авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования мурманский государственный технический университет на кафедре су

-- [ Страница 2 ] --

Если пучок авроральных электронов не модулирован ни по плотности, ни по скорости, а выход неоднородности согласован, т. е. нет отраженных волн, то условия, определяющие постоянные интегрирования уравнения (16), при z = 0 имеют вид

U = Uвх, i1 = 0, i1/z = 0.

Учитывая, что все переменные изменяются по закону

exp i(t – kz),

где k – постоянная распространения радиоволны в системе "неоднородность высокоширотной ионосферы – пучок авроральных электронов", можно получить условия существования нетривиального решения уравнений (16), которое принимает вид

(kz – k)3 (kz + k) = 2 kz4 3. (17)

В частном случае, когда начальная скорость электронов V0 равна
фазовой скорости замедленной волны, т. е.kz = ke, безразмерная величина = (Z0 I0/4U0)1/3 меньше 1.

Уравнение (17) имеет три корня k1, 2, 3 kz и один кореньk4 –kz. Для первых трех корней уравнения можно приближенно положить kz + k 2 kz и, следовательно, (kz – k)3 kz33 или k1, 2, 3 kz – kz(1)1/3 или в развернутом виде

(18)

Из волн, бегущих в одном направлении с электронами, первая (с постоянной распространения k1) распространяется медленнее, чем электроны, и возрастает по амплитуде в соответствии с законом

exp (kz (3)1/2z / 2).

Оценка зависимости времени группового запаздывания гр от параметров системы "радиоволна – неоднородность – пучок электронов" проводится в приближении kэ = kz по формуле

(19)

Дополнительные временные набеги (500 и более мкс) могут вносить существенные коррективы в работу программно-аппаратурных комплексов. При прохождении сигнала от передатчика к приемнику по двум и более различным траекториям запаздывание (задержка t) может достигать величины, равной или большей длительности элементарных посылок ().
В режиме радиотелеграфии несоблюдение условия приема (t < ) приводит к искажениям – дроблению или слиянию сигналов и, следовательно,
к ошибкам при приеме информации. При скоростной регистрации фото-телеграфных сигналов по КВ радиоканалу появляются искажения в виде двойных линий, нечетких очертаний границ изображения.

В третьей главе приведено обоснование и дано математическое описание безопасного плавания и позиционирования судна при использовании данных спутниковой навигационной системы.

Для решения задачи по обеспечению безопасности навигации при плавании по заданному маршруту применяется соотношение

, (20)

где Р – вероятность нахождения судна в полосе положения В (здесь B – параметр, обеспечивающий безопасность плавания и заданный доверительным уровнем вероятности относительно планируемой траектории L); – точки обсервованной траектории судна X; .

Решение задачи по обеспечению безопасности навигации в первую очередь зависит от исходного предположения относительно конфигурации системы погрешностей, в которой решается эта задача. Если в качестве
исходной гипотезы используется представление о замкнутости линейного движения судна по заданному маршруту, то глобальная эргодичность вероятностной меры вытекает непосредственно из такого представления.

При восстановлении текущей траектории судна и решении задачи
по обеспечению навигационной безопасности в современных спутниковых навигационных системах преобладают систематические погрешности.
Поэтому методы определения обсервованных координат судна, используемых в спутниковой навигационной аппаратуре (СНА), прежде всего должны исключать именно систематические погрешности, а уже затем
минимизировать влияние случайных погрешностей.

Обычно для исключения систематической погрешности используют метод, который сводится к решению операторного уравнения вида

F(x) = U, (21)

где F = ||aij|| – линейный оператор, заданный матрицей коэффициентов аij, которые формируют процесс преобразования базовых векторов и зависят от геометрии рабочего навигационного созвездия искусственных спутников Земли; х – вектор поправок к текущим координатам, включающих
и величину систематической погрешности измерений; U – вектор с компонентами радионавигационного параметра, ограниченного величиной, равной заданному отношению шум / полезный сигнал.

При непрерывности и ограниченности оператора F в выражении (21) выполняется равенство

, (22)

где – совокупность численных значений, образующих непрерывный
и ограниченный спектры.

