Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Исследования проводились по шести основным направлениям, указанным в п.4.7. заявки. Направление 1. Построение гравиметрического комплекса, содержащего абсолютный и относительный гравиметры. По указанному направлению в 2014г. проведен обзор современных средств для высокоточного определения абсолютного значения ускорения силы тяжести (УСТ) и выполнен значительный объем работ, нацеленный на усовершенствование гравиметрического комплекса для измерения приращения УСТ с борта подвижных носителей. При разработке усовершенствованного относительного гравиметра за основу принят мобильный гравиметр «Чекан-АМ». В ходе исследований проведен подробный анализ результатов многолетней эксплуатации гравиметра «Чекан-АМ», на основе которого выработаны рекомендации по повышению точности, разрешающей способности и надежности нового гравиметра, и предъявлены новые требования к программно-математическому обеспечению для реального времени и камеральной обработки данных. Предложено интегрировать все периферийные устройства в центральный гироскопический прибор, так что в состав комплекса дополнительно входит только ноутбук с программно-математическим обеспечением сбора и обработки гравиметрических данных. Конструкция гравиметрического датчика подверглась серьезной модернизации, при этом предусмотрено значительное уменьшение скорости смещения нульпункта кварцевого чувствительного элемента за счет понижения его температуры статирования. С целью повышения инструментальной точности гравиметрического датчика в качестве приемника излучения оптико-электронного преобразователя гравиметра применена ТВ-камера на основе 5-мегапиксельной КМОП-матрицы. Реализована принципиально новая конструкция термостата, внутрь которого помещается не только чувствительный элемент, но и оптико-электронный преобразователь, что позволило радикально снизить погрешность измерений, вызываемую изменениями внешней температуры. Проведенные всесторонние стендовые испытания нового гравиметрического датчика показали значительное снижение его инструментальной погрешности по сравнению с предыдущим аналогом. При этом существенно снижено влияние на показания гравиметра температуры окружающей среды, уменьшен дрейф нульпункта, расширен динамический диапазон измерений. Результаты испытаний комплекса с новым гравиметрическим датчиком на гравиметрическом полигоне подтвердили его высокую инструментальную точность-значение среднеквадратической погрешности измерений не превысило 10-6 м/с2. Таким образом, в результате выполненных работ удалось в 2 раза понизить инструментальную погрешность нового гравиметра, в 5-7 раз снизить дрейф нуль-пункта по сравнению с серийным гравиметром «Чекан-АМ», более чем в 2 раза уменьшить энергопотребление аппаратуры, улучшить ряд эксплуатационных характеристик комплекса. В процессе обзора средств высокоточного определения абсолютного значения ускорения силы тяжести выделен новый абсолютный баллистический гравиметр АБГ-ВНИИМ-1, разработанный во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии им. Д. И. Менделеева. Направление 2. Разработка моделей погрешностей измерителей и методов совместной обработки гравиметрических, инерциальных и спутниковых навигационных данных. В ходе исследований по этому направлению выявлены современные тенденции развития методов обработки избыточной измерительной информации, основанных на теории стохастической фильтрации и направленных на решение, в том числе, задач, связанных с проведением гравиметрических измерений. Рассмотрены возможные схемы интеграции показаний различных измерительных систем на примере комплексирования данных инерциальных и спутниковых навигационных систем, информация от которых широко применяется при построении современных гравиметрических комплексов. Особое внимание уделено задачам, в которых возникает необходимость учета их нелинейного характера. Изложена методика сопоставления по точности оптимальных и субоптимальных реализуемых алгоритмов, на основе вычисления потенциальной точности, соответствующей точности оптимального алгоритма. Представлена постановка и алгоритм решения задачи сглаживания при комплексной обработке данных гравиметра и аппаратуры спутниковой системы. Проанализированы резервы повышения точности при решении задачи сглаживания по сравнению с задачей фильтрации. Исследованы модели аномалий гравитационного поля. Предложены методы построения моделей полезного сигнала, ошибок измерителей и погрешностей карты на основе аппарата нелинейной фильтрации Предложена постановка и алгоритм решения задачи адаптивной фильтрации, предназначенный для обработки данных гравиметра и спутниковых измерений. Обсуждена возможность применения при решении задач фильтрации EMD алгоритма- алгоритма эмпирической модовой декомпозиции. В части вопросов, касающихся совместной обработки гравиметрических, инерциальных и спутниковых навигационных данных, также подготовлен план проспект монографии, посвященной