Общие указания. Методические указания к выполнению лабораторных работ

Общие указания................................................. 4

Лабораторная работа № 2

Методические указания к выполнению лабораторных работ

КОММУНИКАЦИОННО-НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ

Разработка требований по точности координатного обеспечения ИКНС

Ф а к у л ь т е т – радиотехники, электроники и связи

Н а п р а в л е н и е и с п е ц и а л ь н о с т ь подготовки

дипломированных специалистов:

654400 – Телекоммуникации

201200 – Средства связи с подвижными объектами

Санкт-Петербург

Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 621.396.9

Интегрированные коммуникационно-навигационные системы: Мето-дические указания к выполнению лабораторных работ. Лабораторная работа № 2. Разработка требований по точности координатного обеспечения ИКНС /Составитель Г.И.Худяков. – СПб.: ГУАП, 2008. – 12 с.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисцип - лине “Интегрированные коммуникационно - навигационные системы” пред - назначены для студентов V курса ГУАП и составлены согласно рабочей программе дисциплины, разработанной в соответствии с требованиями Госу-дарственного образовательного стандарта высшего профессионального обра-зования по направлению и специальности подготовки дипломированных специалистов: 654400 – Телекоммуникации, 201200 – Средства связи с под-вижными объектами.

В методических указаниях к выполнению лабораторной работы №2 рассматриваются основные теоретические положения, которыми руководст-вуются системотехнические проектировщики при разработке требований по точности координатного обеспечения современных интегрированных комму-никационно-навигационных радиоэлектронных систем, предназначенных для их эксплуатации в городских и междугородных условиях. Приводится мето-дика выполнения работы и указания по составления отчета о проведенных исследованиях.

Рассмотрено на заседании кафедры медицинской радиоэлектроники

24 мая 2008 г.

Одобрено методической комиссией факультета радиотехники, электроники и связи 31 мая 2008 г.

Составитель: Г. И. Худяков, д-р техн. наук, проф.

© Государственный университет аэрокосмического приборостроения, 2008

© Худяков Г. И., 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Литература..................................................... 4

1. Цель работы.................................................... 5

2. Основные теоретические положения................................ 5

3. Локализация истинного местоположения НТС....................... 8

4. Редукция местоположение НТС на трассу движения.................. 8

5. Разрешение соседних трасс дорожной гребенки...................... 8

6. Разрешение дорожной решетки.................................... 9

7. Принадлежности для выполнения лабораторной работы.............. 11

8. Порядок выполнения работы..................................... 11

9. Содержание отчета............................................. 12

Перед лабораторными занятиями каждый студент должен изучить соответствующий раздел конспектов курса лекций по дисциплине “Интегри-рованные коммуникационно - навигационные системы”.

При выполнении лабораторной работы каждая бригада студентов проводит исследования на конкретной лабораторной установке. Работа счи-тается законченной после предъявления преподавателю результатов исследо-ваний.

После проведения исследований студенты обязаны привести в поря-док свои рабочие места.

Перед зачетом бригада студентов должна оформить отчет по лабора-торным работам и сдать его на проверку преподавателю.

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Радиотехнические системы / Под ред. Ю. М. Казаринова. – М.: Высш. шк., 1990.

2. Приёмоизмеритель "Балтика". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. – Л.: РИРВ, 1991.

3. Худяков Г. И. Транспортные информационно-управляющие радиоэлектронные системы: Учеб. пособие. – СПб.: СЗТУ, 2008.

Дополнительная:

4. Никитенко Ю. И., Быков В. И., Устинов Ю. М. Судовые радио-навигационные системы. – М.: Транспорт, 1992.

4. Сайбель А. Г. Основы теории точности радиотехнических методов местоопределения. – М.: Оборонгиз, 1958.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение топографического плана автодорог данного города и опре-деление требований по точности навигационного обеспечения радиосистемы дистанционного управления (РСДУ) автотранспорта, предназначенной для работы на территории города в целом или отдельного его района, а также на междугородних трассах.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Специфика процесса автоматизированного управления движением объ-ектов в РСДУ заключается в том, что информация о текущем местополо-жении любого наземного транспортного средства (НТС), извлекаемая на борту НТС из сигналов РНС и передаваемая по каналу радиосвязи на диспетчерский пункт (ДП) в виде значений плановых координат НТС, должна правильно отображаться на электронной топологической карте-схеме (ЭТКС) обслуживаемой РСДУ территории.

