МІНІСТЕРСТВО ПРОМИСЛОВОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління

ПОЛЯКОВ Олександр Леонідович

УДК 621.396:629.788

МЕТОД ІДЕНТИФІКАЦІЇ КОСМІЧНИХ ОБЄКТІВ ПО НЕКОНТРОЛЬОВАНОМУ ВИПРОМІНЮВАННЮ ДЛЯ НАВІГАЦІЙНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ УПРАВЛІННЯ КОСМІЧНИМИ АПАРАТАМИ

Спеціальність 20.02.11 – засоби та методи військової навігації

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національній академії Оборони України, Міністерство оборони України (м. Київ), Національному центрі управління та випробувань космічних засобів (м Євпаторія).

Науковий керівник: | кандидат технічних наук,

Моргун Олександр Андрійович,

Центральний науково – дослідний інститут навігації

і управління,

провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти: |

доктор технічних наук, професор

Тупкало Віталій Миколайович

Центральний науково – дослідний інститут навігації

і управління,

провідний науковий співробітник.

|

кандидат технічних наук,

Ставицький Сергій Дмитрович,

Національна академія оборони України,

начальник науково – дослідного відділу проблем

розвитку космічних технологій військового призначення.

Захист відбудеться 02.10.2007р. о 14годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.876.01 у Центральному науково–дослідному інституті навігації і управління за адресою: 04073, м. Київ,
вул. Фрунзе, 160/20.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Центрального науково–дослідного інституту навігації і управління за адресою: 04073, м. Київ, вул. Фрунзе, 160/20.

Автореферат розісланий 01.09.2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К26.876.01 В.П. Гарам

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах форсованого освоєння космічного простору особливого значення набуває завдання балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами (КА). Вирішення цього завдання в значній мірі залежить від якості функціонування системи контролю та аналізу космічної обстановки (СКАКО) і, перш за все, від оперативності виявлення та ідентифікації космічних об’єктів (КО). Тому одним з пріоритетних напрямків розвитку космічної галузі держави є створення і функціонування СКАКО.

Якість функціонування СКАКО визначається здатністю виконувати завдання за призначенням із заданою точністю на певному часовому інтервалі. Основний вплив на якість системи надає: склад і розгалуженість засобів контролю космічного простору (ККП), величина зони контролю, повнота і час контролю, і особливо - оперативність виявлення і ідентифікації космічних об'єктів. Тому тема дисертаційної роботи актуальна.

При цьому під ідентифікацією розуміється – процес, що встановлює відповідність розпізнаваного космічного об'єкту своєму зразку (даним про цей об'єкт, наявним в центрі контролю і аналізу космічної обстановки).

У працях відомих учених і фахівців Александровського Н.М., Догамовського С.А., Краськевіча В.Е., Сильвестрова А.Н., Варфоломєєва В.А., Райбмана Н.С., Коллінза П.Л., Пердревілле Ф.А., Ределя В.І. і інших достатньо детально досліджені і вивчені питання ідентифікації КО на основі вимірювання поточних навігаційних параметрів, тобто координатним способом.

У роботах Белебського В.В., Багрова А.В., Смірнова М.А., Ардашова А.Ю., Дородніцина О.А., Рихлова Р.В. описані методи ідентифікації на основі оптичних спостережень.

Такий підхід до рішення задачі ідентифікації є традиційним і має на увазі наявність досить розгалуженої мережі вимірювальних засобів.

Проте системи радіолокації, здійснюють контроль космічного простору в певних фіксованих секторах, а використання оптичних засобів обмежено метеорологічними і астрономічними умовами спостереження. Це приводить до утворення неконтрольованих ділянок (так званих “дірок”) в зоні контролю і тривалих періодів неконтрольованого польоту КО, а, отже, знижує оперативність їх виявлення і ідентифікації.

Тому побудова системи контролю і аналізу космічної обстановки на основі традиційних методів ідентифікації в умовах існуючої високої щільності розподілу космічних об'єктів на навколоземних орбітах не дозволяє забезпечити ідентифікацію всіх об'єктів, що знаходяться в зоні видимості наземних систем.

