РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ВЫСОКОТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТ

Аннотация

Решение задачи позиционирования подвижных объектов в настоящее время все чаще осуществляется с использованием электронных карт, позволяющих с высокой точностью аппроксимировать траекторию движения объекта набором ортодромических траекторий. Подобные исследования характерны для таких областей применения как космонавтика, морское дело, точечное сельское хозяйство, геоинформационные системы и, особенно, автомобильный транспорт, где движение в большинстве случаев осуществляется по известным с высокой точностью траекториям. Используя функциональную зависимость навигационных переменных в гринвичской (геоцентрической) системе координат, которая широко используются в современной навигации в настоящей статье получено аналитическое решение навигационной задачи транспортных объектов, движущихся по известным траекториям, аппроксимируемым ортодромическими интервалами. Данное решение позволяет повысить точность позиционирования автомобильного транспорта, а также обеспечивает сокращение аппаратурного состава измерительного комплекса подвижных объектов и вычислительных затрат на реализацию навигационного алгоритма. С целью иллюстрации возможности его практического применения в настоящем исследовании проведено численное моделирование алгоритма позиционирования, использующего зашумленные одометрические и скоростные измерения с их последующей обработкой в линейном фильтре Калмана. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о возможности обеспечения на основе использования разработанного подхода высокой точности позиционирования транспортных объектов, движущихся по известным траекториям, при вычислительных затратах, допускающих реализацию предложенного алгоритма в реальном масштабе времени за счет небольшой размерности используемого линейного фильтра Калмана. За счет функциональной зависимости навигационных переменных, существующей на данной траектории, в статье в гринвичской (геоцентрической) системе координат, широко используемой в современной навигации, получено аналитическое решение навигационной задачи транспортных объектов, движущихся по известным траекториям, аппроксимируемым ортодромическими интервалами. Данное решение позволяет повысить точность позиционирования автомобильного транспорта, а также обеспечивает сокращение аппаратурного состава измерительного комплекса подвижных объектов и вычислительных затрат на реализацию навигационного алгоритма. С целью иллюстрации возможности его практического применения рассмотрено численное моделирование алгоритма позиционирования, использующего зашумленные одометрические и скоростные измерения с их последующей обработкой в линейном фильтре Калмана. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о возможности обеспечения на основе использования разработанного подхода высокой точности позиционирования транспортных объектов, движущихся по известным траекториям, при вычислительных затратах, допускающих реализацию предложенного алгоритма в реальном масштабе времени за счет небольшой размерности используемого линейного фильтра Калмана.

Сведения об авторах

Сергей Олегович Крамаров, Сургутский государственный университет

доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник

Сергей Викторович Соколов, Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

Евгений Николаевич Тищенко, Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)

доктор экономических наук, профессор, заведующий кафедрой информационных технологий и защиты информации

Ольга Ивановна Соколова, Ростовский государственный университет путей сообщения

доктор педагогических наук, профессор кафедры вычислительной техники и автоматизированных систем управления