вопросам построения инерциально-спутниковых систем ориентации и навигации, использование которых в составе современных гравиметрических комплексов особенно актуально в высоких широтах. Направление 3. Разработка алгоритмов управления гироплатформами абсолютного и относительного гравиметров. Представлены результаты, подтверждающие возможность создания гиростабилизатора на волоконно-оптических гироскопах (ВОГ) для аэроморского гравиметра. Проведено исследование вариантов построения контура коррекции показаний ВОГ. Приведены результаты испытаний макета гиростабилизатора и с их использованием проанализирована достигаемая точность стабилизации. Показано, что ВОГи могут быть использованы не только в качестве чувствительных элементов системы гироскопической стабилизации гравиметра, обеспечивая приемлемую точность стабилизации, но и как чувствительные элементы контура расчета остаточных динамических погрешностей. Кроме того, проведены исследования в части оценки эффективности использования нестационарного алгоритма коррекции в каналах управления инерциальной гировертикали, корректируемой по показаниям спутниковых навигационных систем при выполнении авиационной гравиметрической съемки. Направление 4. Интеграция гравиметра с навигационно-угломерной спутниковой аппаратурой в интересах повышения точности и защиты от сбоев позиционных и курсовых решений. В ходе исследований по этому направлению определена схема взаимодействия гравиметра с угломерной аппаратурой глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ГЛОНАСС/GPS. Разработан алгоритм определения курса по фазовым двухантенным измерениям ГНСС, в котором применяются данные от системы гироскопической стабилизации гравиметра: углы качки и показания гироскопов, которые используются для ограничения области фазовой неоднозначности. Результаты предварительных экспериментов с антенной базой 1,5 м позволяют сделать следующие выводы: потенциальная точность определения курса в благоприятных с точки зрения наблюдаемости навигационных космических аппаратов (НКА) условиях оценивается среднеквадратической ошибкой 0,12 град; интервал накопления измерений, необходимых для получения первого после запуска/перезапуска алгоритма достоверного курсового решения, при использовании 6 НКА на вращающемся основании, составляет не более 10 с; СКО определения курса при интенсивном маневрировании может достигать 0,2 град. В алгоритме применяется ряд нововведений, способствующих более рациональной по сравнению с существующими аналогами организации перебора целого числа периодов, благодаря чему курсовое решение может быть получено с использованием измерений от всех доступных для наблюдения НКА при ограниченных ресурсах бортового вычислителя. Направление5. Совершенствование методов обработки спутниковых измерений. Применение космических аппаратов ГНСС открывает широкие возможности по исследованию гравитационного поля Земли, построению глобальной модели поля и уточнения ее параметров. Одной из основных трудностей применения ГНСС аппаратуры в условиях космоса является необходимость применения в таких приемниках радиационно-стойких аппаратных корреляторов, зачастую недоступных широкому потребителю, либо программно реализуемых корреляторов на радиационно-стойких центральных процессорных устройствах, приводящих к проблеме перегрузки процессора. Имеются также проблемы широкого диапазона изменения допплеровского сдвига, что осложняет поиск сигналов ГНСС, и пониженного отношения сигнал/шум. Для преодоления указанных проблем предложен адаптивный способ вычисления свертки входного сигнала с опорным, который при определенных условиях позволяет проводить за один такт обработку на одном канале сигналов от нескольких НКА. Разработаны эффективные схемы комбинированного (последовательного и параллельного) поиска. Представлен метод расчета параметров комбинированных схем поиска в зависимости от вероятностей ошибок 1-го и 2-го рода. Предложено разделение работы петель слежения за задержкой и несущей, за счет чего достигнуто существенное снижение нагрузки на процессор. Выведены аналитические зависимости вероятности ошибки в распознавании символа навигационного сообщения от погрешностей оценивания фазы кода, фазы несущей и внутрисистемной помехи. Разработан метод относительного позиционирования космических аппаратов по одночастотным и двухчастотным измерениям ГНСС, который может быть реализован в бортовых вычислителях аппаратуры ГНСС с учетом их ограниченных ресурсов и применен в исследовательских миссиях по изучению геофизического поля Земли из космоса. Подтверждена эффективность метода на реальных двухчастотных измерениях GPS, полученных на низкоорбитных спутниках GRACE на базе 250 м, и смоделированных одночастотных измерениях на базах до 30 км. Результаты проведенного исследования опубликованы в монографии. Направление 6. Исследования вопросов планирования вычислений, анализа временных диаграмм систем и диагностирования их технического состояния при построении