СПОСОБ АВТОНОМНОГО КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ НАВИГАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО СУДНА Российский патент 2024 года по МПК G01S19/07 

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

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ контроля достоверности информации, принимаемой навигационной аппаратурой потребителя воздушного судна (см., например, патент на изобретение №2740398 от 14 января 2021 г.), характеризующийся тем, что наземная стационарная локальная контрольно-корректирующая станция (ЛККС), имеющая заранее точно определенные координаты своей дислокации, формирует и передает по радиоканалу на ВС, взаимодействующее с ЛККС, в определенные моменты времени специальные информационные посылки, содержащие момент времени передачи данной посылки и пространственные координаты самой ЛККС, на борту ВС, взаимодействующего с ЛККС, формируют оценки собственных пространственных координат с использованием НАП ГНСС, принимают специальную информационную посылку и фиксируют момент времени ее приема, определяют первую оценку расстояния между ВС и ЛККС по разнице между моментами приема и передачи специальной информационной посылки, определяют вторую оценку расстояния между ВС и ЛККС по их пространственным координатам, при этом используют пространственные координаты ЛККС, переданные в специальной информационной посылке и оценки пространственных координат ВС, сформированные его НАП ГНСС, сравнивают модуль разности оценок расстояний с заданным пороговым значением, если модуль разности оценок расстояний превышает заданное пороговое значение, то формируют решение о том, что достоверность информации, принимаемой РАП ГНСС ВС, не соответствует заданным требованиям, в противном случае формируют обратное решение.

К основным недостаткам прототипа относится снижение достоверности информации, принимаемой НАП ГНСС ВС (снижение вероятности правильного обнаружения факта нарушения целостности НАП ГНСС ВС) из-за отсутствия синхронизации шкал времени потребителей между ВС и ЛККС при передаче по радиоканалу специальных информационных посылок с ЛККС на борт ВС, в условиях различной сигнально-помеховой обстановки в районах расположения ЛККС и ВС. Отсутствие синхронизации шкал времени потребителей между ВС и ЛККС может привести к дополнительным погрешностям при получении оценок расстояний между ВС и ЛККС.

Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильного обнаружения факта нарушения целостности НАП ГНСС ВС.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе на стороне наземной стационарной ЛККС, имеющей заранее точно определенные координаты своей дислокации в заданной прямоугольной системе координат OXYZ, определяют моменты времени передачи дополнительных информационных посылок и временные поправки для синхронизации моментов времени передачи дополнительных информационных посылок с системной шкалой времени, формируют и передают по радиоканалу на ВС, взаимодействующее с ЛККС, в определенные моменты времени дополнительные информационные посылки, содержащие момент времени передачи данной посылки, пространственные координаты ЛККС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ и временные поправки, на борту ВС, взаимодействующего с ЛККС, формируют оценки собственных пространственных координат в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием НАП ГНСС ВС каждой j-й ГНСС, где J - число действующих ГНСС, принимают дополнительную информационную посылку, фиксируют момент времени ее приема и определяют временную поправку для синхронизации момента времени ее приема с системной шкалой времени, определяют первую оценку расстояния R₁ между ВС и ЛККС по разнице между синхронизированными моментами приема и передачи дополнительной информационной посылки, определяют для каждого j вторую оценку расстояния R_2j между ВС и ЛККС по синхронизированным пространственным координатам ВС и ЛККС, при этом используют пространственные координаты ЛККС, переданные в дополнительной информационной посылке 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 целостность НАП ГНСС ВС, принимающей сигналы от спутников j-й ГНСС, нарушена, в противном случае формируют решение о том, что целостность НАП ГНСС ВС, принимающей сигналы от спутников j-й ГНСС, не нарушена.

Сущность изобретения заключается в том, что решение о целостности или нарушении целостности НАП ГНСС ВС формируется на основе сравнения синхронизированных оценок расстояний между ВС и ЛККС, определяемых в одном случае по разнице между синхронизированными моментами приема и передачи дополнительной информационной посылки, передаваемой с ЛККС на борт ВС, а во втором случае по синхронизированным пространственным координатам ВС и ЛККС, при этом используются пространственные координаты ЛККС, переданные в дополнительной информационной посылке и оценки пространственных координат ВС, сформированные по содержащейся в спутниковых сигналах информации, целостность которой контролируется. Это позволяет выявлять факты нарушения целостности НАП ГНСС ВС даже при условии отсутствия нарушения целостности НАП ГНСС ЛККС, взаимодействующей с НАП ГНСС ВС и приводит к повышению вероятности правильного обнаружения факта нарушения целостности НАП ГНСС ВС в целом.

