.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ контроля достоверности информации, принимаемой НАП ВС, сущность которого заключается в том, что в случае отсутствия принятой ДИП в допустимом временном интервале относительно очередного контрольного момента времени, решение о достоверности информации, принимаемой НАП ВС, формируется в результате выявления несоответствия или соответствия базовой и прогнозируемой оценок расстояний между ВС и ЛККС. При этом прогнозируемая оценка расстояния между ВС и ЛККС формируется с использованием двух предыдущих контрольных оценок расстояний между ВС и ЛККС из условия прямолинейного движения ВС на прогнозируемом интервале времени.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что для осуществления контроля достоверности информации, принимаемой НАП ВС, в условиях временного отсутствия принятых ДИП от ЛККС, необходимо формировать прогнозируемую оценку расстояния между ВС и ЛККС с использованием двух предыдущих контрольных оценок расстояний между ВС и ЛККС из условия прямолинейного движения ВС на прогнозируемом интервале времени и выявлять несоответствие или соответствие базовой и прогнозируемой оценок расстояний между ВС и ЛККС.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы элементы, широко распространенные в области электронной и электротехники.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании и модернизации средств контроля целостности навигационного поля глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в части, касающейся контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя (НАП) воздушного судна (ВС). Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности осуществления контроля достоверности информации, принимаемой НАП ВС, в условиях временного отсутствия принятых дополнительных информационных посылок (ДИП) от локальной контрольно-корректирующей станции (ЛККС). В заявленном способе в случае отсутствия принятой ДИП в допустимом временном интервале относительно очередного контрольного момента времени решение о достоверности информации, принимаемой НАП ВС, формируется в результате выявления несоответствия или соответствия базовой и прогнозируемой оценок расстояний между ВС и ЛККС. При этом прогнозируемая оценка расстояния между ВС и ЛККС формируется с использованием двух предыдущих контрольных оценок расстояний между ВС и ЛККС из условия прямолинейного движения ВС на прогнозируемом интервале времени. Это позволяет осуществлять контроль достоверности информации, принимаемой НАП ВС, в условиях временного отсутствия принятых ДИП от ЛККС. 1 ил.

Способ контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя (НАП) воздушного судна (ВС), заключающийся в том, что на стороне наземной стационарной локальной контрольно-корректирующей станции (ЛККС), имеющей заранее точно определенные координаты х₀=[x₀,y₀,z₀] своей дислокации в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, определяют моменты времени t_Пер.i передачи дополнительных информационных посылок (ДИП), где , I - число ДИП, передаваемых на протяжении τ_пол. полета ВС, формируют и передают по радиоканалу в определенные моменты времени t_Пер.i ДИП V_i=[t_Пер.i,x₀], содержащие момент времени t_Пер.i передачи данной ДИП и пространственные координаты ЛККС х₀ в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, на борту ВС, взаимодействующего с ЛККС, на протяжении τ_пол. его полета принимают и обрабатывают спутниковые сигналы от каждой j-й глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) с помощью соответствующей НАП, где , J - число действующих ГНСС, формируют для каждого j оценки собственных пространственных координат x_1j=[x_1j,y_1j,z_1j] в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах j-й ГНСС, принимают ДИП V_m=[t_Пер.m,x₀] и фиксируют моменты времени t_Пр.m их приема, где , М - число принятых ДИП на протяжении τ_пол. полета ВС, М≤I, отличающийся тем, что на борту ВС, взаимодействующего с ЛККС, на протяжении τ_пол. его полета с использованием момента времени t_Пр.2 приема второй ДИП определяют очередной контрольный момент времени , определяют из совокупности моментов времени {t_Пр.m} приема ДИП для очередного контрольного момента времени соответствующий ему момент времени приема ДИП, определяют из совокупности принятых ДИП {V_m} для очередного контрольного момента времени соответствующую ему ДИП , содержащую момент времени передачи данной ДИП и пространственные координаты ЛККС х₀ в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, с использованием значений и х₀ определяют базовую оценку расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени для каждого j, где - оценки собственных пространственных координат ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ на контрольный момент времени , сформированные с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах j-й ГНСС, проверяют наличие принятой ДИП в допустимом временном интервале Δ_Доп. относительно контрольного момента времени , если в допустимом временном интервале Δ_Доп. относительно контрольного момента времени имеется принятая ДИП, то с использованием значений и определяют контрольную оценку расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени , сравнивают для каждого j модуль разности базовой и контрольной оценок расстояний между ВС и ЛККС с заданным пороговым значением h, если j-й модуль разности базовой и контрольной оценок расстояний между ВС и ЛККС превышает заданное пороговое значение h, то формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, не соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени , в противном случае формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени , если принятая ДИП в допустимом временном интервале Δ_Доп. относительно контрольного момента времени отсутствует, то с использованием контрольной оценки расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени и контрольной оценки расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени определяют прогнозируемую оценку расстояния между ВС и ЛККС на контрольный момент времени сравнивают для каждого j модуль разности базовой и прогнозируемой оценок расстояний между ВС и ЛККС с заданным пороговым значением h, если j-й модуль разности базовой и прогнозируемой оценок расстояний превышает заданное пороговое значение h, то формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, не соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени , в противном случае формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой НАП ВС от спутников j-й ГНСС, соответствует заданным требованиям на контрольный момент времени .