В городских условиях эксплуатации РСДУ используют крупномас-штабные ЭТКС различных масштабов (от 1: 50 000 до 1: 5 000). Если масштаб и степень детализации ЭТКС (определяемые исходя из требований заказчика РСДУ) будут соизмеримы с величиной погрешностей радио-навигационного местоопределения НТС (например с величиной радиальной среднеквадратической погрешности местоопределения s_r ), то изображение местоположения НТС на ЭТКС будет не совпадать с топологическими элементами городской автодорожной сети, вынуждая диспетчера перевозок самостоятельно принимать решение о том, по какой из городских улиц и на каком ее участке движется НТС.

Система программно-картографического обеспечения (ПКО) РСДУ должна автоматически обеспечивать разрешение двух основных вопросов: а) с какой вероятностью P ₀ находится истинное местоположение НТС в опре-деленной области ЭТКС и б) на каком именно участке топологии ЭТКС длиной 2 L находится данное НТС (интервально-трассовая оценка). Если НТС находится вне городской дорожной сети, топология которой включена в структуру ЭТКС, то диспетчера перевозок интересует ответ на вопрос: "Внутри какого контура на ЭТКС данной территории находится с заданной вероятностью Р ₀ текущее местоположение НТС?" Автоматическое разреше-ние этого вопроса системой ПКО ДП назовем решением задачи локализации отображения истинного местоположения НТС на ЭТКС (см. рис.1).

Рис.1. Геометрия радионавигационного местоопределения НТС

на городских улицах

Если расстояния d _п – между соседними, параллельными маршруту дви-жения, и d – перпендикулярными маршруту движения НТС топологичес-кими участками ЭТКС (см. рис.1) существенно превышают значение s _r (s _r << d _п и s _r << d ), то система ПКО должна автоматически давать ответ на вопрос: "На каком участке топологии ЭТКС (изображения городской улицы), наиболее близком к радионавигационной отметке (x _н, y _н ), с заданной вероятностью Р ₀ находится НТС?" Определим данную задачу как задачу редукции результатов радионавигационного местоопределения НТС, движущегося по городской улице, на изображение участка этой улицы на ЭТКС, соответствующего наиболее вероятному местонахождению НТС. Или кратко – как задачу редукции НТС на трассу движения.

Если отметка (x _н, y _н ) попадает в область ЭТКС, характеризующуюся условиями s_r» d _п и s_r << d , то возникает неоднозначность редукции результатов радионавигационного местоопределения НТС, движущегося по одной из параллельных улиц, на изображение участка улицы на ЭТКС, соот-ветствующего наиболее вероятному местонахождению НТС. Назовем такой участок топологии ЭТКС "дорожной гребенкой", а соответствующую задачу – задачей разрешения соседних трасс дорожной гребенки.

Если отметка (x _н, y _н ) попадает в топологически сложную область ЭТКС, определяемую условиями s_r» d _п» d , то данную область ЭТКС будем называть "дорожной решеткой". В таком случае перед системой ПКО ставится задача разрешения дорожной решетки.

Введем на ЭТКС плоские декартовы координаты (x, y), начало которых совмещено с точкой z ₀ = (x ₀, y ₀) истинного расположения НТС на улице. При этом будем считать, что ось О х направлена вдоль улицы, а ось О у – поперек улицы (рис.1). Наиболее полной характеристикой распреде-ления погрешностей радиоопределения координат (x, y) НТС является двумерная плотность вероятности p _н (x, y):

p _н(x, y) = , (1)

где средние значения погрешностей , их дисперсии по осям координат , и коэффициент корреляции координатных составляю-щих либо рассчитываются аналитически, либо оцениваются эксперимен-тально-статистически.

Для решения перечисленных выше четырех задач ПКО необходимо знать распределение проекций навигационного местоположения НТС (x _н, y _н ) на произвольное направление. Считая априорное распределение угла y (ори-ентации большой полуоси эллипса рассеяния точки z _н = (x _н, y _н ) относительно направления движения НТС) равновероятным в пределах от 0^о до 360^о, из выражения (1) можно найти среднюю по углу y дисперсию проекции точки z _н на произвольное направление О x (см. рис.1):

. (2)

Величина

(3)

является радиусом круга, равновеликого единичному эллипсу рассеяния точки z _н = (x _н, y _н ), и называется эквивалентным радиусом рассеяния радионавигационного местоположения НТС.