Тим більше при контролі за КО, що змінюють орбіти свого положення, ідентифікація ускладнюється, а у ряді критично важливих випадків стає неможливою.

Виходячи з цього, виникає необхідність розробки і впровадження нових методів і алгоритмів ідентифікації КО на базі вже існуючих радіотехнічних систем наземного автоматизованого комплексу управління (НАКУ) КА. Зокрема на базі радіотехнічних систем з повноповоротними антенними пристроями.

В цьому випадку доцільно для вирішення завдання ідентифікації використовувати сигнали неконтрольованих випромінювань (НКВ) бортової апаратури (БА) КА, зокрема сигнали задаючих генераторів (ЗГ). Такий метод дозволить при мінімальних витратах підвищити оперативність виявлення та ідентифікації космічних об'єктів системою контролю і аналізу космічної обстановки, а, отже поліпшити якість балістико-навігаційного забезпечення управління КА.

Проте, оцінка параметрів корельованої складової процесу нестабільності ЗГ бортової апаратури (БА), як ідентифікуючого чинника вимагає додаткових теоретичних обґрунтувань, прикладних і експериментальних досліджень.

Таким чином, необхідно вирішити актуальне наукове завдання, пов'язане з розробкою науково-технічних пропозицій по підвищенню якості балістико-навігаційного забезпечення управління КА за рахунок застосування розробленого методу ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню бортової апаратури в системі контролю та аналізу космічної обстановки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Результати дисертаційних досліджень безпосередньо пов'язані з програмами і планами науково-дослідних робіт, проведених у Національному центрі управління та випробувань космічних засобів Національного космічного агентства України і виконувались автором у науково-дослідних і дослідно-конструкторських роботах у межах Національної (Загальнодержавної) космічної програми при розробці технічних завдань, програм і методик випробувань наземних комплексів управління за темами “Січ-1”, “Інтербол”, “Марс-96”, розробці пропозицій по створенню і модернізації РТС за темами “Модернізація”, “Центр”, “Управління”, пропозицій по складу наземних комплексів управління і режимах функціонування КА військового призначення за темами Міністерства оборони “Сузір'я”, “Екліптика”, “Спостереження” і підтверджено отриманими актами реалізацій.

Мета і завдання дослідження.

Мета роботи полягає в розробці методу ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню бортової апаратури системою контролю і аналізу космічної обстановки для підвищення якості балістико–навігаційного забезпечення управління КА.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі сформульовані та вирішені наступні наукові завдання:

- проведено аналіз особливостей побудови СКАКО і визначити шляхи підвищення показників якості її функціонування;

- розроблено алгоритми рішення задачі класифікації космічних об'єктів по неконтрольованим випромінюванням БА КА;

- розроблено метод ідентифікації КО по НКВ БА для підвищення якості балістико-навігаційного забезпечення управління КА.

- проведено теоретичну і експериментальну оцінку отриманих результатів.

Об'єкт дослідження – процес прийому і обробки неконтрольованого випромінювання бортової апаратури КО.

Предмет дослідження – підвищення показників якості балістико-навигаційного забезпечення управління КА.

Методи досліджень – теоретичною базою, для вирішення сформульованого наукового завдання з'явилася теорія статистичної радіотехніки, а також методи обробки сигналів в нелінійних пристроях. При рішенні задач використовувався апарат теорії вірогідності, функціональний метод моделей ідентифікації дослідження нелінійних процесів в радіотехнічних пристроях. Для дослідження і обліку впливу нелінійних процесів на характеристики системи виявлення сигналу був вибраний математичний апарат функціональних рядів Вольтерра. Разом з теоретичними методами в дисертаційній роботі використовувалися і експериментальні методи досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Обґрунтована доцільність ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованим випромінюванням бортової апаратури радіотехнічними системами наземного автоматизованого комплексу управління КА.

2. Одержав подальший розвиток метод ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню БА, з використанням метода найменших квадратів з динамічною фільтрацією на “ковзаючому вікні” з подальшим розпізнаванням по методу найближчого сусіда в спеціально підібраній імовірнісній метриці Кульбака–Лейбнера оцінних характеристик середньочастотної складової відхилення несучої частоти задаючого генератора бортової апаратури КО.

