Кафедра радіотехнічних систем

[RE-301] Інтегровані радіоінформаційні системи та комплекси

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освіти	Другий (магістерський)
Галузь знань	-
Спеціальність
Освітня програма
Статус дисципліни	Нормативна
Форма здобуття вищої освіти	Очна
Рік підготовки, семестр	2 курс, осінній семестр
Обсяг дисципліни	4 кред. (Лекц. 18 год, Практ. год, Лаб. 36 год, СРС. 66 год )
Семестровий контроль/контрольні заходи	Залік
Розклад занять	https://rozklad.kpi.ua
Мова викладання	Українська
Інформація про керівника курсу / викладачів	Лекц.: Васильєв В. М., Лаб.: Васильєв В. М., СРС.: Васильєв В. М.
Розміщення курсу

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Опис. В даний час використовується велика кількість навігаційних засобів і систем, які працюють на різних фізичних принципах, що мають як переваги, так і недоліки. Широке застосування отримали радіотехнічні навігаційні системи. Велика роль відводиться системам супутникової радіонавігації.

Інтеграція різних навігаційних засобів і систем дозволяє визначити необхідні навігаційні параметри, підвищити достовірність і точність їх визначення. Інтеграція виконується із застосуванням, як схемотехнічних, так і математичних оптимальних методів оброблення інформації. При цьому найбільший ефект досягається при комплексуванні радіотехнічних і не радіотехнічних навігаційних систем. Так в сучасних бортових системах керування польотом літаків необхідним є наявність комплексного оброблення інформації інерційної навігаційної системи (ІНС) і супутникової радіонавігаційної системи (СРНС) при цьому реалізація математичних методів і технологій оброблення інформації покладається на комп'ютер. По суті, інтегровані навігаційні системи являють собою комп'ютерно-інтегровані навігаційні системи, що дозволяють забезпечувати автоматичні режими керування рухомими об'єктами.

Метою викладання дисципліни є розкриття необхідності і способів створення інтегрованих радіонавігаційних систем і комплексів для підвищення безпеки і ефективності обслуговування повітряного руху в умовах інтеграції національних і міжнародних аеронавігаційних систем.

У результаті вивчення даної навчальної дисципліни студенти мають продемонструвати такі результати навчання:

знання:

принципів побудови інтегрованих навігаційних систем та вимог до них;
інформаційного забезпечення, протоколів передачі даних;
міжнародних стандартів і вимог ICAO що до гармонізації та інтеграції з європейською аеронавігаційною системою;
способів інтеграції компонентів навігаційних систем;
методів та алгоритмів комплексної обробки даних навігаційних систем;
інформаційно-технологічних процесів, що протікають у інтегрованих навігаційних системах;
варіантів комплексування різних типів навігаційних систем;
архітектури сучасних інтегрованих аеронавігаційних систем;
обчислювальних засобів й інформаційних технологій, що застосовуються в сучасних інтегрованих навігаційних системах;
перспектив розвитку інтегрованих аеронавігаційних систем.

уміння:

аналізувати стан та необхідність інтеграції навігаційних систем;
визначати необхідні шляхи і способи інтеграції;
складати схеми комплексування різних типів навігаційних систем;
застосовувати оптимальні стохастичні методи комплексної обробки навігаційної інформації;
моделювати роботу окремих складових інтегрованої навігаційної системи;
проводити комп’ютерне моделювання методів і алгоритмів обробки інформації в інтегрованих системах.

досвід:

володіння навичками роботи на ПК, у середовищі операційних систем, стандартних прикладаннях, а також системах програмування високого рівня, що використовуються в аеронавігаційних системах;
виконання синтезу схем інтеграції навігаційних систем;
складання математичних моделей процесів та складових елементів інтегрованих навігаційних систем;
дослідження інтегрованих навігаційних систем шляхом комп’ютерного моделювання.

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Пререквізити: навчальна дисципліна «Інтегровані радіоінформаційні системи та комплекси» базується на знаннях з технічних дисциплін, що вивчаються за освітньою програмою бакалавра «Радіотехнічні комп’ютеризовані системи» спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка».

Постреквізити: дисципліна «Інтегровані радіоінформаційні системи та комплекси» є дисципліною, що об’єднує інформаційну складову радіотехнічних систем, які інтегруються в комплекси, призначені для навігації та курування рухомими об’єктами, в рамках спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка», та є вихідною для продовження освіти в аспірантурі.

3. Зміст навчальної дисципліни

Тема 1. Принципи побудови інтегрованих радіонавігаційних систем та комплексів.

