СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НАВИГАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА Российский патент 2022 года по МПК G01C23/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании и модернизации средств контроля работоспособности навигационной аппаратуры потребителя (НАП) воздушного судна (ВС).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ контроля работоспособности НАП ВС (см., например, патент на изобретение №2740170 от 12 января 2021 г) основанный на использовании информации, передаваемой со стороны N воздушных судов, оборудованных НАП и взаимодействующих с оцениваемым ВС в целях контроля работоспособности установленной на нем контролируемой НАП, заключающийся в том, что на стороне каждого n-го ВС, взаимодействующего с оцениваемым ВС, где с использованием информации, содержащейся в поступающих на его НАП спутниковых сигналах, формируют значения собственных пространственных координат n-го ВС в k-е моменты времени в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, определяют моменты времени t_ni передачи специальных информационных посылок (СИП), определяют значения собственных пространственных координат n-го ВС для каждого t_ni, формируют и передают по каналу системы обмена данными (СОД) в определенные моменты времени t_ni СИП содержащие момент времени t_ni и значения координат n-го ВС, на стороне оцениваемого ВС с использованием информации, содержащейся в поступающих на контролируемую НАП спутниковых сигналах, формируют значения собственных пространственных координат оцениваемого ВС в j-е моменты времени в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, принимают СИП от n-х ВС и фиксируют моменты времени t_1ni их приема, определяют значения собственных пространственных координат оцениваемого ВС для каждого t_ni, с использованием значений t_1ni и t_ni определяют задержки Δt_ni передаваемых СИП для каждого n, с использованием задержек Δt_nj определяют основные оценки расстояний между оцениваемым ВС и каждым n-м ВС, с использованием значений координат и определяют контрольные оценки расстояний между оцениваемым ВС и каждым n-м ВС, с использованием основных и контрольных оценок расстояний определяют модули M_ni их разностей, сравнивают модули M_ni с заданным пороговым значением h для каждого n, если модули M_ni для каждого n не превышают заданное пороговое значение h, то формируют решение о том, что контролируемая НАП является работоспособной, в противном случае формируют решение о том, что контролируемая НАП является неработоспособной.

Под оцениваемым ВС понимается ВС, на котором установлена контролируемая НАП. Под контролируемой НАП понимается НАП, работоспособность которой контролируется.

Одним из недостатков прототипа является снижение достоверности контроля работоспособности НАП оцениваемого ВС в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, приводящих к некорректному измерению координат (формированию недостоверных значений пространственных координат) одного или нескольких взаимодействующих ВС. Наличие недостоверных значений пространственных координат взаимодействующих воздушных судов повышает вероятность формирования ошибочного решения о неработоспособности НАП оцениваемого воздушного судна при ее работоспособности, и как следствие приводит к снижению достоверности контроля работоспособности НАП оцениваемого ВС в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности контроля работоспособности НАП оцениваемого ВС в условиях воздействия дестабилизирующих факторов на НАП взаимодействующих ВС.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе на стороне оцениваемого ВС после этапа определения основных оценок расстояний между оцениваемым ВС и каждым n-м ВС с использованием совокупности векторов определяют вспомогательные оценки расстояний между каждой nm-й парой из N взаимодействующих ВС для каждых и , определяют признак α_nmi попарного соответствия вспомогательной оценки основным оценкам и для каждых и , с использованием совокупности признаков {α_nmi} определяют признак β_ni относительной достоверности каждой n-й СИП V_ni, определяют наиболее достоверную СИП V_Дi из совокупности {V_ni} принятых СИП по максимуму признака β_ni относительной достоверности, определяют вектор значений пространственных координат оцениваемого ВС для момента времени t_Дi передачи наиболее достоверной СИП, определяют основной оценку расстояния между оцениваемым ВС и ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi, определяют контрольную оценку расстояния между оцениваемым ВС и взаимодействующим ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi, определяют модуль M_Дi разности основной и контрольной оценки расстояния между оцениваемым ВС и ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi, сравнивают модуль M_Дi с заданным пороговым значением h, если модуль M_Дi не превышают заданное пороговое значение h, то формируют решение о том, что контролируемая НАП является работоспособной, в противном случае формируют решение о том, что контролируемая НАП является неработоспособной.