3. Розроблено алгоритм підвищення показників якості балістико-навігаційного забезпечення управління КА на основі застосування в СКАКО методу ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню БА.

4. Запропонований і вдосконалений науково-методичний апарат досліджень основних напрямків розширення функціональних можливостей радіотехнічних систем наземного автоматизованого комплексу управління космічними апаратами для вирішення задач ідентифікації КО.

Практична значення отриманих результатів.

1. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні і модернізації радіотехнічних систем НАКУ КА для ідентифікації космічних об'єктів в системі контролю і аналізу космічної обстановки та балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами.

2. Обґрунтовані вимоги до технічних характеристик пристроїв прийому і обробки сигналів неконтрольованого випромінювання бортових радіотехнічних комплексів космічних апаратів.

3. Розроблений метод ідентифікації космічних об'єктів дозволяє скоротити час визначення типу космічного апарату з декількох діб до одиниць годин, що істотно підвищує показники оперативності функціонування системи контролю і аналізу космічної обстановки.

4. Отримані результати дозволяють підвищити показники якості балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами на 15%.

Достовірність результатів.

Достовірність отриманих результатів дисертаційних досліджень підтверджується використанням відомих положень статистичної теорії радіотехнічних систем, теорії інформації, теорії нелінійних процесів, а також відповідністю отриманих результатів результатам експериментальних досліджень.

Особистий внесок здобувача.

Основні положення дисертаційної роботи відображені в 6 опублікованих спільних роботах у збірниках наукових праць, які входять в перелік видань, що дозволені ВАК України для публікації результатів досліджень по технічним наукам: [1] - досліджені основні показники якості функціонування системи контролю і аналізу космічної обстановки і визначені шляхи його підвищення; [2]- проведений аналіз рішення задачі контролю і аналізу космічної обстановки по вимірюваннях оптико-електронних засобів і обгрунтований метод планування сеансів вимірювань для підвищення якості роботи СКАКО; [3] - проведений аналіз особливостей застосування цифрових знакових корелометрів в радіотехнічних системах НАКУ КА для вирішення завдань ідентифікації; [4] - обгрунтована технічна реалізація наземних радіотехнічних систем вирішення завдань ідентифікації шляхом прийому і обробки неконтрольованого випромінювання (НКВ) бортової апаратури КА; [5] – принцип побудови математичні моделі неконтрольованих випромінювань бортової апаратури космічних апаратів та їх застосовність для параметричної ідентифікації; [6] - розроблений алгоритм ідентифікації космічних об’єктів по НКВ бортової апаратури.

Апробація результатів дисертації.

Отримані результати досліджень в ході виконання дисертаційної роботи докладалися на міжнародних і міжвідомчих науково-технічних конференціях і семінарах:

- 5-й Українській конференції з космічних досліджень (Євпаторія, НЦУИ КС, 2005г.);

-VІІІ Міжнародній молодіжній науково-практичної конференції “Людина і Космос” ракетно-космічна техніка. (Дніпропетровськ, НЦАОМУ, 2005г.);

- Міжнародній науково-практичній конференції “Університетські мікросупутники – перспективи і реальність” (Дніпропетровськ, НЦАОМУ, 2006г.);

- 3-ій науковій конференції Харківського університету Повітряних Сил ім. І. Кожедуба (Харків, ХУПС ім. І. Кожедуба, 2007р.)

- ІХ Міжнародній молодіжній науково-практичній конференції “Людина і Космос” (Дніпропетровськ, НЦАОМУ ім. О.М. Макарова, 2007р. ).

- Міжнародній науковій конференції “Інтелектуальні системи прийняття рішень та прикладні аспекти інформаційних технологій”, (Євпаторія, АР Крим, 2007р.)

Публікації.

Основні результати досліджень опубліковані в 6 статтях, 6 тезах доповідей міжнародних конференцій і семінарів і в 9 звітах про НДДКР.

Структура та обсяг дисертації.

Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, списку літератури та додатків. Загальний обсяг дисертації становить 166 сторінки машинописного тексту, у тому числі 30 рисунків на 16 сторінках,
2 таблиць на 1 сторінки, список використаної літератури 116 найменувань на 12 сторінках, 4 додатка на 8 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У введенні розкривається актуальність теми дисертації, зв'язок роботи з науковими програмами та планами організацій, поставлені цілі та окремі наукові завдання досліджень, наукова новизна й практична значимість отриманих результатів. Показано публікації результатів дисертації, їхня реалізація та апробація, а також особистий внесок здобувача.

У першому розділі роботи на підставі огляду літератури проведене аналіз недоліків відомих методів підвищення якості ідентифікації КА із застосуванням РТС наземного комплексу управління.

Проведено аналіз систем ідентифікації, що дозволить підвищити інформативність одержуваної інформації. Проведено аналіз існуючих технічних систем для використання антенних пристроїв для задач ідентифікації КА. Також показано, що для підвищення якості рішення задачі аналізу космічної обстановки необхідно досліджувати особливості функціонування існуючих систем контролю космічного простору і їхнього застосування для балістико - навігаційного забезпечення управління КА.

Проведено оцінку застосовності відомих принципів реалізації наземних РТС для задач управління й ідентифікації КА.

Показано недоліки традиційного науково-методичного апарата для аналізу ідентифікації КА РТС управління. За результатами проведеного дослідження проводиться аргументована постановка загального й конкретного завдань для досягнення мети роботи.

В другому розділі на основі проведених у першому розділі досліджень проводиться аналіз характеристик нестабільності частоти генераторів, що задають, способів оцінки нестабільності й ознак джерел нестабільності. Після проведення аналізу визначили за допомогою виміру яких параметрів краще проводити ідентифікацію по НКВ.

У якості показників, що ідентифікуються, використаємо постійно функціонуючі блоки бортових апаратур (БА) КА, вибравши їхніми характеристиками неконтрольовані випромінювання (НКВ), що проникають крізь антенні системи. Зокрема, як такі блоки можуть використовуватися гетеродинами й генераторами, що задають, прийомного тракту РТС КА.

Проведення ідентифікації космічних апаратів по НКВ гетеродинів прийомного тракту й генераторів, що задають, має на увазі вимір характеру зміни параметрів коливань гетеродинів і виділяє ознаки, що відрізняють коливання одного генератора від іншого.

Проведено аналіз характеристик нестабільності частоти НКВ. ЗГ КА забезпечує формування коливань, які після множення є опорними для гетеродинів прийомного тракту, нестабільність визначається величиною

, (1)

де - зміна частоти генератора;

- номінальне значення частоти;

- інтервал часу між моментами виміру частоти;

- номер інтервалу усереднення частоти.

Розроблено математичні моделі процесів нестабільності для рішення задачі підвищення стабільності опорних генераторів за допомогою прогнозування відхилень частоти від номіналу й формування керуючих впливів, що компенсують ці відхилення.

Отримано залежність середньоквадратичного відхилення нестабільності частоти від часу усереднення (див. рис. 1).

Рис. 1. Результати вимірів значень потужності

складових нестабільності

Розроблено схему формування сигналу нестабільності частоти опорного сигналу (див. рис. 2.).

Рис. 2. Функціональна схема формувача сигналу нестабільності частоти опорного генератора

Розроблено алгоритми ідентифікації на основі динамічних моделей у вигляді рекурентних співвідношень як для критерію максимуму правдоподібності, так і для критерію максимуму апостеріорної ймовірності розподілу оцінюваного параметра.

Тому в третьому розділі розроблені принципи обробки сигналів НКВ, що дозволяють виконати “нормалізацію” впливів, що заважають, здійснювати функціональне перетворення в аналого-цифрових алгоритмах і виконувати фазову обробку сигналів на виході частотно-виборчих ланцюгів на основі точок перетинання нульового рівня.

Розроблено алгоритм ідентифікації - оцінювання процесів нестабільності частоти генераторів, що задають, КА.

Розглянемо динамічну систему з дискретним часом, що описується рівняннями стану

;

(2)

і рівняннями спостереження

;

, (3)

де - перехідна матриця;

k - змінна, що позначає номер кроку фільтрації.