программно-математического обеспечения гравиметрического комплекса. Исследована проблема планирования вычислений в однопроцессорных и многопроцессорных системах, выполняемых в реальном времени, в том числе и применительно к построению программно-математического обеспечения гравиметрического комплекса. Полученные результаты направлены на усовершенствование подхода, предложенного ранее исполнителями проекта. Этот подход предполагает введение так называемых разрешимых классов распределенных систем, для каждого из которых существует субоптимальный беспереборный алгоритм полиномиальной сложности. Рассматриваемый подход имеет версии для случаев, когда время решения для каждой задачи известно точно и когда оно представлено интервалом, а также когда планированию подлежат равноприоритетные задания и приоритеты этих заданий различаются. Планирование вычислений в рамках предложенного подхода осуществляется с учетом одного из следующих критериев – минимум общего времени выполнения вычислений и минимум максимального отклонения моментов завершения вычислений от заданных директивных сроков. По результатам исследований опубликована монография. Основные результаты В целом можно сформулировать следующие основные результаты, полученные в 2014. 1. Проведен анализ многолетнего опыта эксплуатации гравиметров «Чекан-АМ» и выработаны рекомендации по усовершенствованию аппаратуры и программно-математического обеспечения гравиметра. 2. Разработан гравиметрический датчик, отличающийся повышенной инструментальной точностью, расширенным динамическим диапазоном и низкой скоростью смещения нульпункта, изготовлен макет гравиметрического датчика и проведены его всесторонние испытания. 3. Предложена концепция построения усовершенствованного гравиметрического комплекса для измерения приращения УСТ с борта подвижных объектов, разработан макет комплекса и проведены испытания, подтвердившие его улучшенные точностные характеристики. 4. Предложена методика оценки эффективности субоптимальных алгоритмов и результаты ее применения при проектировании алгоритмов в задаче адаптивной фильтрации, решаемой при обработке данных гравиметра и приемника спутниковой системы, и в задаче управления инерциальной гировертикали. 5. Предложен алгоритм выработки курса на основе фазовых измерений двухантенной системы ГЛОНАСС/GPS. 6. Предложена методика построения адекватных моделей погрешностей измерителей и погрешностей карты, основанная на применении аппарата нелинейной фильтрации. 7. Разработаны усовершенствованные методы абсолютной и относительной навигации космических аппаратов. 8. Предложены оригинальные алгоритмы планирования вычислений в однопроцессорных и многопроцессорных системах с учетом разных критериев оптимальности. По результатам исследований подготовлено всего 19 публикации (из них 12 - индексируемые в Скопус, 7 - индексируемые в РИНЦ; издано две монографии; принята к печати глава в монографию и подготовлен принятый к печати план-проспект одной монографии.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Исследования проводились в полном соответствии с Соглашением № 14-29-00160 и планами работ на 2015, представленными в отчете за 2014г., по шести указанным в п.3.1 Формы 3 направлениям. К проведению исследований, начиная с прошлого года, дополнительно привлечены известные ученые России в области гравиметрии, в частности, д.т.н. Конешов В.Н. (Институт Физики Земли РАН), д.т.н. Витушкин Л.Ф. (ВНИИ Метрологии им. Д.И.Менделеева), д.ф.-м.н Голован А.А., и д.ф.-м.н. Болотин Ю.В., представляющие группу ведущих гравиметристов из Московского университета им. М.В. Ломоносова, возглавляемую д.ф.-м..н. проф. Н.А. Парусниковым. С целью наиболее полного всестороннего обсуждения предлагаемых решений в рамках проведенной в мае 2015г XXII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам (МКИНС 2015) организована специальная секция по гравиметрии. Подготовлен тематический выпуск журнала «Gyroscopy and Navigation» по вопросам измерений гравитационного поля, в который вошли работы российских и зарубежных авторов, включая работу всемирно известного ученого в этой области Р. Форсберга (Национальный аэрокосмический институт, Дания).В 2016 году будет проведен симпозиум «Наземная, морская, и аэрогравиметрия: измерения на неподвижном и подвижном основаниях». В состав программного комитета входят известные ученые из США, Германии, Франции, Японии, Италии, Финляндии, Аргентины. Основными организаторами симпозиума являются участники проекта: академик РАН В.Г. Пешехонов (председатель программного комитета); к.т.н. А.В. Соколов (член программного комитета и председатель организационного комитета); д.т.н. Л.Ф. Витушкин (заместитель председателя организационного комитета); д.т.н. В.Н. Конешов (член организационного комитета); А.