Способ контроля работоспособности навигационной аппаратуры потребителя спутниковой радионавигационной системы воздушного судна

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании и модернизации средств контроля работоспособности навигационной аппаратурой потребителя (НАП) спутниковой радионавигационной системы (СРНС) воздушного судна (ВС). Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильного контроля работоспособности НАП СРНС. В заявленном способе для формирования решения о неработоспособности НАП СРНС наряду с процедурой выявления несоответствия расстояний между двумя контрольными точками, определяемых с использованием НАП СРНС с одной стороны и инерциальной навигационной системы (ИНС) с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1, на протяжении полета ВС применяются процедуры выявления несоответствия между разностями относительных изменений координат ВС по осям заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных НАП СРНС с одной стороны и ИНС с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при создании и модернизации средств контроля работоспособности навигационной аппаратурой потребителя (НАП) спутниковой радионавигационной системы (СРНС) воздушного судна (ВС).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ контроля НАП СРНС ВС (см., например, патент на изобретение №2748558 от 21 мая 2021 г. ), основанный на комплексировании НАП СРНС с инерциальной навигационной системой (ИНС), заключающийся в том, что определяют контрольные моменты времени t_i на протяжении τ_пол. полета ВС, определяют расстояние R_HAПi между пространственными координатами ВС, измеренными с использованием НАП СРНС в контрольные моменты времени t_i и t_i-1, определяют расстояние R_ИНСi между пространственными координатами ВС, измеренными с использованием ИНС в контрольные моменты времени t_i и t_i-1, определяют модуль M_Ri разности между расстояниями R_НАПi и R_ИНСi, сравнивают модуль M_Ri разности между расстояниями R_HAПi и R_ИНСi с заданным допустимым значением h_R, если модуль M_Ri разности между расстояниями R_HAПi и R_ИНСi не превышает заданного допустимого значения h_R, то вырабатывают решение о работоспособности НАП СРНС на момент времени t_i, в противном случае вырабатывают решение о неработоспособности НАП СРНС на момент времени.

К недостаткам прототипа относится снижение вероятности правильного контроля работоспособности НАП СРНС при относительно близких по значениям скоростях изменения расстояний R_HAПi и R_ИНСi между контрольными моментами времени t_i и t_i-1. Это объясняется тем, что величины R_HAПi и R_ИНСi зависят только от скоростей своих изменений V_RHAПi и V_RИНСi между двумя контрольными моментами времени t_i и t_i-1 (V_RHAПi - скорость изменения величины R_HAПi между двумя контрольными моментами времени t_i и t_i-1, V_RИНСi - скорость изменения Иеличины R_ИНСi между двумя контрольными моментами времени t_i и t_i-1,). Из-за этого при относительно близких значениях V_RHAПi и V_RИНСi даже существенные отклонения измеренных НАП СРНС пространственных координат ВС от их истинных значений не будут приводить к существенной разности между расстояниями R_HAПi и R_ИНСi. В результате этого снижается вероятность выявления неработоспособности НАП СРНС в частности и вероятность правильного контроля работоспособности НАП СРНС в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильного контроля работоспособности НАП СРНС.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе после этапа определения модуля M_Ri формируют частный признак χ_Ri работоспособности НАП СРНС по модулю М_Ri, при этом если модуль M_Ri не превышает заданное пороговое значение h_R, то формируют частный признак χ_Ri=1, в противном случае формируют частный признак χ_Ri=0, если χ_Ri=0, то формируют решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, в противном случае определяют разность r_xi относительных изменений координат ВС по оси ОХ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных с использованием ИНС и НАП между контрольными моментами времени t_i и t_i-1, формируют частный признак χ_xi работоспособности НАП СРНС по разности r_xi,, при этом если разность r_xi находится в допустимом интервале значений для работоспособной НАП СРНС, то формируют частный признак χ_xi=1, в противном случае формируют частный признак χ_xi=0, если χ_xi=0, то формируют решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, в противном случае определяют разность r_yi относительных изменений координат ВС по оси OY заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных с использованием ИНС и НАП между контрольными моментами времени t_i и t_i-1, формируют частный признак χ_yi работоспособности НАП СРНС по разности r_yi, при этом если разность r_yi находится в допустимом интервале значений для работоспособной НАП СРНС, то формируют частный признак χ_yi=1, в противном случае формируют частный признак χ_yi=0, если χ_yi=0, то формируют решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени, в противном случае определяют разность r_zi относительных изменений координат ВС по оси OZ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных с использованием ИНС и НАП между контрольными моментами времени t_i и t_i-1, формируют частный признак χ_zi работоспособности НАП СРНС по разности r_zi, при этом если разность r_zi находится в допустимом интервале значений для работоспособной НАП СРНС, то формируют частный признак χ_zi=1, в противном случае формируют частный признак χ_zi=0, если χ_zi=0, то формируют решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, в противном случае формируют решение χ_i=1 о том, что НАП СРНС является работоспособной на контрольный момент времени t_i.

