Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем

Рассмотрен метод траекторных измерений, использующий совместную обработку измерительной информации, полученной от полигонных средств внешнетраекторных измерений и специальной бортовой измерительной аппаратуры при натурных испытаниях сложных информационно-управляющих систем на местах их постоянной ди...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Реєстрація, зберігання і обробка даних
Дата:2005
Автори: Додонов, А.Г., Путятин, В.Г., Валетчик, В.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут проблем реєстрації інформації НАН України 2005
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50789
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем / А.Г. Додонов, В.Г. Путятин, В.А. Валетчик // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2005. — Т. 7, № 4. — С. 58-65. — Бібліогр.: 8назв. — pос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50789
record_format dspace
spelling Додонов, А.Г.
Путятин, В.Г.
Валетчик, В.А.
2013-11-02T23:58:54Z
2013-11-02T23:58:54Z
2005
Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем / А.Г. Додонов, В.Г. Путятин, В.А. Валетчик // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2005. — Т. 7, № 4. — С. 58-65. — Бібліогр.: 8назв. — pос.
1560-9189
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50789
519.95:518.0
Рассмотрен метод траекторных измерений, использующий совместную обработку измерительной информации, полученной от полигонных средств внешнетраекторных измерений и специальной бортовой измерительной аппаратуры при натурных испытаниях сложных информационно-управляющих систем на местах их постоянной дислокации.
A method of trajectory measurements, which uses a joint processing of the measuring data, obtained from the proving ground means of external trajectory measurements and special onboard measuring equipment with the full-scale tests of the complex information-control systems at their constant disposition is considered.
ru
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
Реєстрація, зберігання і обробка даних
Технічні засоби отримання і обробки даних
Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем
Joint Processing of Trajectory Measuring Data at Testing the Complex Information-Control Systems
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем
spellingShingle Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем
Додонов, А.Г.
Путятин, В.Г.
Валетчик, В.А.
Технічні засоби отримання і обробки даних
title_short Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем
title_full Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем
title_fullStr Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем
title_full_unstemmed Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем
title_sort совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем
author Додонов, А.Г.
Путятин, В.Г.
Валетчик, В.А.
author_facet Додонов, А.Г.
Путятин, В.Г.
Валетчик, В.А.
topic Технічні засоби отримання і обробки даних
topic_facet Технічні засоби отримання і обробки даних
publishDate 2005
language Russian
container_title Реєстрація, зберігання і обробка даних
publisher Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
format Article
title_alt Joint Processing of Trajectory Measuring Data at Testing the Complex Information-Control Systems
description Рассмотрен метод траекторных измерений, использующий совместную обработку измерительной информации, полученной от полигонных средств внешнетраекторных измерений и специальной бортовой измерительной аппаратуры при натурных испытаниях сложных информационно-управляющих систем на местах их постоянной дислокации. A method of trajectory measurements, which uses a joint processing of the measuring data, obtained from the proving ground means of external trajectory measurements and special onboard measuring equipment with the full-scale tests of the complex information-control systems at their constant disposition is considered.
issn 1560-9189
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50789
citation_txt Совместная обработка траекторно измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем / А.Г. Додонов, В.Г. Путятин, В.А. Валетчик // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2005. — Т. 7, № 4. — С. 58-65. — Бібліогр.: 8назв. — pос.