Проведено оцінку параметрів авторегресійних моделей на тлі адитивного шуму вимірів.

Розроблено функціональну схему перетворювача. Відмінність такого перетворювача від звичайно застосованого полягає в тому, що звичайне перетворення пов'язане з виміром аргументу й наступним однократним приписуванням відповідного значення функції х. У цьому випадку значення цієї функції формується як результат усереднення приватних перетворень із відносно більшим дискретом відліку аргументу х.

Проведено аналіз погрішності функціонального перетворення.

Розглянемо оптимальний алгоритм фільтрації сигналу стосовно до складеного сигналу НКВ, що представляє собою дискретно-кодовану послідовність імпульсів, кожний з яких є сигнал з великою базою. Такі сигнали широко застосовуються на практиці й дозволяють одержати більшу базу сигналу як за рахунок збільшення числа імпульсів, так і за рахунок збільшення бази окремого сигналу.

Розроблено функціональну схему обробки сигналу аналого-цифровим фільтром, де вхідний сигнал після обробки аналоговим фільтром піддається перетворенню в дискретну форму в перетворювачі “аналог-цифра” і далі надходить на вхід цифрового фільтра. Становить інтерес питання узгодження аналогової й дискретної частин алгоритму обробки сигналів НКВ. В якості согласуючого елемента доцільно розглядати двосторонній обмежник. При цьому виконання операцій двостороннього обмеження зв’язано з одержанням фазової помилки.

Розроблено пропозиції щодо зменшення такої помилки, й проведено аналіз впливу цієї помилки на ефективність обробки сигналів НКВ.

Проведено аналіз практичної розробки програмно-технічного комплексу обробки сигналу НКВ, що дозволяє одержати залежності ймовірності помилки обробки сигналів НКВ від відношення сигнал-шум h на вході комплексу. При цьому встановлено, що:

- При малих значеннях h на вході ЦСФ ЕОМ асиметрія динамічної характеристики диодного обмежника практично не позначається на ймовірності помилки. При більших відношеннях сигнал-шум зазначена асиметрія приводить до додаткових втрат у завадостійкості. У тому випадку, коли Авх/UП1,2>>1, граничний обмежник вносить менше втрат, ніж неграничний. Отже, граничний обмежник кращий при обробці сигналів НКВ;

- Якщо величина Авх порівняна з UП1,2, асиметрія граничного обмежника сильніше впливає на завадостійкість, чим асиметрія неграничного; крім того, у цьому випадку програш у відношенні Рс/Рп у порівнянні з лінійним погодженим фільтром досить значний. Так, наприклад, завадостійкість неграничного обмежника нижче завадостійкості фільтрації маніпульованого по амплітуді сигналу, а завадостійкість погодженого фільтра із граничним обмежником збігається із завадостійкістю прийому зазначеного маніпульованого по амплітуді сигналу. Граничний симетричний обмежник вносить мінімальні енергетичні втрати, що не залежать від амплітуди вхідного сигналу, отже є оптимальним з погляду максимізації відношення сигнал-шум на вході ЦСФ ЕОМ. Розроблено метод ідентифікації космічних апаратів по неконтрольованому випромінюванню бортової апаратури (див. рис.3).

Для ідентифікації космічних об'єктів використовується контроль випромінювань БА, а саме частоти коливань генераторів, що задають. Проведення ідентифікації КА по НКВ гетеродинів прийомного тракту має на увазі аналіз характеру зміни параметрів коливань гетеродинів і виділення ознак, що відрізняють коливання одного генератора від іншого.

В умовах малопунктної мережі вимірювальних засобів збільшення кількості КО приводить до того, що високоточних відомостей про параметри орбіт недостатньо для виконання завдань контролю і аналізу космічної обстановки.

Для рішення задачи пропонується використати спектральне визначення нестабільностей, при яких розглядається розподіл щільностей потужності фази або частоти сигналу генератора.