А. Краснов (член организационного комитета). На симпозиуме планируется обсудить с участием ведущих, в том числе и зарубежных ученых, результаты, полученные в ходе выполнения проекта. К проводимым исследованиям активно привлекается молодежь, что подтверждается количеством публикаций с их участием: всего 23 публикации, включая две работы, подготовленные молодыми участниками без соавторства. По результатам исследований в 2015 году подготовлено всего 28 публикаций (из них 17 - индексируемые в Скопус, 10 - индексируемые в РИНЦ; одна монография), а также создана одна заявка на изобретение. В ходе исследований получены следующие научные результаты: По направлению 1 «Построение гравиметрического комплекса, содержащего абсолютный и относительный гравиметры»: По указанному направлению в 2015г. доработана концепция построения гравиметрического комплекса, включающего относительный и абсолютный гравиметры, использование которого позволит определять полное значение ускорения силы тяжести непосредственно при выполнении гравиметрической съемки без привязки к опорным пунктам. Разработана методика испытаний гравиметрического комплекса, включающая проверку точности определения ускорения силы тяжести на качающемся основании и сравнение с результатами измерений относительным наземным гравиметром ГНУ-КВ, приобретенным по гранту в 2015г. Проведен анализ данных гравиметрической съемки, выполненной в центральной части Арктического бассейна и уточнена методика выполнения работ в полярных районах в условиях сплоченных льдов. Выполнен анализ результатов авиационных гравиметрических съемок. Показано, что на легких турбовинтовых самолетах, движущихся со скоростью 70-80 м/с, возможно достижение пространственного разрешения гравиметрических данных на уровне 6 км. Разработана методика и программное обеспечение калибровки гравиметрического датчика методом наклона с использованием штатных средств системы гироскопической стабилизации гравиметра. Погрешность определения коэффициентов градуировочной характеристики гравиметра с использованием предложенной методики не превышает 0,05%. Это позволяет выполнять калибровку гравиметра непосредственно в полевых условиях, что значительно повысит качество гравиметрических работ. Разработан комплекс программно-математического обеспечения, обеспечивающего прием и первичную обработку гравиметрических данных, контроль качества полевых материалов, полную камеральную обработку результатов съемки, а также ведение соответствующей геофизической базы данных и построение гравиметрических карт. По направлению 2 «Разработка моделей погрешностей измерителей и методов совместной обработки гравиметрических, инерциальных и спутниковых навигационных данных»: Предложены алгоритмы, основанные на использовании методов нелинейной фильтрации и предназначенные для определения параметров моделей ошибок измерителей и погрешностей карты для режима камеральной обработки данных, на случай неизвестной структуры моделей. Разработан алгоритм решения задачи адаптивной фильтрации, обеспечивающей оценивание аномалий ускорения силы тяжести на основе совместной обработки данных гравиметра и приемной спутниковой аппаратуры в условиях неточно известных моделей самих аномалий и ошибок измерителей, и представлены результаты его использования. Проанализированы особенности метода навигации с использованием карт, включая карты гравитационного поля, и приведен обзор алгоритмов, применяемых для решения этой задачи. Предложена методика, позволяющая при построении карт аномалии силы тяжести по данным аэрогравиметрии в локальном районе съемок учитывать информацию об аномалии из данных глобальных моделей гравитационного поля Земли высокого пространственного разрешения (EGM2008 и др.). Алгоритмы основаны на методах теории оптимального оценивания. В качестве математического инструмента использована техника гармонического вейвлет-разложения на сфере, что подтверждает возможность использования при обработке данных вейвлет-разложений Представлены результаты анализа возможности и оценка точности определения уклонения отвесной линии в высоких широтах путем построения специализированной интегрированной инерциально-спутниковой системы ориентации и навигации с использованием прецизионного инерциального модуля и двухантенной спутниковой аппаратуры. С этой целью предложена в сформирована структура инерциально-геодезического комплекса и синтезированы алгоритмы работы интегрированной системы ориентации и навигации, содержащей прецизионную инерциальную навигационную систему и специализированный GPS-компас с антенной базой на уровне 6 м. В ходе выполнения работ разработана имитационная модель для исследования алгоритмов функционирования рассматриваемой интегрированной системы; выработаны требования к уровню погрешностей инерциальных элементов ИНС, уровню шумов фазовых измерений GPS-компаса, погрешностям согласования отсчетных баз по курсу измерительного блока ИНС и антенного модуля спутниковой аппаратуры; разработана методика согласования отсчетных баз по курсу ИНС и GPS-компаса; исследованы пути периодического уточнения положения фазовых центров приемных антенн в процессе гравиметрической съемки; проанализированы статистические модели гравитационного поля, необходимые для реализации инерциально-геодезического метода на подвижном объекте при реализации обсуждаемого метода определения УОЛ. Разработан оригинальный алгоритм выработки истинного курса на основе фазовых измерений ГЛОНАСС/GPS в рамках построения интегрированной системы на микромеханических датчиках. Проведено сопоставление предложенного алгоритма с алгоритмом, разработанным при интеграции мультиантенной спутниковой аппаратуры с гироплатформой гравиметра. В частности, отмечается, что предложенный алгоритм отличается: простотой в реализации, т.