ПНСТ 788-2022 Искусственный интеллект для навигационных систем воздушных судов гражданской авиации. Алгоритм контроля целостности для приемников спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS. Общие требования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ ДЛЯ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Алгоритм контроля целостности для приемников спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS. Общие требования

Издание официальное

Москва Российский институт стандартизации 2022

Предисловие

• 1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «ННК Консалтинг»

• 2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 164 «Искусственный интеллект»

• 3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2022 г. № 102-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены ГОСТР 1.16—2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д. 10, стр. 2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты» и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

© Оформление. ФГБУ «РСТ», 2022

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

Содержание

• 1 Область применения

• 2 Сокращения

• 3 Требования к задачам алгоритма контроля целостности для приемников спутниковой навигации. . . 1

• 4 Требования к обнаружению и исключению отказов

• 5 Требования к оповещению потребителя о текущей ошибке целостности навигационной системы. . .2

• 6 Применение искусственного интеллекта в алгоритме контроля целостности для приемников спутниковой навигации

• 7 Применение дифференциальной коррекции в алгоритме контроля целостности для приемников спутниковой навигации

• 8 Требования к наборам исходных данных для обучения алгоритма контроля целостности для приемников спутниковой навигации

Приложение А (рекомендуемое) Пример данных в формате RINEX для обучения алгоритма контроля целостности для приемников спутниковой навигации

Приложение Б (рекомендуемое) Пример сценариев для валидации алгоритма контроля целостности для приемников спутниковой навигации

Введение

Развитие методов искусственного интеллекта делает возможным решение задач оценки состояния комплексных систем или подтверждения достоверности решения посредством нейронных сетей с точностью, превышающей классические аналитические и статистические методы. Это способствует применению методов искусственного интеллекта при условии проведения качественных испытаний в сферах, связанных с высоким риском для жизни и здоровья людей, в частности — навигации и гражданской авиации.

В настоящем стандарте:

• - определена задача для контроля целостности для приемников спутниковой навигации;

• - сформулирован критерий целесообразности применения методов искусственного интеллекта для оценки целостности;

• - формализованы требования к данным, необходимым для обучения алгоритма контроля целостности для приемников спутниковой навигации.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ ДЛЯ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Алгоритм контроля целостности для приемников спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS. Общие требования

Artificial intelligence for civil aviation aircraft. Integrity control algorithm for GLONASS/GPS satellite navigation receivers. General requirements

Срок действия с — 2024—01—01 до 2026—01—01

• 1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на навигационную аппаратуру потребителей, предназначенную для определения местоположения воздушных судов по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS с использованием методов искусственного интеллекта.

Стандарт устанавливает технические и эксплуатационные требования, методы и требуемые результаты испытаний к навигационной аппаратуре воздушного судна гражданской авиации, реализующей алгоритмы автономного контроля целостности с использованием методов искусственного интеллекта.

• 2 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ГЛОНАСС — глобальная навигационная спутниковая система;

GPS — система глобального позиционирования;

IR - риск потери целостности (Integrity Risk);

PL — защитный уровень (Protection Levels);

ТТА— время срабатывания тревоги (Time to Alert);

SBAS — спутниковая система дифференциальной коррекции (Satellite Based Augmentation System);

GBAS — наземная система дифференциальной коррекции (Ground Based Augmentation System);

ABAS — автономная система дифференциальной коррекции (Aircraft Based Augmentations Systems);

RINEX — формат обмена данными для файлов исходных данных спутниковых навигационных приемников (Receiver Independent Exchange Format);

UTC — всемирное координированное время;

HDOP — снижение точности в горизонтальной плоскости;

VDOP — снижение точности в вертикальной плоскости.

• 3 Требования к задачам алгоритма контроля целостности для приемников спутниковой навигации

Алгоритм контроля целостности должен обеспечивать решение таких задач, как:

• - обнаружение отказов спутников или созвездий, в том числе вызванных отказом наземной системы управления;

Издание официальное

• - исключение данных, поступающих от отказавших навигационных спутников или созвездий из навигационного решения;

• - оповещение потребителя о текущей ошибке целостности навигационной системы.

