Сплайновая реконструкция эталона информативности в задачах корреляционно-экстремальной навигации

Рассмотрено решение задачи корреляционно-экстремальной навигации на основе реконструированного сплайнового эталона информативности с учетом имеющейся априорной информации об особенностях безопасного перемещения судна в конфликтном навигационном пространстве. Акцентируется внимание на практической реализации интеллектуального управления движением судна на основе соблюдения принципа изученности геометрии геофизического поля при организации автономного движения судна по электронной сплайн-траектории. Приведено обоснование принципа ориентирования по рельефу местности как результата сравнения посредством экстремального функционала корреляции измеряемых навигационных параметров с предварительно созданным виртуальным эталоном информативности для постоянного обновления местоположения судна. Выявлены преимущества и недостатки использования различных автономных вариантов картографической навигации в результате выполненного обзорного анализа проблематики альтернативного позиционирования в контексте исследования потенциала точности. Рассмотрена гипотеза о навигации по пространственным и поверхностным полям как единственной альтернативы спутниковым системам. Предлагается использовать альтернативную навигацию как ассистирующую технологию, дополняющую традиционное спутниковое позиционирование с целью достижения максимальной помехоустойчивости и кибербезопасности при практической реализации ситуационной осведомленности. Исследован мониторинг целостности как современного критерия доверительной оценки правдоподобной валидности обработки навигационной информации. Предположительно применение феномена целостности гарантирует практическое улучшение итерационного процесса расчета обсервованных координат для альтернативного позиционирования в режиме реального времени. Разработана процедура поиска оптимизации распределения сеточных точек аппроксимации, основанная на принципе определения эффективной позиции скользящего узла. За счет универсальности модернизированных паскаль-программ обеспечивается вы числительная реализация широкого класса задач корреляционно-экстремальной навигации. Апробированный на методах сплайн-функций алгоритм предлагается в качестве гармонизированной поддержки судоводителю для расширения горизонта ситуационного восприятия вахтенным помощником процесса навигации в сложных ситуациях.

1. Berdyshev V. I. Navigation of moving objects by geophysical fields / V. I. Berdyshev, V. B. Kostousov // Journal of Mathematical Sciences. — 2007. — Vol. 140. — Is. 6. — Pp. 767–795. DOI: 10.1007/s10958-007-0017-5.

2. Stepanov O. A. Map-Aided Navigation Taking into Account a Priori Information on the Object Trajectory / O. A. Stepanov, V. A. Vasilev, Yu. A. Litvinenko, A. M. Isaev // 2023 30th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS). — IEEE, 2023. — Pp. 125–130. DOI: 10.23919/ICINS51816.2023.10168423.

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

4. Конешов В. Н. Условия определения координат движущегося объекта на геофизическом ориентире / В. Н. Конешов, П. С. Михайлов, В. В. Дорожков // Геофизические исследования. — 2023. — Т. 24. — № 4. — С. 43–57. DOI: 10.21455/gr2023.4–3. — EDN MZALKH.

5. Yuyukin I. V. Correlation-extreme method based on spline functions as an alternative to satellite navigation / I. V. Yuyukin // AIP Conference Proceedings: International Scientific Conference. — International Transport Scientific Innovation (ITSI 2021). — AIP Publishing, 2023. — Vol. 2476. — Is. 1. — Pp. 030030. DOI: 10.1063/5.0102916.

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

7. Berdyshev V. I. Extremal problems of navigation by geophysical fields / V. I. Berdyshev, V. B. Kostousov // Eurasian Journal of Mathematical and Computer Applications. — 2018. — Vol. 6. — Is. 2. — Pp. 4–18. DOI: 10.32523/2306-6172-2018-6-2-4-18.

8. Liu W. Path Planning Methods in an Environment with Obstacles (A Review) / W. Liu // Mathematics and Mathematical Modeling. — 2018. — Vol. 1. — Pp. 15–58. DOI: 10.24108/mathm.0118.0000098.