к. не требует использования поисковых алгоритмов для исключения неоднозначности фазовых измерений; возможностью определения курса при ограниченном числе (до 2-х) одновременно наблюдаемых навигационных спутников, в том числе при холодном старте системы; возможностью обработки фазовых измерений как от GPS, так и ГЛОНАСС. По направлению 3 «Разработка алгоритмов управления гироплатформами абсолютного и относительного гравиметров»: Экспериментально определены динамические погрешности системы непосредственной стабилизации на поплавковых гироскопах и ВОГ с использованием автоколлимационного метода измерения малых углов. Исследована точность расчета остаточных динамических погрешностей с использованием ВОГ и привлечением в качестве эталонного средства измерения малых углов оптической схемы на основе цифрового автоколлиматора, работающего на высоких частотах и обеспечивающего приемлемую точность угловых измерений. С целью уменьшения погрешности гировертикали на маневре и уменьшения времени ее прихода в установившееся положение для авиационного гравиметра разработана усовершенствованная модель системы стабилизации относительного гравиметра с использованием нестационарных фильтров в цепях коррекции гировертикали. Получены и проанализированы результаты сопоставления нестационарного и стационарного алгоритмов коррекции. Показано, что разработанный алгоритм позволяет существенно снизить уровень погрешностей стабилизации на маневре самолета по сравнению с традиционным стационарным алгоритмом и при этом обеспечивается приемлемое время перехода в установившийся режим. Применение этого алгоритма позволяют значительно расширить функциональные возможности гравиметра при проведении съемки на борту самолета. Предложены принципы стабилизации чувствительного элемента абсолютного баллистического гравиметра. Представлены предложения по построению системы стабилизации и определению параметров движения абсолютного гравиметра на основе поплавковых гироскопов и инерциального измерительного модуля на основе ВОГ. Разработана усовершенствованная модель системы стабилизации относительного гравиметра с использованием нестационарных фильтров в цепях коррекции гировертикали. По направлению 4 «Интеграция гравиметра с навигационно-угломерной спутниковой аппаратурой в интересах повышения точности и защиты от сбоев позиционных и курсовых решений»: Предложены экономичные алгоритмы исключения неоднозначности фазовых измерений ГНСС, позволяющие вырабатывать высокочастотное решение с использованием ограниченных вычислительных ресурсов бортовой аппаратуры. Разработано ПО для реализации и исследования в камеральном режиме алгоритма определения курса по фазовым двухантенным измерениям ГНСС с привлечением данных об углах качки и угловых скоростях от системы гиростабилизации гравиметра. Получены первые результаты верификации алгоритма на основе материалов натурных испытаний на автомобиле с применением сырых измерений ГНСС. Показано, что даже при неблагоприятных для приема сигнала ГНСС условиях разработанный алгоритм демонстрируют способность быстро и надежно устранять фазовую неоднозначность после перерывов в поступлении измерений и поставлять достоверное значение курса в систему гиростабилизации гравиметра. Установлено, что данные об углах качки и угловых скоростях, вырабатываемые инерциальными датчиками гиростабилизатора гравиметра, позволяют существенно сократить задержку с получением курса от многоантенной аппаратуры ГНСС после перерыва в поступлении измерений за счет сужения области поиска фазовой неоднозначности. Выявлено значительное преимущество применения определения курса по двухчастотным фазовым измерениям ГНСС по сравнению с одночастотным решением. Преимущество проявляется в повышенной достоверности исключения неоднозначности и более мягким требованиям к созвездию рабочих спутников. Достигнуто сокращение объема вычислительных затрат, связанных с реализацией алгоритма определения курса, позволяющее реализовать его в вычислителях реального времени;. Разработаны логико-математические формулировки алгоритма определения курса по данным двухантенной ГЛОНАСС/GPS аппаратуры и системы гироскопической стабилизации, предусматривающей его реализацию в аппаратуре гравиметра. Проведена его первичная апробация и настройка. По направлению 5 «Совершенствование методов обработки спутниковых измерений»: По результатам