Сущность изобретения заключается в том, что для формирования решения о неработоспособности НАП СРНС наряду с процедурой выявления несоответствия расстояний между двумя контрольными точками, определяемых с использованием НАП СРНС с одной стороны и ИНС с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1 на протяжении полета ВС применяются процедуры выявления несоответствия между разностями относительных изменений координат ВС по осям заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных НАП СРНС с одной стороны и ИНС с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1. Это позволяет выявлять факты неработоспособности НАП СРНС даже при относительно близких по значениям скоростях изменения расстояний R_НАПi и R_ИНСi, и, как следствие, приводит к повышению вероятности правильного контроля работоспособности НАП СРНС.

Данный способ включает в себя следующие этапы:

1. Измерение пространственных координат х_НАП=[х_НАП,у_НАП,z_НАП] ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием НАП СРНС в течение полета ВС.

2. Измерение пространственных координат х_ИНС=[х_ИНС,у_ИНС,z_ИНС] ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием ИНС в течение полета ВС.

3. Определение контрольных моментов времени t_i на протяжении τ_пол. полета ВС в соответствии с выражением

где t₁ - первый заданный контрольный момент времени, - заданный интервал времени между контрольными моментами времени t_i, τ_пол. - длительность полета воздушного судна.

4. Определение расстояния R_HAПi между пространственными координатами ВС, измеренными с использованием НАП СРНС в контрольные моменты времени t_i и t_i-1 в соответствии с выражением

5. Определение расстояния R_ИHCi между пространственными координатами ВС, измеренными с использованием ИНС в контрольные моменты времени t_i и t_i-1 в соответствии с выражением

6. Определение модуля разности между расстояниями R_HAПi и R_ИНСi в соответствии с выражением

7. Формирование частного признака χ_Ri работоспособности НАП СРНС по модулю M_Ri в соответствии с выражением

где χ_Ri=1 - модуль M_Ri удовлетворяет требованиям работоспособности НАП СРНС (модуль M_Ri имеет допустимое значение для работоспособной НАП СРНС); χ_Ri=0 - модуль M_Ri не удовлетворяет требованиям работоспособности НАП СРНС (модуль M_Ri имеет недопустимое значение для работоспособной НАП СРНС); h_R - заданное пороговое (граничное допустимое) значение модуля M_Ri разности между расстояниями R_HAПi и R_ИНСi для работоспособной НАП СРНС.

8. Если на этапе №7 сформирован частный признак χ_Ri=0, то формирование решения χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, иначе переход на этап №9.

9. Определение разности r_xi относительных изменений координат ВС по оси ОХ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных с использованием ИНС Δх_ИНСi и НАП Δх_НАПi между контрольными моментами времени t_i и t_i-1, в соответствии с выражением

где Δх_ИНСi=х_ИНСi - х_ИНС(i-1) - относительное изменение координаты ВС по оси ОХ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренной с использованием ИНС между контрольными моментами времени t_i и t_i-1;

Δх_НАПi=х_НАПi - х_НАП(i-1) - относительное изменение координаты ВС по оси ОХ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренной с использованием НАП между контрольными моментами времени t_i и t_i-1.

10. Формирование частного признака χ_xi работоспособности НАП СРНС по разности r_xi в соответствии с выражением

где χ_xi=1 - разность r_xi удовлетворяет требованиям работоспособности НАП СРНС (разность r_xi имеет допустимое значение для работоспособной НАП СРНС); χ_xi=0 - разность r_xi не удовлетворяет требованиям работоспособности НАП СРНС (разность r_xj имеет недопустимое значение для работоспособной НАП СРНС); [-h_x,h_x]=Δ_Доп.x - допустимый интервал значении разности r_xi для работоспособной НАП СРНС; -h_x, h_x - заданные пороговые (граничные допустимые) значения разности r_xi для работоспособной НАП СРНС.

