Transport automation research Transport automation research Автоматика на транспорте 2412-9186 117583 10.20295/2412-9186-2026-12-01-07-25 Живучесть, надежность, безопасность VIABILITY, RELIABILITY, SAFETY Живучесть, надежность, безопасность A Method for Monitoring the Availability of Required Navigation Performance for Locomotive Satellite Navigation Equipment МЕТОД КОНТРОЛЯ ДОСТУПНОСТИ ТРЕБУЕМЫХ НАВИГАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОКОМОТИВНОЙ АППАРАТУРЫ СПУТНИКОВОЙ РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ Демьянов Владислав Владимирович Demyanov Vladislav Vladimirovich vv.emyanov@gmail.com Логинов Денис Дмитриевич Loginov Denis Dmitrievich Denis466216@mail.ru Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Иркутский государственный университет путей сообщения Иркутск Россия Irkutsk state transport university Irkutsk Russian Federation Иркутский государственный университет Россия Irkutsk State University Russian Federation 20 03 2026 20 03 2026 12 1 7 25 20 03 2026 https://atjournal.ru/en/nauka/article/117583/view

Статья посвящена разработке метода контроля доступности требуемых навигационных характеристик локомотивной аппаратуры спутниковых радионавигационных систем при движении по жестко заданной траектории. Актуальность работы обусловлена необходимостью оперативного выявления нарушений требуемых навигационных характеристик при деградации качества позиционирования объекта. Метод основан на анализе параметров эллипса рассеивания погрешности позиционирования, сопоставлении его размеров и ориентации с допустимыми границами безопасности с учетом особенностей движения на перегоне и станции. В отличие от традиционных подходов, основанных на использовании априорных оценок, предложенный индикатор формируется по текущим апостериорным оценкам погрешности позиционирования. Реализация подхода предполагает привязку текущих координат к интерполированной траектории движения на основе цифровой карты маршрута. Работоспособность метода подтверждена численным моделированием типовых сценариев деградации качества позиционирования и экспериментальными данными, полученными на подвижном объекте. Показано, что при нерегулярных воздействиях окружающих объектов инфраструктуры изменяются размеры и ориентация эллипса рассеивания, что позволяет своевременно выявлять нарушение требуемых навигационных характеристик и определять направление максимальной погрешности. Метод ориентирован на применение в бортовых системах высокоточного позиционирования железнодорожного транспорта и в системах автоматизированного управления движением поездов.

this paper proposes a method for monitoring the availability of required navigation performance of locomotive satellite navigation equipment operating along a rigidly defined trajectory. The study is motivated by the necessity to detect, in real time, violations of required navigation performance when the navigation solution degrades. The method is founded on analysis of the positioning error ellipse parameters and on comparing its size and orientation with permissible safety bound aries, while accounting for the specific characteristics of train operation on railway line sections and within stations. The proposed indicator is generated from current a posteriori estimates of positioning error, in contrast to conventional techniques that depend on a priori estimates. The approach is implemented by referencing the instantaneous coordinates to an interpolated trajectory derived from a digital track map. Numerical simulations of representative navigation-degradation scenarios to gether with experimental data obtained from a moving platform have confirmed the method’s effectiveness. It has been demonstrated that the size and orientation of the error ellipse vary in response to anomalous disturbances, permitting rapid detection of breaches of required navigation performance and identification of the direction of maximum positioning error. The method is intended for automated train control applications and onboard high-precision positioning systems in railway transport.

