Особенности моделирования в навигационных спутниковых системах

Эксплуатация и надежность авиационной техники

УДК 629.7.052

А. С. Орленко, М. В. Ковель, М. В. Тюпкин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ В НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМАХ

Рассмотрена глобальная навигационная спутниковая система, а также входящие в нее спутниковая система функционального дополнения и наземная система функционального дополнения.

Моделирование - это метод исследования сложных систем, основанный на том, что рассматриваемая система заменяется на модель и проводится исследование модели с целью получения информации об изучаемой системе. Под моделью исследуемой системы понимается некоторая другая система, которая ведет себя с точки зрения целей исследования аналогично поведению системы. Обычно модель проще и доступнее для исследования, чем система, что позволяет упростить ее изучение. Среди различных видов моделирования, применяемых для изучения сложных систем, большая роль отводится имитационному моделированию. Имитационной называется модель, которая воспроизводит все элементарные явления, составляющие функционирования исследуемой системы во времени с сохранением их логической структуры и последовательности. В последнее время большое прикладное значение получила разновидность имитационного моделирования, в которой в качестве модели используется программа, выполняемая на ЭВМ. Эта разновидность имитационного моделирования называется программным моделированием систем.

Под системой понимается выделенное в соответствии с некоторым правилом объединение элементов любого рода, образующих связанное целое. Система не изолирована от окружающего мира. Все, что оказывает воздействие на систему и на что система оказывает воздействие, называется внешней средой. В общем случае состав элементов системы переменный. Одни элементы находятся в системе постоянно, другие - появляются и покидают систему (временные элементы). Все атрибуты элементов и системы в целом можно разделить на два типа: переменные и постоянные. Переменными являются атрибуты, значение которых остается неизменным в рассматриваемом периоде времени [1].

Совокупность конкретных значений всех переменных атрибутов элементов и системы в целом в некоторый момент времени существования системы определяет состояние системы г(/). Системы в соответствии с различными признаками могут быть классифицированы следующим образом:

- динамические-статические;

- дискретные-непрерывные-комбинированные;

- стохастические (вероятностные) - детерминированные.

Система является динамической, если ее состояние меняется с изменением времени, в противном случае система является статической. Если состояние системы, т. е. значение ее атрибутов, изменяется не-

прерывно, то она называется непрерывной системой, а если значения изменяются в дискретные моменты времени, то система называется дискретной. Существуют такие системы, у которых часть атрибутов, описывающих состояние системы, меняется непрерывно, а часть - дискретно. Эти системы называются непрерывно-дискретными, или комбинированными. Система называется стохастической, если при одних и тех же начальных условиях результаты функционирования системы будут различаться, иначе система называется детерминированной [1].

Функционирование системы может рассматриваться и описываться как взаимодействие событий, действий или процессов, происходящих в системе.

Под событием понимается всякое изменение состояния системы под воздействием внешней среды и сложившихся в системе условий. Событие рассматривается как мгновенное изменение состояния системы.

Под действием понимается пребывание элемента системы в некотором состоянии. Переход элемента в данное состояние (начало действия) и выход из этого состояния (окончание действия) определяются условиями, сложившимися в системе. Упорядоченная во времени логически взаимосвязанная последовательность событий, выделенная в соответствии с некоторым признаком, называется процессом. Таким образом, процесс - это более агрегативное понятие, чем событие и действие. Существует множество систем, процессы функционирования в которых могут быть представлены моделями информационных потоков, получившими название систем массового обслуживания (СМО). Это, прежде всего, процессы в технических системах - телефонные сети, радиосвязь и телекоммуникации, вычислительные машины, системы и вычислительные сети. При их анализе наиболее важно определить скорость передачи или обработки информации, оценить пропускную способность, загрузку оборудования и т. д.

При анализе транспортных систем важнейшими задачами являются определение скорости и объема перевозок, сокращение простоев и др. Процессы жизнедеятельности в биологических системах требуют прежде всего определения благоприятных условий жизни, размножения и развития отдельных особей или популяции (колонии, сообщества) в целом. Многие процессы деятельности человека (социальные, экономические, экологические) могут быть представлены моделями типа СМО. И даже обучение, представляемое как усваивание знаний и забывание, также может быть описано такими моделями [2].