11. Если на этапе №10 сформирован частный признак χ_xi=0, то формирование общего решения χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, иначе переход на этап №12.

12. Определение разности r_yi относительных изменений координат ВС по оси OY заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных с использованием ИНС Δу_ИНСi и НАП Δу_НАПi между контрольными моментами времени t_i и t_i-1, в соответствии с выражением

где Δу_ИНСi=у_ИНСi - y_ИНС(i-1) - относительное изменение координаты ВС по оси OY заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренной с использованием ИНС между контрольными моментами времени t_i и t_i-1;

Δy_НАПi=y_НАПi - y_НАП(i-1) - относительное изменение координаты ВС по оси OY заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренной с использованием НАП между контрольными моментами времени t_i и t_i-1.

13. Формирование частного признака χ_yi работоспособности НАП СРНС по разности r_yi в соответствии с выражением

где χ_yi=1 ^_ разность r_yi удовлетворяет требованиям работоспособности НАП СРНС (разность r_yi имеет допустимое значение для работоспособной НАП СРНС); χ_yi=0 - разность r_yi. не удовлетворяет требованиям работоспособности НАП СРНС (разность r_yi имеет недопустимое значение для работоспособной НАП СРНС); [-h_y,h_y]=Δ_Доп.y - допустимый интервал значений разности ry_i. для работоспособной НАП СРНС; -h_y,,h_y - заданные пороговые (граничные допустимые) значения разности r_yi для работоспособной НАП СРНС.

14. Если на этапе №13 сформирован частный признак χ_yi=0, то формирование общего решения χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, иначе переход на этап №15.

15. Определение разности r_zi относительных изменений координат ВС по оси OZ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных с использованием ИНС Δz_ИНСi и НАП Δz_НАПi между контрольными моментами времени t_i и t_i-1, в соответствии с выражением

где Δz_ИНСi=z_ИНСi - z_ИНС(i-1) - относительное изменение координаты ВС по оси OZ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренной с использованием ИНС между контрольными моментами времени t_i и t_i-1;

Δz_НАПi=z_НАПi - z_НАП(i-1) - относительное изменение координаты ВС по оси OZ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренной с использованием НАП между контрольными моментами времени t_i и t_i-1.

16. Формирование частного признака χ_zi работоспособности НАП СРНС χ_zi по разности r_zi в соответствии с выражением

где χ_zi=1 - разность r_zi удовлетворяет требованиям работоспособности НАП СРНС (разность r_zi имеет допустимое значение для работоспособной НАП СРНС); χ_zi=0 - разность r_zi не удовлетворяет требованиям работоспособности НАП СРНС (разность r_zi имеет недопустимое значение для работоспособной НАП СРНС); [-h_z,h_z]=Δ_Доп.z - допустимый интервал значений разности r_zi для работоспособной НАП СРНС; -h_z, h_z - заданные пороговые (граничные допустимые) значения разности r_zi для работоспособной НАП СРНС.

17. Если на этапе №16 сформирован частный признак χ_zi=0, то формирование решения χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, иначе формирование решения χ_i=1 о том, что НАП СРНС является работоспособной на контрольный момент времени t_i.

В соответствии с этапами 7-17, решение χ_i=1 о том, что НАП СРНС является работоспособной формируется в том случае, если на контрольный момент времени t_i выполняются следующие условия: модуль М_RI не превышает заданного допустимого значения h_R; разность r_xi находится в допустимом интервале Δ_Доп.х; разность r_yi находится в допустимом интервале Δ_Доп.y; разность r_zi находится в допустимом интервале Δ_Доп.у. При невыполнении любого из вышеперечисленных условий формируется решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной. То есть, для формирования решения χ_i=0 о неработоспособности НАП СРНС наряду с процедурой выявления несоответствия расстояний между двумя контрольными точками, определяемых с использованием НАП СРНС с одной стороны и ИНС с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1 на протяжении полета ВС применяются процедуры выявления несоответствия между разностями относительных изменений координат ВС по осям заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных НАП СРНС с одной стороны и ИНС с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1. Это позволяет выявлять факты неработоспособности НАП СРНС даже при относительно близких по значениям скоростях изменения расстояний R_НАПi и R_ИНСi, и как следствие, приводит к повышению вероятности правильного контроля работоспособности НАП СРНС.

