Методика підвищення якості процесу ідентифікації космічних об’єктів для балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДП «Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління»

(ЦНДІ НіУ)

МАХОНІН Євген Іванович

УДК 621.396:629.788

МЕТОДИКА ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ПРОЦЕСУ ІДЕНТИФІКАЦІЇ КОСМІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ ДЛЯ БАЛІСТИКО-НАВІГАЦІЙНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ УПРАВЛІННЯ КОСМІЧНИМИ АПАРАТАМИ

05.22.13 - навігація та управління рухом

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в ДП «Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління» Міністерства промислової політики України.

Науковий керівник -	кандидат технічних наук, доцент, Черепков Сергій Тимофійович, ДП «Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління» Міністерства промислової політики України, провідний науковий співробітник.
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Худов Генадій Володимирович, Харьківський університет Повітряних Сил ім. Івана Кожедуба, провідний науковий співробітник.
	Заслужений винахідник України, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Богомья Володимир Іванович, ДП «Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління» Міністерства промислової політики України, начальник відділу.

Захист відбудеться “__” ________ 2011 року о “____” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.876.01 при ДП «Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління» за адресою: 04073, м. Київ, вул. Фрунзе 160/20.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці ДП «Центральний науково-дослідний інституті навігації і управління» за адресою: 04073, м. Київ, вул. Фрунзе 160/20.

Автореферат розісланий “_____” _________ 2011 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., с.н.с. С.Д. Ставицький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні вимоги до експлуатації космічного простору потребують суттєвого покращення функціонування балістико-навігаційного забезпечення для управління космічними апаратами (КА). Вирішення цього завдання в значній мірі залежить від якості функціонування системи контролю та аналізу космічної обстановки (СКАКО) і, перш за все, від оперативності виявлення та якості ідентифікації космічних об'єктів (КО). Тому одним з пріоритетних напрямів розвитку космічної галузі держави є ефектівне функціонування СКАКО.

Якість функціонування СКАКО визначається здатністю виконувати завдання за призначенням із заданою точністю на певному часовому інтервалі. Основний вплив на якість системи надає: можливості радіотехнічних засобів контролю космічного простору (ККП), величина зони контролю, повнота і час контролю, і особливо - оперативність виявлення і ідентифікації космічних об'єктів. Тому тема дисертаційної роботи на цей час є актуальною.

При цьому під ідентифікацією розуміється - процес, що встановлює відповідність космічного об'єкту, що розпізнавається своєму зразку (даним про цей об'єкт), наявним в центрі контролю і аналізу космічної обстановки.

У працях відомих учених і фахівців Козелкова С.В., Александровського Н.М., Догамовського С.А., Краськевіча В.Е., Сильвестрова А.Н., Варфоломєєва В.А., Райбмана Н., Коллінза П., Пердревілле Ф., Ределя В. та інших достатньо детально досліджені і вивчені питання ідентифікації КО на основі вимірювання поточних навігаційних параметрів, тобто координатним способом.

Крім того, у роботах Белебського В.В., Багрова А.В., Смірнова М. А., Ардашова А.Ю., Дородніцина О.А., Рихлова Р.В. описані методи ідентифікації на основі оптичних спостережень.

Вищенаведені підхіди до рішення задачі ідентифікації є традиційними і мають на увазі наявність багатопунктної мережі вимірювальних засобів СКАКО.

Проте системи радіолокації, здійснюють контроль космічного простору в певних фіксованих секторах, а використання оптичних засобів обмежено метеорологічними і астрономічними умовами спостереження. Це приводить до утворення неконтрольованих ділянок (так званих "дірок") в зоні контролю і тривалих періодів неконтрольованого польоту КО. В цих умовах має місце зниження оперативності виявлення космічних об'єктів та їх ідентифікації.

Тому побудова системи контролю і аналізу космічної обстановки на основі традиційних методів ідентифікації в умовах існуючої високої щільності розподілу космічних об'єктів на навколоземних орбітах не дозволяє забезпечити ідентифікацію всіх об'єктів, що знаходяться в зоні видимості наземних систем.

Також при контролі за космічними об'єктами, що змінюють орбіти свого положення, ідентифікація ускладнюється, а у ряді критично важливих випадків стає неможливою.

Виходячи з цього, виникає необхідність розробки і впровадження нових методів і алгоритмів ідентифікації КО на базі вже існуючих радіонавігаційних систем системи контролю та аналізу космічної обстановки, зокрема на базі радіонавігаційних систем з повноповоротними антенними пристроями.