Выполненный в этой главе анализ позволил составить индикаторную функцию вида

(x) =

которая показывает, как программный продукт, используемый в СНА, обеспечивает решение задачи (21), минимизируя нечеткость, присущую современным методам обработки навигационных данных. Опираясь именно на эти соображения, авторы разработали модель, обеспечивающую безопасность навигации при обсервационном счислении в районах плавания с высоким уровнем навигационных рисков и анизотропностью поля неопределенности в текущем месте судна.

При решении задач по обеспечению безопасности навигации, в частности при организации безопасного процесса позиционирования судна
в заданной точке, как правило, рекомендуется использовать потенциальную точность навигационных систем судовождения. Даже в обычных
эксплуатационных условиях текущая точность определения места судна
в системе спутниковой навигации "NAVSTAR – GPS" может значительно отличаться от потенциальной. Такое отличие между потенциальной
и текущей точностями объясняется наличием ряда системных факторов.

Для оценки влияния состояния обсервационного рассеивания на закон позиционирования судна было принято допущение, что конкретная функция распределения (потенциальная функция) , определенная
на обсервационном множестве, удовлетворяет двум условиям:

(23)

где – метрика обсервационного рассеивания; – фаза метрики.

Обсервационное множество

(24)

является разделяющимся и способно дать представление о состоянии рассеивания, причем условия (23) гарантируют "чистоту" разбиения (24)
и позволяют надеяться на достоверность разнесения метрик по классам, выделенным в обсервационном рассеивании. В то же время необходимо учитывать, что достоверность решения задачи по идентификации параметра состояния анизотропии в значительной степени зависит от априорно принятых допущений относительно вида и характера потенциальной функции F(x) обсервационного рассеивания X.

Практическое использование рассмотренной методики идентификации состояния обсервационных рассеиваний позволяет в зависимости от изменения параметра анизотропии применять одну из моделей контроля состояния безопасности плавания судна, а также выбирать закон позиционирования судна в заданной точке.

В главе 4 приведены блок-схема и описание программно-аппаратурного комплекса для проведения исследований влияния возмущений ионосферы как среды распространения информационно-навигационных радиосигналов на условия реализации навигационного процесса применительно к северной части морского района А4. Комплекс позволяет судоводителю получать:

– метеорологическую информацию по КВ радиоканалу, контролиру-емому в реальном времени;

– прогнозную информацию о точности позиционирования и целост-ности СНС на разных стадиях навигационного процесса при совмещен-ности карты состоянии космической погоды и навигационной карты.

Первой составляющей комплекса является малогабаритный, интегрированный в компьютер, полностью автоматизированный блок для программируемого приема факсимильной информации по КВ радиоканалу. Этот блок позволяет "исключить" фототелеграфный аппарат и тем самым избавиться от целого ряда экономически невыгодных и экологически вредных позиций и, кроме того, освободиться от ряда неудобств эксплуатационного и технического плана, связанных с тем, что в магистральных радиоприёмниках типа "Сибирь", "Циклоида", "Вспышка" перестройка осуществляется с помощью галетных переключателей. Блок позволяет принимать, декодировать, отображать на экране и хранить факсимильные карты погоды. При помощи сигналов автоматического управления от передающего факсимильного аппарата осуществляется активизация программы приема, выбор модуля взаимодействия, выбор скорости развертки, фазирование, остановка.

Представлены результаты исследования особенностей приема факсимильных карт погоды. В качестве центра, передающего метеорологическую информацию, был выбран метеорологический центр в Гамбурге (Германия). Радиотрасса Гамбург – Мурманск является субавроральной. Здесь ионосфера контролируется волновым излученим Солнца и подвержена авроральным возмущениям. Принятые метеокарты имеют хорошее качество, позволяют оценивать текущую и прогнозируемую гидрометеорологическую обстановку и принимать необходимые решения.

Вторая составляющая программно-аппаратурного комплекса – блок наклонного зондирования ионосферы (НЗИ) сигналом с непрерывной
линейно-частотной модуляцией. Этот блок позволяет контролировать
состояние радиоканалов в реальном времени. Некоторые технические
характеристики этого блока приведены в таблице:

Параметр Значение
Диапазон частот f 2–30 МГц
Скорость изменения частоты df/dt 100, 150 кГц/с
Чувствительность 0,6 мкВ
Излучаемая мощность 45 Вт
Временная синхронизация Сигналы СЕВ, GPS

Основное внимание в работе было направлено на организацию взаимодействия с зарубежными ЛЧМ ионозондами (Инскип, Англия). Скорость
изменения ЛЧМ сигнала большинства передатчиков зарубежной сети равна 100 кГц/с. В качестве антенны для приема сигналов мировой сети ЛЧМ ионозондов, а также для передачи сигналов во всех направлениях использовался широкополосный (1.4–30 MHz) вертикальный штырь KUM850 HF-AERIAL.