Данный способ может быть реализован, например, с помощью комплекса устройств и систем, структурная схема которого приведена на фигуре, где обозначено: 1 - НАП СРНС; 2 - устройство управления комплексом (УУК); 3 - формирователь частного признака (ФЧП); 4 - ФЧП; 5 - ФЧП; 6 - ФЧП; 7 - ИНС; 8 - оконечное устройство (ОУ).

НАП СРНС 1 предназначена для измерения пространственных координат х_НАП=[x_НАП,y_НАП,z_НАП] ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ. УУК 2 предназначен для управления работой комплекса и определения контрольных моментов времени t_i на протяжении τ_пол. полета ВС.

ФЧП 3 предназначен для формирования частного признака χ_Ri работоспособности НАП СРНС по модулю М_Ri. ФЧП 4 предназначен для формирования частного признака χ_xi работоспособности НАП СРНС по разности r_xi. ФЧП 5 предназначен для формирования частного признака x_yi работоспособности НАП СРНС по разности r_yi. ФЧП 6 предназначен для формирования частного признака χ_Zi работоспособности НАП СРНС по разности r_zi. ИНС 7 предназначена для измерения пространственных координат х_ИНС=[х_ИНС,y_ИНС,z_ИНС] ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ. ОУ 8 предназначено для формирования решения χ_i о работоспособности или неработоспособности НАП СРНС.

Комплекс работает следующим образом. НАП СРНС 1 формирует измерения пространственных координат х_НАП=[х_НАП,у_НАП,z_НАП] ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ в течение его полета. ИНС 7 формирует измерения пространственных координат х_ИНС=[х_ИНС,у_ИНС,z_ИНС] ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ в течение его полета. УУК 2 управляет работой комплекса и определяет контрольные моменты времени t_i на протяжении полета ВС в соответствии с выражением (1). Под управлением УУК 2 значения x_НАПi=[x_НАПi,y_НАПi,z_НАПi] и x_ИНС=[x_ИНСi,y_ИНСi,z_ИНСi] пространственных координат ВС в контрольные моменты времени поступают с выходов НАП СРНС 1 и ИНС 7 соответственно в ФЧП 3, ФЧП 4, ФЧП 5 и ФЧП 6. ФЧП 3 обрабатывает поступающую информацию с выхода НАП СРНС 1 и ИНС 7 в соответствии с выражениями (2)-(4) и формирует частный признак χ_Ri работоспособности НАП СРНС в соответствии с выражением (5). Если формируется частный признак X_Ri=1, то он с выхода ФЧП 3 поступает на вход ФЧП 4, а если формируется частный признак χ_Ri=0, то он с выхода ФЧП 3 поступает на вход УО 8. ФЧП 4, при поступлении на его вход с выхода ФЧП 3 частного признака X_Ri=1, обрабатывает поступающую информацию с выходов НАП СРНС 1 и ИНС 7 в соответствии с выражением (6) и формирует частный признак χ_xi работоспособности НАП СРНС в соответствии с выражением (7). Если формируется частный признак χ_xi=1, то он с выхода ФЧП 4 поступает на вход ФЧП 5, а если формируется частный признак χ_xi=0, то он с выхода ФЧП 4 поступает на вход УО 8. ФЧП 5, при поступлении на его вход с выхода ФЧП 4 частного признака χ_xi=1, обрабатывает поступающую информацию с выходов НАП СРНС 1 и ИНС 7 в соответствии с выражением (8) и формирует частный признак χ_yi работоспособности НАП СРНС в соответствии с выражением (9). Если формируется частный признак χ_yi=1, то он с выхода ФЧП 5 поступает на вход ФЧП 6, а если формируется частный признак χ_yi=0, то он с выхода ФЧП 5 поступает на вход УО 8. ФЧП 6, при поступлении на его вход с выхода ФЧП 5 частного признака χ_yi=1, обрабатывает поступающую информацию с выходов НАП СРНС 1 и ИНС 7 в соответствии с выражением (10) и формирует частный признак χ_Zi работоспособности НАП СРНС в соответствии с выражением (11). Частный признак χ_Zi работоспособности НАП СРНС с выхода ФЧП 5 поступает на вход УО 8. УО 8 обрабатывает поступающую на его вход информацию с выходов ФЧП 3, ФЧП 4, ФЧП 5, ФЧП 6 и формирует решение χ_i о работоспособности или неработоспособности НАП СРНС. При этом решение χ_i=1 о том, что НАП СРНС является работоспособной на контрольный момент времени t_i формируется в том случае, если на вход ОУ 8 с выхода ФЧП 6 поступает частный признак χ_Zi=1 в противном случае формируется решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ контроля работоспособности НАП СРНС ВС, сущность которого заключается в том, что для формирования решения о неработоспособности НАП СРНС наряду с процедурой выявления несоответствия расстояний между двумя контрольными точками, определяемых с использованием НАП СРНС с одной стороны и ИНС с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1 на протяжении полета ВС применяются процедуры выявления несоответствия между разностями относительных изменений координат ВС по осям заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных НАП СРНС с одной стороны и ИНС с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1. Это позволяет выявлять факты неработоспособности НАП СРНС даже при относительно близких по значениям скоростях изменения расстояний R_НАПi и R_ИНСi, и как следствие, приводит к повышению вероятности правильного контроля работоспособности НАП СРНС.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что если для формирования решения о неработоспособности НАП СРНС наряду с процедурой выявления несоответствия расстояний между двумя контрольными точками, определяемых с использованием НАП СРНС с одной стороны и ИНС с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1 на протяжении полета ВС применять процедуры выявления несоответствия между разностями относительных изменений координат ВС по осям заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных НАП СРНС с одной стороны и ИНС с другой стороны в контрольные моменты времени t_i и t_i-1, то это приведет к повышению вероятности правильного контроля работоспособности НАП СРНС.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы элементы, широко распространенные в области электронной и электротехники.