Тема 2. Технічне та інформаційне забезпечення інтегрованих радіонавігаційних систем та комплексів.

Тема 3. Методи і способи інтеграції навігаційних систем.

Тема 4. Застосування математичних оптимальних методів при комплексній обробці інформації.

Тема 5. Варіанти комплексування різних типів навігаційних систем.

Тема 6. Інтегрована інерційно-супутникова навігаційно система.

Тема 7. Інтеграція в системах керування повітряним рухом.

Тема 8. Міжнародна глобальна інтеграція систем зв'язку, навігації, спостереження і управління повітряним рухом (CNS/ATM).

Тема 9. Перспективи розвитку інтегрованих навігаційних систем та комплексів.

4. Навчальні матеріали та ресурси

Література базова:

Комплексирование радиотехнических систем управления с другими информационными датчиками: Учеб. пособие для вузов /В.Е. Вовасов, С.А. Герко. – М.: Горячая линия-Телеком, 2020. – 242 с.
Автоматизированные системы управления воздушным движением: Новые информационные технологии в транспорте: Учеб. пособие /Р.М.Ахмедов, А.А. Бибутов, А.В.Васильев и др.; под ред. С.Г. Пятко и А.С. Красова. - СПб.: Политехника, 2004. – 446 с.
Анучин О.Н. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов /О.Н.Анучин, Г.И. Емельянцев; под общей ред. чл.-кор. РАН В.Г.Пешехонова. – СПб., 1999. – 357 с.
Конин В.В., Харченко В.П. Системы спутниковой радионавигации /В.В. Конин, В.П. Харченко. Национальный авиационный университет. – К.: Холтех, 2010. – 520 с.
Ярлыков М.С. Статистическая теория радионавигации. – М.: Радио и связь, 1985. – 344 с.
Комплексирование информационно-измерительных устройств летательных аппаратов: Учебное пособие для вузов / Ю.П. Иванов, А.Н. Синяков, И.В. Филатов; под ред. В.А. Боднера. – Л.: Машиностроение. 1984. – 207 с.

Література додаткова:

Технические средства и системы для обслуживания воздушного движения: Учебное пособие / Быковец И.С., Гладков В.М., Демьянчук В.С. др. – К.: Украерорух, 2012. – 402 с.
Кучерявый А.А. Бортовые информационные системы: Курс лекций//А.А.Кучерявый, под ред. В.А Мишина и Г.И.Клюева. – 2-е изд., перераб. и доп. – Ульяновск: УлГТУ, 2004. – 504 с.
Верещака А.И., Олянюк П.В. Авиационное оборудование: Учебник для вузов ГА. – М.: Транспорт, 1996. – 344 с.
Радиотехнические системы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» /Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Высш. шк., 1990. – 496 с.
Соловьев Ю.А. Спутниковая навигация и ее приложения. – М.: ЭКО–ТРЕНДЗ, 2003. – 326 с.
Яценков В. С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS, NAVSTAR и ГЛОНАСС. – М.: Горячая линия-Телеком, 2005. – 272 с.

Інформаційні ресурси

1. Науково-технічна бібліотека НТУУ «КПІ» ім. Г.І.Денисенка. Доступ з мережі університету: http://servict.library.ntu-kpi.ua/documents/E041/doc

2. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут». Каталог інформаційних ресурсів НТУУ «КПІ». Доступ з мережі університету: http://direktori.kpi.ua/author/3398

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Лекційні заняття

Тема 1. Принципи побудови інтегрованих радіонавігаційних систем та комплексів.

Цілі і задачі інтеграції навігаційних систем, її переваги, вимоги. Характерні риси інтегрованих навігаційних систем, рівні інтеграції. Опис інтегрованої системи, ії склад. Прінципи побудови інтегрованих навігаційних систем для різних комплексів: пілотування, контролю та керування рухом.

Завдання на СРС: Функції пілотажно-навігаційних систем, систем керування польотом, систем керування повітряним рухом

Тема 2. Технічне та інформаційне забезпечення інтегрованих радіонавігаційних систем та комплексів.

Основні радіонавігаційні засоби та системи: далекомірні, кутомірні, кутомірно-далекомірні, різницево-далекомірні системи, курсові системи, вимірювачі швидкості, висотоміри. Основні джерела інформації для систем керування повітряним рухом: первинні, вторинні радіолокаційні системи, РЛС з адресним запитом. Основні не радіонавігаційні засоби та системи: інерційні навігаційні системи, гироскопичні курсові системи, акселерометри, системи повітряних сигналів (вимірювачи повітряної швидкості). Склад, вид, способи формування, протоколи передачі навігаційних даних. Протоколи повідомлень супутникових навігаційних систем.