 спутниковая навигация контроль доступности требуемые навигационные характеристики железнодорожный транспорт эллипс рассеивания погрешности устройства железнодорожной автоматики и телемеханики satellite navigation availability monitoring required navigation performance railway transport positioning error dispersion ellipse railway automation and remote control devicess

Зелова, М. И. О применении комплекса автоматизированного управления движением поездов в условиях высокой интенсивности движения / М.И. Зелова, А.В. Комаров // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. — 2022. — № 4 (76). — С. 92 100. — DOI: 10.26731/1813–9108.2022.4(76).92–100. — EDN WFQNPA. Zelova, M. I. O primenenii kompleksa avtomatizirovannogo upravleniya dvizheniem poezdov v usloviyah vysokoy intensivnosti dvizheniya / M.I. Zelova, A.V. Komarov // Sovremennye tehnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovanie. — 2022. — № 4 (76). — S. 92 100. — DOI: 10.26731/1813–9108.2022.4(76).92–100. — EDN WFQNPA. Cao, Z.-J. Resilient GNSS/INS-Based Railway Train Localization Using Odometer/Trackmap-­Enabled Jamming Discrimination / Z.-J. Cao, J. Liu, W. Jiang [et al.] // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. — 2024. — Vol. 25. — No. 12. — Pp. 19852–19872. — DOI: 10.1109/TITS.2024.3460689. Cao, Z.-J. Resilient GNSS/INS-Based Railway Train Localization Using Odometer/Trackmap-­Enabled Jamming Discrimination / Z.-J. Cao, J. Liu, W. Jiang [et al.] // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. — 2024. — Vol. 25. — No. 12. — Pp. 19852–19872. — DOI: 10.1109/TITS.2024.3460689. Mahato, S. Position Solution Quality Performance of Compact, Low-­Cost, Dual-­Frequency GNSS Modules / S. Mahato, M. Goswami, A. Bose // Proceedings of the URSI General Assembly and Scientific Symposium (GASS 2023), Sapporo, Japan, 19–26 Aug. 2023. — 2023. — DOI: 10.46620/URSIGASS.2023.3417.GPKR5508. Mahato, S. Position Solution Quality Performance of Compact, Low-­Cost, Dual-­Frequency GNSS Modules / S. Mahato, M. Goswami, A. Bose // Proceedings of the URSI General Assembly and Scientific Symposium (GASS 2023), Sapporo, Japan, 19–26 Aug. 2023. — 2023. — DOI: 10.46620/URSIGASS.2023.3417.GPKR5508. Kliman, A. Railway GNSS Multipath Error Modelling Approach with both Train-­Side and Operational Environment Characterization / A. Kliman, F. Roessl, A. Grosch, O. García Crespillo // Proceedings of the 37th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+ 2024), Baltimore, MD, 16–20 Sept. 2024. — 2024. — Pp. 114–126. — DOI: 10.33012/2024.19696. Kliman, A. Railway GNSS Multipath Error Modelling Approach with both Train-­Side and Operational Environment Characterization / A. Kliman, F. Roessl, A. Grosch, O. García Crespillo // Proceedings of the 37th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+ 2024), Baltimore, MD, 16–20 Sept. 2024. — 2024. — Pp. 114–126. — DOI: 10.33012/2024.19696. Bi, J. Spoofing Attack Recognition for GNSS-Based Train Positioning Using a BO-LightGBM Method / J. Bi, J. Liu, B. Cai, J. Wang // Science Progress. — 2024. — Vol. 107. — No. 4. — Art. 00368504241272731. — DOI: 10.1177/00368504241272731. — EDN YVHWPO. Bi, J. Spoofing Attack Recognition for GNSS-Based Train Positioning Using a BO-LightGBM Method / J. Bi, J. Liu, B. Cai, J. Wang // Science Progress. — 2024. — Vol. 107. — No. 4. — Art. 00368504241272731. — DOI: 10.1177/00368504241272731. — EDN YVHWPO. Hu, Q. Multi-­Sensor Information Fusion Positioning of AUKF Maglev Trains Based on Self-­Corrected Weighting / Q. Hu, H. Tang, K. Fan, W. Cai // Sensors. — 2025. — Vol. 25.—No. 8.—Art. 2628.—DOI: 10.3390/s25082628. Hu, Q. Multi-­Sensor Information Fusion Positioning of AUKF Maglev Trains Based on Self-­Corrected Weighting / Q. Hu, H. Tang, K. Fan, W. Cai // Sensors. — 2025. — Vol. 25.—No. 8.—Art. 2628.—DOI: 10.3390/s25082628. Kaplan, E. D. Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications / E.D. Kaplan, C. Hegarty. — 3rd ed. — Boston: Artech House, 2017. — 1064 p. Kaplan, E. D. Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications / E.D. Kaplan, C. Hegarty. — 3rd ed. — Boston: Artech House, 2017. — 1064 p. Shi, J. Research on an Autonomous Localization Method for Trains Based on Pulse Observation in a Tunnel Environment / J. Shi, Y. Zhang, G. Chen, Y. Si // Sensors. — 2024. — Vol. 24. — No. 17. — Art. 5556. — DOI: 10.3390/ s24175556. — EDN JFULGT. Shi, J. Research on an Autonomous Localization Method for Trains Based on Pulse Observation in a Tunnel Environment / J. Shi, Y. Zhang, G. Chen, Y. Si // Sensors. — 2024. — Vol. 24. — No. 17. — Art. 5556. — DOI: 10.3390/ s24175556. — EDN JFULGT. Misra, P. Global Positioning System: Signals, Measurements and Performance / P. Misra, P. Enge. — 2nd ed. — Lincoln, MA: Ganga-­Jamuna Press, 2006. — 569 p. Misra, P. Global Positioning System: Signals, Measurements and Performance / P. Misra, P. Enge. — 2nd ed. — Lincoln, MA: Ganga-­Jamuna Press, 2006. — 569 p. Medina, D. Determination of Pseudorange Error Models and Multipath Characterization Under Signal-Degraded Scenarios / D. Medina, K. Gibson, R. Ziebold, P. Closas // Proceedings of the 31st International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+ 2018), Miami, FL, 24–28 Sept. 2018.— 2018. — Pp. 3446–3456. — DOI: 10.33012/2018.16094. Medina, D. Determination of Pseudorange Error Models and Multipath Characterization Under Signal-Degraded Scenarios / D. Medina, K. Gibson, R. Ziebold, P. Closas // Proceedings of the 31st International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+ 2018), Miami, FL, 24–28 Sept. 2018.— 2018. — Pp. 3446–3456. — DOI: 10.33012/2018.16094. Wang, M. Evaluation of Empirical Tropospheric Models Using Satellite-­Tracking Tropospheric Wet Delays with Water Vapor Radiometer at Tongji, China / M. Wang, B. Li // Sensors.—2016.—Vol. 16.—No. 2.—Art. 186.— DOI: 10.3390/s16020186. Wang, M. Evaluation of Empirical Tropospheric Models Using Satellite-­Tracking Tropospheric Wet Delays with Water Vapor Radiometer at Tongji, China / M. Wang, B. Li // Sensors.—2016.—Vol. 16.—No. 2.—Art. 186.— DOI: 10.3390/s16020186. Yasyukevich, Y. V. Klobuchar, NeQuickG, BDGIM, GLONASS, IRI‑2016, IRI‑2012, IRI-Plas, NeQuick2 and GEMTEC Ionospheric Models: A Comparison in Total Electron Content and Positioning Domains / Y. V. Yasyukevich, D. Zatolokin, A. Padokhin [et al.] // Sensors. — 2023. — Vol. 23. — No. 10. — Art. 4773. — DOI: 10.3390/ s23104773. — EDN JLFZKH. Yasyukevich, Y. V. Klobuchar, NeQuickG, BDGIM, GLONASS, IRI‑2016, IRI‑2012, IRI-Plas, NeQuick2 and GEMTEC Ionospheric Models: A Comparison in Total Electron Content and Positioning Domains / Y. V. Yasyukevich, D. Zatolokin, A. Padokhin [et al.] // Sensors. — 2023. — Vol. 23. — No. 10. — Art. 4773. — DOI: 10.3390/ s23104773. — EDN JLFZKH. Demyanov, V. V. A Carrier Phase Hybrid Model for Adjusting the Procedures to Process Ionospheric Radio Sounding Measurements with High Temporal Resolution / V.V. Demyanov, E. I. Danilchuk, B. Zhang [et al.] // Advances in Space Research.—2025.—Vol. 75.—No. 10.—Pp. 7711– 7725.—DOI: 10.1016/j.asr.2025.03.001.—EDN JXSXQQ. Demyanov, V. V. A Carrier Phase Hybrid Model for Adjusting the Procedures to Process Ionospheric Radio Sounding Measurements with High Temporal Resolution / V.V. Demyanov, E. I. Danilchuk, B. Zhang [et al.] // Advances in Space Research.—2025.—Vol. 75.—No. 10.—Pp. 7711– 7725.—DOI: 10.1016/j.asr.2025.03.001.—EDN JXSXQQ. Lau, L. A New Signal-to-­Noise-­Ratio Based Stochastic Model for GNSS High-­Precision Carrier Phase Data Processing Algorithms in the Presence of Multipath Errors / L. Lau, P. Cross // Proceedings of the 19th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS 2006), Fort Worth, TX, 26– 29 Sept. 2006. — 2006. — Pp. 276–285. Lau, L. A New Signal-to-­Noise-­Ratio Based Stochastic Model for GNSS High-­Precision Carrier Phase Data Processing Algorithms in the Presence of Multipath Errors / L. Lau, P. Cross // Proceedings of the 19th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS 2006), Fort Worth, TX, 26– 29 Sept. 2006. — 2006. — Pp. 276–285. Betz, J. W. Effect of Narrowband Interference on GPS Code Tracking Accuracy / J.W. Betz // Proceedings of the National Technical Meeting of The Institute of Naviga‑ tion (ION NTM 2000), Anaheim, CA, 26–28 Jan. 2000. — 2000. — Pp. 16–27. Betz, J. W. Effect of Narrowband Interference on GPS Code Tracking Accuracy / J.W. Betz // Proceedings of the National Technical Meeting of The Institute of Naviga‑ tion (ION NTM 2000), Anaheim, CA, 26–28 Jan. 2000. — 2000. — Pp. 16–27.