• 4 Требования к обнаружению и исключению отказов

Алгоритм контроля целостности должен обнаруживать и исключать семь режимов отказов:

• - единичного отказа спутника ГЛОНАСС;

• - единичного отказа спутника GPS;

• - комбинации из двух независимых единичных отказов спутников ГЛОНАСС;

• - комбинации из единичного отказа спутника ГЛОНАСС и единичного отказа спутника GPS;

• - системного отказа ГЛОНАСС;

• - комбинации из единичного отказа спутника GPS и системного отказа ГЛОНАСС;

• - комбинации из единичного отказа спутника ГЛОНАСС и системного отказа ГЛОНАСС.

Кроме обязательных семи режимов отказов, целесообразно учитывать в алгоритмах контроля целостности:

• - комбинацию из двух независимых единичных отказов спутников GPS;

• - комбинацию из двух независимых единичных отказов спутников ГЛОНАСС и единичного отказа спутника GPS;

• - системный отказ GPS.

• 5 Требования к оповещению потребителя о текущей ошибке целостности навигационной системы

Вероятность выдачи ложного сигнала предупреждения (P_fa) определяет характеристики FDE двухсистемного ГЛОНАСС/GPS приемника в части допустимого количества/частоты событий, где приемник будет выдавать сигнал предупреждения о превышении HPL текущей ошибкой местоположения, в то время как реальная текущая ошибка местоположения все еще остается в пределах HPL.

Примечание — Частота возникновение такого события не зависит ни от режимов отказа, ни от текущей геометрии «совмещенного» ГЛОНАСС/GPS созвездия. Наличие ложного предупреждения может быть вызвано ионосферными ошибками или собственными шумами приемника.

Вероятность выдачи ложного сигнала предупреждения (P_fa):

• - не более 3,33 • 10^-7 на заход и

• - не более 10^-5 за 1 ч полета.

Вероятность невыдачи сигнала предупреждения (Р_та) должна быть не более 10^-4.

Вероятность неудавшегося исключения (P_fe) должна быть не более 10^-4.

• 6 Применение искусственного интеллекта в алгоритме контроля целостности для приемников спутниковой навигации

Применение методов искусственного интеллекта является целесообразным в том случае, если данные методы, в сравнении с существующими алгоритмами фильтрационной и мгновенной оценки целостности, применяемыми в гражданской авиации, обеспечивают стабильное снижение как минимум одного из следующих ключевых параметров:

• - риск потери целостности;

• - защитный уровень;

• - время срабатывания тревоги.

• 7 Применение дифференциальной коррекции в алгоритме контроля целостности для приемников спутниковой навигации

Источники дифференциальной коррекции могут быть использованы в качестве признаков для работы методов искусственного интеллекта в алгоритме контроля целостности для приемников спутниковой навигации.

2

• 7.1 Спутниковая система дифференциальной коррекции (Satellite Based Augmentation System, SBAS) может являться источником данных о исправности спутников и созвездий, а также дифференциальных поправок для снижения риска потери целостности навигационного решения.

• 7.2 Наземная система дифференциальной коррекции (Ground Based Augmentation System, GBAS) может являться источником данных о исправности здоровья спутников в области видимости станции, а также дифференциальных поправок для снижения риска потери целостности навигационного решения.

• 7.3 Автономная система дифференциальной коррекции (Aircraft Based Augmentations Systems, ABAS) может являться источником данных с бортовых навигационных датчиков и средств (высотомер, инерциальная навигационная система, высокоточные часы, компасы, визуальные данные) для снижения риска потери целостности навигационного решения.

• 8 Требования к наборам исходных данных для обучения алгоритма контроля целостности для приемников спутниковой навигации

• 8.1 Данные для обучения в алгоритме контроля целостности для приемников спутниковой навигации должны содержать как минимум:

• - навигационные сообщения всех спутников, находящихся в зоне прямой видимости;

• - текущие необработанные измерения псевдослучайного кода и фазы несущей для всех спутников, находящихся в зоне прямой видимости;

• - текущие значения отношения «мощность сигнала на несущей — плотность шума» (C/N0) для всех спутников, находящихся в зоне прямой видимости.