Рис. 3 Метод ідентифікації КА по НКВ БА

На основі експериментально отриманого процесу нестабільності генератора обчисляємо його кореляційну функцію. По кореляційній функції отримаємо спектральну густину середньої потужності процесу нестабільності, що співпадає з точністю до постійних коефіцієнтів з квадратом модуля коефіцієнта передачі формуючого чотириполюсника. Динамічна модель представляє собою в даному випадку опис походження білого гауссова шуму через формуючий чотириполюсник за допомогою системи диференціальних рівнянь першого порядку. Системою таких рівнянь можна описати всякий процес з раціональним спектром, що наближається до нуля на високих частотах.

Метод ідентифікації на основі динамічних моделей розроблено у вигляді рекурентних співвідношень, як для критерію максимуму правдоподібності, так і для критерію максимуму апостеріорної ймовірності розподілу оцінюваного параметра. Даний метод доцільно використовувати для контролю космічного простору в умовах малопунктної мережі вимірювальних засобів з метою підвищення вірогідності аналітичної інформації про КА, а також у випадках виявлення та взяття на супровід некаталогізованих об'єктів.

У четвертому розділі представлені результати експериментальних досліджень. Метою проведених практичних досліджень було підтвердження теоретичних положень, викладених у третьому розділі роботи, а також розроблених науково-технічних пропозицій по розробці методу ідентифікації космічних апаратів по неконтрольованому випромінюванню бортової апаратури.

У роботі проведена теоретична та експериментальна оцінка розроблених науково-технічних рекомендацій.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

В роботі відповідно до поставленої мети на основі теоретичних і експериментальних досліджень вирішена важлива науково-технічна задача, пов’язана з теоретичним обґрунтуванням і розробкою методу ідентифікації КО на основі прийому та обробки неконтрольованого випромінювання. Результати, отримані в даній дисертаційній роботі, носять самостійне значення та можуть бути використані як для модернізації, так і при створенні перспективних космічних систем контролю та аналізу космічної обстановки.

У процесі теоретичних і експериментальних досліджень у дисертаційній роботі отримані такі наукові та практичні результати:

Принципи побудови комплексу ідентифікації КА, яка реалізує метод і алгоритми обробки сигналів неконтрольованих випромінювань бортової апаратури, які забезпечують підвищення вірогідності і оперативності визначення та навігації КА;

Введені до практики інформаційних систем НАКУ КА сигнали неконтрольованих випромінювань бортової апаратури для одержання траєкторної та ідентифікаційної інформації про КА:

- розроблені математичні моделі ідентифікації та реалізуючі їх алгоритми оцінювання параметрів сильнокорельованої складової процесу нестабільності частоти ЗГ БА, які реалізують метод найменших квадратів і динамічної фільтрації на “ ковзному вікні”;

- визначені напрямки застосування сигналів НКВ для функціонування траєкторних систем і комплексів контролю та аналізу космічної обстановки.

Проведені розрахунки, проектування, виготовлення вузлів і блоків наземного РТК управління та ідентифікації КА на основі існуючих у НАКУ КА комплексів і експериментально були здійснені перевірки працездатності комплексу ідентифікації КА, та можливості використання сигналів неконтрольованих випромінювань бортової апаратури для одержання траєкторної й ідентифікаційної інформації про КА. Експериментально доведена можливість побудови наземного РТК однопунктного управління та ідентифікації КА середнього і далекого космосу на базі існуючих апаратно-програмних технологій.

Основні результати роботи реалізовані ведучими в Україні організаціями та підприємствами космічної галузі.

У процесі виконання дисертаційних досліджень у роботі основними науковими результатами є:

1. Обґрунтована доцільність ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованим випромінюванням бортової апаратури радіотехнічними системами наземного автоматизованого комплексу управління КА.

2. Одержав подальший розвиток метод ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню БА, з використанням метода найменших квадратів з динамічною фільтрацією на “ковзаючому вікні” з подальшим розпізнаванням по методу найближчого сусіда в спеціально підібраній імовірнісній метриці Кульбака–Лейбнера оцінних характеристик середньочастотної складової відхилення несучої частоти задаючого генератора бортової апаратури КО.

3. Розроблено алгоритм підвищення показників якості балістико-навігаційного забезпечення управління КА на основі застосування в СКАКО методу ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню БА.

