Оппортунистическая навигация в аспекте интеграции альтернативного позиционирования и электронного картографирования на основе сплайновой технологии

Сформулирована проблема уязвимости и локальной недееспособности глобальных систем спутниковой навигации. Выявлена целесообразность применения альтернативных способов позиционирования для создания прецедента высокоточного определения местоположения в среде спутниковой недоступности. Выдвинута гипотеза о невозможности отдельной альтернативы удовлетворить требованиям полной автономии современной навигации при необходимости комплексного решения сценариев геолокации на основе комбинаторики различных технологий. Допущено предположение о преимуществе объединения данных из нескольких источников информации для компенсирования недостатков каждого варианта при прогнозировании повышения общей надежности и точности навигационных параметров. Предложена парадигма оппортунистической навигации с целевой функцией получения информации о местоположении из микширования дополнительных радиочастотных сигналов с одновременной визуализацией сплайновой карты позиционирования для определения местонахождения внутри графического фрагмента. Вычислительным экспериментом доказано, что подход с позиций сплайнфункций расширяет горизонт возможностей концепции оппортунистической навигации от сугубо технической синергетики ландшафта «сигналов возможностей» до создания перспективной системы позиционирования при помощи эффективного электронного картографирования. Определено, что точность позиционирования навигационных систем практически необходима для построения оптимальной траектории для безопасной маршрутизации судна. Акцентировано внимание на понимании оптимальности траектории как стратегии многоходового планирования в рамках парадигмы «отступающий горизонт» с обязательным условием достижимости подвижным объектом путевой точки с заданной пользователем вероятностью. Отмечается, что моделирование оптимальных траекторий реализуется методом, аналогичным технологии интерполирования навигационных изолиний на основе композиции В-сплайна с обеспечением сохранения атрибутивным параметром одинакового значения в каждой геометрической точке, как результат анализа пространственной анизотропии исходных данных. Апробировано синтезирование трехмерного спрединга аномалий магнитной карты для создания эталона картографирования на основе гибридного алгоритма аппроксимации как реализация способа компьютерного рендеринга навигационной изоповерхности. Интерпретирован постулат повышения потенциала высокоточной локализации положения любого мобильного объекта в пространстве при условии применения на практике онтологии оппортунистической навигации как реализации ситуационной осведомленности о взаимозависимых технических системах с целью максимального обеспечения надежности обсервации.

1. Lee H. Urban road safety prediction: A satellite navigation perspective / H. Lee, J. Seo, Z. Z. M. Kassas // IEEE Intelligent Transportation Systems Magazine. — 2022. — Vol. 14. — Is. 6. — Pp. 94–106. DOI: 10.1109/MITS.2022.3181557.

2. Ji S. Potential Benefits of GPS/GLONASS/GALILEO Integration in an Urban Canyon — Hong Kong / S. Ji, W. Chen, X. Ding, Y. Chen, C. Zhao, C. Hu // The Journal of Navigation. — 2010. — Vol. 63. — Is. 4. — Pp. 681–693. DOI: 10.1017/S0373463310000081.

3. Щекотов М. С. SLAM-метод навигации внутри помещений на основе определения местоположения маяков Bluetooth / М. С. Щекотов // Информационные технологии и вычислительные системы. — 2021. — № 3. — Pp. 70–81. DOI: 10.14357/20718632210307.

4. Kassas Z. Analysis and synthesis of Collaborative Opportunistic Navigation Systems: Doctoral dissertation / Z. Kassas. — Austin: University of Texas, 2014. — 161 p.

5. Souli N. Online relative positioning of autonomous vehicles using signals of opportunity / N. Souli, P. Kolios, G. Ellinas // IEEE Transactions on Intelligent Vehicles. — 2021. — Vol. 7. — Is. 4. — Pp. 873–885. DOI: 10.1109/TIV.2021.3124727.

6. Mane S. Aspects on Aircraft Mapping and Navigation System: Theoretical Study / S. Mane // International Journal of Enhanced Research in Educational Development. — 2023. — Vol. 11. — Is. 1. — Pp. 286–290.

7. Orabi M. Opportunistic Navigation with Doppler Measurements from Iridium Next and Orbcomm LEO Satellites / M. Orabi, J. Khalife, Z. M. Kassas // 2021 IEEE Aerospace Conference (AERO). — IEEE, 2021. — Pp. 1–9. DOI: 10.1109/AERO50100.2021.9438454.

8. Kassas Z. Z. M. Assessment of cellular signals of opportunity for high-altitude aircraft navigation / Z. Z. M. Kassas, J. Khalife, A. Abdallah, C. Lee, J. Jurado, S. Wachtel, J. Duede, Z. Hoeffner, T. Hulsey, R. Quirarte, R. Tay // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. — 2022. — Vol. 37. — Is. 10. — Pp. 4–19. DOI: 10.1109/MAES.2022.3187142.

9. Abdallah A. A. Assessing Real 5G Signals for Opportunistic Navigation / A. A. Abdallah, K. Shamaei, Z. M. Kassas // Proceedings of the 33rd International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+2020). — ION, 2020. — Pp. 2548–2559. DOI: 10.33012/2020.17702.

10. Morales J. J. Information Fusion Strategies for Collaborative Inertial Radio SLAM / J. J. Morales, J. J. Khalife, Z. M. Kassas // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. — 2021. — Vol. 23. — Is. 8. — Pp. 12935–12952. DOI: 10.1109/TITS.2021.3118678.

