Проблема реализации концепции максимального интегрирования разнородных данных в практической навигации

Темой работы является исследование проблемы практической реализации оппортунистической навигации, которая фактически заключается в том, что «сигналы возможностей» по оригинальному предназначению не оптимизированы для глобальной навигации. Выдвинута гипотеза о возможности стратегического применения концепции навигации, основанной на принципах максимального интегрирования данных при объективном существовании тактически преодолимых сложностей. В условиях уязвимости глобальной спутниковой системы предложен подход использования дополнительного источника комбинированных сигналов с целью непрерывного обеспечения точной геолокации средств водного транспорта. В сравнительной оценке подтверждена сопоставимость погрешности позиционирования альтернативной навигации с данными классических спутниковых обсерваций мобильных объектов. Сделано предположение об эффективности сплайнового моделирования картографического эталона информативности для практической организации базового принципа оппортунистического позиционирования по аналогии с парадигмой корреляционно-экстремальной навигации. Выполнена компьютерная визуализация фиксированного фрагмента гравитационного поля океана на основе сплайн-аппроксимации с целью оптимизации задачи одновременной локализации и трехмерного отображения движения судна в неаффилированной с зарубежным программным обеспечением графической среде. Гибридный алгоритм математического синтезирования навигационной изоповерхности апробирован в качестве гармонизированной поддержки судоводительскому составу для реализации «процедуры привязки к местности» в ландшафтном пространстве координат. Рассмотрены варианты реализации проблемы «разрешения неоднозначности» в процессе решения вопроса максимального интегрирования разнородных навигационных данных. Выполнена оценка вероятности практического использования постулатов оппортунистической навигации в морских приложениях с учетом фактора «навигационного пробела» для нивелирования локальной спутниковой недееспособности при реальной возможности противодействия злоумышленному перехвату контроля управления судном. Обоснована целесообразность применения фактора обсервационного счисления пути судна как дополнительного условия безопасности судовождения в аспекте пакетной обработки слота «сигналов возможностей».

1. Peshekhonov V. G. High-Precision Navigation Independently of Global Navigation Satellite Systems Data / V. G. Peshekhonov // Gyroscopy and Navigation. — 2022. — Vol. 13. — Is. 1. — Pp. 1–6. DOI: 10.1134/S2075108722010059.

2. Ююкин И. В. Сплайновый эталон картографированной информативности корреляционноэкстремальной навигации как потенциал кибернетической ситуационной осведомленности / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2023. — Т. 15. — № 3. — С. 374–392. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-3-374-392.

3. Grejner-Brzezinska D. A. Multisensor navigation systems: A remedy for GNSS vulnerabilities? / D. A. GrejnerBrzezinska, C. K. Toth, T. Moore, J. F. Raquet, M. M. Miller, A. Kealy // Proceedings of the IEEE. — 2016. — Vol. 104. — Is. 6. — Pp. 1339–1353. DOI: 10.1109/JPROC.2016.2528538.

4. Merry L. A. Comparison of Opportunistic Signals for Localisation / L. A. Merry, R. M. Faragher, S. Scheding // IFAC Proceedings Volumes. — 2010. — Vol. 43. — Is. 16. — Pp. 109–114. DOI: 10.3182/20100906-3-IT‑2019.00021.

5. Kassas Z. M. Navigation with Multi-Constellation LEO Satellite Signals of Opportunity: Starlink, OneWeb, Orbcomm, and Iridium / Z. M. Kassas, S. Kozhaya, H. Kanj, J. Saroufim, S. W. Hayek, M. Neinavaie, N. Khairallah, J. Khalife // 2023 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium (PLANS). — IEEE, 2023. — Pp. 338–343. DOI: 10.1109/PLANS53410.2023.10140066.

6. Gao Y. Ranging technology using signals of opportunity of non-cooperative communication satellites / Y. Gao, Y. Hua, Y. Xiang, C. Huang, S. Wang, X. Zhao // The Journal of Navigation. — 2021. — Vol. 74. — Is. 2. — Pp. 488–500. DOI: 10.1017/S0373463320000600.

7. Fisher K. A. The Navigation Potential of Signals of Opportunity-Based Time Difference of Arrival Measurements: PhD Diss / K. A. Fisher. — Ohio: Wright-Patterson AFB, 2005. — 257 p.

8. 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.

9. Ююкин И. В. Оппортунистическая навигация в аспекте интеграции альтернативного позиционирования и электронного картографирования на основе сплайновой технологии / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2023. — Т. 15. — № 4. — С. 617–632. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-4-617-632.

10. Morales J. J. Event-Based Communication Strategies for Collaborative Inertial Radio SLAM / J. J. Morales, J. J. Khalife, Z. M. Kassas // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. — 2023. — Vol. 59. — Is. 2. — Pp. 1624–1642. DOI: 10.1109/TAES.2022.3220722.

11. 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.

12. Khalife J. Opportunistic Autonomous Integrity Monitoring for Enhanced UAV Safety / J. Khalife, M. Maaref, Z. M. Kassas // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. — 2023. — Vol. 38. — Is. 5. — Pp. 34–44. DOI: 10.1109/MAES.2022.3178664.