Способ контроля работоспособности навигационной аппаратуры потребителя (НАП) спутниковой радионавигационной системы (СРНС) воздушного судна (ВС), заключающийся в том, что измеряют пространственные координаты ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием НАП СРНС на протяжении полета ВС, измеряют пространственные координаты ВС в заданной прямоугольной системе координат OXYZ с использованием инерциальной навигационной системы (ИНС) на протяжении полета ВС, определяют контрольные моменты времени t_i на протяжении полета ВС, определяют расстояние R_НАПi между пространственными координатами ВС, измеренными с использованием НАП СРНС в контрольные моменты времени t_i и t_i-1, определяют расстояние R_ИНСi между пространственными координатами ВС, измеренными с использованием ИНС в контрольные моменты времени t_i и t_i-1, определяют модуль M_Ri разности между расстояниями R_НАПi и R_ИНСi, отличающийся тем, что формируют частный признак χ_Ri работоспособности НАП СРНС по модулю М_Ri, при этом если модуль М_Ri не превышает заданное пороговое значение h_R, то формируют частный признак χ_Ri=1, в противном случае формируют частный признак χ_Ri=0, если χ_Ri=0, то формируют решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, в противном случае определяют разность r_xi относительных изменений координат ВС по оси ОХ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных с использованием ИНС и НАП между контрольными моментами времени t_i и t_i-1, формируют частный признак χ_xi работоспособности НАП СРНС по разности r_xi, при этом если разность r_xi находится в допустимом интервале значений для работоспособной НАП СРНС, то формируют частный признак χ_xi=1, в противном случае формируют частный признак χ_xi=0, если χ_xi=0, то формируют решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, в противном случае определяют разность r_yi относительных изменений координат ВС по оси OY заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных с использованием ИНС и НАП между контрольными моментами времени t_i и t_i-1, формируют частный признак χ_yi работоспособности НАП СРНС по разности r_yi, при этом если разность r_yi находится в допустимом интервале значений для работоспособной НАП СРНС, то формируют частный признак χ_yi=1, в противном случае формируют частный признак χ_уi=0, если χ_yi=0, то формируют решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, в противном случае определяют разность r_zi относительных изменений координат ВС по оси OZ заданной прямоугольной системы координат OXYZ, измеренных с использованием ИНС и НАП между контрольными моментами времени t_i и t_i-1, формируют частный признак χ_zi работоспособности НАП СРНС по разности r_zi, при этом если разность r_zi находится в допустимом интервале значений для работоспособной НАП СРНС, то формируют частный признак χ_zi=1, в противном случае формируют частный признак χ_zi=0, если χ_zi=0, то формируют решение χ_i=0 о том, что НАП СРНС является неработоспособной на контрольный момент времени t_i, в противном случае формируют решение χ_i=1 о том, что НАП СРНС является работоспособной на контрольный момент времени t_i.