Литература

[1] Matveev S.I., Kougija V.A. Precision digital models and satellite navigation path of railway transport. М.: Route, 2005. 290 p. (In Russian)
[2] Morozov V.N. Promising directions of introduction of satellite-based technologies. The Zheleznodorozhny Transport = Railway Transport. 2009; 9:16-17. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=17781784 (accessed 20.04.2018). (In Russian)
[3] Anuchin N.O., Emeljancev G.I. Integrated orientation and navigation for the marine moving objects. SPb., 1999. 357 p. (In Russian)
[4] Boronahin A.M., Mochalov A.V., Rehel M., Shmajster J. Study of integrated navigation system in rail way. Pro-ceedings of the Conference "Integrated inertial-satellite navigation”. SPb.: Elektropribor, 2001. pр. 181-197. (In Russian)
[5] Golovan A.A., Parusnikov N.A. Mathematical foundations of navigation systems. Part I. Mathematical models of inertial navigation. M.: Maks Press, 2011. 132 p. (In Russian)
[6] Aleshin B.S., Afonin A.A., Veremeenko K.K., Koshelev B.V., etc. Orientation and navigation of mobile objects: modern information technologies. B.S. Alyoshin (Ed). M.: Physmathlit, 2006. 424 p. (In Russian)
[7] Lo S.C., Peterson B.B., Enge P.K. Proving the Integrity of the Weighted Sum Squared Error (WSSE) Loran Cycle Confidence Algorithm. Journal of The Institute of Navigation. 2007; 54(4):277-291.
[8] Schmidt G. INS/GPS Technology Trends. Draper Laboratory Report P-4036, Cambridge, MA, October 2002. 16 p.
[9] CHi TSian Nam Corrections of the without – platforms navigation systems. Avtomatizaciya. Covremennye tekhnologii. 2005; 3:19-21. (In Russian)
[10] Pupkov K.A., Neusypin K.A. Questions of the theory and implementation of control systems and navigation. М.: Bioinform, 1997. 368 p. 1. (In Russian)
[11] Chen C.L. A Systematic approach for solving the great circle track problems based on vector algebra. Polish Maritime Research. 2016; 2:3-13. DOI: 10.1515/pomr-2016-0014
[12] Chen C.L., Liu P.F., Gong W.T. A Simple Approach to Great Circle Sailing: The COFI Method. The Journal of Nav-igation. 2014; 67(3):403-418. DOI: 10.1017/S0373463313000751
[13] Tseng W.-K., Lee H.-S. Building the Latitude Equation of the Mid-longitude. The Journal of Navigation. 2007; 60(1):164-170. DOI: 10.1017/S0373463307224129
[14] Kifana B.D., Abdurohman M. Great Circle Distance Methode for Improving Operational Control System Based on GPS Tracking System. International Journal on Computer Science and Engineering. 2012; 4(4):647-662. Availa-ble at: http://www.enggjournals.com/ijcse/doc/IJCSE12-04-04-032.pdf (accessed 20.04.2018).
[15] Nastro V., Tancredi U. Great Circle Navigation with Vectorial Methods. The Journal of Navigation. 2010; 63(3):557-563. DOI: 10.1017/S0373463310000044
[16] Sokolov S.V. Analytical models of spatial trajectories for solving navigation problems. Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 2015; 79(1):17-22. DOI: 10.1016/j.jappmathmech.2015.04.013
[17] Sokolov S.V. Synthesis of spatial trajectoriesof analytical models and their application to solving satellite navigation. Applied physics and mathematics. 2013; 1(2):3-12. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=22739669 (accessed 20.04.2018). (In Russian)
[18] Asaturov S.M., Zelentsov V.M. The algorithms for determining the parameters of the aircraft traffic arameter esti-mation. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Priborostroenie. 2005; 1(58):63-72. (In Russian)
[19] Kramarov S.O., Lukasiewicz V.I. Stochastic estimation of perturbed ephemeris navigation satellites on the basis of a generalized Kalman filter. University News. North-Caucasian Region. Technical Sciences Series. 2013; 6(175):15-18. (In Russian)
[20] Kramarov S.O., Lukasiewicz V.I. Joint estimation ephemeris navigation satellites and coordinates of the object based on the methods of stochastic filtering. Applied Physics and Mathematics. 2014; 2:13-19. (In Russian)
[21] Kramarov S.O., Lukasiewicz V.I. Synthesis of a stochastic model of strapdown system for moving object at great circle trajectory. Proceedings of the Conference «System problems of reliability, quality, computer modeling, cybernetic, information and telecommunication technology technologies in innovative projects” (Innovatika-2013). Ehnergoatmizdat, 2013. P. 138. (In Russian)
[22] Kramarov S.O., Lukasiewicz V.I., Stazharova L.N. A posteriori nonlinear estimation of parameters orientation of the dynamic object based on satellite measurements. Informatization and communication. 2014; 2:27-31. (In Rus-sian)
[23] Lukasiewicz V.I., Kramarov S.O., Sokolov S.V. Stochastic estimation of dynamically changing object orientation parameters using satellite measurements. Radioelectronics and Communications Systems. 2015; 58(4):166-173. (In Russian) DOI: 10.3103/S0735272715040044
[24] Lukasiewicz V.I., Kramarov S.O., Sokolov S.V. Algorithm of dynamical estimation of object orientation parame-ters from satellite measurements. Journal of Instrument Engineering. 2015; 58:1:17-23. Available at: http://pribor.ifmo.ru/file/article/11291.pdf (accessed 20.04.2018). (In Russian)
[25] Kramarov S.O., Sokolov S.V., Sokolov S.М., Taran V.N. Methods of analysis and synthesis system intelligently-adaptive control. M.: INFRA-M, 2016. 238 p. (In Russian)
[26] Sokolov S.V., Pogorelov V.A. Stochastic assessment, management and identification in high-precision navigation systems. M.: Physmathlit, 2016. 259 р. (In Russian)
[27] Sokolov S.V., Yugov Y.M. Integration of inertial-satellite navigation systems on the basis of the stochastic filter, invariant to object model. Aerospace Instrument-Making. 2013; 6:9-17. (In Russian)
[28] Scherban I.V., Sokolov S.V. Integration of satellite and inertial navigational systems on the basis of non linear fil-tering theory. Middle East Journal of Scientific Research. 2013; 18(2):275-282.
[29] Akperov I.G., Kamensky V.V., Kramarov S.O., Lukasiewicz V.I., Sokolov S.V., Tishchenko E.N. Sposob identif-ikacii parametrov navigacionnyh sputnikov [Method to identify the parameters of navigation satellites]. Patent RF, no. 2584541, 2016.
[30] Akperov I.G., Kamensky V.V., Kramarov S.O., Sokolov S.V., Lukasiewicz V.I., Tishchenko E.N. Sposob identif-ikacii parametrov navigacionnyh sputnikov [Method to identify the parameters of navigation satellites]. Patent RF, no. 2587666, 2016.
[31] GLONASS. Principles of construction and operations. A.I. Perov, V.N. Harisov (Eds). M.: Radio, 2010. 800 p. (In Russian)
[32] Gradshtejn I.S., Ryzhik I.M. Tables of integrals, sums, series, and works. M.: Fizmatgis, 1963. 1100 p. (In Russian)
Опубликована
2018-06-30
Как цитировать
КРАМАРОВ, Сергей Олегович et al. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ВЫСОКОТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КАРТ. Международный научный журнал «Современные информационные технологии и ИТ-образование», [S.l.], v. 14, n. 2, p. 493-499, june 2018. ISSN 2411-1473. Доступно на: <http://sitito.cs.msu.ru/index.php/SITITO/article/view/402>. Дата доступа: 17 dec. 2018 doi: https://doi.org/10.25559/SITITO.14.201802.493-499.
Раздел
Когнитивно-информационные технологии в цифровой экономике