Представлены результаты работы комплекса на прием и передачу ЛЧМ радиосигналов, приведены ионограммы наклонного зондирования, позволяющие после необходимого анализа получать информацию о состоянии радиоканала, в частности определять частоты, оптимальные для радиосвязи. В условиях авроральных возмущений организация эффективной КВ радиосвязи возможна только при контроле за радиоканалами в реальном времени; расчеты, основанные на модельных представлениях
ионосферы, значимых результатов в таких условиях не дают.

Третьей составляющей программно-аппаратурного комплекса является блок для исследования особенностей функционирования СНС "NAVSTAR" в различных геофизических условиях применительно
к северной части морского района А4. Показано, что точность определения местоположения при обеспечении безопасности мореплавании в бассейнах Арктики и Северной Атлантики, а также при проведении специальных работ в высоких широтах с помощью СНС значительно снижается в периоды геомагнитных возмущений. Возрастание значений погрешности позиционирования совпадает по времени с быстрыми, значительными по величине и знаку вариациями горизонтальной компоненты напряженности геомагнитного поля. Для определения географических районов, в которых
возможны нарушения работы GPS (сбои, уменьшение точности позиционирования), и времени суток, когда такие нарушения будут отмечаться, использование только одной Н-компоненты геомагнитного поля не является достаточным.

Для прогнозирования целостности системы GPS и снижения точности обсервационного счисления предложены синоптические карты проекции положения овальной зоны полярных сияний на земную поверхность.
Такие карты удобны для различного рода сопоставлений при решении
навигационных задач и задач динамического позиционирования, поскольку позволяют для конкретных моментов времени и конкретных величин геомагнитного возмущения привязать области среды распространения
информационно-навигационных радиосигналов, пораженных неоднородностями электронной плотности, к маршруту плавания или месту проведения специальных работ, что помогает планировать упреждающие действия по дублированию систем радиосвязи и радионавигации. Сравнение получаемой информации (об ошибках позиционирования и сбоях в работе GPS, об оптимальном созвездии, углах видимости спутников и их траекториях) со снимками OSC камеры и данными магнитометров позволяет существенно продвинуться в понимании процессов, приводящих к снижению
эффективности работы СНС.

В приложении приведено описание технических и программных средств, переводящих магистральный радиоприемник Р160П в программируемый и управляемый с помощью ЭВМ.

Общие выводы и заключение

На основании выполненных исследований, направленных на повышение эффективности управления состоянием безопасности мореплавания, можно сделать следующие выводы:

1. Разработанное программно-аппаратное обеспечение, включенное
в состав интеллектуальной эргатической системы, способно поддерживать в заданных пределах состояние безопасности мореплавания судов в северной части морского района А4, минимизируя или учитывая искажения
навигационной информации, обусловленные авроральными суббурями.

2. В качестве основы программно-аппаратного обеспечения используется квазибезопасное описание навигационного процесса, основанного на множественности рисков, сопутствующих плаванию и позиционированию судна, а также на иерархичности признаков, отражающих свойства состояния безопасности мореплавания.

3. Программно-аппаратное обеспечение включает в себя оптимальный механизм выбора, преобразующий априорную и текущую навигационную информацию, в том числе полученную по каналам радиосвязи, надежно действующим в северной части морского района А4, для управления состоянием безопасности мореплавания.

4. При минимизации искажений навигационной информации в программно-аппаратном обеспечении учитываются изменения времени группового распространения радиоволн на трассах в северной части морского района А4 и модель взаимодействия коротких радиоволн с неоднородностями высокоширотной ионосферы, а также величина замедления радиоволны в зависимости от отстройки рабочей частоты относительно критической.

5. При оценке работоспособности каналов радиосвязи в морском
районе А4 учитываются как особенности функционирования системы
"неоднородности высокоширотной ионосферы – пучки авроральных
электронов", так и величина дополнительного временного набега при распространении радиоволны в этой системе.

