Определение кинематических параметров судна по сигналам спутниковых радионавигационных систем (Справка о научно-исследовательской работе), страница 2

,  выполненной   на  кафедре  «Радионавигационные  приборы»   в  2001-05  г. г.

ВАРИАНТЫ  АЛГОРИТМОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСИ ВРАЩЕНИЯ И ЦЕНТРА МАСС СУДНА ПО СИГНАЛАМ СРНС

ОБОСНОВАНИЕ   ВОЗМОЖНОСТИ   СОЗДАНИЯ    АППАРАТУРЫ

 СПУТНИКОВОЙ    РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ   СИСТЕМЫ    ДЛЯ

  ВЫСОКОТОЧНОЙ  НЕПРЕРЫВНОЙ ОЦЕНКИ  РАСПОЛОЖЕНИЯ

ОСИ   ВРАЩЕНИЯ  И   ЦЕНТРА  МАСС  СУДНА

Ю. И. НИКИТЕНКО,  Н. А. ИВАНОВ

Анализ принципов и положений, на которых базируются штатные /1,…,3/ и нештатные /4, 5/ режимы работы  аппаратуры потребителей (АП) спутниковых РНС (СРНС)  существенно повысил уровень понимания  геометрических взаимозависимостей измеряемых в АП СРНС  параметров. Это позволило выявить  пути извлечения информации о  расположении оси и центра вращения  корпуса судна как с выключенными так и с включенными движителями /6, 7/. При получении этой информации возможны  текущая оценка степени остойчивости судна и предупреждение о возможной экстремальной ситуации, что позволило бы  повысить его безопасность.

Возможность определения оси вращения и центра масс (ЦМ) судна обосновывается  измерением  координат точек траектории перемещения неподвижно закрепленных  приемных антенн спутниковой РНС с полусантиметровой относительной точностью. Определение приращения расстояний по результатам  фазовых  измерений в спутниковых РНС возможного третьего поколения  (с увеличенной на порядок несущей частотой) достижимо с миллиметровой точностью.

        В первых публикациях  (/6, 7/) доказана реальность решения проблемы  в теоретическом плане,  однако  в них содержатся  лишь подступы к созданию реальных алгоритмов,  попытки построения которых выявили  целесообразность использования более  простых механических и геометрических представлений.   Цель данной публикации - показать особенности построения алгоритмов   и  привести ориентировочные  оценки их точности.

Для  нахождения  алгоритмов определения    оси вращения   (ОВ) судна выбираем вспомогательную  - горизонтную - систему  координат,  в которой перемещение антенны АП СРНС предполагается вокруг ее ОВ;  относительно  этой же оси перемещаются и все  элементы судна. Полагаем, что движители судна выключены  и отсутствует  его  снос  течением  или ветром.  В этом случае  изменения  координат  антенны,  определяемые по результатам фазовых измерений  с погрешностью   0.5 см, обусловлены  только ее круговым перемещением при качке.  Для  определения  ОВ     при  заданных условиях  необходимо найти  ее  направляющие  косинусы (НК)  и  координаты центра вращения  (ЦВ)  антенны.

Нахождение  НК ОВ  оказалось возможным  при  использовании  нормального уравнения плоскости (НУП),  в которой перемещается антенна, в виде:  .  Для  нахождения   величин ,  ,   и    при получаемых  со случайными погрешностями    координатах  ,   ,    нахождения антенны   в точках  составлен  функционал    ,  минимизация которого по коэффициентам   A,  B, C  и  D  уравнения плоскости  позволяет получить систему из четырех  однородных  линейных уравнений.    Решая ее,  получаем  искомые величины  направляющих  косинусов  и параметра  .

Нахождение координат ЦВ антенны  оказалось возможным  при  составлении  системы из  пяти линейных уравнений,  одним из которых  является  НУП с определеннными НК  и  ,      и   четырьмя  уравнениями,  полученными  минимизацией функционала

относительно , ,  ,     -  соответственно координат ЦВ  и радиуса кругового  перемещения антенны.   Решение  системы  позволяет

При  использовании алгоритма,  полученного   на  основе решения системы  из  пяти уравнений  относительно  , ,  ,   осуществлялось моделирование качки  судна для  нахождения статистических оценок  погрешностей  координат ЦВ антенны.  Ориентировочные    результаты  моделирования  показывают,  что  средние квадратические погрешности  определяемых параметров не превышают  десятых долей сантиметра.

ЛИТЕРАТУРА

1.   Сетевые спутниковые РНС.  / В.С.Шебшаевич и др. М.: Радио и связь, 1993. 408 с.

        2.    Глобальная СРНС ГЛОНАСС / Под ред. Харисова В.Н. и др.- М.: ИПРЖР. 1998, 409 с.

3.    Соловьев Ю.А. Системы спутнковой навигации.- М.: Эко-Трендз, 2000, 267 с.

4.  Никитенко Ю.И., Устинов А.В., Лукьянова М.А. Алгоритм определения ориентации судна по   СРНС при неортогональных интерферометрах. ХУ11 НТК БНТОВТ 1994

5.  Лукьянова М.А., Никитенко Ю.И. Геометрические особенности алгоритмов однозначной   пространственной угловой ориентации судна по многозначным одномоментным   

  интерферометрическим отсчетам фаз сигналов всех   видимых ИСЗ СРНС./ Навигация и  гидрография 2000, № 11. 

    6.     Никитенко Ю.И.  Возможности определения положения оси вращения судна по фазе сигналов    СРНС // Проблемы развития морского флота. Сб. науч. трудов

              ЦНИИМФ.      СПб. 1999, с.161–166.

    7.     Никитенко Ю.И. Расширение круга навигационно-динамических параметров, оцениваемых по  фазе сигналов  спутниковых РНС. / Навигация и гидрография 2000,№ 10