Content uploaded by Andrey Gubskiy
Author content
All content in this area was uploaded by Andrey Gubskiy on Jun 26, 2023
Content may be subject to copyright.
28
Восточно-Европейский журнал передовых технологий 6/9 ( 54 ) 2011
Запропоновано метод мінімізації випадкових похи-
бок позиціонування шляхом уведення додаткових дже-
рел. Запропоновано алгоритм обчислення координат
споживача шляхом обчислення центра мас тіла невиз-
наченості, яке утворюється в результаті накладання
результатів вимірювань застосованих джерел
Ключові слова: ГНС, позиціонування, похибки, алго-
ритм, надлишковість
Предложен метод минимизации случайных погреш-
ностей позиционирования путём внедрения избыточных
источников. Предложен алгоритм вычисления коор-
динат потребителя путём вычисления центра масс
тела неопределённости, образующегося при наложении
результатов использованных источников
Ключевые слова: ГНС, позиционирование, погрешно-
сти, алгоритм, избыточность
The method of random errors minimization by positioni-
ng navigation system redundancy sources is proposed. The
algorythm for estimation of consumer’s coordinates through
the uncertainity body mass center calculation, producing by
adding of used sources is proposed
Keywords: GPS, positioning, errors, algorithm, redund-
ancy
УДК 528.7
МЕТОД МІНІМІЗАЦІЇ
ПОХИБОК
ПОЗИЦІОНУВАННЯ
ШЛЯХОМ
НАДЛИШКОВОСТІ
ДЖЕРЕЛ
НАВІГАЦІЙНОЇ
СИСТЕМИ
А.М. Губський
Аспірант
Національний технічний університет України
”Київський політехнічний інститут”
пр. Перемоги, 37, м. Київ, 03056
Контактний тел.: 067-761-15-03
Постановка проблеми
За раз с истеми глобального позиціо нува ння,
типу ГЛОНАСС, NAVSTAR, GPS, стрімко розпов-
сюджуються в найрізноманітн іших га луз ях діяль-
ност і людини: на т ранспорті, будівницт ві, пош уку
корисних копа лин, військовій справі, екології, тощо.
Але водночас різко зростают ь ви моги до точності та
достовірності позиціон ування кожног о споживача.
Прот е нинішній рівень точност і по зиціон ува ння
обмежений сукуп ністю чинни ків, які є джерелами
різноманітних похибок. Очеви дно, що підвищення
точності системи глоба льного позиціонування обі-
цяє су ттєво під вищ ити економічну ефект ивн ість
та (або) безпеку ді яльності людини в усіх га луз ях
застосу вання. Дан а стаття присвячена пошу ку мож-
ливих шляхів зменшення похибок гло бальної на-
вігаційної системи.
Аналіз останніх досліджень і публікацій
Глобальна навігаційна система (ГНС) являє со-
бою систему різнорідних компонентів, наземних та
космічних, які діють в приниципово відмінних фі-
зичних умовах, що, в свою чергу, викликає похибки
різного характеру та походження. Особливістю наві-
гаційної системи є те, що споживач інформації, тобто
об’єкт позиціонування, сам є активним елементом
системи - і, водночас, окремим джерелом похибок. Ти-
повий склад глобальної навігаційної системи вклю-
чає орбіта льне угруповання навігаційних супутників
(сузір’я), мережу наземних радіо-, радіолокаційних
та оптико-локаційних (лазерних) станцій, а також
навігаційне обладнання споживача (інерціально-на-
вігаційна система (ІНС), радіоприймач/передавач,
тощо). Аналіз фахової літератури вказує, що найсут-
тєвіші джерела похибок навігаційної системи можуть
бути зведені в такі групи [1-8]:
а) експлуатаційні похибки. Перерви в зв’язку з
окремими навігаційними супутниками або наземни-
ми станціями (внаслідок маневрування споживача,
рельєфу місцевості, виходу супутника за горизонт,
радіоперешкод, магнітних бу рь, режиму радіомов-
чання, тощо); викривлення шляху ра діохвиль в ат-
мосфері з-за хмарності, опадів, аерозолей, тощо; зміна
положення супутника при його русі по орбіті в про-
цесі вимірювань;
б) інструментальні похибки. Похибки ІНС спожи-
вача; відхилення окремих супутників сузір’я від за-
даної орбіти; розузгодження частоти та фази сигналу
між окремими спутниками; несинхронність коливань
генераторів супутника та споживача, різниця їх фаз,
відмінність частот від номіналу; вплив доплерівського
зсуву частоти радіосигналу внаслідок руху супутника;
в) похибки методу обчислень. Переважно це по-
хибки, викликані невірною компенсацією величин
експлуатаційних та інструментальних похибок при
обчисленні результату;
г) інші джерела похибок. Перш за все, це навмисне
внесення похибок державами - власницями відповід-
них ГНС, з міркувань безпеки, військових, тощо.