3. Локализация истинного местоположения НТС

Пусть во введенной выше системе плоских декартовых координат (см. рис.1) в результате радионавигационных измерений получены значения теку-щих плановых координат НТС: z _н = (x _н, y _н ). Для автоматического принятия решения о том, попадает ли отметка (x _н, y _н ) на участок улицы, направление которой совпадает с осью О х выбранной системы координат, нужно вели-чину y _н сравнить с выбранным значением порога d _пг : если y _н ³ d _пг, то в ПКО принимается решение о нахождении НТС вне топологической структуры ЭТКС. В этом случае на ЭТКС отображается точка z _н = (x _н, y _н ) и круг радиуса (2-2,5) r _э, внутри которого с выбранной вероятностью Р _и = (0,86-0,95) находится НТС. Величина порога d _пг выбирается исходя из заданной вероят-ности принятия правильного решения

. (4)

На рис.2 кривая 1 представляет зависимость , где

4. Редукция местоположения НТС на трассу движения

Если в условиях рис.1 величина y _н < d _пг, то принимается решение о нахождении НТС на трассе (y = 0), а радионавигационная отметка z _н = (x _н, y _н ) редуцируется на ось О х. При этом распределение вероятности истинного местоположения НТС Р _и вдоль трассы y = 0 имеет приблизительно нор-мальное распределение с дисперсией s_d ² . Поэтому с заданной вероятностью P = P ₀ · P _и НТС находится в промежутке от (x _н – L) до (x _н + L), где величина L находится из равенства или из графика 1 на рис.2.

5. Разрешение соседних трасс дорожной гребенки

Если на ЭТКС имеется ряд длинных параллельных улиц, отстоящих друг от друга на расстоянии d _г = d _п » s_r (дорожная гребенка – рис.1), и направление которых совпадает с трассой движения НТС, то перед редук-цией НТС на трассу движения необходимо оценить, по какой именно из улиц гребенки движется НТС. Будем полагать, что априорные вероятности нахож-дения НТС на улицах гребенки одинаковы. Тогда оптимальным правилом разрешения трасс дорожной гребенки является редукция НТС на ближайшую из них относительно точки (x _н, y _н ).

Вероятность P _пр правильного разрешения трасс гребенки в таком случае приближенно равна

или

, где . (5)

Вид функции представлен кривой 2 на рис.2.

Заданием величины можно определить требуемое значение для различения улиц дорожной гребенки определенного района города. На ЭТКС при этом высвечивается соответствующий участок улицы длиной 2 L, на котором с заданной вероятностью P = P ₀ · P _и находится НТС в данный момент времени. Величина L определяется кривой 1 на рис.2.

Рис.2. Графики для расчета требований к точности

координатного обеспечения РСДУ

6. Разрешение дорожной решетки

Если маршрут движения НТС проходит через топологически сложный участок ЭТКС, представляющий собой решетку трасс движения с размером ячейки d _р» d_^» d _п (рис.1), то (по аналогии с различением соседних трасс дорожной гребенки) можно получить выражение для вероятности нахождения НТС на i-й стороне городского квартала (ячейки дорожной решетки):

.

Отсюда

, (6)

где . Вид функции приведен на рис.2 (кривая 3).

Как видим, требования по точности радионавигационного обес-печения различения улиц квартала вблизи перекрестка (по сравнению с разрешением дорожной гребенки) существенно жёстче и могут стать невы-полнимыми. Эти требования можно значительно ослабить, если решение об отнесении НТС к одной из улиц городской дорожной решетки вблизи данного перекрестка заменить решением об отнесении НТС к самому этому перекрестку, ибо на плотной дорожной решетке нам важно знать только то, через какие перекрестки проследовало НТС. Вероятность правильного отнесения НТС к данному перекрестку вычисляется по формуле:

.

Отсюда

.

Зависимость представлена на рис.2 кривой 4.

Как видно из рис.2, требования к разрешению перекрестков дорожной решетки существенно "мягче", чем к разрешению улиц этой решетки.

В табл.1 приведены общие ориентировочные значения и их оценки для С.-Петербурга.

Таблица 1

Дата добавления: 2015-07-02