Завдання на СРС: Протоколи навігаційних даних

Тема 3. Методи і способи інтеграції навігаційних систем.

Схеми і алгоритми комплексування. Схемотехнічні способи інтеграції. Типові схеми комплексної обробки інформації. Комплексування на основі взаємної компенсації і фільтрації похибок. Способи комплексування: компенсація, фільтрація, введення додаткової інформації в кільце стеження. Особливості комплексування інерційної навігаційної системи IНС і супутникової радіонавігаційної системи GPS, включення оптимального фільтра в прямий і в зворотній ланцюг IНС.

Завдання на СРС: Схеми комплексування навігаційних систем

Тема 4. Застосування математичних оптимальних методів при комплексній обробці інформації.

Властивості сигналів навігаційних систем різних типів, статистичні характеристики похибок вимірів. Застосування статистичних оптимальних методів оцінки сигналів при комплексуванні, фільтр Калмана.

Завдання на СРС: Рівняння дискретного фільтру Калмана

Тема 5. Варіанти комплексування різних типів навігаційних систем.

Процедура синтезу системи комплексного оброблення навігаційної інформації. Комплексування кутомірно-далекомірної радіонавігаційної системи, датчика швидкості та вимірника курсового куту. Комплексна система визначення курсу за даними гіроскопічного датчика курсу і радіокомпасу. Комплексування радіонавігаційної системи VOR/DME і інерційної навігаційної системи ІНС.

Завдання на СРС: Математичний опис навігаційних систем

Тема 6. Інтегрована інерційно-супутникова навігаційно система.

Загальна схема комплексування інерційної навігаційної системи (ІНС) і супутникової радіонавігаційної системи (СРНС). Математичні моделі похибок вимірювань ІНС і СРНС. Застосування коригувальних ланцюгів в інерційно-супутникової навігаційної системі. Застосування фільтра Калман для оцінки навігаційних параметрів при комплексуванні інтегрованної ІНС-СРНС системи.

Завдання на СРС: Математичні моделі вимірів навігаційних систем

Тема 7. Інтеграція в системах керування повітряним рухом (КПР).

Автоматизована система керування повітряним рухом як інтегруюча система аеронавігаційного обслуговування. Структурна схема типової АС КПР. Призначення основних комплексів системи, їх технічні і функціональні характеристики. Взаємодія комплексів. Інтеграція польотних даних, радіолокаційних даних, даних навігаційних систем, систем супутникової навігації для моніторингу, контролю повітряного руху і підтримки прийняття рішень з забезпечення безпеки польотів. Концепція автоматичного залежного спостереження (ADS) та її застосування для інформаційної інтеграції.

Завдання на СРС: Математичні моделі вимірів навігаційних систем

Концепція глобальної системи зв'язку, навігації, спостереження і управління повітряним рухом (CNS/ATM – Communication, Navigation, Surveillance/Air Traffic control). Стратегія розвитку CNS/АТМ в Європі. Застосування супутників у системах зв'язку, навігації і КПР. Інтеграція засобів зв'язку “земля - повітря”, “земля - земля”, “повітря-повітря”. Системи авіаційного супутникового зв'язку. Побудова інтегрованого бортового обладнання зв'язку, навігації, спостереження для різних класів літаків. Комплексна обробка інформації в системах керування польотом (FMS – Flight management system).

Завдання на СРС: Застосування навігаційних супутників

Тема 9. Перспективи розвитку інтегрованих навігаційних систем та комплексів.

Плани розвітку навігаційних систем. Концепція кооперативного обслуговування повітряного руху. Інтеграція функцій автоматизованій системи керування повітряним рухом АСКПР та системи керування польотом FMS. Інтеграція наземних, бортових та супутникових аеронавігаційних систем. Структурна схема перспективної інтегрованної кооперативної системи контролю руху та приняття рішень з безпеки полетів.

Завдання на СРС: Забезпечення необхідного рівня безпеки польотів

Лабораторні заняття (комп’ютерний практикум)

Математичні моделі, що використовуються при комплексної обробки навігаційних даних.
Моделювання похибок вимірювань навігаційних систем.
Вивчення та моделювання протоколів передачі даних в інтегрованих навігаційних системах.
Вивчення та дослідження властивостей алгоритму калманівської фільтрації.
Комплексна система визначення положення об’єкта за даними кутомірно-далекомірної системи, датчика швидкості та курсового куту.
Комплексна система визначення курсу за даними гіроскопічного датчика курсу і радіокомпасу.
Комплексування радіонавігаційної системи VOR/DME і інерційної навігаційної системи ІНС.
Комплексна обробка інформації ІНС і СРНС.
Контроль руху за даними супутникової радіонавігаційної системи.

