Источник: Вестник Днепропетровского университета, 2007, №9/2
С развитием летательных и космических аппаратов актуальным становится вопрос повышения точности измерений и обработки траекторной информации.
При разработки летательных аппаратов из-за невозможности получения необходимого теоретического описания до 40% возникающих проблем решаются при помощи испытаний. Высокие требования к точности и достоверности обусловлены тем, что по результатам траекторных измерений вырабатываются ответственные решения о качестве и пригодности летательных аппаратов.
Измерения, предназначенные для определения параметров траекторий летательного аппарата (координат, вектора скорости, углового положения в пространстве), называются внешнетраекторными. Для таких измерений используются радиотехнические (радиолокаторы) и оптические (кинотеодолиты) средства контроля траекторий.
Первый авиационный полигон на территории Украины возник после проведения в США испытаний ядерного устройства 16 июля 1945 года. Местом расположения полигона (ему присвоили номер 71) выбрали район поселка Багерова Ленинского района АР Крым (Керченский полуостров, 18 км от г. Керчи). Начальником полигона был назначен генерал-майор авиации, Герой Советского Союза Комаров Георгий Осипович.
Целью создания полигона была совместная с авиационным КБ подготовка испытаний и обработка самолетов разных систем, поступающих на вооружение советских ВВС.
Первоочередной задачей полигона было создание инфраструктуры для обеспечения его функционирования. К ее элементам относились такие объекты, как взлетно-посадочная полоса, стоянки для самолетов, пункт управления полетами, цели для бомбометания, а также пункты внешнетраекторных измерений.
Для обеспечения высокой надежности измерений при наблюдении траектории каждого летательного аппарата участвовали одновременно все радиолокационные и кинотеодолитные станции, расположенные на 4-х измерительных пунктах. В результате много кратного дублирования измерений различными измерительными средствами возникает пространственная избыточность траекторной информации. Вместе все средства обеспечивали измерение 28 первичных координат, из которых в обработку господствующими в то время простыми методами принимались 3-4 первичных координаты. В связи с этим Огороднийчук Николай Дмитриевич задался целью разработать метод, который позволил бы осуществлять совместную обработку всех полученных в результате испытаний данных с целью повышения точности конечных результатов.
В 1959-63 гг. Был разработан обобщенный метод контроля траекторий, позволивший обрабатывать как минимум данных измерений (три координаты), так и всю совокупность пространственно-избыточной траекторной информации. Данный метод лег в основу кандидатской диссертации Н. Д. Огороднийчука.
Таким образом, созданный метод учета пространственной избыточности данных измерений, позволял использовать информацию от всех измерительных пунктов. Но временная избыточность, возникающая при высоком темпе съема информации, оставалась неучтенной. Поэтому дальнейшей задачей Н. Д. Огороднийчук поставил создание метода совместной реализации пространственной и временной избыточности.
Трудности решения задачи состояли в том, что приходилось работать с траекториями произвольной (случайной) формы, для которых необходимо решать задачу адаптации структуры и параметров алгоритма к изменяющейся форме траектории.
В результате, в 1974 году в Киевском высшем военном авиационном инженерном училище Н. Д. Огороднийчук защитил докторскую диссертацию на тему «Обобщенные методы и адаптивные алгоритмы обработки траекторной информации». В ней были разработаны два варианта методов алгоритмов:
- метод и алгоритмы раздельной реализации пространственной и временной избыточности данных измерений;
- метод и алгоритм их совместной реализации.
Первый вариант предназначался для немедленного использования в практике контроля траекторий и был внедрен на всех испытательных полигонах ВВС СССР. Второй вариант рассчитывался на перспективу, поскольку в то время еще не было вычислительной техники, подходящей для его реализации.
В дальнейшем развитие методов обработки внешнетраекторной информации огромный вклад внесли адъюнкты и соискатели Н. Д. Огороднийчука:
П. И. Кушнарев, В. М. Лавраков, В. Г. Глушков, В. В. Паслен, Ю. Н. Парасич. В частности, были разработаны методы оперативного контроля и самоконтроля точности траекторных измерительных средств, детально исследована эффективность адаптивных алгоритмов сглаживания, исследованы алгоритмы обработки сбоев и учет автокорреляции ошибок измерений на точность обработки траекторный информации. Было получено 3 авторских свидетельства на устройства адаптивного оптимального сглаживания данных.
Позже с развитием вычислительной техники, была решена задача оптимизации системы лямбда-ортогональных базисных функций и исследованы возможности алгоритма совместного адаптивного нелинейного оптимального сглаживания параметров положения и движения, обладающих пространственно-временной избыточностью.
В 1972 г. 71-й полигон прекратил свое существование как самостоятельная организация.
Начиная с 1998 года в Донецком национальном техническом университете (ДонНТУ) под руководством кандидата технических наук, доцента В. В. Паслена ведутся работы по совершенствованию и реализации на современных ПЭВМ алгоритмов реализации пространственной и временной избыточности, а также алгоритмов поиска и исключения грубых ошибок измерений. Первыми студентами Дон НТУ, начавшими заниматься проблемами обработки траекторной информации, были В. Ю. Мастепан и А. В. Васильченко.
В 2004 году в нашем университете под руководством В. В. Паслена и В. В. Турупалова создан молодежный творческий коллектив. В состав коллектива вошли студенты К. И. Мотылев, Е. В. Гончаров, О. В. Луханина, М. В. Михайлов, А. С. Бондарь, Д. В. Фесенко.
К. И. Мотылев совместно с М. В. Михайловым занимался реализацией на современных ПЭВМ обобщенного метода обработки данных траекторных измерений, обладающих пространственной избыточностью. В результате исследований получены численные значения выигрыша в точности при использовании метода в зависимости от степени избыточности данных измерений и их типа (радиолокационные или кинотеодолитные). Результаты работ регулярно докладывались на международных конференциях, а также были отмечены дипломами на конкурсах проектов «Украинский молодежный спутник». В 2007 году получен патент на полезную модель электронного устройства, реализующего обобщенный метод обработки траекторной информации.
Е. В. Гончаров исследовал алгоритм адаптивного нелинейного оптимального сглаживания, реализующий временную избыточность.
О. В. Луханина совместно с М. В. Михайловым внесла вклад в развитие методов исключения грубых ошибок измерений (сбоев) и исследовала различные способы их исключения.
М. В. Михайлов и К. И. Мотылев обобщили проведенные исследования, в результате чего был реализован алгоритм последовательной обработки данных измерений. Работа отмечена дипломом в 2007 году на конкурсе проектов УМС-4.
А. С. Бондарь исследовал быстродействие алгоритмов построения ортогональных базисных функций в адаптивных линейных алгоритмах сглаживания траекторных измерений.
Д. В. Фесенко занималась проблемой устранения сбоев с помощью взвешенных приближений в адаптивных алгоритмах сглаживания.
В настоящее время ведутся работы втрех направлениях: получение и реализация пространственной избыточности данных внешнетраекторных измерений при однопунктной системе наблюдения, оптимизация расположения измерительных средств и алгоритмы нелинейного сглаживания. В первом направлении, которое является особенно актуальным для Украины (в Украине используется именно однопунктная система), уже получены некоторые результаты: разработан метод, позволяющий выписать точность определения координат объекта.
Таким образом, Багеровский полигон ВВС, прекративший свое существование еще в 1972 году, дал толчок к совершенствованию и дальнейшему развитию методов обработки данных траекторных измерений, которые на данном этапе развития техники можно использовать при испытании летательных и космических аппаратов.