Ясно, що для нейтралізації перелічених джерел
похибок потрібен комплекс різнорідних заходів. Ціл-
ком очевидно, що більшість джерел експлуатаційних
похибок важко усунути. Викликані ними похибки,
переважно, носять випадковий характер і їх компенса-
ція викликає серйозні труднощі (похибка, викликана
29
Информационно-управляющие системы
орбіта льним рухом супутника, має систематичний
характер і може бути компенсована при обчисленні
кінцевого результату);
Нейтра лізація джерел інструментальних похибок
вимагає технічного вдосконалення ГНС в цілому та
усіх її компонентів, а також значних фінансових ви-
трат. У [10] стверджуэться, що, в окремих випадках,
для збільшення точності вимірювального пристрою
на один порядок викликає збільшення його вартості
на один, або навіть кілька порядків. Для ГНС точних
даних про кореляцію між точністю та вартістю систе-
ми не знайдено. Але очевидно, що технічне переосна-
щення ГНС більш точними вимірювальними пристро-
ями фактично вимагає повної заміни всього сузір’я
навігаційних супутників - і, можливо, навігаційних
пристроїв споживачів - з відповідними фінансовими
витрата ми. Отже, найбільш раціональним ш ляхом
підвищення точності ГНС без надлишкових фінансо-
вих витрат видається вдосконалення методу позиціо-
нування.
У [11] наводиться один з таких методів - а саме
метод “псевдодальностей”. Метод полягає у компен-
сації випадкової похибки з невідомою величиною і
знаком, викликаної розузгодженням між годинником
споживача та годинниками супутникового сузір’я.
Внаслідок такого розузгодження, виміряні відстані
виявляються хибними (які названі “псевдода льно-
стями”), що й викликає похибку у визначенні коор-
динат споживача. Суть методу грунтується на тому,
що різниця між істинною та виміряною да льностями
є пропорційною до розбіжності шкал часу супутника
та приймача споживача. Якщо відлік по усіх кана-
лах даного приймача, що приймає сигнали від усіх
супутників, здійснюється одночасно, то різниця між
псевдодальністю та істинною да льністю до будь-яко-
го супутника буде однаковою. І ця різниця може бути
вик лючена після уведення її в якості додаткового
невідомого у рівняння визначення місцеположення.
Отже якщо необхідно виміряти три координати спо-
живача, вимагається чотири джерела - тобто чотири
навігаційних супутники. Але очевидно, що в методі
“псевдодальностей” інші джерела похибок - як єк-
сплуататційні, так й інструментальні - виявляються
незкомпенсованими, і для їх усунення вимагаються
додаткові заходи.
Формування цілей статті (постановка завдання)
Метою даної статті є визначення шляхів удоскона-
лення методу позиціонування, який дозволить ком-
пенсувати або усунути джерела похибок позиціону-
вання, які не враховані існуючими методами
Виклад основного матеріалу
Для усунення похибок, які неможливо, компен-
сувати існуючими методами, пропонується розвиток
відомого методу “псевдодальностей” шляхом уведення
надлишковості вимірювань. Надлишковість вимірю-
вань означає наявість додаткових джерел вимірювань
понад кількість, необхідну для визначення заданої
кількості координат.