В цьому випадку автором вважається доцільним, для вирішення завдання ідентифікації, використовувати сигнали неконтрольованих випромінювань (НКВ) бортової апаратури (БА) КА, зокрема сигнали задаючих генераторів (ЗГ). Такий метод дозволить при мінімальних витратах підвищити оперативність виявлення та ідентифікації космічних об'єктів системою контролю і аналізу космічної обстановки та підвищити якість балістико-навігаційного забезпечення управління КА.

Проте, оцінка параметрів корельованої складової процесу нестабільності ЗГ бортової апаратури (БА), як ідентифікуючого чинника вимагає додаткових теоретичних обґрунтувань, прикладних і експериментальних досліджень.

Враховуючі вищенаведене, можна констатувати про необхідність вирішення актуального наукового завдання, пов'язаного з розробленням науково-технічних пропозицій щодо підвищення ефективності балістико-навігаційного забезпечення управління КА за рахунок застосування процедур ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню бортової апаратури в системі контролю та аналізу космічної обстановки в умовах однопунктної технології управління.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в рамках Загальнодержавної цільової науково-технічної космічної програми України на 2008-2012 роки, затвердженої Законом України від 30.09.2008 року №608-VI.

Результати, які відображені у дисертаційній роботі, одержані у рамках науково-дослідних робіт, що проводилися у ВАТ «АТ науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань»; у ДП науково-дослідному і проектному інституті «Союз» (державний реєстраційний номер контракту №0110U005607); у Національному центрі управління та випробувань космічних засобів (НЦУВКЗ) при вирішенні задач ідентифікації космічних об'єктів (шифр «Експертиза», «Модернізація-С», «Спостереження»); у Центральному науково-дослідному інституті навігації і управління при виборі технічних рішень (підтверджено відповідними актами реалізації).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності балістико-навігаційного забезпечення управління космічних апаратів системи контролю космічного простору в умовах однопунктної технології управління за допомогою розробленої методики ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню бортової апаратури.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі сформульовані і вирішені наступні задачі:

- проведено аналіз особливостей побудови системи контролю та аналізу космічної обстановки і визначено шляхи підвищення показників ефективності балістико-навігаційного забезпечення управління космічних апаратів;

- розроблено алгоритми вирішення задачі ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованим випромінюванням БА КА;

- розроблена методика підвищення якості процесу ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованим випромінюванням бортової апаратури для підвищення ефективності балістико-навігаційного забезпечення управління КА.

- проведено аналіз теоретичних и практичних результатів досліджень ефективності розроблених науково-технічних пропозицій.

Об'єкт дослідження - процес функціонування балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами.

Предмет дослідження - моделі, методи та засоби підвищення ефективності процесу ідентифікації космічних об'єктів.

Методи досліджень. Теоретичною базою для вирішення сформульованого завдання є основні роботи у теорії побудови радіонавігаційних систем, теорії формування та використання фізичних і інформаційних полів для навігації, теорії побудови систем і алгоритмів обробки навігаційних сигналів. При вирішенні часткових завдань використовувався апарат теорії імовірності, математичного аналізу. Для дослідження і обліку впливу нелінійних процесів на характеристики системи виявлення сигналу був вибраний математичний апарат функціональних рядів Вольтерра. Разом з теоретичними методами в дисертаційній роботі використовувалися і експериментальні методи досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

1. Обґрунтована структура системи ідентифікації типу космічних об'єктів, у якої за рахунок розробленої автором методики і алгоритмів оброблення сигналів неконтрольованих випромінювань бортової апаратури надається можливість забезпечення підвищення вірогідності і оперативності визначення типу космічного апарату.

2. Запропоноване поширення функціональних можливостей радіонавігаційних засобів системи контролю космічної обстановки, що дозволяє значно швидше вирішувати завдання ідентифікації космічних об'єктів.

3. Одержала подальший розвиток методика підвищення якості процесу ідентифікації космічних об'єктів на основі застосування в системі контролю космічної обстановки алгоритму підвищення показників якості балістико - навігаційного забезпечення управління космічних апаратів.

Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному:

1. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні і модернізації радіонавігаційних систем для ідентифікації типу космічних апаратів в системі контролю і аналізу космічної обстановки та балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами при однопунктної технології управління.

2. Обґрунтовані вимоги до технічних характеристик пристроїв приймання та обробляння сигналів неконтрольованого випромінювання бортових навігаційних комплексів космічних апаратів.

3. Розроблена методика ідентифікації типу космічних апаратів дозволяє скоротити час визначення типу космічного апарату до одиниць годин, що значне підвищує показники якості функціонування системи контролю і аналізу космічної обстановки.

