Метод комплексирования данных электронных карт и спутниковых измерений для высокоточного позиционирования подвижных объектов

Рассмотрен новый подход к обработке спутниковых навигационных измерений для высокоточного позиционирования подвижных объектов, движущихся по заранее известным (программным) траекториям. Существующие методы обработки спутниковой информации, использующие метод наименьших квадратов или его различные модификации, обеспечивают требуемую точность позиционирования в основном только для стационарных объектов. Вместе с тем, для оценки состояния высокодинамичных объектов, с учетом зашумления спутниковых измерений, весьма эффективным является применение современных методов теории стохастической фильтрации, учитывающих и неравномерность движения транспортного объекта, и ошибки при обработке измерений. В основу рассматриваемого подхода положено использование указанных методов нелинейной стохастической фильтрации. Повышение точности позиционирования подвижного объекта предлагается достичь за счет применения электронных карт. Использование цифровой модели пути обеспечивает возможность аппроксимации с заданной точностью априорной (программной) траектории подвижного объекта набором траекторных интервалов-ортодромий. Данные интервалы позволяют установить аналитическую зависимость от навигационных параметров, что обеспечивает высокую точность позиционирования и существенное сокращение вычислительных затрат. Комплексирование информации электронных карт и алгоритмов стохастической фильтрации для динамической обработки спутниковых измерений позволило резко сократить вычислительные затраты при оценке текущих координат подвижного объекта при одновременном существенном повышении точности позиционирования по сравнению с традиционными методами обработки спутниковых сообщений. Эффективность предложенного метода проиллюстрирована численным примером.

1. Bhatti J., Humphreys T. Hostile control of ships via false GPS signals: Demonstration and detection // NAVIGATION: Journal of The Institute of Navigation. 2017. Vol. 64, N. 1. DOI 10.1002/navi.183.

2. Микрин Е., Михайлов М. Навигация космических аппаратов по измерениям от глобальных спутниковых навигационных систем. М.: Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. 344 с.

3. Розенберг И. Н., Соколов С. В., Уманский В. И., Погорелов В. А. Теоретические основы тесной интеграции инерциально-спутниковых навигационных систем. М.: ООО Издательская фирма "Физико-математическая литература", 2018. 305 с.

4. Соколов С. В., Погорелов В. А. Стохастическая оценка, управление и идентификация в высокоточных навигационных системах. М.: ООО Издательская фирма "Физикоматематическая литература", 2016. 264 с.

5. Емельянцев Г. И., Степанов А. П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации. С.-Петербург: Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор", 2016. 394 с.

6. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. М: Радиотехника, 2010. 800 с.

7. Кинкулькин И. Е. Глобальные навигационные спутниковые системы: алгоритмы функционирования аппаратуры потребителя. М.: Радиотехника, 2018. 325 с.

8. Jin T., Hu B., Sun Y. et al. Optimal Solution to MultiFrequency BDS Code-Multipath Combination Measurement // The Journal of Navigation. 2019. Vol. 72, N. 5. P. 1297—1314. DOI 10.1017/S0373463319000158.

9. Косарев Н. С., Падве В. А., Сергеев С. А., Дударев В. И. Использование синтезированного варианта алгоритма параметрической версии МНК-оптимизации результатов ГНССизмерений для их сравнительного анализа // Вестник СГУГиТ (Сибирского государственного университета геосистем и технологий). 2018. Т. 23, № 3. С. 30—45.

10. Al Bitar N., Gavrilov A. A novel approach for aiding unscented Kalman filter for bridging GNSS outages in integrated navigation systems. // Navigation, Journal of the Institute of Navigation. 2021. Vol. 68, N. 3. P. 521—539. DOI 10.1002/navi.435.

11. Sage A. P., Melsa J. L., Steinway W. J. Estimation Theory with Applications to Communication and Control // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. Oct. 1971. Vol. SMC-1, N. 4. P. 405—405. DOI: 10.1109/TSMC.1971.4308330.

12. Синицын И. Н. Фильтры Калмана и Пугачева. М.: Логос, 2007. 772 с.

13. Тихонов В. И., Харисов В. Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем: учеб. пособие для студентов вузов радиотехн. Специальностей. М.: Радио и связь: Горячая линия -Телеком, 2004. 607 с.

14. Asgari M., Khaloozadeh H. Robust extended Kalman filtering for nonlinear systems with unknown input: a UBB model approach // IET Radar, Sonar and Navigation. 2020. Vol. 14, N. 11. P. 1837—1844. DOI 10.1049/iet-rsn.2020.0258.

15. Herrera E. P., Kaufmann H. Adaptive Methods of Kalman Filtering for Personal Positioning Systems // Proceedings of the 23rd International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS 2010), Portland, OR, September 2010. P. 584—589.

16. Hu C., Chen W., Chen Y., Liu D. Adaptive Kalman Filtering for Vehicle Navigation // Journal of Global Positioning Systems. 2003. Vol. 2, N. 1. P. 42—47. DOI:10.5081/jgps.2.1.42.

17. Kerns A. J., Shepard D. P., Bhatti J. A., Humphreys T. E. Unmanned aircraft capture and control via GPS spoofing. // Journal of Field Robotics. 2014. Vol. 31, N. 4. P. 617—636. DOI 10.1002/rob.21513.

18. Kucherenko P. A., Sokolov S. V. Analytical Solution of the Navigation Problem on the Orthodromic Trajectory in the Greenwich Coordinate System // Mechanics of Solids. 2018. Vol. 53, Suppl. 2. P. 133—134. DOI 10.3103/S0025654418050114.

19. Lukasevich V. I., Pogorelov V. A., Sokolov S. V. Nonlinear filtering of vehicle motion parameters in an integrated navigation system using electronic map data // Russian Aeronautics. 2015. Vol. 58, N. 3. P. 338—344. DOI 10.3103/S1068799815030150.

20. Kos S., Zec D., Vrani@ D. Differential Equation of a Loxodrome on a Sphere // Journal of Navigation. 1999. Vol. 52, N. 3. P. 418—420. DOI 10.1017/S0373463399008395.

21. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018666659 Российская Федерация. Программный комплекс для определения параметров ортодромических траекторий: № 2018663785: заявл. 03.12.2018: опубл. 19.12.2018 / Е. В. Жилина, С. В. Соколов, Е. Н. Тищенко; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)".