Сущность изобретения заключается в том, что после приема совокупности СИП, передаваемых с взаимодействующих ВС, на оцениваемом ВС определяется наиболее достоверная СИП по максимуму признака относительной достоверности, формируемого с учетом геометрической интерпретации возможного местоположения, оцениваемого и взаимодействующих воздушных судов. При этом решение о неработоспособности контролируемой НАП оцениваемого ВС формируется в результате выявления несоответствия основной и контрольной оценок расстояний между оцениваемым ВС и взаимодействующим ВС с которого передана наиболее достоверная СИП. Это позволяет, в отличие от прототипа, максимально исключить недостоверные значения пространственных координат взаимодействующих воздушных судов из процесса формирования решения о работоспособности или неработоспособности контролируемой НАП и тем самым повысить достоверность контроля ее работоспособности.

Данный способ включает в себя следующие этапы:

1 На стороне каждого n-го ВС, взаимодействующего с оцениваемым ВС:

1.1 Формирование вектора значений собственных пространственных координат в k-e моменты времени t_nk в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах, поступающих на бортовую НАП.

1.2 Определение моментов времени t_ni передачи СИП в соответствии с выражением

где t_n1 - заданный первый момент времени передачи СИП от n-го ВС, i=0, 1, 2, 3, …, - установленный интервал времени между моментами времени передачи СИП.

1.3 Определение вектора значений собственных пространственных координат для каждого t_ni в соответствии с выражением

1.4 Формирование и передача по каналу СОД в определенные моменты времени t_ni СИП содержащей момент времени t_nj передачи данной посылки и значения пространственных координат n-го ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ.

2 На стороне оцениваемого ВС:

2.1 Формирование вектора значений собственных пространственных координат в j-е моменты времени t_j в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах, поступающих на контролируемую НАП.

2.2 Прием СИП от n-х ВС и фиксация моментов времени t_1ni их приема.

2.3 Определение вектора значений собственных пространственных координат для каждого t_ni в соответствии с выражением

2.4 Определение задержек Δt_nj передаваемых СИП для каждого n в соответствии с выражением

2.5 Определение основных оценок расстояний между оцениваемым ВС и каждым n-м ВС в соответствии с выражением

где ν=3⋅10⁸ м/с - скорость распространения радиосигнала.

2.6 Определение вспомогательных оценок расстояний между каждой nm-й парой из N взаимодействующих ВС в соответствии с выражением

где

2.7 Определение признака α_nmi попарного соответствия вспомогательной оценки основным оценкам и для каждых и в соответствии с выражением

где α_nmi = 1 - вспомогательная оценка расстояния между nm-й парой взаимодействующих ВС соответствует основным оценкам и расстояний от данных ВС до оцениваемого ВС; α_nmi = 0 - вспомогательная оценка расстояния между nm-й парой взаимодействующих ВС не соответствует основным оценкам и расстояний от данных ВС до оцениваемого ВС.

Примечание: определение признака α_nmi попарного соответствия вспомогательной оценки основным оценкам и основано на следующем аспекте. В случае, если СИП V_ni и V_mi достоверны, то исходя из геометрической интерпретации возможного местоположения оцениваемого и взаимодействующих воздушных судов вспомогательная оценка расстояния не может быть больше суммы и не может быть меньше модуля разности

2.8 Определение признака β_ni относительной достоверности каждой n-й СИП в соответствии с выражением

2.9 Определение наиболее достоверной СИП V_Дi из совокупности {V_ni} принятых СИП по максимуму признака β_ni относительной достоверности в соответствии с выражением

где t_Дi - момент времени передачи наиболее достоверной СИП V_Дi, - значения пространственных координат ВС, с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi.