13. Gopaul N. S. Optimal Image-Aided Inertial Navigation: PhD Diss. / N. S. Gopaul. — Toronto: York University, 2018. — 241 p.

14. Veth M. J. Image-Aided Navigation — Concepts and Applications / M. J. Veth, J. F. Raquet // Position, Navigation, and Timing Technologies in the 21st Century: Integrated Satellite Navigation, Sensor Systems, and Civil Applications. — John Wiley & Sons Inc., IEEE Press, 2020. — Vol. 2. — Pp. 1571–1595. DOI: 10.1002/9781119458555.ch50.

15. Yuyukin I. V. Correlation-extreme method based on spline functions as an alternative to satellite navigation / I. V. Yuyukin // AIP Conference Proceedings. — AIP Publishing, 2023. — Vol. 2476. — No. 1. — Pp. 030030. DOI: 10.1063/5.0102916.

16. Alchinov A. I. Analysis of Stress Exposures on Autonomous Navigation Conditions in Search CorrelationExtreme Navigation Systems / A. I. Alchinov, I. N. Gorokhovsky //Problemy Upravleniya. — 2022. — Is. 6. — Pp. 42–58. DOI: 10.25728/pu.2022.6.5.

17. Venable D. T. Large scale image aided navigation / D. T. Venable, J. F. Raquet // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. — 2016. — Vol. 52. — Is. 6. — Pp. 2849–2860. DOI: 10.1109/TAES.2016.150603.

18. Jiang W. High-precision image aided inertial navigation with known features: observability analysis and performance evaluation / W. Jiang, L. Wang, X. Niu, Q. Zhang, H. Zhang, M. Tang, X. Hu // Sensors. — 2014. — Vol. 14. — Is. 10. — Pp. 19371–19401. DOI: 10.3390/s141019371.

19. Ююкин И. В. Корреляционно-экстремальная навигация по геофизическим полям на основе использования сплайновой технологии / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2021. — Т. 13. — № 4. — С. 505–517. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-4-505-517.

20. Peshekhonov V. G. Role of navigation technologies in mobile gravimeters development / V. G. Peshekhonov / V. G. Peshekhonov, A. V. Sokolov, L. K. Zheleznyak, A. D. Bereza, A. A. Krasnov // Gyroscopy and Navigation. — 2020. — Vol. 11. — Pp. 2–12. DOI: 10.1134/S2075108720010101.

21. Wang B. Path Planning Method for Underwater Gravity-Aided Inertial Navigation Based on PCRB / B. Wang, T. Cai // Journal of Marine Science and Engineering. — 2023. — Vol. 11. — Is. 5. — Pp. 993. DOI: 10.3390/jmse11050993.

22. Ююкин И. В. Оптимальная сплайн-траектория информативного маршрута судна в корреляционноэкстремальной 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.

23. Wang B. A Filtered-Marine Map-Based Matching Method for Gravity-Aided Navigation of Underwater Vehicles / B. Wang, Z. Ma, L. Huang, Z. Deng, M. Fu // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. — 2022. — Vol. 27. — Is. 6. — Pp. 4507–4517. DOI: 10.1109/TMECH.2022.3159596.

24. Zhao S. Improving Matching Accuracy of Underwater Gravity Matching Navigation Based on Iterative Optimal Annulus Point Method with a Novel Grid Topology / S. Zhao, W. Zheng, Z. Li, A. Xu, H. Zhu // Remote Sensing. — 2021. — Vol. 13. — Is. 22. — Pp. 4616. DOI: 10.3390/rs13224616.

25. 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.

26. Ююкин И. В. Применение метода сплайн-функций при компьютерной визуализации подводного рельефа / И. В. Ююкин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2021. — Т. 13. — № 1. — С. 64–79. DOI: 10.21821/2309-5180-2021-13-1-64-79.

27. Ююкин И. В. Алгоритмизация навигационных задач на основе методов кусочных аппроксимаций: дис. … канд. техн. наук / И. В. Ююкин. — Л., 1991. — 119 с.

28. Miller M. M. Navigation in GPS Denied Environments: Feature-Aided Inertial Systems / M. M. Miller, A. Soloviev, M. Uijt de Haag, M. Veth, J. Raquet, T. J. Klausutis, J. E. Touma // Air Force Research Laboratory. — EGLIN AFB, 2010. — Pp. 1–32. DTIC ADA581023.

29. Yang C. Starlink Doppler and Doppler Rate Estimation via Coherent Combining of Multiple Tones for Opportunistic Positioning / С. Yang, A. Soloviev // 2023 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium (PLANS). — IEEE, 2023. — Pp. 1143–1153. DOI: 10.1109/PLANS53410.2023.10140055.

30. Yang X. Unmanned Visual Localization Based on Satellite and Image Fusion / X. Yang // Journal of Physics: Conference Series. — IOP Publishing, 2019. — Vol. 1187. — No. 4. — Pp. 042026. DOI: 10.1088/1742-6596/1187/4/042026.