9. Ююкин И. В. Реализация плавности конфигурации сплайн-траектории для своевременного уклонения от запретных районов плавания / И. В. Ююкин // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2024. — Т. 16. — № 3. — С. 421–443. DOI: 10.21821/2309 5180-2024-16-3-421-443. — EDN VCRDTK.

10. Psiaki M. Attackers can spoof navigation signals without our knowledge. Here’s how to fight back GPS lies / M. Psiaki, T. Humphreys, B. Stauffer // IEEE Spectrum. — 2016. — Vol. 53. — Is. 8. — Pp. 26–53. DOI: 10.1109/MSPEC.2016.7524168.

11. Falco G. The Vacuum of Space Cybersecurity / G. Falco // 2018 AIAA SPACE and Astronautics Forum and Exposition. — American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 2018. — Pp. 5275–5279. DOI: 10.2514/6.2018-5275.

12. Falco G. Cybersecurity Principles for Space Systems / G. Falco // Journal of Aerospace Information Systems. — 2019. — Vol. 16. — Is. 2. — Pp. 61–70. DOI: 10.2514/1.I010693.

13. Liu Y. Impact Assessment of GNSS Spoofing Attacks on INS/GNSS Integrated Navigation System / Y. Liu, S. Li, Q. Fu, Z. Liu // Sensors. — 2018. — Vol. 18. — Is. 5. — Pp. 1433. DOI: 10.3390/s18051433.

14. Berdyshev V. I. Methods for Tracking an Object Moving in 3 under Conditions of Its Counteraction / V. I. Berdyshev // Doklady Mathematics. — 2024. — Vol. 109. — Is. 3. — Pp. 291–294. DOI: 10.1134/S1064562424702168.

15. Berdyshev V. I. A Trajectory Minimizing the Exposure of a Moving Object / V. I. Berdyshev, V. B. Kostousov // Proceedings of the Steklov Institute of Mathematics. — 2021. — Vol. 313. — Is. S1. — Pp. S21–S32. DOI: 10.1134/S0081543821030044.

16. Lavrenov R. Modified Spline-Based Navigation: Guaranteed Safety for Obstacle Avoidance / R. Lavrenov, F. Matsuno, E. Magid // International Conference on Interactive Collaborative Robotics. — Springer, Cham, 2017. — Vol. 10459. — Pp. 123–133. DOI: 10.1007/978-3-319-66471-2_14.

17. Magid E. Combining Voronoi Graph and Spline-Based Approaches for a Mobile Robot Path Planning / E. Magid, R. Lavrenov, M. Svinin, A. Khasianov // Informatics in Control, Automation and Robotics. Lecture Notes in Electrical Engineering. — Springer, Cham, 2020. — Vol. 495. — Pp. 475–496. DOI: 10.1007/978-3-030-11292-9_24.

18. Джанджгава Г. И. Навигация и наведение по пространственным геофизическим полям / Г. И. Джанджгава, Г. И. Герасимов, Л. И. Августов // Известия ЮФУ. Технические науки. — 2013. — № 3(140). — С. 74–84. — EDN PYMMVZ.

19. Фатеев В. Ф. Макет системы по геофизическим полям земли / В. Ф. Фатеев, Д. С. Бобров, Ю. В. Гостев [и др.] // Альманах современной метрологии. — 2020. — № 4(24). — С. 173–184. — EDN KZPLNH.

20. Stepanov O. A. The Effect of Measurement Preprocessing in the Gravity-Aided Navigation / O. A. Stepanov, A. S. Nosov // 5th Symposium on Terrestrial Gravimetry: Static and Mobile Measurements (TG-SMM 2019). — International Association of Geodesy Symposia. — Springer International Publishing, 2021. — Vol. 153. — Pp. 141–145. DOI: 10.1007/1345_2021_131.

21. 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 им. адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 519 534. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-4-519-534. — EDN KGJJVG.