4. Отримані результати дозволяють підвищити показники якості балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами на 10-15%.

5. Введені до практики експлуатації радіонавігаційних систем сигнали неконтрольованих випромінювань бортової апаратури дозволяють отримувати навігаційну та ідентифікаційну інформацію про КА.

6. Розроблена математична модель ідентифікації типу космічних апаратів та реалізуючі їх алгоритми дозволяють оцінювати параметри процесу нестабільності частоти задаючого генератора бортової апаратури КА;

7. Визначені напрями застосування сигналів неконтрольованих випромінювань для підвищення якості функціонування радіонавігаційних систем, а також систем контролю та аналізу космічної обстановки.

8. Результати дисертаційних досліджень впроваджені у:

- ВАТ «АТ науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань»;

- Національному центрі управління та випробувань космічних засобів НКАУ;

- ДП науково-дослідному і проектному інституті «Союз»;

- Центральному науково-дослідному інституті навігації і управління.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати дисертаційних досліджень одержані здобувачем особисто. У спільних роботах автору належать: [3] - визначення завдання дослідження, наведення результатів експериментальної перевірки ефективності методиці ідентифікації типу космічних апаратів; [4] - розроблення алгоритму підвищення показників якості балістико-навігаційного забезпечення управління КА; [5] - розроблення алгоритму визначення параметрів орбіт космічних апаратів системою допплерівських вимірювачів в частини розрахунку параметрів навігаційного поля; [6] - визначення завдання дослідження, визначення особливостей розрахунку енергетичних характеристик навігаційного поля для ідентифікації типу космічного апарату; [7] - визначення завдання дослідження, наведення схеми обробляння навігаційних даних; [8] - проведення аналізу особливостей побудови систем контролю та аналізу космічної обстановки і визначення шляхів підвищення показників якості балістико-навігаційного забезпечення управління космічних апаратів; [9] - визначення завдання дослідження, розроблення алгоритму збирання навігаційних параметрів; [10] - визначення завдання дослідження, визначення напрямів підвищення якості процесу ідентифікації космічних об'єктів для балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами; [11] - аналіз ролі системи контролю та аналізу космічної обстановки в навігаційному забезпеченні, обґрунтування вибору моделі ідентифікації типу космічного апарату КА; [12] - розроблення способу управління бортовою апаратурою космічного апарата, в частині визначення принципів побудови математичної моделі неконтрольованих випромінювань бортової апаратури космічних апаратів; [13] - визначення завдання дослідження, розроблення алгоритму визначення параметрів орбіт космічних апаратів системою некогерентних допплерівських вимірювачів, за допомогою використання алгоритму динамічної оцінки навігаційних параметрів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи оприлюднені на національних та міжнародних науково-технічніх конференціях:

- XIV науково-технічна конференція «Наукові проблеми розробки, модернізації та застосування інформаційних систем космічного і наземного базування» (Житомирський військовий інститут радіоелектроніки ім. С.П. Корольова, 2004 рік);

- перша міжнародна науково-технічна конференція «Інформаційні технології в навігації і управлінні: стан та перспективи розвитку» (Київ, 2010 рік);

- перша міжнародна науково-технічна конференція «Сучасні напрями розвитку інформаційно-комунікаційних технологій та засобів управління» (Харків - Київ, 2010 рік).

Крім того, основні результати роботи доповідалися на науково-технічних нарадах НКАУ, НАН України, Роскосмосу, МО України, ДКБ “Південне”, НДІРВ, РІ НАН України, НПО ім. Лавочкіна, ІКД РАН.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи відображені у одинадцяти опублікованих особисто і у співавторстві статтях у збірниках наукових праць, що входять до переліку ВАК України, трьох публікаціях у матеріалах і тезах конференцій, автор одержав один патент України на корисну модель.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 110 найменувань на 12 сторінках та чотирьох додатків. Обсяг дисертації становить 159 сторінок машинописного тексту, у тому числі, 35 рисунків на 10 сторінках, 15 таблиць на 8 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі на основі аналізу особливостей предметної області дослідження і порівняльного огляду відомих публікацій обґрунтовано актуальність теми дисертації, показано зв'язок роботи з науковими програмами та планами організацій, визначено мету та задачі дослідження. Викладено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача при одержанні цих результатів, а також наведено інформацію щодо структури та обсягу дисертації, публікацій та апробації роботи.