• 8.2 Для хранения исходных данных рекомендуется использовать формат RINEX (Receiver Independent Exchange Format) не ниже версии 2.11 с поддержкой навигационных сигналов ГЛОНАСС/ GPS и систем дифференциальной коррекции.

• 8.3 Метаданные контрольного набора данных должны содержать как минимум:

• - информацию об ожидаемом положении воздушного судна для каждого измерения псевдослучайного кода и фазы несущей для всех спутников, находящихся в зоне прямой видимости;

• - информацию об ожидаемой ошибке с указанием идентификатора спутника и временной метки.

• 8.4 Ошибки, приводящие к потере целостности навигационного решения, должны вноситься в обучающие данные посредством использования имитатора сигналов ГЛОНАСС/GPS или с помощью алгоритмической модификации файлов исходных данных.

• 8.5 Наборы исходных данных должны разделяться на обучающий, тестовый и демонстрационный с соблюдением критерия независимости.

Приложение А (рекомендуемое)

Пример данных в формате RINEX для обучения алгоритма контроля целостности для приемников спутниковой навигации

Данные наблюдений:

Навигационные данные:

3.04 N: GNSS NAV DATA Е: Galileo RINEX VERSION / TYPE

JPS2RIN v.2.0.178 JAVAD GNSS 20210827 085922 UTC PGM / RUN BY / DATE

• 18 LEAP SECONDS

GAL 6.5750D+01 3.9063D-02 8.6365D-03 0.0000D+00 IONOSPHERIC CORR

GAUT 1. 2107193470D-08-7.105427358D-15 432000 2172 TIME SYSTEM CORR

GAGP 1.4348188415D-08-8.881784197D-15 432000 2172 TIME SYSTEM CORR

END OF HEADER

E21 2021 08 27 04 50 00-6.843618466519D-04-2.188471626141D-12 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 1.090000000000D+02 7.156250000000D+01 3.377283534558D-09-1.876781663490D+00 3.425404429436D-06 2.151016378775D-04 3.108754754066D-06 5.440611875534D+03 4.494000000000D+05 2.048909664154D-08-1.057783147908D+00-3.911554813385D-08 9.760040830591D-01 2.822812500000D+02-1.802897742225D+00-5.860601260424D-09 2.085801167705D-10 2.580000000000D+02 2.172000000000D+03 0.000000000000D+00 3.119999885559D+00 0 . OOOOOOOOOOOOD+OO 1.862645149231D-09 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 4.501500000000D+05

E21 2021 08 27 04 50 00-6.843626033515D-04-2.174260771426D-12 0.000000000000D+00 1.090000000000D+02 7.156250000000D+01 3.377283534558D-09-1.876781663490D+00 3.425404429436D-06 2.151016378775D-04 3.108754754066D-06 5.440611875534D+03 4.494000000000D+05 2.048909664154D-08-1.057783147908D+00-3.911554813385D-08 9.760040830591D-01 2.822812500000D+02-1.802897742225D+00-5.860601260424D-09 2.085801167705D-10 5.170000000000D+02 2.172000000000D+03 0.000000000000D+00 3.119999885559D+00 0 . OOOOOOOOOOOOD+OO 1.862645149231D-09 2.095475792885D-09 4.500640000000D+05

E01 2021 08 27 05 10 00-1.180269289762D-03-8.029132914089D-12 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 1.110000000000D+02 7.421875000000D+01 3.436214560701D-09-2.674805905637D+00 3.537163138390D-06 2.661625621840D-04 3.283843398094D-06 5.440601964951D+03 4.506000000000D+05-1.117587089539D-08-1.054915851880D+00-7.450580596924D-09 9.764296912788D-01 2.766250000000D+02-1.606158652623D+00-5.901674399856D-09 2.307238962907D-10 2.580000000000D+02 2.172000000000D+03 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 3.119999885559D+00 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 4.513000000000D+05