Примечание: в соответствии с выражением (9) в качестве наиболее достоверной СИП V_Дi, выбирается СИП из совокупности {V_Дi} для которой признак β_ni относительной достоверности максимален.

2.10 Определение вектора значений пространственных координат оцениваемого ВС для момента времени t_Дi в соответствии с выражением

В соответствии с выражением (10) в качестве вектора выбирается вектор из совокупности для которого справедливо равенство t_ni=t_Дi.

2.11 Определение основной оценки расстояния между оцениваемым ВС и ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi, в соответствии с выражением

Примечание: в соответствии с выражением (11) в качестве значения выбирается значение из совокупности для которого справедливо равенство t_nj=t_Дi.

2.12 Определение контрольной оценки расстояния между оцениваемым ВС и взаимодействующим ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi, в соответствии с выражением

2.13 Определение модуля М_Дi разности основной и контрольной оценки расстояния между оцениваемым ВС и ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi в соответствии с выражением

2.14 Формирование решения о работоспособности или неработоспособности контролируемой НАП в соответствии с выражением

здесь q_i = 0 - контролируемая НАП является неработоспособной; q_i = 1 - контролируемая НАП является работоспособной; h - заданное пороговое значение.

Примечание: в соответствии с пунктом 2.14, решение о том, что контролируемая НАП является работоспособной формируется в том случае, если модуль М_Дi не превышает заданное пороговое значение h, в противном случае формируется решение о том, что контролируемая НАП является неработоспособной. При этом, в отличие от прототипа, непосредственно в процессе формирования решения q_i о работоспособности или неработоспособности контролируемой НАП из всей поступающей на оцениваемое ВС внешней информации (под поступающей на оцениваемое ВС внешней информацией понимается вся информация, содержащаяся в совокупности СИП {V_ni}) используется только информация, содержащаяся в наиболее достоверной СИП V_Дi. То есть, решение о неработоспособности контролируемой НАП формируется в результате выявления несоответствия основной и контрольной оценок расстояний между оцениваемым ВС и взаимодействующих ВС с которого передана наиболее достоверная СИП. Это позволяет максимально исключить недостоверные значения пространственных координат взаимодействующих воздушных судов из процесса формирования решения q_i о работоспособности или неработоспособности контролируемой НАП и тем самым повысить достоверность контроля ее работоспособности.

Данный способ может быть реализован, например, с помощью комплекса устройств, структурная схема которого приведена на фигуре 1, где обозначено: 1 - n-е ВС, взаимодействующее с оцениваемым ВС; 1.1 - НАП; 1.2 - блок n (БС); 1.3 - передатчик СОД; 2 - группировка S видимых спутников спутниковой радионавигационной системы (СРНС); 2.1 - 1-й спутник СРНС; 2.S - S-й спутник СРНС, где S - число видимых спутников СРНС; 3 - оцениваемое ВС; 3.1 - приемник СОД; 3.2 - контролируемая НАП; 3.3 - БС; 3.4 - Блок предварительной обработки информации (БПОИ); 3.5 - блок контроля работоспособности (БКР).

НАП 1.1 предназначена для формирования вектора значений собственных пространственных координат n-го ВС в k-е моменты времени t_k в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах, поступающих от спутников 2.1 - 2.S. БС 1.2 предназначен для определения моментов времени t_ni передачи СИП и для определения вектора значений собственных пространственных координат на данные моменты времени t_ni. Передатчик СОД 1.3 предназначен для формирования и передачи СИП Приемник СОД 3.1 предназначен для приема СИП от n-х ВС и фиксации моментов времени t_lni их приема. Контролируемая НАП 3.2 предназначена для формирования вектора значений собственных пространственных координат оцениваемого ВС в j-е моменты времени t_j в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах, поступающих от спутников 2.1 - 2.S. БС 3.3 предназначен для определения вектора значений собственных пространственных координат оцениваемого ВС для каждого t_ni и транзита информации с выхода приемника СОД 3.1 на вход БПОИ 3.4. БПОИ 3.4 предназначен для предварительной обработки информации, поступающей с выхода БС 3.3 и определения: наиболее достоверной СИП V_Дi; вектора значений пространственных координат оцениваемого ВС для момента времени t_Дi; основной оценки расстояния между оцениваемым ВС и ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi; контрольной оценки расстояния между оцениваемым ВС и взаимодействующим ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi. БКР 3.5 предназначен для обработки информации, поступающей с выхода БПОИ 3.4 и формирования решения о работоспособности или неработоспособности контролируемой НАП 3.2.