work_keys_str_mv AT dodonovag sovmestnaâobrabotkatraektornoizmeritelʹnoiinformaciipriispytaniâhsložnyhinformacionnoupravlâûŝihsistem
AT putâtinvg sovmestnaâobrabotkatraektornoizmeritelʹnoiinformaciipriispytaniâhsložnyhinformacionnoupravlâûŝihsistem
AT valetčikva sovmestnaâobrabotkatraektornoizmeritelʹnoiinformaciipriispytaniâhsložnyhinformacionnoupravlâûŝihsistem
AT dodonovag jointprocessingoftrajectorymeasuringdataattestingthecomplexinformationcontrolsystems
AT putâtinvg jointprocessingoftrajectorymeasuringdataattestingthecomplexinformationcontrolsystems
AT valetčikva jointprocessingoftrajectorymeasuringdataattestingthecomplexinformationcontrolsystems
first_indexed 2025-11-27T08:11:10Z
last_indexed 2025-11-27T08:11:10Z
_version_ 1850804922019217408
fulltext Технічні засоби отримання й обробки даних 58 УДК 519.95:518.0 А. Г. Додонов, В. Г. Путятин, В. А. Валетчик Институт проблем регистрации информации НАН Украины ул. Н. Шпака, 2, 03113 Киев, Украина Совместная обработка траекторной измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем Рассмотрен метод траекторных измерений, использующий совмест- ную обработку измерительной информации, полученной от полигон- ных средств внешнетраекторных измерений и специальной бортовой измерительной аппаратуры при натурных испытаниях сложных ин- формационно-управляющих систем на местах их постоянной дислока- ции. Ключевые слова: система, метод, траектория, оценка, модель, ин- формация, обработка. Разработка и внедрение в практику полигонных испытаний сложных инфор- мационно-управляющих систем (ИУС) эффективных методов и средств траектор- ных измерений и обработки результатов измерений является актуальной задачей при оценке их тактико-технических характеристик. Траекторные измерения как новое научно-техническое направление исследо- ваний возникли в практике летных испытаний различных систем и летательных объектов (ЛО). Под ними понимается процесс измерения первичных параметров положения, движения объекта и обработки полученных данных для определения траектории полета объекта на интервале измерений с прогнозированием, по воз- можности, его последующего движения на некотором отрезке времени. Отличительной чертой траекторных измерений является исключительно вы- сокая требуемая точность и тесная взаимосвязь процессов измерений и обработки информации. Измерения и обработка информации обеспечиваются траекторным (полигонным) измерительно-вычислительным комплексом (ТИВК) в составе: средств внешнетраекторных измерений (СВТИ); систем автоматического или по- луавтоматического съема и передачи информации; системы единого времени; вы- числительной системы. Быстрое развитие ИУС придает особую актуальность вопросам повышения точности измерений и обработки траекторной информации, достоверности оценки точности, сокращению сроков обработки, разработке новых прикладных методов © А. Г. Додонов, В. Г. Путятин, В. А. Валетчик Совместная обработка траекторной измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2005, Т. 7, № 4 59 анализа траекторной информации, базирующихся на гибком использовании избы- точных данных измерений для повышения точности и достоверности результатов. В настоящей работе рассматривается метод траекторных измерений, исполь- зующий избыточную измерительную информацию, полученную от полигонных наземных СВТИ и от специальной бортовой измерительной аппаратуры (СБИА). Основное отличие предлагаемого метода определения траекторий движения летательных объектов по совокупности измерительной информации, получаемой от СВТИ и СБИА, от методов, используемых в навигации, состоит в возможности предварительного, с использованием эталонной (плановой) траектории, решения системы дифференциальных уравнений систематических погрешностей счисле- ния пути по данным бортовых измерителей, построении аппроксимирующего уравнения ее решения и уточнения после проведения эксперимента его парамет- ров. При определении движения ЛО в качестве измеряемых различных типов пер- вичных параметров могут быть использованы: расстояния от ЛО до измеритель- ных пунктов (дальности); разности дальностей; производные от дальностей по времени (радиальные скорости); углы, определяющие направление измеритель- ный пункт–ЛО (углы визирования); углы между направлениями от ЛО на два из- вестных пункта (звезду, планету, заданный пункт на Земле и т.