E01 2021 08 27 05 10 00-1.180269988254D-03-8.014922059374D-12 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 1.110000000000D+02 7.421875000000D+01 3.436214560701D-09-2.674805905637D+00 3.537163138390D-06 2.661625621840D-04 3.283843398094D-06 5.440601964951D+03 4.506000000000D+05-1.117587089539D-08-1.054915851880D+00-7.450580596924D-09 9.764296912788D-01 2.766250000000D+02-1.606158652623D+00-5.901674399856D-09 2.307238962907D-10 5.170000000000D+02 2.172000000000D+03 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 3.119999885559D+00 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 4.512640000000D+05

E05 2021 08 27 06 00 00-2.540823770687D-04 3.041122909053D-12 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 1.160000000000D+02-7.728125000000D+01 3.273707791641D-09 2.429499218783D+00 -3.628432750702D-06 8.129829075187D-05 7.720664143562D-06 5.440627880096D+03 4.536000000000D+05 6.519258022308D-08 3.129438226943D+00-2.235174179077D-08 9.557826667673D-01 1.695312500000D+02-3.346147561506D-01-5.748096574152D-09 -3.028697585983D-10 2.580000000000D+02 2.172000000000D+03 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 3.119999885559D+00 0.OOOOOOOOOOOOD+OO 3.725290298462D-09 0 . OOOOOOOOOOOOD+OO 4.543500000000D+05

Приложение Б (рекомендуемое)

Пример сценариев для валидации алгоритма контроля целостности для приемников спутниковой навигации

Б.1 Исходные данные для разработки сценария «Ad_GGIS»

Б. 1.1 Изменение путевой скорости — от 100 до 1200 км/ч.

Б.1.2 Высота — не более 16800 м.

Б.1.3 Линейное ускорение: горизонтальная составляющая — 0,58 д, вертикальная составляющая — 0,5 д, скорость изменения ускорения — 0,25 д/с.

Б.1.4 Спутники:

• - GPS L1, С/А -8 НКА (IS-GPS-200D, 7 December 2004). Отсутствует селективный доступ для GPS;

• - ГЛОНАСС L1, П/Т — 8 НКА ((ИКД ГЛОНАСС редакция 5.1)). Частотный план ГЛОНАСС после 2005 г.

При HDOP не более 1.5 и VDOP не более 3.0.

Б.1.5 Начало сценария в 06:00 по UTC.

Б.1.6 Длительность сценария должна обеспечить число достоверных измерений не менее 4400 с частотой решения 1 Гц.

Б.2 Исходные данные для разработки сценария «Avial»

Б.2.1 Аппаратура расположена в точке с координатами: 3.00000°N, 45.00000°Е, высотой над референц-эллипсоидом 150 м.

Б.2.2 Спутниковая группировка GPS заморожена.

Б.2.3 В 23.34.23 UTC в измерения спутников Sat_ID(5), Sat_ID(17) начинает вводиться возрастающая ошибка со скоростью 5 м/с; в 23.39.23 UTC ошибка дальности постоянная (1500 м).

Б.2.4 В 23.39.24 UTC в измерения спутников Sat_ID(5), Sat_ID(17) начинает вводиться убывающая ошибка со скоростью 5 м/с.

Б.2.5 В 23.44.24 UTC нет ошибок.

Таблица Б.1 — Исходные данные для разработки сценария «Avial»

ОКС 35.020

Ключевые слова: искусственный интеллект, навигационная система, воздушные суда, гражданская авиация, алгоритм, контроль целостности, приемник спутниковой навигации, ГЛОНАСС, GPS

Редактор З.И. Лиманская

Технический редактор И.Е. Черепкова

Корректор Е.Д. Дульнева

Компьютерная верстка А.Н. Золотаревой

Сдано в набор 10.11.2022. Подписано в печать 16.11.2022. Формат 60x84%. Гарнитура Ариал.

Усл. печ. л. 1,40. Уч.-изд. л. 1,26.

Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Создано в единичном исполнении в ФГБУ «РСТ» , 117418 Москва, Нахимовский пр-т, д. 31, к. 2.