Відомо, що кі лькість вимірюва нь в загальному
випадку повинна дорівнювати кількості параметрів,
які мають бути визначені. У вищезгаданому випадку
кількість параметрів споживача, що вимірюється, до-
рівнює 4. Тобто це (x, y, z, D’), де (x, y, z) – координати
споживача в земній системі координат; D’ – похила
дальність до об’єкта. В такому випадку забезпечується
невиродженість матриці [11]
∂
( )
∂
()
h x x
Tj/
Природно, якщо потрібно визначити меншу кіль-
кість координат, відповідно зменшується й потріб-
на кількість вимірювань. Наприклад, якщо споживач
перебуває на поверхні Землі і потребує тільки визна-
чення географічних координат (без висоти над рівнем
моря), для невиродженості матриці
∂
( )
∂
()
h x x
Tj/
буде
достатньо лише трьох джерел – і т.п.
От же, я кщо якийсь мет од (на при клад, метод
“псевдодальностей”), дає як усь випа дкову похибку,
що він неспроможний компенсувати, то уведення
одного або більше додаткови х джерел має частково,
або повністю її компенсувати.
При комплексуванні даних вимірювань необхід-
но взяти до уваг и випад ковий характер похибок
кожного з них. В загальному випадку величина кож-
ної окремої похибки є апріорно невідомою. Отже
очевидно, що внаслідок сукупної дії усіх чинників
для будь-якої вимірюва льної системи існує гранична
мінімальна похибка ∆min, яка не може бути усунута
будь-якою обробкою да них вимірюва нь. ∆mi n визна-
чає теоретичну точність вимірювальної системи.
Можн а припустити, що внас лідок ви падкової
природи джерел виникненн я похибки кожного окре-
мого джерела, абсолютна величина та знак похибки
кожного джерела (щодо кожного вимірюваного пара-
метра) також є випа дковими. З цього випливає, що у
випадку на длишковості джерел вимірювання похиб-
ка кожного окремого джерела частково, або повністю
нівелюватиметься похибкою іншого джерела, що має
протилежний знак (відносно пара метру, що вимірю-
ється). При цьому може бути досягнута підсумкова
точність системи ∆<∆min, де ∆ – мініма льна похибка
надлишкової вимірювальної системи.
Отже надлишкова вимірювальна система може
бути використана д ля підвищення точності вимі-
рювань без необхідності підвищення класу точності
кожного окремого джерела. При цьому вирішальним
є вибір такого алгоритму обчислення результату,
який дозволить використати надлишковість джерел
для мінімізації результуючої похибки.
Для мінімізації підсумкової похибки позиціону-
вання пропонується такий алгоритм.
Припустимо, вектор параметрів споживача має
розмірність N. Вимірювальна система містить NS
джерел (навігаційних супу тників, наземних ста нцій,
тощо), де NS>N. В і-й момент часу кожним джерелом
здійснюється вимірювання відповідного параметру
– тобто усього NS вимірювань. Наприклад, кожним
j-им джерелом вимірюється навіга ційний параметр
Dj. Це визначає поверхню положенн я – сферу Sj з ра-
діусом Dj і центром в уявному цент рі джерела (центрі
30
Восточно-Европейский журнал передовых технологий 6/9 ( 54 ) 2011
мас навігаційного супутника, тощо) – яка описуєть-
ся рівнянням:
D x x y y z z
j j j j
= −
( )
+ −
( )
+ −
( )
()
2 2 2
,
де xj, yj, zj та x, y, z – відповідно, відомі координати
j-го джерела та параметри споживача, що необхідно
визначити. Відомо, що перетином трьох поверхонь
положення є точка положення – тобто координати
споживача. Отже вектор положення споживача
x
виз-
начається, як:
x x y z S S S=
( )
= ∩ ∩, , 1 2 3
NS вимірювань, відповідно, дають NS поверхонь
положення. Да лі, для усі х можливих комбінацій
джерел, по N джерел в кожн ій комбінац ії, тобто
дл я
MN
N N N
S
S
=⋅ −
( )
!
! !
комбінацій, зді йснюється об-
числення точок положення, що в су мі дає вектор з М
точок положення
X x x xM
=
( )
1 2
, ...