22. Торопов А. Б. Алгоритмы фильтрации в задачах коррекции показаний морской навигационной системы с использованием нелинейных измерений: автореф. дис. … канд. техн. наук / А. Б. Торопов. — СПб., 2013. — 20 с.

23. Xi M. Matching area selection for arctic gravity matching navigation based on adaptive all‐field extended extremum algorithm / M. Xi, L. Wu, Q. Li, G. Mao, P. Wu, B. Ji, L. Bao, Y. Wang // IET Radar, Sonar & Naviga tion. — 2024. — Vol. 18. — Is. 8. — Pp. 1307–1317. DOI: 10.1049/rsn2.12571.

24. Ююкин И. В. Проблема реализации концепции максимального интегрирования разнородных данных в практической навигации / И. В. Ююкин // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2023. — Т. 15. — № 6. — С. 998–1014. DOI: 10.21821/2309-51802023-15-6-998-1014. — EDN JRCDLU.

25. Safin R. Modern Methods of Map Construction Using Optical Sensors Fusion / R. Safin, T. Tsoy, R. Lavrenov, I. Afanasyev, E. Magid // International Conference on Artificial Life and Robotics (ICAROB 2023). — ALife Robotics Corporation Ltd., 2023. — Vol. 28. — Pp. 166–169. DOI: 10.5954/ICAROB.2023.OS6-6.

26. 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. — 2022. — Vol. 23. — Is. 8. — Pp. 12935–12952. DOI: 10.1109/TITS.2021.3118678.

27. Dai Y. An Adaptive and Robust Strategy for GPS/IMU/VO Integrated Navigation / Y. Dai, R. Sun // China Satellite Navigation Conference (CSNC 2024) Proceedings. — Lecture Notes in Electrical Engineering. Springer Nature Singapore, 2024. — Vol. 1094. — Pp. 555–565. DOI: 10.1007/978–981–99–6944–9_48.

28. Yan X. Cooperative navigation in unmanned surface vehicles with observability and trilateral positioning method / X. Yan, X. Yang, M. Lou, H. Ye, Z. Xiang // Ocean Engineering. — 2024. — Vol. 306. — Pp. 118078. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2024.118078.

29. Fateev V. Problems of creating autonomous navigation systems on geophysical fields / V. Fateev, D. Bobrov, M. Muzabekov, R. Davlatov // E3S Web of Conferences. — EDP Sciences, 2021. — Vol. 310. — Pp. 03008. DOI: 10.1051/e3sconf/202131003008.

30. 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.

31. Куршин В. В. Методика определения целостности высокоточных навигационных определений / В. В. Куршин, А. В. Молоканов // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. — 2017. — Т. 4. — № 2. — С. 3–10. DOI: 10.17238/issn2409–0239.2017.2.3. — EDN ZIBDCF.

32. Ююкин И. В. Генерализация изображения подводного рельефа методом сплайновой аппроксимации на векторной электронной карте / И. В. Ююкин // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2024. — Т. 16. — № 6. — С. 910–934. DOI: 10.21821/23095180-2024-16-6-910-934. — EDN QQIVCX.

33. Stepanov O. Recursive Estimation Algorithms for AUV Collaborative Navigation in Case of Abnormal Outliers in Measurements / O. Stepanov, Y. Litvinenko, A. Isaev // International Conference on Interactive Collab orative Robotics. — Springer Nature Switzerland, 2024. — Pp. 88–100. DOI: 10.1007/978-3-031-71360-6_7.

34. Ivanov A. V. Autonomous navigation data integrity monitoring of satellite radio navigation systems based on residual method / A. V. Ivanov, D. V. Boykov, O. V. Trapeznikova, A. P. Pudovkin, E. V. Trapeznikov // Journal of Physics: Conference Series. — IOP Publishing, 2020. — Vol. 1546. — № . 1. — Pp. 012016. DOI: 10.1088/17426596/1546/1/012016.