6. Самостійна робота студента

№ з/п	Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання	Кількість годин СРС
1.	Функції пілотажно-навігаційних систем, систем керування польотом, систем керування повітряним рухом	1
2.	Протоколи навігаційних даних	1
3.	Схеми комплексування навігаційних систем	2
4.	Рівняння дискретного фільтру Калмана	2
5.	Математичний опис навігаційних систем	2
6.	Математичні моделі вимірів навігаційних систем	2
7.	Склад АС КПР, функції що виконуються	2
8.	Застосування навігаційних супутників	1
9.	Забезпечення необхідного рівня безпеки польотів	1
10.	Підготовка до лабораторних занять.	36
11.	Підготовка до МКР.	2
12.	Виконання ДКР.	10
13.	Підготовка до заліку.	4
	Всього:	66

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Рекомендовані методи навчання: вивчення основної та допоміжної літератури за тематикою лекцій, розв’язування задач на лабораторних заняттях та при виконанні завдань. Студентам рекомендується вести докладний конспект лекцій. Важливим аспектом якісного засвоєння матеріалу, відпрацювання методів та алгоритмів вирішення основних завдань дисципліни є самостійна робота. Вона містить читання літератури, огляд літератури за темою, підготовку до занять, контрольних заходів та заліку.

Правила відвідування занять. Студентам рекомендується відвідувати лекційні заняття і особливо лабораторні, оскільки на них в умовах колективного обговорення та вирішення завдань розвиваються необхідні уміння, досвід та навички. Система оцінювання орієнтована на отримання балів за своєчасність виконання практичних робіт, а також виконання завдань, які здатні розвинути практичні уміння та навички.

На лекції заборонено відволікати викладача від викладання матеріалу, усі питання, уточнення та ін. студенти задають в кінці лекції у відведений для цього час.

Призначення заохочувальних та штрафних балів. Заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях та лабораторних заняттях, участь у конкурсах робіт, підготовку та публікацію наукових статей і тезисів доповідей на наукових конференціях, участь в науково-дослідній роботі на тему, що відповідає темам дисципліни. Кількість заохочуваних балів не більше 10;

Штрафні бали можуть виставлятися за: невиконання або невчасне виконання завдань. Кількість штрафних балів не більше 10.

Академічна доброчесність Політика та принципи академічної доброчесності визначені у розділі 3 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.

Норми етичної поведінки Норми етичної поведінки студентів і працівників визначені у розділі 2 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.

Навчання іноземною мовою Навчальна дисципліна «Інтегровані радіоінформаційні системи та комплекси» передбачає її вивчення на український мові. У процесі викладання навчальної дисципліни використовуються матеріали та джерела російською та англійською мовами.

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Види контролю

Поточний контроль: здійснюється шляхом експрес-опитування, опитування на лабораторних заняттях, при виконанні МКР та ДКР.

Календарний контроль: провадиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.

Семестровий контроль: в першому семестрі – залік.

Рейтингова система оцінювання результатів навчання.

1. Рейтинг студента з кредитного модуля розраховується виходячи із 100-бальної шкали, з них 60 балів складає стартова шкала. Стартовий рейтинг (протягом семестру) складається з балів, що студент отримує за:

експрес-контроль з лабораторних робіт;
виконання та захист лабораторних робіт;
виконання домашньої контрольної роботи (ДКР);
виконання модульної контрольної роботи (МКР).

2. Критерії нарахування балів.

2.1. Експрес-контрольна робота оцінюється із 1 бала кожна:

повна відповідь – 1 бал;
достатньо повна відповідь або повна відповідь з незначними неточностями – 0,75 бала;
неповна відповідь та незначні помилки – 0,5 бали;
неправильна відповідь – 0 балів.

2.2. Лабораторна робота оцінюється із 5 балів кожна:

«відмінно» – повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації) – 5 балів;
«добре» – достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації) або повна відповідь з незначними неточностями – 4 балів;
«задовільно» – неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації) та незначні помилки – 3 бали;
«незадовільно» – відповідь не відповідає вимогам до «задовільно» – 0 балів.

2.3. Модульна і домашня контрольні роботи оцінюються із 10 балів кожна:

«відмінно» – правильно і повністю виконані всі завдання (не менше 90% потрібної інформації) – 9-10 балів;
«добре» – частково виконані завдання (не менше 75% потрібної інформації) – 7-8 балів;
«задовільно» – завдання контрольної роботи виконані із помилками (не менше 60% потрібної інформації) – 5-6 балів;
«незадовільно» – завдання не виконані або містять грубі помилки – 0-4 балів.