,
. Вектор
X
визначає
умовне тіло невизначеності, тобто сук упність точок
простору в зад аній системі ко ордин ат (у Земній
системі координат для спожи вача), яке обмеж у-
ється поверх нею невизначеності Ω, так що
X⊂ Ω
,
тобто поверхня невизначеност і проходить чер ез усі
обчислені точки положення. З припу щення про ви-
падковий характер знаку похибок окремих джерел
та про взаємну ком пенсацію знакі в похибок в над-
лишковій вимірювальній системі, випливає, що з
великою часткою імовірності істинна точка поло-
ження споживача
xR
пер ебуває всередині тіла не-
визначеност і, тобто
xR< Ω
. У випадку рівноці нност і
джерел
xR
з максимальною імовірністю пер ебуває в
цен трі мас
xΩ
умовного тіла невизначеності. Центр
мас Ω може бути обчислений будь-яким довільн им
чисельним методом. При цьому абсолютна похибка
вимірювань складатиме
∆Ω
= −x x
R
, де
xR
– істинна
точк а положення споживача . Слід з азначити, що
цей метод визначає місцезнаходження точки, що з
ма ксимальною імовірністю ві дповідає іст инному.
Але це не гарант ує, що у випа дку несприятливого
збіг у випад ково стей – н априклад, коли похибки
певної кількості джерел ма ють один і той самий знак
– і, при родно, з меншою часткою імовірності, істинна
точка положенн я перебуватиме поза умовним тілом
невизначеності, тобто
xR> Ω
.
З викладеного вище можна оцінити технічну мож-
ливість реалізації запропонованого метода. Надлиш-
ковість може бути створена ш ляхом: додавання до
сузір’я одного або кількох додаткових супутників;
розгортання або доповнення мережі на земних на-
вігаційних станцій. Найбільш раціональним з точки
зору економіки видається шлях раціона льного вико-
ристання існуючих угруповань космічних апаратів. А
саме: різні існуючі ГНС (ГЛОНАСС, GPS, GALILEO,
тощо) функціонують незалежно одна від одної. Тоб-
то, одночасно в полі зору кожного споживача, окрім
супутників його “власної” ГНС, на прикла д, GPS,
знаходяться один або декілька супутн икі в інших
ГНС, наприклад, ГЛОНАСС, які даним споживачем
не використовуються. Якщо в кожному вимірюванні
братимуть участь усі супутники, що перебувають в
полі зору споживача, незалежно від їх приналежності
до різних ГНС, це створить потрібну надлишковість.
Природно, що для реалізації такого методу необ-
хідне оснащення навігаційного приладу споживача
пристроями для одночасної передачі та приймання
радіосигналів на різних частотах, таких, що застосо-
вуються на різних ГНС. Таке може бути, наприк лад,
впроваджене, на наступному поколінні GPS-навіга-
торів, або ж підключенням додаткового модуля до
існуючих. Також необхідно вирішити технічні, орга-
нізаційні, правові та фінансові питання одночасного
використання супутників різної націона льної прина-
лежності.
Висновки з даного дослідження та перспективи
Запропонований метод компенсації похибок пози-
ціонування ГНС шляхом надлишковості вимірювань
та запропонований алгоритм обчислення координат
споживача шляхом обчислення центра мас тіла невиз-
наченості має дозволити компенсувати, без суттєвих
фінансових витрат та без на дмірного ускладнення
системи, випадкові експлуатаційні та інструментальні
похибки, які не можуть бути усунені відомими ме-
тодами. Напрямок подальших наукових досліджень
вбачається у вдосконаленні запропонованого а лгорит-
му обчислень, зокрема при комплексуванні джерел з
різними класами точності.
Література
1. Бойков А. В. Возможности Спутниковой системы по высокоточному определению координат объектов / Бойков А. В., Булаева
Е. А., Монахова М. А. // Геодезия и картография. – 2006. - №8. - С. 5-10.
2. Бойков А. В. О координатном обеспечении референцных станций Спутниковой системы межевания земель / Бойков А. В. //
Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. - 2007. - №1.
3. Большаков В. Д. Теория математической, обработки геодезических измерений / Большаков В.Д., Гайдаев П. А. - М.: Недра,
1977. - 368с.
4. Генике А. А. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии / Генике А. А., По-
бединский Г. Г. - М.: Картгеоцентр, 2004. - 355 с.
5. Beran T. High-Accuracy Point Positioning with Low-Cost GPS Receivers:How Good Can It GET? / Beran Т., Langley R., Bisnath S.