анализа эффективности использования сигналов ГЛОНАСС-К с кодовым разделением (как отдельно, так и совместно с сигналами других систем) для повышения помехозащищенности приемников ГНСС, используемых на борту космических и авиационных аппаратов для гравиметрической съемки предложены и протестированы метод подавления внутренних помех при помощи выбора частоты опорного генератора и метод подавления внешних помех при помощи адаптивных режекторных фильтров. Для метода подавления внешних помех показано, что использование предложенного метода позволяет в большой степени компенсировать влияние помехи. При этом результирующие потери не превышают 0.25 дБ. В рамках исследования усовершенствованных методов обработки фазовых измерений спутниковых систем, в частности методов разрешения фазовой неоднозначности показано, что для новых сигналов ГЛОНАСС длина волны разностной частоты L2 – L3 составляет 6,5 м. Это означает, что для правильного разрешения фазовой неоднозначности необходимо, чтобы погрешность измерения задержки огибающей не превышала 1,6 м. Учитывая, что используемая в новых сигналах модуляция несущей частоты обеспечивает потенциально более точную оценку задержки по сравнению с текущей, это неравенство, безусловно, выполняется при стандартных условиях приема сигналов. В рамках исследований первичной обработки сигналов ГЛОНАСС-К с кодовым разделением также показано, что в части поиска и слежения за задержкой огибающей сигнала ГЛОНАСС с кодовым разделением имеет смысл использовать стандартный подход для слежения за сигналами и за их поиском. При этом необходимо осуществлять измерение мощности принятого сигнала еще в двух точках, соответствующих положениям максимумов боковых пиков корреляционной функции. Таким образом, недостатки стандартного подхода частично могут быть компенсированы использованием аппаратной поддержки ускорения поиска, которая, как правило, предусмотрена в корреляторе. Для тестирования методов первичной обработки перспективных сигналов ГЛОНАСС предложена программно-аппаратная платформа. перспективные сигналы ГЛОНАСС на выходе радиочастотного преобразователя формируются с помощью специально разработанной программы, максимально приблизив тестовую платформу к работе в реальных условиях. По направлению 6 «Исследования вопросов планирования вычислений, анализа временных диаграмм систем и диагностирования их технического состояния при построении программно- математического обеспечения гравиметрического комплекса»: Предложены алгоритмы событийного мониторинга для параллельных вычислений реального времени. Особенностью алгоритмов является решение задачи мониторинга в рамках концепции тестового диагностирования. При этом в анализируемую систему вводится избыточность, которая по существу представляет собой событийную модель системы. Процедура мониторинга распадается на совокупность алгоритмов, каждый из которых сопоставляется с вычислительным путем в информационном графе программы. Показано, что для целей мониторинга может быть использована модель периодически нестационарной динамической системы, для которой приводится процедура построения теста. Проведены детальные исследования по проблеме планирования заданий в многопроцессорных системах реального времени. Предложены алгоритмы планирования, соответствующие следующей постановке. Необходимо спланировать решение независимых периодических заданий, состоящих из множества задач, для которых заданы длительности решения. Каждое задание представляется ациклическим направленным графом. Все графы заданий и граф функциональных связей процессоров находятся в отношении изоморфизма. Эта проблема в зарубежной литературе получила название «flow shop». Передача и прием данных между задачами одного задания, выполняемыми на смежных процессорах, осуществляется без дополнительных задержек по их готовности. Если же реально такие задержки существуют, например, из-за использования канала обмена, то считается, что они учтены в длительностях решения задач. Общей особенностью предложенных алгоритмов является простота. При планировании используется либо критерий минимума общего времени выполнения всех заданий, либо критерий минимума максимального отклонения моментов завершения заданий от установленных директивных сроков. Исследование эффективности предложенных алгоритмов планирования показало, что в ряде случаев удалось повысить эффективность планирования до 20%.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Исследования в 2016г. проводились в полном соответствии с Соглашением № 14-29-00160 и планами работ на 2016, представленными в отчете за 2015г., по шести указанным в п.3.1 Формы 3 направлениям. К проведению исследований, начиная с 2015 года, были дополнительно привлечены известные ученые России в области гравиметрии, в частности, д.т.н. Конешов В.Н.(Институт Физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН), д.т.н. Витушкин Л.Ф. (ВНИИ Метрологии им. Д.И.Менделеева), д.ф.-м.н Голован А.А., и д.ф.-м.н. Болотин Ю.