4. Запропонований і вдосконалений науково-методичний апарат досліджень основних напрямків розширення функціональних можливостей радіотехнічних систем наземного автоматизованого комплексу управління космічними апаратами для вирішення задач ідентифікації КО.

Практичне значення проведених досліджень полягає в наступному:

1. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні і модернізації радіотехнічних систем НАКУ КА для ідентифікації космічних об'єктів в системі контролю і аналізу космічної обстановки та балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами.

2. Обґрунтовані вимоги до технічних характеристик пристроїв прийому і обробки сигналів неконтрольованого випромінювання бортових радіотехнічних комплексів космічних апаратів.

3. Розроблений метод ідентифікації космічних об'єктів дозволяє скоротити час визначення типу космічного апарату з декількох діб до одиниць годин, що істотно підвищує показники оперативності функціонування системи контролю і аналізу космічної обстановки.

4. Отримані результати дозволяють підвищити показники якості балістико-навігаційного забезпечення управління космічними апаратами на 15%.

Достовірність отриманих наукових і практичних результатів дисертаційних досліджень підтверджується відсутністю протиріч відомим положенням теорій нелінійних радіопристроїв, а також відповідності отриманих даних з результатами експериментальної перевірки в реальних РТС НАКУ КА. Так у ході натурних експериментів на радіотехнічному комплексі “Квант-Д” був перевірений метод ідентифікації космічних об’єктів по неконтрольованому випромінюванню для навігаційного забезпечення управління космічними апаратами. Це дозволило підвищить показники оперативності функціонування СКАКО.

Основні наукові положення роботи реалізовані в:

- Центрі управління польотами КА НКАУ;

- Центрі контролю космічного простору НКАУ;

- Військової частини К1401;

- Об’єднаному науково-дослідному інституті Збройних сил України.

У ході виконання дисертаційних досліджень, отримані наукові положення доповідалися та пройшли кваліфікаційну апробацію на 6 науково-технічних конференціях. Основні результати опубліковані в 6 статтях. Матеріали роботи використовувалися в 9 НДДКР.

Результати дисертації можуть бути використані при проектуванні та модернізації радіотехнічних систем та комплексів управління космічними апаратами Національного центра управління та випробувань космічних засобів Національного космічного агентства України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Поляков А.Л., Рачинський А.П., Ломоносов С.Е., Моргун А.А. Аналіз можливостей підвищення ефективності системи контролю і аналізу космічної обстановки для навігаційного забезпечення управління космічними апаратами. // Системи навігації, управління і зв'язку. – Київ: ЦНДИ навігація і управління. –2007.-Вып.1- С.7-11

2. Козелков С.В., Богдановський А.Н., Пашков Д.П., Поляків А.Л. Метод планирования наблюдения космических объектов оптико-электронными средствами. // Системи навігації, управління і зв'язку. – Київ: ЦНДИ навігація і управління. –2007.-Вып.2- С.3-6/

3. Поляков О.Л., Юсов В.В., Фриз С.П., Рачинський О.П. Аналіз особливостей| застосування коррелометрів при ідентифікації космічних апаратів в умовах радіоперешкод // Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем: Збірник наукових. – Житомир: ЖВІРЕ, 2007. Вип. 11. – С. 162-169

4. Рачинський К.О., Рачинський О.П., Поляков О.Л. Побудова цифрового знакового корелометра наземних радіотехнічних систем управління і ідентифікації космічних апаратів. // Збірник наукових праць.-Севастополь: СВМІ ім. П.С. Нахімова, 2007. Вип.1(11) - С. 101-110

5. Козелков С. В., Богдановский А.П., Поляков А.Л., Рачинский А.П. Математическая модель идентификации космических объектов по неконтролируемому излучению бортовой аппаратуры. Збірник наукових праць.- Харків: ХУПС ім. І. Кожедуба, 2007. Вип.4(62) – С. 51-55.

6. Поляков О.Л., Богдановський О.М., Моргун О.О. Алгоритм ідентифікації космічних апаратів по неконтрольованих випромінюваннях бортової апаратури // Системи озброєння і військова техніка. – 2007. – Вип.2(10). – С.18-20.