п.) и другие вели- чины. Обработка полученной измерительной информации предполагает проведение трех этапов. На первом этапе производится моделирование эталонной (плановой) траектории полета ЛО и выбор состава базисных функций аппроксимирующего параметрического уравнения, описывающего поведение систематических по- грешностей счисления пути по данным бортовых измерителей с заданной точно- стью. Проведение первого этапа обработки измерительной информации предпо- лагает использование алгоритма, приведенного в [1] . На втором этапе используются алгоритмы траекторных измерений и навига- ции: производится первичная обработка измерительной информации полигонных наземных СВТИ, включающая процедуры отбраковки недостоверных или ано- мальных измерений и приведения их к виду, удобному для дальнейшего исполь- зования по существующим алгоритмам, а также построение оценочной траекто- рии ЛО по разработанным навигационным алгоритмам для соответствующих на- вигационных систем. Обычно используются: позиционные (угломерные, дально- мерные, разностно-дальномерные и комбинированные); использующие счисление пути интегрированием скорости и ускорения; основанные на обзорно-сравнитель- ных методах местоопределения; спутниковые радионавигационные системы. В состав навигационного комплекса ЛО в различных сочетаниях включают: инерциальную систему навигации, доплеровский (или корреляционный) измери- тель путевой скорости и угла сноса (ДИСС), датчик воздушной скорости, измери- тель курса, крена и тангажа (курсовертикаль), а также угломерно-дальномерную систему ближней навигации, радиосистему дальней навигации, бортовую РЛС и другие датчики навигационной информации. Объединение и обработка навигационной информации осуществляется с по- мощью бортовой ЭВМ. При этом обеспечивается непрерывное автоматическое А. Г. Додонов, В. Г. Путятин, В. А. Валетчик 60 измерение координат ЛО, его путевой и воздушной скорости, курса, углов сноса, крена и тангажа, барометрической и истинной высот. Основой непрерывного определения координат ЛО является счисление пути с помощью данных инерциальной системы навигации, измерителей воздушной скорости, курса, крена и тангажа, а также путевой скорости и угла сноса, изме- ряемых ДИСС или корреляционным измерителем. При централизованной структуре обработки информации на измерительном пункте производится лишь первичная (предварительная) обработка данных траек- торных измерений. Она обычно включает в себя преобразование измерительной информации в цифровую форму, проведение простейших операций по сжатию данных траекторных измерений, например линейное или полиномиальное усред- нение, привязка данных к шкале единого времени, формирование и кодирование посылок (кадров) траекторной информации для их передачи по каналам связи. Определение параметров траектории объекта производится после сбора всех дан- ных измерений [3]. На третьем этапе производится совместная обработка собранной траекторной измерительной информации с целью уточнения полученного на втором этапе пер- вичного приближения оценочной траектории ЛО по данным полигонных назем- ных электронно-оптических, оптико-электронных и радиотехнических СВТИ. По- строение оценки вектора положения ЛО на третьем этапе обработки совокупных результатов измерений целесообразно вести с использованием итерационных ал- горитмов [4]. Основными требованиями, предъявляемыми к обработке результатов измере- ний, является высокая оперативность выдачи эталонных (априорных) данных и возможно более высокая их точность. На решение этих задач направлено по- строение предлагаемой схемы обработки, при которой максимально возможное число операций производится до проведения эксперимента (достижение опера- тивности выдачи эталонной траектории), и предполагающей использование всей полученной измерительной информации для построения оценочной траектории ЛО (достижение точности результатов). Кроме того, вычислительная схема долж- на предусматривать ограниченность возможностей вычислительной базы в местах проведения экспериментов. В работе [2] рассматривается задача обработки результатов измерений каж- дой первичной координаты после исключения систематических ошибок, пред- ставленных в виде суммы: ( ) Nix iii ,1 ,и =D+= x , где іх — результат измерения; и — вектор оцениваемых параметров; Di — ошибка измерений. Требуется найти оценку вектора параметров ( )xiNN F=и€ , где FN задается ко- нечным алгоритмом. Решение задачи определяется набором предположений о виде функции x , классе алгоритмов FN , среди которых выбирается наилучший, исходной (апри- Совместная обработка траекторной измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2005, Т. 7, № 4 61 орной) информации об оцениваемых параметрах и случайном факторе (ошибке измерения D ), а также набором критериев, по которым сравниваются алгоритмы FN . Точные значения векторов D при решении рассматриваемой задачи остаются неизвестными. Их обычно рассматривают как случайные векторы с заданными вероятностными характеристиками (законами распределения, моментами и т.п.). Следуя [2], введем вектор ( ) NsMjl js ,1 ,,1 , ==td : ( ) ( ) ( ) ( )txdtttd jsjjsjs xWlll +=-= ~ , (1) где ( )t il~ — вектор измерений, т.