В., представляющие группу ведущих гравиметристов из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, возглавляемую д.ф.-м.н. проф. Н.А. Парусниковым. Кроме того, в 2016 г. к иследованиям также привлечены д.т.н Непоклонов В.Б. (МИИГАиК) и к.т.н. Юрист С.Ш. (ЦНИИ"Дельфин"). С целью наиболее полного всестороннего обсуждения предлагаемых решений и получаемых результатов исполнители проекта приняли активное участие в Cимпозиуме Международной ассоциации по геодезии (IAG) «Наземная, морская и аэрогравиметрия: измерения на неподвижных и подвижных основаниях», прошедшем в апреле 2016г. Основными организаторами симпозиума являлись участники проекта: академик РАН В.Г. Пешехонов (председатель программного комитета); к.т.н. А.В. Соколов (член программного комитета и председатель организационного комитета); д.т.н. Л.Ф. Витушкин (заместитель председателя организационного комитета); д.т.н. В.Н. Конешов (член организационного комитета); А.А. Краснов (член организационного комитета). Кроме того, по инициативе руководителя проекта д.т.н. Степанова О.А. на XXX научно-технической конференция памяти Н.Н.Острякова в октябре 2016г. проведена специальная секция "Измерение геофизических полей и их применение в задачах навигации". На симпозиуме и конференции с участием ведущих зарубежных и российских ученых, обсуждены результаты, полученные в ходе выполнения проекта. Подготовлена и принята к печати монография "Современные методы и средства измерения параметров гравитационного поля Земли", авторами которой являются основные исполнители проекта. По результатам исследований в 2016 году подготовлено всего 44 публикации (из них 5 – индексируемые в Web of Science, 25 - индексируемые в Scopus, 40 - индексируемые в РИНЦ и упомянутая выше монография). В ходе проведения исследований в 2016г. выполнены перечисляемые ниже работы. К проводимым исследованиям активно привлекалась молодежь, что подтверждается списком приводимых ниже публикаций, большинство публикаций (27 публикаций из 44) подготовлено с их участием, включая работы, опубликованные молодыми участниками без соавторства (4 публикации). В ходе проведения исследований в 2016г. выполнены перечисляемые ниже работы. По направлению 1 «Построение комплекса, содержащего абсолютный и относительный гравиметры»: Проведены стендовые испытания макета гравиметрического комплекса, включающего абсолютный баллистический гравиметр «ГАБЛ-ПМ» и усовершенствованный относительный гравиметр «Шельф-Э». Выполнена экспериментальная оценки точности определения ускорения силы тяжести комплексом, содержащим абсолютный и относительный гравиметры, которая составила 0,04 мГал на неподвижном основании и 0,1 мГал – в условиях слабо качающегося основания. Доработана методика обработки данных при значительном перепаде силы тяжести относительно опорного гравиметрического пункта. Методика апробирована при камеральной обработке морских гравиметрических съемок в окраинных морях Антарктиды. Среднеквадратическая погрешность съемок не превысила 1 мГал. Проведена натурная апробация гравиметра и его системы стабилизации, а также алгоритмов интеграции гравиметрического комплекса и спутниковой навигационной аппаратуры. Выполнена высокоточная гравиметрическая съемка в одном из слабо исследованных труднодоступных районов Арктики – северной части Восточно-Сибирского моря. Среднеквадратическая погрешность измерений не превысила 0,7 мГал для усовершенствованной модели гравиметра. По направлению 2 «Разработка моделей погрешностей измерителей и методов совместной обработки гравиметрических, инерциальных и спутниковых навигационных данных». Проведено исследование эффективности алгоритмов нестационарной фильтрации и сглаживания при оценивании аномалий ускорения силы тяжести на борту летательного аппарата с использованием результатов реальных съемок. Сопоставлены точности, достигаемые с использованием нестационарных и стационарных алгоритмов, настроенных на различные модели. Решена задача структурной идентификации моделей аномалий УСТ и погрешностей используемых измерителей и проведена их апробация на примере идентификации погрешностей цифровых карт геофизических полей с использованием результатов реальных съемок. Предложенные методы идентификации погрешностей сопоставлены с традиционными методами и показаны их достоинства. Проанализированы современные тенденции и направления развития алгоритмического обеспечения решения задачи навигации с использованием карт геофизических полей, включая гравитационное поле, с акцентом на тенденции, связанные с идентификацией моделей погрешностей используемых измерительных систем и привлечением информации о модели движения объекта. Проведены исследования, связанные с особенностями использования многоантенных спутниковых систем при проведении измерений в приполярных районах и применением вейвлет разложений при оценивании вектора аномалий ускорения силы тяжести. По направлению 3 «Разработка алгоритмов управления гироплатформами абсолютного и относительного