Учебное пособие 800309

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Е.А. Москалева Е.С. Соколова

СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2016

УДК 52.323

Москалева Е.А. Системы позиционирования подвижных объектов: учеб. пособие [Электронный ресурс]. Электрон. текстовые и граф. данные (1,4 Мб) / Е.А. Москалева, Е.С. Соколова. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением

1024 768; Adobe Acrobat; CD-ROM дисковод; мышь. Загл. с

экрана.

В учебном пособии приведены теоретические сведения о назначении, принципах организации и функционирования систем позиционирования подвижных объектов. Обсуждаются особенности организации баз данных и приема сигналов в рассматриваемых системах.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по специальности 10.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», дисциплине «Системы позиционирования подвижных объектов».

Ил. 27. Библиогр.: 15 назв.

Рецензентs: АО «Концерн «Созвездие» (канд. техн. наук, ведущий науч. сотрудник О.В. Поздышева);

д-р техн. наук, проф. А.Г. Остапенко

©Москалева Е.А., Соколова Е.С., 2016

©Оформление. ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016

ВВЕДЕНИЕ

С давних времен путешественники ориентировались по звездам, мореплаватели определяли положение в пространстве и расстояние до конечного пункта назначения, зная среднюю скорость и время в пути. Однако погодные условия не всегда позволяли использовать известные способы местоопределения по звездам, и поэтому сбиться с курса не представляло особого труда. С появлением компаса задача существенно упростилась.

В1895 г. А.С. Попов сделал величайшее изобретение – радио. Оно оказало колоссальное воздействие на последующее развитие науки и техники. Электродинамика стала развиваться под воздействием практических потребностей радиотехники и таких ее разделов как радиолокация, антенно-фидерные устройства, электронные приборы. Появилась возможность измерять параметры движения и относительное местоположение объекта по отраженному от его поверхности лучу радиолокатора, встал вопрос о возможности измерения параметров движения объекта по излучаемому сигналу.

В1957 году в СССР группа ученых под руководством В.А. Котельникова экспериментально подтвердила возможность определения параметров движения искусственного спутника Земли (ИСЗ) по результатам измерений доплеровского сдвига частоты сигнала, излучаемого этим спутником. Огромное значение имело решение обратной задачи – нахождения координат приемника по измеренному доплеровскому сдвигу сигнала, излучаемого с ИСЗ, если параметры движения и координаты этого спутника известны.

Искусственный спутник Земли становится радионавигационной опорной станцией, координаты которой изменяются во времени вследствие движения спутника по орбите, но заранее могут быть вычислены для любого момента времени благодаря эфемеридной информации, заложенной в навигационном сигнале спутника.

Современные глобальные системы оперативной навигации и позиционирования подвижных объектов кроме

3

основной функции – навигационных определений позволяют производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов частоты и времени на удаленных наземных объектах и взаимную геодезическую привязку, определять ориентацию объекта.

4

Часть I. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

1.СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ КАК СИСТЕМЫ

СПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЛОКАЛИЗАЦИЕЙ ОБЪЕКТОВ

Пространственной локализацией данных называют процесс соотнесения разных видов информации к некой пространственно определенной системе. Такой системой может быть декартова система координат, географическая система координат; классифицированная совокупность территориальных объектов и т.п.

Локализация может осуществляться применением специальных классификаторов или на основе привязки к выбранной системе координат.

Атрибутивной называется локализация, осуществляемая на основе классификации свойств объекта или его местоположения в заданной системе классификаторов. Примером такого подхода могут служить классификаторы, применяемые в официальной статистике.

Позиционной называется локализация, осуществляемая на основе привязки точек объекта к системе координат.

Позиционированием называют процесс привязки точек объекта к системе координат. Примером позиционирования может служить процесс привязки объектов к координатной сетке при построении чертежей в САПР.

Актуализацией данных называют процедуру обновления данных для приведения их в соответствие с изменениями в объективной реальности объектов исследования или среды.

Пространственная локализация применяется для анализа различных типов объектов: локализованных (точечных), линейных, сетевых или площадных объектов.

5

1.Автоматизированные информационные системы с пространственной локализацией данных применяются при обработке информации о пространственных или территориально распределенных объектах и требуют привязки данных к территории или системе координат.

2.Объекты, информация о которых обрабатывается в таких системах, могут иметь разные типы: точечные (локализованные в небольшой части территории), линейные, сетевые, площадные.

3.Данные, хранимые и обрабатываемые в информационных системах с пространственной локализацией данных, содержат три группы характеристик: "место", "время", "тема".

4.Локализация данных в системах позиционирования осуществляется за счет применения различных наборов классификаторов, связанных с субъектами федерации, территориями, отраслями, городами, а также путем позиционирования, т.е. использования системы координат.

5.Системы позиционирования в обязательном порядке должны включать в свой состав базу или совокупность баз данных: для хранения исходных данных, для хранения набора методов анализа данных, для хранения моделей данных.

6.Основным видом информации, хранимой в системе позиционирования, является статистическая (табличная) информация.

7.Особенностью информационных систем с пространственной локализацией данных являются также наличие не только баз данных, но н баз моделей и баз алгоритмов и программ.