У першому розділі роботи на підставі огляду літератури проведене аналіз недоліків відомих методів підвищення якості ідентифікації космічних об'єктів із застосуванням радіонавігаційних засобів системи контролю та аналізу космічної обстановки.

Проведено аналіз систем ідентифікації, що дозволяють підвищити інформативність одержуваної навігаційної інформації.

Проведено аналіз можливості використання антенних пристроїв існуючих радіонавігаційних систем для задач ідентифікації космічних об'єктів. Також наведено, що для підвищення якості рішення задачі аналізу космічної обстановки необхідно досліджувати особливості функціонування існуючих систем контролю космічного простору і їхнього застосування для балістико - навігаційного забезпечення управління КА. Проведено оцінку застосовності відомих принципів реалізації наземних радіонавігаційних засобів для задач управління та ідентифікації КА. Наведено недоліки традиційного науково-методичного апарата для аналізу ідентифікації космічних об'єктів. За результатами проведеного дослідження та для досягнення мети роботи наведена аргументована постановка загального та часткових наукових завдань.

У другому розділі на основі проведених у першому розділі досліджень проведено аналіз характеристик нестабільності частоти задаючих генераторів, способів оцінки нестабільності та ознак джерел нестабільності. Після проведення аналізу визначено за допомогою виміру яких параметрів краще проводити ідентифікацію по неконтрольованому випромінюванню бортової апаратури.

Виходячи з апріорного подання процесу нестабільності у вигляді трьох компонентів

за умови, що параметри стабільності на тривалому інтервалі постійні, модель процесу нестабільності можна представити у вигляді схеми (див. рис. 1).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 - Модель процесу нестабільності частоти ЗГ

Функціонування моделі процесу нестабільності частоти ЗГ визначається відповідними флуктуаціями передачі в безперервному перетворенні Лапласа з оператором p=л+iщ. При дискретних підрахунках частоти безперервну модель зручно замінити дискретною, збуджуваною також білим шумом, але в дискретному виді. Тоді робота блоків визначається функцією передачі в дискретному перетворенні Лапласа або в Z - перетворенні.

У третьому розділі розроблені принципи оброблення сигналів неконтрольованих випромінювань бортової апаратури космічного апарату, що дозволило здійснювати функціональне перетворення в аналого-цифрових алгоритмах і виконувати фазову обробку сигналів на виході частотно-виборчих ланцюгів на основі точок перетинання нульового рівня.

Розроблено алгоритм ідентифікації-оцінювання процесів нестабільності частоти генераторів бортової апаратури КА.

Розглянемо динамічну систему з дискретним часом, що описується рівняннями стану

x(k+1)=Ф(k+1,k)x(k)+G(k+1)о(k+1);

m(k+1) = Hx(k+1),

і рівняннями спостереження

z(k)=H1m(k) + n(k);

z(k)=ц(k) - q(k)= m(k) + n(k),

де Ф(k+1,k) - перехідна матриця;

k - змінна, що позначає номер кроку фільтрації.

Також розглянемо оптимальний алгоритм фільтрації сигналу стосовно до складеного сигналу НКВ, що представляє собою дискретно-кодовану послідовність імпульсів, кожний з яких є сигнал з великою базою. Такі сигнали широко застосовуються на практиці й дозволяють одержати більшу базу сигналу як за рахунок збільшення числа імпульсів, так і за рахунок збільшення бази окремого сигналу.

Розроблено функціональну схему обробки сигналу аналого-цифровим фільтром, де вхідний сигнал після обробки аналоговим фільтром піддається перетворенню в дискретну форму в перетворювачі "аналог-цифра" і далі надходить на вхід цифрового фільтра.

Розроблено пропозиції щодо зменшення фазової помилки, яка виникає при узгодженні аналогової і дискретної частин алгоритму оброблення сигналів НКВ та проведено аналіз впливу цієї помилки на ефективність оброблення сигналів НКВ.

Проведено аналіз функціонування удосконаленого програмно-технічного комплексу оброблення сигналу НКВ, що дозволяє одержати залежності ймовірності помилки оброблення сигналів НКВ від відношення сигнал-шум на вході комплексу. При цьому встановлено, що:

при малих значеннях сигнал-шум на вході РНС асиметрія динамічної характеристики обмежувача практично не позначається на ймовірності помилки. При більших відношеннях сигнал-шум зазначена асиметрія приводить до додаткових втрат у завадостійкості;

якщо асиметрія граничного обмежника сильніше впливає на завадостійкість, чим асиметрія неграничного, програш у відношенні Рс/Рп у порівнянні з лінійним погодженим фільтром досить значний. Так, наприклад, завадостійкість неграничного обмежника нижче завадостійкості фільтрації маніпульованого по амплітуді сигналу, а завадостійкість погодженого фільтра із граничним обмежником збігається із завадостійкістю прийому зазначеного маніпульованого по амплітуді, сигналу.