11. Ююкин И. В. Кибернетическая безопасность альтернативной автономной навигации с позиций сплайновой технологии / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 3. — С. 346–364. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-3-346-364.

12. Skrypnik O. N. Optimization of an aircraft flight trajectory in the GLONASS dynamic accuracy field / O. N. Skrypnik, E. E. Nechaev, N. G. Arefyeva, R. O. Arefyev // Civil Aviation High Technologies. — 2019. — Vol. 22. — Is. 5. — Pp. 19–31. DOI: 10.26467/2079-0619-2019-22-5-19-31.

13. Скрыпник О. Н. Оптимизация траектории мобильного псевдо-спутника для повышения точности интегрированного навигационно-временного поля ГЛОНАСС / О. Н. Скрыпник, Р. О. Арефьев // Современные наукоемкие технологии. — 2020. — № 2. — С. 51–58. DOI: 10.17513/snt.37914.

14. Yang Y. UAV Waypoint Opportunistic Navigation in GNSS-Denied Environments / Y. Yang, J. Khalife, J. J. Morales, Z. M. Kassas // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. — 2022. — Vol. 58. — Is. 1. — Pp. 663–678. DOI: 10.1109/TAES.2021.3103140.

15. Sellers T. A node selection algorithm to graph-based multi-waypoint optimization navigation and mapping / T. Sellers, T. Lei, C. Luo, G. Eu Jan, J. Ma // Intelligence & Robotics. — 2022. — Vol. 2. — Is. 4. — Pp. 333–354. DOI: 10.20517/ir.2022.21.

16. Ююкин И. В. Сплайн-интерполяция навигационных изолиний / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2019. — Т. 11. — № 6. — С. 1026–1036. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-6-1026-1036.

17. Воробьев А. В. Подход к обнаружению и устранению артефактов пространственных изолиний в приложениях Веб- ГИС / А. В. Воробьев, Г. Р. Воробьева // Компьютерная оптика. — 2023. — Т. 47. — № 1. — С. 126–136.

18. Ююкин И. В. Сплайновое синтезирование картографированного эталона информативности поля в задаче корреляционно-экстремальной навигации / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 1. — С. 25–39. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-1-25-39.

19. Kassas Z. M. Receding horizon trajectory optimization in opportunistic navigation environments / Z. M. Kassas, T. E. Humphreys // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. — 2015. — Vol. 51. — Is. 2. — Pp. 866–877. DOI: 10.1109/TAES.2014.140022.

20. Bergman K. An Optimization-Based Receding Horizon Trajectory Planning Algorithm / K. Bergman, O. Ljungqvist, T. Glad, D. Axehill // IFAC-PapersOnLine. — 2020. — Vol. 53. — Is. 2. — Pp. 15550–15557. DOI: 10.1016/j.ifacol.2020.12.2399.

21. Ююкин И. В. Оптимальная сплайн-траектория информативного маршрута судна в корреляционно-экстремальной навигации / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 2. — С. 230–247. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-2-230-247.

22. Ююкин И. В. Перспективная магнитная навигация с использованием метода сплайн-функций для оптимального формирования эталона картографирования / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 519–534. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-4-519-534.

23. Sun M. Indoor Geomagnetic Positioning Using the Enhanced Genetic Algorithm Based Extreme Learning Machine / M. Sun, Y. Wang, S. Xu, H. Yang, K. Zhang // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. — 2021. — Vol. 70. — Pp. 1–11. DOI: 10.1109/TIM.2021.3072699.

24. Yuyukin I. V. Configuring the fan of spline gradients when approximating the navigational isoline with a linear piecewise functional / I. V. Yuyukin // Journal of Physics: Conference Series. — IOP Publishing, 2021. — Vol. 2032. — № 1. — Pp. 012054. DOI: 10.1088/1742–6596/2032/1/012054.

25. Chen W. An Overview on Visual SLAM: From Tradition to Semantic / W. Chen, G. Shang, A. Ji, C. Zhou, X. Wang, C. Xu, Z. Li, K. Hu // Remote Sensing. — 2022. — Vol. 14. — Is. 13. — Pp. 3010. DOI: 10.3390/rs14133010.

26. Lee T. N. MagSLAM: Aerial simultaneous localization and mapping using Earth’s magnetic anomaly field / T. N. Lee, A. J. Canciani // Navigation. — 2020. — Vol. 67. — Is 1. — Pp. 95–107. DOI: 10.1002/navi.352.

27. Kassas Z. M. Collaborative opportunistic navigation / Z. M. Kassas // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. — 2013. — Vol. 28. — Is. 6. — Pp. 38–41. DOI: 10.1109/MAES.2013.6533743.

28. Raquet J. Non-GNSS radio frequency navigation / J. Raquet, R. K. Martin // 2008 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing. — IEEE, 2008. — Pp. 5308–5311. DOI: 10.1109/ICASSP.2008.4518858.

29. Kassas Z. M. I am not afraid of the GPS jammer: resilient navigation via signals of opportunity in GPS-denied environments / Z. M. Kassas, J. Khalife, A. A. Abdallah, C. Lee // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. — 2022. — Vol. 37. — Is. 7. — Pp. 4–19. DOI: 10.1109/MAES.2022.3154110.

30. Ююкин И. В. Навигационное использование e-Loran в модификации с методом сплайн-функций / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 4. — С. 703–715. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-4-703-715.