B. and Serrano L. // ION GNSS 18th Technical Meeting. - 2005. - Рp. l524-1534.
6. Gouldsworthy S.N. High-fidelity model development for navigation warfare simulation studes / Gouldsworthy S.N., Groves P.D. //
Wells MM ION. - 2002. – Рp. 643-654.
31
Информационно-управляющие системы
7. Wooden W.H. Navstar Global Positioning System / Wooden, W.H. // :1985, Proceed 1st International Symposium on Precise Pos-
itioning with the Global Positioning System, Vol.1, edited by Clyde Goad, pp.403-412, U.S. Department of Commerce, Rockville,
Maryland.
8. Yi Zheng. Interpolating Residual Zenith Tropospheric Delays for Improved Wide Area Differential GPS Positioning / Yi Zheng //
ION GNSS 17 th Meeting. - 2004. - Рp. 915-924.
9. Яценков В. С. Основы спутниковой навигации GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. / Яценков В. С. – М.: Горячая линия – Телеком,
2005 – 272 с.
10. Фундаментальные проблемы теории точности: монография. / Науч ред. В. П. Булатов, И. Г. Фридлендер. — СПб: Наука, 2001.
— 504 с.
11. Серапинас Б. Б. Глобальные системы позиционирования / Серапинас Б. Б. – М.: ИКФ “Каталог”, 2002. — 106 с.
Стаття присвячується питанню роз-
робки експертно-аналітичних модулів елек-
тронної медичної картки з метою ство-
рення комплексної обліково-діагностичної
системи, котра дозволила б спростити про-
цес диференціювання патологій та оптимі-
зувати роботу медичного персоналу
Ключові слова: експертні системи, елек-
троміографія, електронна медична картка
Статья посвящается вопросу разра-
ботки экспертно-аналитических модулей
электронной медицинской карты с целью
создания комплексной учетно-диагностиче-
ской системы, которая позволила бы упро-
стить процесс дифференцировки патоло-
гий и оптимизировать работу медицинского
персонала
Ключевые слова: экспертные системы,
электромиография, электронная медицин-
ская карта
Article is devoted to the problem of design of
expert-analytical modules for electronic med-
ical card technology, for creating a compreh-
ensive accounting and diagnostic system that
would allow to simplify the process of different-
iation abnormalities and optimize medical staff
working
Keywords: expert systems, electromyograp-
hy, electronic medical card
УДК 615.47:617-089
ВИКОРИСТАННЯ
ЕКСПЕРТНОЇ
ЕЛЕКТРОННОЇ
МЕДИЧНОЇ КАРТКИ
В НЕВРОЛОГІЧНИХ
ВІДДІЛЕННЯХ
Т.В. Жемчужкіна
Кандидат технічних наук, доцент*
Контактний тел..: 068-608-09-72
Е-mail:zhemchuzhkina@rambler.ru
Т.В. Носова
Кандидат технічних наук, провідний науковий
співробітник, доцент*
Контактний тел..: 093-030-10-76
Е-mail:yasanosova@rambler.ru
В.А. Сухенький*
Контактний тел.:063-628-41-57
Е-mail:sva89kolomiets@gmail.com
*Кафедра біомедичних електронних пристроїв і систем
Харківський національний університет радіоелектроніки
пр. Леніна, 14, Харків, 61166
Введення
Останнім часом невпинно зростає значення інфор-
маційного забезпечення різних медичних технологій.
Саме використання сучасних інформаційних техно-
логій стає критичним фактором розвитку різних сфер
теоретичної та практичної діяльності людини, тому
розробка та впровадження інформаційних техноло-
гій є одним з найбільш а ктуальних завдань [1,2].
На сьогоднішній день більшість лікувально-ді-
агностичних закладів забезпечені не лише персо-
нальними комп’ютерами, а й локальними мережами
(LA N).
Проте їх зазвичай використовують для обробки
текстової документації, ведення статистики, бухгал-
терського обліку. І лише невелика частина спеціалі-
зованих машин працюють з різними діагностичними
та лікува льними комплекса ми [3].
Медичні експертні системи дають змогу лікарю не
лише перевірити власні діагностичні припущення,
але й «звернутися до комп’ютера за консультацією» в
складних для діагностики випадках [4].