Рис. 2



Граничний симетричний обмежник вносить мінімальні енергетичні втрати, що не залежать від амплітуди вхідного сигналу, отже є оптимальним з погляду максимізації відношення сигнал-шум на вході РНС.

Для ідентифікації космічних об'єктів використовується контроль випромінювань БА, а саме частоти коливань генераторів, що задають. Проведення ідентифікації КА по НКВ гетеродинів прийомного тракту має на увазі аналіз характеру зміни параметрів коливань гетеродинів і виділення ознак, що відрізняють коливання одного генератора від іншого (див. рис.2).

В умовах малопунктної мережі вимірювальних засобів та збільшення кількості космічних апаратів навігаційних даних про параметри орбіт КА недостатньо для виконання завдань контролю і аналізу космічної обстановки.

Для вирішення цієї задачі пропонується використовувати спектральне визначення нестабільностій, при яких розглядається розподіл щільностій потужності фази або частоти сигналу генератора.

По кореляційній функції отримаємо спектральну густину середньої потужності процесу нестабільності, що співпадає з точністю до постійних коефіцієнтів з квадратом модуля коефіцієнта передачі формуючого елементу.

Динамічна модель представляє собою в даному випадку опис походження білого гауссова шуму через формуючий елемент за допомогою системи диференціальних рівнянь першого порядку. Системою таких рівнянь описується всякий процес з раціональним спектром, що наближається до нуля на високих частотах.

Методика ідентифікації на основі динамічних моделей розроблено у вигляді рекурентних співвідношень, як для критерію максимуму правдоподібності, так і для критерію максимуму апостеріорної ймовірності розподілу оцінюваного параметра. Дану методику доцільно використовувати для контролю космічного простору в умовах малопунктної мережі вимірювальних засобів з метою підвищення вірогідності аналітичної інформації про КА, а також у випадках виявлення та взяття на супровід об'єктів, яких немає у каталозі.

У четвертому розділі наведені результати експериментальної перевірки ефективності методики ідентифікації типу космічних апаратів.

Частина експериментальних досліджень, присвячених використанню радіонавігаційних систем у завданнях ідентифікації КА, була пов'язана з визначенням характеру відходу частоти неконтрольованого випромінювання. Визначення характеристик відходу частоти неконтрольованого випромінювання дає можливість відповісти на запитання, як довго функціонує космічний апарат на орбіті. У сукупності з даними про номінал частот неконтрольованого випромінювання зазначені результати дозволяють визначити тип КА та його завдання.

Експерименти проводилися у 2003-2006 роки з КА типу "Січ-1" и "Січ-1М". Для експериментів були визначені 25 сеансів з КА "Січ-1" та 9 сеансів з КА "Січ-1М". Слід відмітити, що якісні дані вдалося одержати всього лише на 5 останніх сеансах радіозв'язку з КА. Незважаючи на істотне видалення КА прийнятий сигнал добре контролювався. Співвідношення сигнал/шум у смузі 1 Гц рівнялося 37...42 дБ. Реєстрація значень частоти по неузгодженості: фази вхідного сигналу й опорного коливання водневого стандарту "Чайка" проводилася в вузькосмуговому приймальному пристрої.

Розглянуті результати й ряд інших даних були використані для визначення й порівняння параметрів законів зміни частот. Виявилося, що отримані значення добре апроксимуються авторегресійною моделлю з ковзаючим середнім. Коефіцієнти цієї моделі визначалися рекурентним варіантом методу найменших квадратів.

Необхідно підкреслити, що тривалість етапу визначення типу космічного апарата суттєво знижується, що на 2 доби підвищує оперативність системи контролю космічного простору.

Виявлений сигнал, закон зміни фази якого позначений як (t), надходить на прилад, у якому відбувається вирахування з (t) складової довгочасної нестабільності g(t). Відзначимо, що ця процедура реалізується за допомогою методу знаходження середнього на інтервалі спостереження й наступного обчислення результату з кожного вимірювання. Обчислення g(t) з (t) приводить до того, що в подальшу обробку надходить сума двох компонентів m(t) і n(t) процесу (t). Компонента m(t) є складовій, що повільно міняється, і обумовлена як нестабільністю генератора, так і невідомої складової частоти Допплера.