гравиметров». Сформирован экспериментальный образец системы гироскопической стабилизации и определения параметров движения чувствительного элемента абсолютного баллистического гравиметра. Проведены испытания экспериментального образца на стенде имитации качки и на стенде вертикальных перемещений. Полученные результаты свидетельствуют о возможности измерения ускорения силы тяжести с помощью баллистического гравиметра с учетом параметров поступательного и вращательного движений чувствительного элемента. Исследован нестационарный алгоритм управления гироплатформы гравиметра для работы при маневрировании носителя с целью уменьшения времени ее прихода в установившееся положение. Разработаны принципы стабилизации чувствительного элемента морского абсолютного баллистического гравиметра и модель системы стабилизации с использованием нестационарных фильтров в цепях коррекции гировертикали. Выработаны требования к параметрам гироскопов и акселерометров, обеспечивающих достижение точности измерения ускорения силы тяжести порядка 50 МкГал на подвижном основании в условиях качки до 2 баллов. Выявлены пути оптимизации алгоритмов определены параметров движения с учетом синхронизации выходных данных баллистического гравиметра и инерциальных измерителей. Разработаны предложения по методике натурных испытаний экспериментального образца на исследовательском судне. По направлению 4 «Интеграция гравиметра с навигационно-угломерной спутниковой аппаратурой в интересах повышения точности и защиты от сбоев позиционных и курсовых решений». Доработан алгоритм определения курса по фазовым измерениям двухантенной аппаратуры ГНСС с информационной поддержкой от гиростабилизатора гравиметра. Доработанный алгоритм апробирован на натурных данных, записанных при проезде участка дамбы, близкого к прямолинейному. Результаты апробации продемонстрировали преимущества предложенного алгоритма определения курса, перед путевым углом и чисто спутниковым решением по двум антеннам. Установлено, что основное преимущество алгоритма заключается в сокращении количества и уровня выбросов в условиях, неблагоприятных для наблюдения спутников. Показано также, что за счет привлечения информации гравиметра удается сократить задержки в получении курсового решения. По направлению 5 «Совершенствование методов обработки спутниковых измерений»: Разработаны методы проектирования первичной обработки перспективных сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением сигналов в диапазонах L1, L2, L3 и L5, основанные на математических моделях перспективных сигналов ГЛОНАСС. Показано, что объединение сигналов двух диапазонов L3 и L5 ГЛОНАСС и создание единого сигнала с помощью модифицированной модуляции бинарно смещенной несущей, позволило бы обеспечить конкурентоспособный потенциал системы ГЛОНАСС для использования в наиболее ответственных высокоточных применениях, включая аэрогравиметрию. Построена программно-аппаратная платформа для проверки алгоритмов обработки перспективных сигналов ГЛОНАСС, включающая в себя устройство имитации радиочастотного тракта для имитации цифрового представления сигнала ГЛОНАСС с кодовым разделением сигнала (в настоящее время этот сигнал передается лишь с ограниченного числа спутников). На платформе показана сходимость алгоритмов поиска сигналов ГЛОНАСС с многомодальной автокорреляционной функцией. В рамках исследования эффективности методов повышения помехоустойчивости приемников ГНСС для авиационных приложений (в том числе гравиметрических) предложены методы улучшения помехоустойчивости интегрированной аппаратуры ГНСС/ИНС на 70 дБ. По направлению 6 «Исследование вопросов планирования вычислений, анализа временных диаграмм систем и диагностирования их технического состояния при построении программно- математического обеспечения гравиметрического комплекса»: Разработаны алгоритмы синтеза диагностических событийных моделей для многопроцессорных систем гравиметрических комплексов с исследованием достаточных условий их наблюдаемости и управляемости. Алгоритмы включают два этапа. На первом этапе по информационному графу связи программных модулей системы определяется множество вычислительных путей, составляющих покрытие всех его ребер. На втором этапе с каждым из путей сопоставляется цепь, содержащая столько динамических звеньев, через сколько программных модулей проходит путь. Проведены исследования смешанных алгоритмов планирования вычислений в гравиметрических комплексах, пригодных для более широкого класса систем по сравнению с обычно используемыми алгоритмами и имеющих в основе следующую идею. В информационном графе системы выделяется критический вычислительный путь и отмечаются точки слияния с другими вычислительными путями. С критическим вычислительным путем сопоставляется один конвейер процессоров, а со всеми остальными вычислительными путями - второй конвейер процессоров, на котором производится (flow shop)-планирование при полученных из анализа критического пути директивных сроках.