Решетневскце чтения

Любая подобная система неизбежно испытывает различного рода возмущения, источниками которых могут быть либо внешние воздействия, обусловленные случайными или систематическими изменениями окружающих условий, либо внутренние флюктуации, возникающие в самой системе в результате взаимодействия элементов. При исследовании эти системы представляются в виде стохастических моделей дискретных процессов (СМДП). Несмотря на успешное развитие и применение методов аналитического моделирования СМДП, основным методом исследования таких систем остается имитационное моделирование на ЭВМ с применением специализированных языков программирования.

За всю историю развития вычислительной техники было создано более 300 языков моделирования дискретных процессов. Одним из первых языков описа-

ния СМДП, появившихся в начале 1960-х гг., был язык блок-диаграмм, предложенный Гордоном, идеи которого оказались настолько плодотворны, что использовались во многих последующих разработках в нашей стране и за рубежом. На основе языка блок-диаграмм в 1970-х гг. был создан и в последующем адаптирован к ПК широко используемый в настоящее время для моделирования большого класса систем язык и система моделирования GPSS (General Purpose Simulation System - система моделирования общего назначения) [2].

Библиографические ссылки

1. Имитационное моделирование на языке GPSS / сост. А. А. Алтаев. Улан-Удэ : Изд-во ВСГТУ, 2001.

2. Бабич О. А. Обработка информации в навигационных комплексах. М. : Машиностроение, 1991.

A. S. Orlenko, M. V. Kovel, M. V. Tupkin Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

FEATURES OF MODELLING OF NAVIGATING SATELLITE SYSTEMS

The authors consider a satellite system as well as a satellite system of functional addition and a land system of functional addition.

© Орленко А. С., Ковель М. В., Тюпкин М. В., 2011

УДК 621.396.932.1

С. В. Сафонов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

АНАЛИЗ МОБИЛЬНОЙ МНОГОПОЗИЦИОННОЙ НАВИГАЦИОННО-ПОСАДОЧНОЙ РАДИОСИСТЕМЫ ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ МЕСТНЫХ АВИАЛИНИЙ

Предложен принцип формирования структуры многопозиционной радиотехнической навигационно-посадочной системы (НПС) для воздушных судов (ВС) местных авиалиний.

Эксплуатационные требования к НПС МВЛ. Технико-экономические аспекты НПС для МВЛ состоят в том, что наземное оборудование должно обладать небольшими массогабаритными характеристиками, легко подготавливаться к работе, не требовать предварительных облетов и, что самое главное, иметь возможность автономной работы, не требовать постоянного обслуживания и быть относительно недорогим. При этом будет проще размещать и эксплуатировать наземное оборудование в требуемых количествах. Дополнительное к штатному бортовое оборудование должно также обладать минимально возможными массогабаритными характеристиками и быть относительно недорогим. Это вытекает из самого назначения ВС МВЛ, количество которых велико.

Принципы построения отечественной НПС МВЛ. В работе [1] показано, что наиболее приемлемым для навигации и посадки ВС МВЛ является совместное использование наземных ненаправленных маяков-

ответчиков и аппаратурно сравнительно упрощенных ретрансляторов, взаимодействующих со штатной бортовой аппаратурой - радиолокаторами или дальномерами - в режиме «запрос-ответ». При этом местоположение ВС в горизонтальной плоскости при навигации и при посадке определяется с помощью бортового вычислительного устройства и радиолокатора или дальномера по ответным сигналам, как минимум, от двух маяков-ответчиков или маяка-ответчика и ретранслятора, расположенных каждый в своем пункте на перпендикуляре к проекции линии заданного пути или продолжению оси взлетно-посадочной полосы (ВПП). В вертикальной плоскости при посадке ВС его местоположение (угол места) определяется либо по информации радиолокационного высотомера, либо с помощью установки дополнительного маяка-ответчика с фиксированным их размещением относительно ВПП [2] (см. рисунок).