6. Безопасное позиционирование буровых судов и выбор законов
позиционирования в северной части морского района А4, относящейся
к акваториям с повышенным числом навигационных рисков, следует
осуществлять с учетом оценки состояния обсервационного рассеивания, полученного на основе наблюдений координат, измеренных с помощью спутниковой навигационной аппаратуры.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Калитёнков, Н.В. Неоднородности высокоширотной ионосферы – замедляющие структуры для радиоволн / Н.В. Калитёнков // Численные модели динамических процессов : сборник / КФ АН СССР. – Апатиты, 1984. – С. 88–90.

2. Калитёнков, Н.В. Об искажениях спектра радиосигнала в системе "неоднородности высокоширотной ионосферы – радиоволна – электронные радиопотоки" / Н.В.Калитёнков // Численные модели динамических процессов : сборник / КФ АН СССР. – Апатиты, 1984. – С. 93–95.

3. Калитёнков, Н.В. Усиление радиосигнала в системе "неоднородности высокоширотной ионосферы – радиоволна – электронные потоки"
/ Н.В. Калитёнков // Комплексные исследования полярной ионосферы : сборник / КФ АН СССР. – Апатиты, 1987. – С. 96–100.

4. Калитёнков, Н.В. Методика обеспечения КВ радиосвязи на стационарных радиолиниях и с подвижными наземными, морскими и воздушными объектами / А.Н. Калитёнков // Материалы юбилейн. междунар.
науч.-техн. конф., посвящ. 50-летию МГТУ. – Мурманск, 2000. – С. 96.

5. Исследование геофизических процессов в Арктике / Н.В. Калитёнков [и др.] // Вестн. МГТУ : Тр. Мурман. гос. техн. ун-та, 2001. – Т. 4, № 1. – С. 47–56.

6. Калитёнков, Н.В. Авроральные возмущения и характеристики КВ радиосигналов (Взаимодействие радиоволн с неоднородностями высокоширотной ионосферы и пучками авроральных электронов) / Н.В. Калитёнков // Радиолокация, навигация, связь : материалы VII междунар. конф. – Воронеж, 2001. – С. 666–676.

7. Особенности функционирования и предложения по развитию системы радиосвязи в районе А4 / Н.В. Калитёнков [и др.] // Перспективы развития систем связи и навигации на морском и речном флоте : материалы междунар. конф. – Москва, 2002. – Ч. II. – С. 25–29.

8. Калитёнков, Н.В. Информационная оценка полноты гарантированного планирования судовой операции / Н.В. Калитёнков, В.И. Меньшиков, М.А. Пасечников // Вестн. МГТУ : Тр. Мурман. гос. техн. ун-та, 2004. –
Т. 7, № 3. – С. 364–369.

9. Диагностика КВ радиоканалов в интересах обеспечения безопасности мореплавания в Арктике и Северной Атлантике / Н.В. Калитёнков
[и др.] // Наука и образование – 2005 : материалы междунар. научн.-техн. конф. (Мурманск, 6–14 апреля 2005 г.) / Мурман. гос. техн. ун-т. – Мурманск, 2005. – Ч. 7. – С. 275–276.

10. Калитёнков, Н.В. Открытая интеллектуальная система в управлении безопасной навигацией. Радиотехническое обеспечение / Н.В. Калитёнков, В.И. Меньшиков, К.В. Меньшикова // Наука и образование – 2005 : материалы междунар. научн.-техн. конф. (Мурманск, 6–14 апреля 2005 г.) / Мурман. гос. техн. ун-т. – Мурманск, 2005. – Ч. 7. – С. 268–270.

11. Калитёнков, Н.В. Управление перестройкой частоты и режимами работы судового радиоприемника с помощью ЭВМ / Н.В. Калитёнков,
Н.А. Вдовиченко, А.А. Пакулин // Наука и образование – 2005 : материалы междунар. научн.-техн. конф. (Мурманск, 6–14 апреля 2005 г.) / Мурман. гос. техн. ун-т. – Мурманск, 2005. – Ч. 7. – С. 277–283.

_________________________________________________________

Издательство МГТУ, 183010, Мурманск, Спортивная, 13.

Сдано в набор 18.10.2006. Подписано в печать 19.10.2006. Формат 60ґ84.

Бумага типографская. Усл.-печ. л. 1.39. Уч.-изд. л. 1,09. Зак. 432. Тираж 100 экз.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.