Комплекс работает следующим образом. На стороне каждого n-го ВС 1, взаимодействующего с оцениваемым ВС 3, НАП 1.1 формирует вектор значений собственных пространственных координат n-го ВС в k-е моменты времени t_k в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах, поступающих от спутников 2.1 - 2.S. Вектор значений с выхода НАП 1.1 поступает на вход БС 1.2. БС 1.2 определяет моменты времени t_nj передачи СИП в соответствии с выражением (1) и определяет вектор значений собственных пространственных координат n-го ВС на данные моменты времени t_ni в соответствии с выражением (2). Значения t_ni и с выхода БС 1.2 поступают на вход передатчика СОД 1.3. Передатчик СОД 1.3 формирует СИП и передает ее в определенные моменты времени t_ni, через ненаправленную антенну. На стороне оцениваемого ВС 3. Приемник СОД 3.1 принимает СИП от n-х ВС и фиксирует моменты времени t_lni их приема. Значения t_lni, t_ni и с выхода приемника СОД 3.1 поступают через БС 3.3 на вход БПОИ 3.4. Контролируемая НАП 3.2 формирует вектор значений собственных пространственных координат оцениваемого ВС в j-е моменты времени t_j в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах, поступающих от спутников 2.1 - 2.S. Вектор с выхода контролируемой НАП 3.2 поступает на вход БС 3.3. БС 3.3 определяет вектор значений собственных пространственных координат для каждого t_ni в соответствии с выражением (3). Вектор с выхода БС 3.3 поступает на вход БПОИ 3.4. БПОИ 3.4 обрабатывает поступающую с выхода БС 3.3 информацию в соответствии с выражениями (4) - (12) и определяет: наиболее достоверную СИП V_Дi; вектор значений пространственных координат оцениваемого ВС для момента времени t_Дi; основную оценку расстояния между оцениваемым ВС и ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi; контрольную оценку расстояния между оцениваемым ВС и взаимодействующим ВС с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi.. Информация с выхода БПОИ 3.4 поступает на вход БКР 3.5. БКР 3.5 обрабатывает поступающую с выхода БПОИ 3.4 информацию и формирует решение о работоспособности или неработоспособности контролируемой НАП 3.2 в соответствии с выражениями (13) - (14).

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ контроля работоспособности НАП ВС, сущность которого заключается в том, что после приема совокупности СИП на оцениваемом ВС определяется наиболее достоверная СИП по максимуму признака относительной достоверности, формируемого с учетом геометрической интерпретации возможного местоположения, оцениваемого и взаимодействующих воздушных судов. Решение о неработоспособности контролируемой НАП оцениваемого ВС формируется в результате выявления несоответствия основной и контрольной оценок расстояний между оцениваемым ВС и взаимодействующим ВС с которого передана наиболее достоверная СИП.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что если после приема совокупности СИП на оцениваемом ВС определять наиболее достоверную СИП по максимуму признака относительной достоверности, формируемого с учетом геометрической интерпретации возможного местоположения, оцениваемого и взаимодействующих воздушных судов. При этом решение о неработоспособности контролируемой НАП оцениваемого ВС формировать в результате выявления несоответствия основной и контрольной оценок расстояний между оцениваемым ВС и взаимодействующим ВС с которого передана наиболее достоверная СИП, то это приведет к повышению достоверности контроля работоспособности НАП оцениваемого ВС в условиях воздействия дестабилизирующих факторов на НАП взаимодействующих ВС.