Для цієї мети використовується процедура лінійної оптимальної фільтрації й рекурентного МНК на ковзаючому середньому (див. рис. 3).

Рис. 3 - Послідовність операцій при ідентифікації типу КА

Результати оцінювання компоненти m(t) віднімаються із суми m(t)+n(t) і в подальшу обробку надходять обчислення складової n(t). Зазначена складова визначається характерними рисами задаючого генератору. Її значення надходять в прилад, що реалізує процедуру аналізу часових рядів. На вихід приладу надходять оцінки параметрів ai процесу n(t). Значення зазначених параметрів надходять на класифікатор, де приймається рішення щодо типу спостережуваного КА.

У процесі проведення експериментальних досліджень на комплексі " Квант-Д" була здійснена перевірка можливості визначення номіналу частоти генераторів КА. Були обрано два алгоритми оцінювання параметрів складових m(t): метод найменших квадратів, і метод динамічної фільтрації й реалізованих у вигляді процедур з ковзаючим середнім. Надзвичайно складним виявився процес визначення дисперсії "флуктуаційній" складової (t), обумовленої наявністю шумів вимірювань і складової нестабільності n(t). Результати порівняння алгоритмів оцінювання за допомогою методів МНК та динамічної фільтрації наведені на рис. 4.

Рис. 4 - Результати порівняння алгоритмів оцінювання, 1 виток

По осях ординат наведені усереднені величини (t), що представляють собою відношення суми квадратів різниці між результатами вимірювань f(ti) у моменти ti і оцінками процесу (ti). Результати аналізу показують, що в умовах достатньої великої апріорної невизначеності щодо параметрів процесу, алгоритм динамічної фільтрації виявляється нестійким.

Однак подальше збільшення розміру вікна l знову веде до збільшення (t), за рахунок невідповідності моделі й процесу.

На другому етапі аналізу результатів з вимірювань віднімалися значення оцінюваного процесу m(t) і проводився спектральний аналіз залишків. Третій етап аналізу був присвячений визначенню коефіцієнтів авторегресійної моделі. Для класифікації процесів використовувався критерій "найближчого сусіда". Значення коефіцієнтів авторегресії, оцінених по вимірах одного і того ж процесу в різних умовах виявилися надзвичайно близькими.

Результати порівняння реального та екстраполюючого процесів змини частоти задаючого генератора бортової апаратури космічного апарату наведені на рис. 6.

Рис. 5 - Оцінка порівняння реального та екстраполюючого процесів



ВИСНОВКИ

космічний апарат генератор контроль

У дисертації вирішено важливе науково-технічне завдання, яке пов'язане з необхідністю розроблення науково-технічних пропозицій щодо підвищення ефективності балістико-навігаційного забезпечення управління КА в умовах однопунктної технології управління за рахунок застосування в системі контролю та аналізу космічної обстановки ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню бортової апаратури.

У процесі досліджень у дисертаційній роботі отримані такі наукові і практичні результати:

1. Обґрунтована структура системи ідентифікації типу космічних об'єктів, у якої за рахунок розробленої автором методики і алгоритмів оброблення сигналів неконтрольованих випромінювань бортової апаратури надається можливість забезпечення підвищення вірогідності і оперативності визначення типу космічного апарату.

2. Запропоноване поширення функціональних можливостей радіонавігаційних засобів системи контролю космічної обстановки, що дозволяє значно швидше вирішувати завдання ідентифікації космічних об'єктів.

3. Одержала подальший розвиток методика підвищення якості процесу ідентифікації космічних об'єктів на основі застосування в системі контролю космічної обстановки алгоритму підвищення показників якості балістико - навігаційного забезпечення управління космічних апаратів.

4.Одержала подальший розвиток методика ідентифікації типу космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню бортової апаратури, яка відрізняється від існуючих використанням методу найменших квадратів з динамічною фільтрацією на "ковзаю чому вікні", з подальшим розпізнаванням по методу найближчого сусіда в спеціально підібраній імовірнісній метриці Кульбака-Лейбнера оцінних характеристик середньочастотної складової, яка має місце у наслідок відхилення несучої частоти задаючого генератора бортової апаратури космічного апарату.

5. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні і модернізації радіонавігаційних систем для ідентифікації типу космічних апаратів в системі контролю і аналізу космічної обстановки та балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами при однопунктної технології управління.

6. Обґрунтовані вимоги до технічних характеристик пристроїв приймання та обробляння сигналів неконтрольованого випромінювання бортової апаратури космічних апаратів.