3. Календарна атестація студентів з дисципліни проводиться викладачами за значенням поточного рейтингу студента на час атестації t. Якщо значення цього рейтингу не менше 50% від максимально можливого (R_t) на час атестації RD_t ≥ 0,5R, студент вважається задовільно атестованим. В іншому випадку - в атестаційній відомості виставляється «не зараховано».

Положення про рейтингову систему оцінки успішності доводиться на першому занятті з дисципліни.

Попередня рейтингова оцінка R з кредитного модуля (дисципліни) доводиться до студентів на останньому занятті.

4. Умовою допуску до заліку є стартовий рейтинг не менше 30 балів.

5. На заліку студенти відповідають на питання білету. Відповіді на запитання (завдання) оцінюються за такими критеріями:

«відмінно», повна відповідь, не менше 90% потрібної інформації (повне, безпомилкове розв’язування завдання) – 35-40 балів;
«добре», достатньо повна відповідь, не менше 75% потрібної інформації, є незначні неточності (повне розв’язування завдання з незначними неточностями) – 15-34 балів;
«задовільно», неповна відповідь, не менше 60% потрібної інформації, деякі помилки (завдання виконане з певними недоліками) – 5-14 балів;

«незадовільно», відповідь не відповідає умовам до «задовільно» – 0-4 бали.

6. Сума стартових балів та балів за залікову контрольну роботу переводиться до семестрової оцінки згідно з таблицею:

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою

Кількість балів	Оцінка
100-95	Відмінно
94-85	Дуже добре
84-75	Добре
74-65	Задовільно
64-60	Достатньо
Менше 60	Незадовільно
Не виконані умови допуску	Не допущено

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Перелік питань для контролю якості засвоєння курсу дисципліни

Вкажіть цілі і задачі інтеграції радіоінформаційних систем, переваги інтеграції.
Перелічить основні інформаційні системи, яки можуть бути інтегровані: радіонавігаційні і не радіонавігаційні системи, системи спостереження.
Опішить протоколи даних, що використовуються при інтегруванні.
Наведіть методі і способи інтеграції навігаційних систем.
Пояснить метод компенсації при інтеграції систем.
Пояснить метод фільтрації при інтеграції систем.
Пояснить метод введення додаткової інформації при інтеграції систем.
Пояснить схему включення фільтру в прямий ланцюг інтеграції.
Пояснить схему включення фільтру в зворотній ланцюг інтеграції.
Покажіть необхідність застосування оптимальних фільтрів при комплексної обробки інформації.
Вкажіть особливості використання фільтра Калмана при інтеграції інформаційних систем.
Надайте постановку задачі інтегрування кутомірно-далекомірної радіонавігаційної систем з датчиком швидкості і вимірником куту руху об’єкту.
Надайте постановку задачі інтегрування гіроскопічного датчику курсу та радіокомпасу.
Надайте постановку задачі інтегрування радіонавігаційної систем VOR/DME і інерційної навігаційної системи (ІНС).
Наведіть загальну схему комплексування інерційної навігаційної системи (ІНС) і супутникової радіонавігаційної системи (СРНС).
Наведіть математичний опис похибок вимірювань ІНС і СРНС.
Наведіть схему коригувальних ланцюгів в інерційно-супутникової навігаційної системі.
Покажіть застосування фільтра Калмана в інерційно-супутникової навігаційної системі.
Наведіть інтегровану схему автоматизованої системи керування повітряним рухом.
Наведіть схему інтеграції інформаційних систем для моніторингу і контрою повітряного руху.
Покажіть перспективи інформаційної інтеграції бортового, наземного та супутникового обладнання.
Поясніть концепцію системи автоматичного залежного спостереження ADS, ADS-B.
Покажіть використання ADS і ADS-B для інформаційної інтеграції в системах контролю та керування рухомими об’єктами.
Опишіть концепцію міжнародної глобальної системи зв'язку, навігації, спостереження і управління повітряним рухом.
Покажіть загальну схему інтегрованої кооперативної системи контролю руху та прийняття рішень з безпеки польотів.

Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни

Комп'ютерні імітатори навігаціних систем, програмне забезпечння для моделювання технології комплексного оброблення навігаційної інформації.

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено Васильєв В. М.;
Ухвалено кафедрою РТС (протокол № 11/21 від 14.06. 2021 р. )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № ______ від ______)