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 работоспособности навигационной аппаратуры потребителя (НАП) воздушного судна (ВС). Сущность изобретения заключается в том, что после приема совокупности передаваемых с взаимодействующих ВС специальных информационных посылок (СИП) на оцениваемом ВС определяется наиболее достоверная СИП по максимуму признака относительной достоверности, формируемого с учетом геометрической интерпретации возможного местоположения, оцениваемого и взаимодействующих воздушных судов. При этом решение о неработоспособности контролируемой НАП оцениваемого ВС формируется в результате выявления несоответствия основной и контрольной оценок расстояний между оцениваемым ВС и взаимодействующим ВС, с которого передана наиболее достоверная СИП. Это позволяет, в отличие от прототипа, максимально исключить недостоверные значения пространственных координат взаимодействующих воздушных судов из процесса формирования решения о работоспособности или неработоспособности контролируемой НАП и тем самым повысить достоверность контроля ее работоспособности. Технический результат – повышение достоверности контроля работоспособности НАП оцениваемого ВС в условиях воздействия дестабилизирующих факторов на НАП взаимодействующих ВС. 1 ил.

Способ контроля работоспособности навигационной аппаратурой потребителя (НАП) воздушного судна (ВС), основанный на том, что на стороне каждого n-го ВС, взаимодействующего с оцениваемым ВС, где N - число ВС, взаимодействующих с оцениваемым ВС, с использованием информации, содержащейся в поступающих на его НАП спутниковых сигналах, формируют вектор значений собственных пространственных координат n-го ВС в k-е моменты времени в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, определяют моменты времени t_ni передачи специальных информационных посылок (СИП), определяют вектор значений собственных пространственных координат n-го ВС для каждого t_ni, формируют и передают по каналу системы обмена данными в определенные моменты времени t_ni СИП содержащие момент времени t_ni и значения координат n-го ВС, на стороне оцениваемого ВС с использованием информации, содержащейся в поступающих на контролируемую НАП спутниковых сигналах, формируют вектор значений собственных пространственных координат оцениваемого ВС в j-е моменты времени в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, принимают СИП от n-х ВС и фиксируют моменты времени t_1ni их приема, определяют вектор значений собственных пространственных координат оцениваемого ВС для каждого t_ni, с использованием значений t_lni и t_ni определяют задержки Δt_ni передаваемых СИП для каждого n, с использованием задержек Δt_ni определяют основные оценки расстояний между оцениваемым ВС и каждым n-м ВС, отличающийся тем, что на стороне оцениваемого ВС с использованием совокупности векторов определяют вспомогательные оценки расстояний между каждой nm-й парой из N взаимодействующих ВС для каждых и определяют признак α_nmi попарного соответствия вспомогательной оценки основным оценкам и для каждых и с использованием совокупности признаков {α_nmi} определяют признак β_ni относительной достоверности каждой n-й СИП V_ni, определяют наиболее достоверную СИП V_Дi из совокупности {V_ni} принятых СИП по максимуму признака β_ni относительной достоверности, определяют вектор значений пространственных координат оцениваемого ВС для момента времени t_Дi передачи наиболее достоверной СИП V_Дi, определяют основную оценку расстояния между оцениваемым ВС и ВС, с которого передана наиболее достоверная СИП V_Дi, определяют контрольную оценку расстояния между оцениваемым ВС и взаимодействующим ВС, с которого передана наиболее достоверная СИП V_дi, определяют модуль М_Дi разности основной и контрольной оценки расстояния между оцениваемым ВС и ВС, с которого передана наиболее достоверная СИП V_дi, сравнивают модуль М_Дi с заданным пороговым значением h, если модуль М_Дi не превышают заданное пороговое значение h, то формируют решение о том, что контролируемая НАП является работоспособной, в противном случае формируют решение о том, что контролируемая НАП является неработоспособной.