Данный способ включает в себя следующие этапы:

1 На стороне наземной стационарной ЛККС, имеющей заранее точно

определенные координаты х₀=[x₀,j₀,z₀] своей дислокации в заданной прямоугольной системе координат OXYZ:

1.1 Определение моментов времени t_i0 передачи дополнительных информационных посылок в соответствии с выражением

где t₁ - заданный первый момент времени передачи дополнительной информационной посылки, i=0, 1, 2, 3, …, Δt - установленный интервал времени между моментами времени передачи дополнительных информационных посылок.

1.2 Определение временной поправки δt_0i для синхронизации шкалы времени НАП ГНСС ЛККС с системной шкалой времени на каждый момент времени t_j0 в соответствии с выражением

где τ_n - сдвиг шкалы времени n-го НС относительно системной шкалы времени; γ_n=(f_n-f_nn)/f_nn - относительное отклонение прогнозируемого значения несущей частоты f_n n-го НС от номинального значения f_nn этой частоты для того же НС; t_b - время внутри текущих суток по шкале UTS(SU)+03 ч 00 мин,

к которому относятся передаваемые значения параметров.

1.3 Формирование и передача по радиоканалу в определенные моменты времени t_i0 дополнительных информационные посылок V_i=[t_i0,x₀,δt_0i], содержащих момент времени t_j0 передачи данной посылки, пространственные координаты ЛККС х₀ в заданной прямоугольной системе координат OXYZ и временную поправку δt_0i

2 На борту ВС, взаимодействующего с ЛККС:

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 x_1j=[x_1j,y_1j,z_1j] в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием информации, содержащейся в спутниковых сигналах j-й ГНСС.

2.3 Прием дополнительной информационной посылки V_i=[t_i0,x₀,δt_0i] и фиксация момента времени t_i1 ее приема.

2.4 Определение временной поправки δt_1i для синхронизации шкалы времени НАП ГНСС ВС с системной шкалой времени на каждый момент времени t_i1 в соответствии с выражением (2).

2.5 Определение первой оценки расстояния между ВС и ЛККС в соответствии с выражением

где с - скорость распространения радиоволн.

2.6 Определение для каждого j второй оценки расстояния между ВС и ЛККС в соответствии с выражением

2.7 Формирование решения о целостности НАП ГНСС ВС, принимающей сигналы от спутников j-й ГНСС, в соответствии с выражением

где q_j=0 - целостность НАП, принимающей сигналы от j-й ГНСС, нарушена; q=1 - целостность НАП, принимающей сигналы от j-й ГНСС, не нарушена; h - заданное пороговое значение.

В соответствии с выражениями (1)-(5) решение о том, что целостность НАП ГНСС ВС, принимающей сигналы от спутников j-й ГНСС, нарушена формируется в том случае, если j-й модуль разности оценок расстояний R₁ и R_2j и превышает заданное пороговое значение h, в противном случае формируется решение о том, что целостность НАП ГНСС ВС, принимающей сигналы от спутников j-й ГНСС, не нарушена.

Данный способ может быть реализован, например, с помощью комплекса устройств, структурная схема которого приведена на фигуре 1, 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 ГНСС; 6 - приемник дополнительной информационной посылки (ПРМ ДИП); 7 - БУ; 8 - блок обработки информации (БОИ).

БУ 2 предназначен для определения моментов времени t_i0 передачи дополнительных информационных посылок в соответствии с выражением (1), определения временных поправок δt_0i в соответствии с выражением (2) и управления АФП ДИП 3. АФП ДИП 3 предназначена для формирования и передачи в определенные моменты времени t_i0 синхронизированных дополнительных информационные посылок V_i=[t_i0,x₀,δt_0i]. НАП ГНСС 5 предназначена для приема и обработки спутниковых сигналов от j-й ГНСС, а также для формирования оценок пространственных координат ВС x_1j=[x_1j,y_1j,z_1j] в заданной прямоугольной системе координат OXYZ. ПРМ ДИП 6 предназначен для приема дополнительной информационной посылки V_i=[t_i0,x₀,δt_0i] и фиксации момента времени t_n ее приема. БУ 7 предназначен для определение временной поправки δt_1i и управления элементами комплекса на борту ВС 4.

БОИ 8 предназначен для обработки информации и формирования решения о целостности или нарушении целостности НАП ГНСС 5, принимающей сигналы от спутников j -й ГНСС, в соответствии с выражениями (1)-(5).