7. Розроблена методика ідентифікації типу космічних апаратів дозволяє скоротити час визначення типу космічного апарату з десятків до одиниць годин, що істотно підвищує показники якості функціонування системи контролю і аналізу космічної обстановки.

8. Отримані результати дозволяють підвищити показники якості балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами на 10-15%.

9. Введені до практики експлуатації радіонавігаційних систем сигнали неконтрольованих випромінювань бортової апаратури дозволяють отримувати навігаційну та ідентифікаційну інформацію про КА.

10. Розроблена математична модель ідентифікації типу космічних апаратів та реалізуючі їх алгоритми дозволяють оцінювати параметри процесу нестабільності

частоти задаючого генератора бортової апаратури КА.

11. Визначені напрями застосування сигналів неконтрольованих випромінювань для підвищення якості функціонування радіонавігаційних систем, а також систем контролю та аналізу космічної обстановки.

12. Результати дисертаційних досліджень впроваджені у:

- ВАТ «АТ науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань»;

- Національному центрі управління та випробувань космічних засобів НКАУ;

- ДП науково-дослідному і проектному інституті «Союз»;

- Центральному науково-дослідному інституті навігації і управління.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Махонін Є.І. Обґрунтування та удосконалення математичних моделей процесів ідентифікації бортової апаратури космічних апаратів. // Системи навігації, управління та зв'язку.- К.: Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління, 2011.- Вип.1(17).- С.106-108.

2. Махонін Є.І. Порівняльний аналіз результатів ідентифікації наземним РТС реальних КА.// Системи озброєння і військова техніка.- Харків: ХУПС, 2010.- випуск 4(24). -С67-69.

3. Махонін Є.І., Волох К.П., Капустін Є.І., Кіриллов О.І. Динамічне управління пам'яттю бортового запам'ятовуючого пристрою космічного апарату. // Космічна наука і технологія. - Київ.: НКАУ, ІКД НАНУ-НКАУ. -2007.- №2.-С.35-38.

4. Махонін Є.І., Волох К.П., Капустін Є.І., Кіриллов О.І., Кириллова Н.А. Алгоритм планування реалізації тематичних програм дистанційного зондування Землі. // Космічна наука і технологія. - Київ.: НКАУ, ІКД НАНУ-НКАУ. -2007.-№2.-С.39-42.

5. Махонін Є.І., Ковбасюк С.В., Писарчук О.О. Алгоритм визначення параметрів орбіт космічних апаратів системою допплерівських вимірювачів.// Космічна наука і технологія.- Київ.: НКАУ, ІКД НАНУ-НКАУ.-2004.-№4.-С.27-31.

6. Махонін Є.І., Кіриллов О.І., Кириллова Н.А. Формування і відображення планів роботи корисного навантаження космічних апаратів та отримання даних дистанційного зондування Землі з застосуванням програмних пакетів ГІС-технологій. // Космічна наука і технологія.- Київ.: НКАУ, ІКД НАНУ-НКАУ.-2005.-№3/4.-С.85-87.

7. Махонін Є.І., Мосов С.П., Волошин В.І., Бушуєв Є.І. Системні схеми технологій обробки даних ДЗЗ.// Космічна наука і технологія. - Київ.: НКАУ, ІКД НАНУ-НКАУ.-2003.-№5/6.-С.196.-201.

8. Махонін Є.І., Загорулько О.М. Аналіз основних направлень розвитку систем управління космічними апаратами. //Наука і техніка Повітряних Сил Збройних Сил України.- Харків.: ХУПС.-2010.- випуск 2(4)-С166.-169.

9. Махонін Є.І., Волох К.П., Козлов В.О., Лукянов О.М., Малафєєв Є.Є., Ноздрін І. Г. Про державну мережу моніторингу глобальних навігаційних супутникових систем.// Науковий вісник Ужгородського університету.-Серія Фізика.-2002.-№12.-С.8.-13.

10. Махонін Є.І., Ковбасюк С.В., Ракушев М.Ю. Визначення параметрів руху космічного апарата за інформацією одного допплерівського вимірювача.// Вісник Житомирського державного технологічного университету.-Житомир:ЖДТУ.-2004. - №1(28).-С.73.-79.

11. Махонін Є.І., Волох К.П., Романько В.М., Шевченко О.І., Нестерович А.Г. Сертифікація системи координатно-часового та навігаційного забезпечення України.// Системи навігації, управління та зв'язку.- К.: Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління, 2010.- Вип.1(13).- С.13-20.