е. совокупность всех используемых измерений; М — число измерений; ( )t jsl — расчетные значения вектора измерений, полученные с использованием эталонных (плановых) параметров движения ЛО; ( )td jsx — отклонение текущего вектора положения ЛО от расчетного; W — матрица непре- рывных частных производных вида cF si ¶¶ ; ( )tx j — случайный вектор ошибок измерений. Используя известные соотношения [1, 2] зависимость (1) можно привести к следующему виду: ( ) ( )txtd jsjs cWl +F= , (2) где sc — вектор неизвестных коэффициентов; , 3 2 1 FOO OFO OOF =F , ( ).,...,, 21 jjj nnnn r=F (3) Среднеквадратические значения погрешностей аппроксимации xa в выраже- нии xd a+F=C c (4) заключены в пределах от долей до единиц метров, поэтому в дальнейшем при вы- воде основных расчетных соотношений будем ними пренебрегать. Среди формальных методов получения оценок наибольшее распространение получил метод наименьших квадратов (МНК) [1–4]. Вычислительная схема МНК является одной из самых простых, поэтому метод наименьших квадратов зачас- тую выгодно применять даже тогда, когда ошибки измерений не подчинены нор- мальному закону. Возникающие при этом квазиправдоподобные оценки обладают меньшей точностью, чем истинно правдоподобные оценки, зато они получены ценой не слишком больших усилий. Многократное повторение стандартной про- А. Г. Додонов, В. Г. Путятин, В. А. Валетчик 62 цедуры МНК с изменяющимися весами позволяет во многих случаях получить не только квазиправдоподобные, но и истинно правдоподобные оценки. Вычислительные схемы МНК удобны также и тем, что позволяют организо- вать так называемые рекуррентные схемы вычислений, в которых получение каж- дого нового измерения влечет за собой изменение прежней оценки. Рекуррентные схемы обработки особенно важны в тех случаях, когда определяются характери- стики процессов, развивающихся во времени, и когда необходимо иметь в нали- чии самые свежие сведения о переменных состояния процесса. Рекуррентные алгоритмы — это алгоритмы, которые позволяют получать по- следовательно улучшающиеся оценки по мере поступления результатов измере- ний. Они могут дать улучшение таких важных показателей, как быстрота получе- ния оценок, простота реализации и систематичность контроля параметров. Общая форма рекуррентных (итеративных) алгоритмов оценки неизвестного вектора cn записывается в виде: ( )cWlbcc nsnnnnsnsns €€ 1,,,,,,1,,,, -- F-+= nnnnnn d , (5) где lnd — элемент вектора l d ; c ns€ ,,n — оценка вектора c s,n на n-м шаге итераци- онной процедуры. После получения оценок возникает вопрос об их точности. Точность оценок существенно зависит от способа назначения весовых характеристик, который, в свою очередь, определяется предположениями, сделанными в отношении точно- стных характеристик отдельных измерений [1–5]. Оптимальность рекуррентного алгоритма (5) определяется неизвестными значениями вектора коэффициентов b ns ,,n , которые выбираются на основании ап- риорных сведений о характере погрешностей измерений. Так, в случае, если ( )sx 2 , , ln N OÎOºD , то представленная схема вырождается в алгоритм рекур- рентного МНК, и оптимальные значения весовых коэффициентов определяются выражением: , 1 , , ,, å F F= - M i ii nnn ns Wp Wp b nn n n (6) где nip i i ,...,2,1,1 2 == s — весовые характеристики, назначенные в виде вели- чин, обратных дисперсиям отдельных измерений [1]. Это наиболее часто употребляемая форма построения оценок неизвестного вектора nvс , , к которой приводят исследования, проведенные в работах [1–6]. Наиболее общая форма рекуррентных алгоритмов вида (5), когда априорные сведения о характере погрешностей измерений не могут иметь достаточного тео- ретического обоснования, рассмотрена при исследовании процедур стохастиче- ской аппроксимации [2]. Совместная обработка траекторной измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2005, Т. 7, № 4 63 Обозначим cc nsnsn ,,,,€ nne -= , где c ns,,n — истинное значение вектора коэф- фициентов, тогда рекуррентная процедура (5) записывается в виде: ( ) ,,,1,,,,1 bGWb nvsnnnnnnnvsnn xexee nn +=F-+= -- (7) где F-= T nnvsn bEG ,,, n ; Е — математическое ожидание случайного вектора оши- бок измерений. Определим матрицы: NkGПE l к Nl Nknn ,1 , , ,,1 === = + pp . Тогда: kvsnk n k knn b ,,,1 1 0,1 + = å+= pxepe . (8) Если при ¥®n математическое ожидание нормы вектора ¥®e , то про- цедура (5) определяет истинные значения коэффициентов c ns,,n . Введем в рассмотрение матрицу { }ee T nnn MK = , которая будет ковариацион- ной матрицей оценок в случае их несмещенности, тогда: { } KtrMK nn T nn == ee . (9) Весовые коэффициенты b nvs ,, выбираются таким образом, чтобы минимизи- ровать значение (9). Из выражений (8) и (9) следует: ,,,,,,,,, 2 ,1 GbbGbbGKGK T n T nnvs T nvsnn T nvsnvsn T nnnn lls x +++= - (10) где { }xs x 22 , nn M= — дисперсии соответствующих