АНОТАЦІЯ

Поляков О.Л. Метод ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню для навігаційного забезпечення управління космічними апаратами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 20.02.11 – засоби і методи військової навігації – “Центральний науково-дослідний інститут навігації і управління”. - Київ, Україна, 2007.

Робота присвячена розробці методу ідентифікації космічних об’єктів по неконтрольованому випромінюванню для навігаційного забезпечення управління космічними апаратами на основі застосування існуючих радіотехнічних систем наземного комплексу керування космічними апаратами при урахуванні сигналів паразитного випромінювання постійно діючих блоків бортових апаратур КА.

У дисертації розроблено метод ідентифікації космічних об'єктів по неконтрольованому випромінюванню на основі: –

методики прийому сигналів неконтрольованого паразитного випромінювання постійно діючих блоків бортових апаратур КА;–

розроблених математичних моделей ідентифікуючих процесів бортових апаратур КА;–

оптимального алгоритму обробки сигналів неконтрольованого випромінювання для ідентифікації КА.

Ключові слова: антенний пристрій, система ідентифікації, точність наведення, методика, алгоритм, якість функціонування, адаптація.

АННОТАЦИЯ

Поляков А.Л. Метод идентификации космических объектов по неконтролируемому излучению для навигационного обеспечения управления космическими аппаратами. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 20.02.11 – средства и методи военной навигации- “Центральний научно-исследовательский институт навигации и управления”. – Киев, Украина, 2007.

Работа посвящена разработке метода идентификации космических объектов по неконтролируемому излучению для навигационного обеспечения управления космическими аппаратами на основе использования существующих радиотехнических систем наземного комплекса управления космическими аппаратами с использованием сигналов паразитного излучения постоянно действующих блоков бортовой аппаратуры КА.

В диссертации проведен анализ недостатков известных методов повышения качества идентификации КА при использовании РТС наземного комплекса управления.

Также показано, что для повышения качества решения задачи анализа космической обстановки необходимо исследовать особенности функционирования существующих систем контроля космического пространства их применения для баллистико-навигационного обеспечения управления КА.

Разработаны алгоритмы идентификации на основе динамических моделей в виде рекуррентных соотношений как для критерия максимума правдоподобия, так и для критерия максимума апостериорной вероятности распределения оцениваемого параметра.

В диссертации разработан метод идентификации космических объектов по неконтролируемому излучению на основе: –

методики приема сигналов неконтролируемого паразитного излучения постоянно действующих блоков бортовой аппаратуры КА;–

разработанных математических моделей идентифицирующих процессов бортовой аппаратуры КА;–

оптимального алгоритма обработки сигналов неконтролируемого излучения для идентификации КА.

Выполнены экспериментальные исследования разработанного метода идентификации космических объектов. Полученные экспериментальные результаты достаточно хорошо согласуются с расчетами и подтверждают эффективность предложенного метода, что обеспечивает повышение качества функционирования системы контроля космического.

Результаты диссертационной работы представляется целесообразным применить при разработке и модернизации РТС в радиолиниях управления космическими аппаратами.

Ключевые слова: антенное устройство, система идентификации, точность наведения, методика, алгоритм, качество функционирование, адаптация.

ANNOTATION

Polyakov A.L. Space object identification method based on the uncontrolled emission for navigation supplement of spacecraft control. – Manuscript.

It is a Ph.D.Thesis, specialty 20.02.14 – Weapons and military technique. – Scientific Research Institute of navigation, Kyev Ukraine, 2007.

The thesis is devoted to development of the space object identification method based on the uncontrolled emission for navigation supplement of spacecraft control based on the use of the current radio engineering systems of the on-ground spacecraft control complex considering the signals of the incidental emission of the continuously operating blocks of the on-board spacecraft instrumentation.

The developed method of space object identification based on the uncontrolled emission is based on

· The method of the reception of signals of the incidental emission of the continuously operating blocks of the on-board spacecraft instrumentation;

· The developed mathematical models of the identification processes of the on-board spacecraft equipment;

· The optimal algorithm of processing of signals of the uncontrolled emission for spacecraft identification.

Key words: antenna device, identification system, pointing accuracy, method, algorithm, operation quality, adaptation.