12. Махонін Є.І., Загорулько О.М. Патент на корисну модель № 54977. Україна, МПК (2009) B64G 1/24. Спосіб управління бортовою апаратурою космічного апарата №u201009121; Заявлено 20.07.2010. Опубл. 5.11.2010. Бюл. № 22, 2010.

13. Махонін Є.І., Ковбасюк С.В., Писарчук О.К. Розробка алгоритму визначення параметрів орбіт космічних апаратів системою некогерентних допплерівських вимірювачів.// Тези доповідей XIV науково-технічної конференції «Наукові проблеми розробки, модернізації та застосування інформаційних систем космічного і наземного базування».- Житомирський військовий інститут радіоелектроніки им.С.П.Корольова.- Частина І.- 2004.- С.26-27.

14. Махонін Є.І. Метод обробки сигналів неконтрольованого випромінювання бортового комплексу космічного апарату.// Матеріали першої міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційні технології в навігації і управлінні: стан та перспективи розвитку».-Київ.-2010.-С.14.

15. Махонін Є.І. Розробка алгоритму ідентифікації космічних апаратів та стану бортової апаратури.// Матеріали першої міжнародної науково-технічної конференції «Сучасні напрями розвитку інформаційно-комунікаційних технологій та засобів управління». -Харків-Київ.-2010.-С.25.



АНОТАЦІЯ

Махонін Є.І. Методика підвищення якості процесу ідентифікації космічних об'єктів для балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.13 - навігація та управління рухом. ДП «Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління», Київ, 2011 р.

Робота присвячена розробці методики підвищення якості процесу ідентифікації космічних об'єктів для баллистико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами на основі застосування існуючих радіонавігаційних систем системи контролю космічної обстановки при урахуванні сигналів неконтрольованого випромінювання постійно діючих блоків бортової апаратури КА.

У роботі був проведений аналіз особливостей функціонування існуючих систем контролю і аналізу космічної обстановки, визначені основні напрями підвищення якості функціонування СКАКО.

Проведений аналіз теоретичних і практичних результатів дослідження розроблених науково-технічних пропозицій по модернізації СКАКО та проведено обґрунтування рекомендацій по експлуатації комплексів управління і ідентифікації КА середнього і дальнього космосу. Результати дисертаційної роботи доцільно використовувати при проектуванні і модернізації радіонавігаційних систем для ідентифікації типу космічних апаратів в системі контролю і аналізу космічної обстановки та балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами при однопунктної технології управління.

Ключові слова: балістико-навігаційне забезпечення, система контролю та аналізу космічної обстановки, радіонавігаційна система, ідентифікація типу космічного апарата, якість функціонування.



АННОТАЦИЯ

Махонин Е.И. Методика повышения качества процесса идентификации космических объектов для баллистико-навигационного обеспечения управления космическими аппаратами. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.13 - навигация и управление движением. ГП «Центральный научно-исследовательский институт навигации и управления», Киев, 2011 г.

Работа посвящена разработке методике повышения качества функционирования процесса идентификации космических объектов для навигационного обеспечения управления космическими аппаратами на основе использования существующих радионавигационных систем СКАКО с использованием сигналов неконтролируемого излучения постоянно действующих блоков бортовой аппаратуры КА.

В диссертации проведен анализ недостатков известных методов повышения качества идентификации КА при использовании однопунктной системы управления.

Разработаны алгоритмы идентификации на основе динамических моделей в виде рекуррентных соотношений как для критерия максимума правдоподобия, так и для критерия максимума апостериорной вероятности распределения оцениваемого параметра.

Результаты диссертационной работы представляется целесообразным применить при разработке и модернизации существующих СКАКО.

Ключевые слова: баллистико-навигационное обеспечение, система контроля и анализа космической обстановки, радионавигационная система, идентификация типу космического аппарата, качество функционирования.



ABSTRACT

Machonin E.I. Method of increasing of operation quality control of space object identification for navigation ballistic providing of control satellite. The manuscript.

The thesis submitted for the scientific degree of doctor sciences (Ph.D., engineering) on a specialty 05.22.13 navigation and control. Central research institute of navigation and control, Kyiv, 2011.

The scientific problem of increase of operation quality control and analysis of space situation system in navigation tasks is solved.

The developed method of space object identification based on the uncontrolled emission is based on: the method of the reception of signal of the incidental processes of the on-board spacecraft instrumentation; the mathematical models of the identification processes of the on-board spacecraft equipment; the optimal algorithm of processing of signal of the uncontrolled emission for spacecraft identification.

Key words: navigation ballistic providing, control and analysis of space situation system, radionavigation system, authentication of space vehicle, operation quality.

Размещено на Allbest.ru