составляющих вектора ошибок x n ; { } ...2,1 ,1 == - nM nnn exl Для ln с использованием выражений (8) и (10) можно составить явное анали- тическое выражение: ( ) ,,1 1,,1, 1 bnkr nvsnk n k n -- = -=å pl (11) где ( ) { } ( )brMnkr ovsnk ,,1 1,0,, == lxx . Явная зависимость K n от b nvs ,, может быть записана как: ( ) ( ) .2 2 ,,,,,,,,,1,, 2 , ,,1,,1 bbWWKW WKbKtrK nvs T nvsnvnvnv T nv T nvnnvnvn T nv T nvnn T nvsnn ls l x F-FF++ +F-+= - -- (12) А. Г. Додонов, В. Г. Путятин, В. А. Валетчик 64 Минимизируя выражение (12) по элементам вектора b nvs ,, , получим опти- мальный вектор коэффициентов влияния: ( ) ( ).2 ,,,,1,, 2 , ,,,1 ,, ls l x nnvnv T nv T nvnnvnvn n T nvs T nvn nvs WWKW WKb F-FF+ -F= - - (13) Таким образом, получена рекуррентная форма для вычисления оптимальных в смысле минимума соотношения (12) коэффициентов влияния для использования в алгоритме (5). Поскольку матрица K n симметрическая по определению, то: lT nnvsnnn bKGK += - ,,1 . (14) Условие монотонной сходимости получаемой на каждом шагу итерационной процедуры оценки c nvs€ ,, к истинному значению c nvs ,, задается неравенством: ls x nnvnv T nv T nvnnvnvn WWKW FñFF+ - ,,,,1,, 2 , 2 . (15) В случае если x k , k = 1,2… — некоррелированные, то условие (15) превраща- ется в неравенство 0,,1,, 2 , ñFF+ - WKW nvnvnnvnvns x , (16) которое всегда выполняется, так как матрица K n для любых x n положительно оп- ределена. Таким образом, уравнение (5) совместно с выражениями (6) или (13) решают задачу совместной обработки результатов измерений для оценивания значения c nvs ,, . Расчет коэффициентов b nvs ,, , входящих в процедуру (5), может быть произве- ден априорно на основании данных об ожидаемых характеристиках закона рас- пределения погрешностей измерений. При этом может быть использована мощная вычислительная техника полигона или разработчика ИУС. В процессе послепо- летной подготовки предлагается проводить лишь ее заключительный этап, вклю- чающий в себя только реализацию выражения (5). Расчет параметров взаимного положения двух летательных объектов в районе встречи при наличии на борту объектов измерений специальной аппаратуры тра- екторных измерений производится с использованием штатных алгоритмов. В противном случае эти параметры определяются по данным измерений наземных оптических СВТИ, реализующих пеленгационный метод [7, 8]. Пеленгационный метод определения параметров траекторий полета ЛО на- шел широкое применение и реализуется при наличии в составе полигонного изме- Совместная обработка траекторной измерительной информации при испытаниях сложных информационно-управляющих систем ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2005, Т. 7, № 4 65 рительно-вычислительного комплекса точных средств, измеряющих угловое по- ложение объекта в пространстве. Метод эффективно используется для оптических измерительных средств (кинотеодолитов, кинотелескопов, электронно-оптичес- кой техники). Высокая точность пеленгационного метода определения параметров траекто- рий полета ЛО позволяет использовать полученные им эталонные траектории для оценки точности других методов измерения координат. Несмотря на то, что для определения координат объекта достаточно двух из- мерительных инструментов, в практике полигонных испытаний ИУС их исполь- зуют три и более, что повышает надежность и точность измерений углового по- ложения объекта в пространстве. Основным недостатком пеленгационного метода является существенное па- дение точности измерения угловых координат объекта при его значительном уда- лении от измерительных средств (на дальности свыше 100 км). Предложенный метод траекторных измерений при испытаниях сложных ИУС на местах постоянной дислокации предполагает совместное использование изме- рительной информации бортовых и наземных измерителей, не требует привлече- ния дополнительных наземных траекторных и вычислительных средств, а по точ- ностным характеристикам не уступает ныне используемым на полигонах мето- дам. 1. Мудров В.Н., Кушко В.Л. Методы обработки измерений: квазиправдоподобные оценки. — М.: Радио и связь, 1983. — 304 с. 2. Эльясберг П.Е. Определение движения по результатам измерений. — М.: Наука, 1976. — 416 с. 3. Жданюк Б.Ф. Основы статистической обработки траекторных измерений. — М.: Сов. радио, 1978. — 384 с. 4. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений. — М.: Физматгиз, 1962. — 352 с. 5. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. — М.: Наука, 1968. — 288 с. 6. Тьюки Дж. Анализ результатов наблюдений. — М.: Мир, 1981. — 692 с. 7. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. — М.: Радиотехника, 2004. — 320 с. 8. Поршнев С.В. Радиолокационные методы измерений экспериментальной баллистики. — Екатеринбург: Уральское Отделение РАН, 1999. — 210 с. Поступила в редакцию 19.11.2004