8.Для поддержки принятия решений в системе позиционирования широко используются методы компьютерной графики и деловой графики, которые позволяют дать наглядное представление статистической информации или результатам ее обработки.

6

9.Системы позиционирования применяют для

сбора и обобщения информации;

управления;

поддержки принятия решений;

проектирования и моделирования;

оптимизации решений или проектов; информационноаналитических целей;

пространственного, статистического, экономического, экологического и других видов анализа;

прогнозирования;

хранения информации и представления данных в удобном для пользователя виде.

10.В системе позиционирования осуществляется связь между графическими и табличными данными. Такая связь позволяет преобразовывать статистические данные в графическую форму, манипуляции с графической информацией отражать в виде совокупности табличных данных.

11.Для систем позиционирования появляются новые характеристики, такие как территориальный уровень использования, масштаб действия системы, масштаб чертежа, уровень управления и т.п. При этом они обладают всеми возможностями обычных автоматизированных информационных систем.

12.При работе с компьютерной графикой в системе позиционирования используется технология сетки. Сетка предоставляет механизм регистрации положения графики по однородным интервалам в чертежа или слоя. В основании сетки лежат градации, представляющие собой заданную долю выбранных единиц измерения страницы (дюймы, сантиметры,

ит.д.).

13.В системе позиционирования для построения моделей объектов или проектов широко применяют объектноориентирование моделирование и проектирование графических объектов.

7

14.При организации графической информации в системе позиционирования применяют механизм слоев, в которых графическая информация размещается по заданным тематическим признакам.

15.Завершением обработки пространственных позиционированных данных в системе позиционирования является проект. Он включает следующие компоненты проекта, полученные в процессе сеанса работы: виды, таблицы, слои, композиции, компоновки и программы.

Процесс изучения окружающей действительности и принятия решений с помощью этих систем сводится к применению наборов моделей для описания объектов исследования и моделей для описания среды нахождения объектов. Возможно использование моделей для описания взаимосвязей "объект – среда".

Результатом обработки пространственнолокализованных данных может быть проект с совокупностью компонент.

16.Основным назначением этих систем является анализ информации, управление и поддержка принятия решений.

8

2. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Структурой системы называют совокупность устойчивых связей, способов взаимодействия элементов системы, определяющая ее целостность и единство.

Элементом системы называют простейшую структурную составляющую системы, которая в рамках данной системы не структурируется.

Следует выделять:

техническую структуру – структуру, элементами которой являются технические элементы (например, передатчики, приемники, ретрансляторы, коммутаторы и т.д.);

функциональную структуру – структуру, элементами которой являются функциональные элементы (например, базовые, рабочие станции, автоматизированные рабочие места безопасности информации, модули обеспечения криптозащиты и т.д.);

алгоритмическую структуру – структуру,

рассматриваемую как совокупность алгоритмических элементов (например, установления связи, реконфигурация сети, изменение маршрутно-адресных таблиц и т.д.).

Вид отношений между подсистемами (элементами) системы, проявляющимися в виде зависимости текущих воздействий (влияний) одной подсистемы (элемента) на другую (и наоборот), в условиях реализации внутренних и внешних угроз определяется понятием связи. Связи существуют между всеми системными элементами, между системой, подсистемами и окружающей средой.

Связи – это то, что соединяет элементы (подсистемы) и их свойства в системном процессе в единое целое.

Связь характеризуется направлением, величиной (силой) и характером (видом) воздействия. Связи, функционально необходимые друг другу, называют функциональными или первого порядка. Дополнительные связи, улучшающие действие системы, но не являющиеся функциональными, называют связями второго порядка. Например, наличие

9

дополнительной связи по обмену данными между подсистемой защиты информации с подсистемой управления улучшает функционирование системы в целом, но не всегда является обязательным.

Излишние или противоречивые (конфликтные) связи между элементами системы называют связями третьего порядка. Исследователь (разработчик) системы сам при решении проблемы, исходя из интересов проектирования и задач, принимает решение, какие связи между элементами существенны, а какие несущественны (тривиальны). При исследовании функционирования защищенной системы можно выделить, кроме того, связи конфликтного взаимодействия

(например, радиолиния – объект воздействия) или

непреднамеренного воздействия.

Функционируя в реальной внешней среде система обладает свойствами управляемости, адаптивности и устойчивости.

Управляемость проявляется в том, что она способна обеспечить достижение цели (целевой функции) в условиях заданных ограничений.

Адаптивность определяется ее способностью приспосабливаться как к изменяющейся внешней среде, так и к своим внутренним изменениям в целях повышения (сохранения) эффективности функционирования, которая является внешней по отношению к системе и имеет количественную меру.

Эффективность учитывает положительный эффект, ресурс и время действия системы применительно к заданной окружающей среде.

Любая современная автоматизированная интегрированная информационная система в обязательном порядке включает совокупность подсистем, соответствующих обычным специализированным автоматизированным информационным системам (АИС) или системам обработки данных и управления (СОДУ). Взаимосвязь между ними в форме иерархической модели показана на рис. I.1.

10