Комплекс работает следующим образом. БУ 2 определяет моменты времени t.₀ передачи дополнительных информационных посылок в соответствии с выражением (1), временные поправки δt_0i в соответствии с выражением (2) и управляет АФП ДИП 3. АФП ДИП 3 формирует и под управлением БУ 2 передает в определенные моменты времени t_i0 дополнительные информационные посылки V_i=[t_i0,x₀,δt_0i]. НАП ГНСС 5 принимает и обрабатывает спутниковые сигналы от j-й ГНСС, а также формирует оценки пространственных координат ВС x_1j=[x_1j,y_1j,z_1j] в заданной прямоугольной системе координат OXYZ. Оценки пространственных координат ВС x_1j=[x_1j,y_1j,z_1j] через БУ 7 поступают на БОИ 8. ПРМ ДИП 6 принимает дополнительную информационную посылку V_i=[t_i0,x₀,δt_0i] и фиксирует момент времени t_i1 ее приема. БУ 7 определяет временные поправки δt_1i и управляет элементами комплекса на борту ВС 4. Величины t_i0,δt_0i,t_i1,δt_1i и х₀ через БУ 7 поступают на БОИ 8. БОИ 8 обрабатывает поступающую от НАП ГНСС 5 и ПРМ ДИП 6 информацию и формирует решение о целостности или нарушении целостности НАП ГНСС 5, принимающей сигналы от спутников j-й ГНСС, в соответствии с выражениями (1)-(5).

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ автономного контроля целостности НАП ГНСС ВС, сущность которого заключается в том, что решение о целостности или нарушении целостности НАП ГНСС формируется на основе сравнения синхронизированных оценок расстояний между ВС и ЛККС, определяемых в одном случае по разнице между синхронизированными моментами приема и передачи дополнительной информационной посылки, передаваемой с ЛККС на борт ВС, а во втором случае по синхронизированным пространственным координатам ВС и ЛККС, при этом используются пространственные координаты ЛККС, переданные в дополнительной информационной посылке и оценки пространственных координат ВС, сформированные по содержащейся в спутниковых сигналах информации, целостность которой контролируется.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что если решение о целостности или нарушении целостности НАП ГНСС формировать на основе сравнения синхронизированных оценок расстояний между ВС и ЛККС, определяемых в одном случае по разнице между синхронизированными моментами приема и передачи дополнительной информационной посылки, передаваемой с ЛККС на борт ВС, а во втором случае по синхронизированным пространственным координатам ВС и ЛККС, при этом использовать пространственные координаты ЛККС, переданные в дополнительной информационной посылке, и оценки пространственных координат ВС, сформированные по содержащейся в спутниковых сигналах информации, целостность которой контролируется, то это приведет к повышению вероятности правильного обнаружения факта нарушения целостности НАП ГНСС 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 средств контроля целостности глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) в части, касающейся контроля целостности навигационного поля, формируемого навигационной аппаратурой потребителей (НАП) ГНСС воздушного судна (ВС). Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильного обнаружения факта нарушения целостности НАП ГНСС ВС. Сущность изобретения заключается в том, что решение о целостности или нарушении целостности НАП ГНСС ВС формируется на основе сравнения синхронизированных оценок расстояний между ВС и ЛККС, определяемых в одном случае по разнице между синхронизированными моментами приема и передачи дополнительной информационной посылки, передаваемой с ЛККС на борт ВС, а во втором случае по синхронизированным пространственным координатам ВС и ЛККС, при этом используются пространственные координаты ЛККС, переданные в дополнительной информационной посылке и оценки пространственных координат ВС, сформированные по содержащейся в спутниковых сигналах информации. 1 ил.

Способ автономного контроля целостности навигационной аппаратуры потребителей (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) воздушного судна (ВС), 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 синхронизированной информации по радиоканалу, отличающийся тем, что на стороне ЛККС определяют моменты времени передачи дополнительных информационных посылок и временные поправки для синхронизации момента времени передачи дополнительных информационных посылок с системной шкалой времени, формируют и передают по радиоканалу на ВС, взаимодействующее с ЛККС, в определенные синхронизированные моменты времени дополнительные информационные посылки, содержащие момент времени передачи данной посылки, пространственные координаты ЛККС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ и временные поправки, на борту ВС, взаимодействующего с ЛККС, формируют оценки собственных пространственных координат в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием НАП ВС для каждой j-й ГНСС, где J - число действующих ГНСС, принимают дополнительную информационную посылку, фиксируют момент времени ее приема и определяют временную поправку для синхронизации момента времени ее приема с системной шкалой времени, определяют первую оценку расстояния R₁ между ВС и ЛККС по разнице между синхронизированными моментами приема и передачи дополнительной информационной посылки и разнице между временными поправками на моменты времени приема и передачи дополнительной информационной посылки, определяют для каждого j вторую оценку расстояния R_2j между ВС и ЛККС по синхронизированным пространственным координатам ВС и ЛККС, при этом используют пространственные координаты ЛККС, переданные в дополнительной информационной посылке и j-e 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 целостность НАП ГНСС ВС, принимающей сигналы от спутников j-й ГНСС, нарушена, в противном случае формируют решение о том, что целостность HAП ГНСС ВС, принимающей сигналы от спутников j-й ГНСС, не нарушена.