Автореферат (Разработка алгоритмов комплексирования навигационных систем летательных аппаратов)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.Эффективность применения современных высокоманевренных исверхманевренных многофункциональных летательных аппаратов (ЛА)определяется не только их летно-техническими характеристиками ивооружением, но и возможностями бортового оборудования поинформационному обеспечению боевых действий, управлению оружием изащите ЛА.Точность измерений параметров ЛА, зависит от условийэксплуатации, конструктивных особенностей измерительных систем и ихалгоритмическогообеспечения.Алгоритмическоеобеспечениеизмерительных систем ЛА включает алгоритмы оценивания, управления,прогнозирования и комплексирования.

Наиболее точную информациюудаётся получить при комплексировании измерительных систем,основанных на разных физических принципах. Например, навигационныекомплексы комплексы (НК) малогабаритных беспилотных ЛА состоят изинерциальных навигационных систем (ИНС) и приёмников спутниковыхсистем ГЛОНАСС/GPS, а возвращающиеся в атмосферу аппаратымногоразового действия снабжены ИНС, ГЛОНАСС, радиолокационными,лазерными измерительными системами, астрокорректорами, сигналыкоторых подвергаются совместной обработке.Другим примером, являются прицельно-навигационные комплексы(ПНК) ряда боевых самолетов, в частности – Су-27СМ, Су-30СМ, Су-34,МиГ-29К, которые построены по принципу комплексированияизмерительных систем вокруг бортовой цифровой вычислительнойсистемы (БЦВС) для решения комплексных задач, задач навигации,управления и взаимодействия с сохранением независимости работыотдельных входящих в комплекс систем.Большой вклад в создание современных ПНК и их алгоритмическогообеспечения внесли Агеев В.М., Джанджгава Г.И., Парусников Н.А.,Салычев О.С., Сотников В.И., Степанов О.А., Харин Е.Г., John W.

Gichton,Lance Sherry, Giarratano Joseph C., Piley Gary D.Требования,предъявляемые к точности, помехо- и отказоустойчивости, диапазонуприменения измерительных систем и НК в целом, постоянно возрастают,поэтому разработка новых подходов, алгоритмов обработки информацииизмерительных систем является актуальным и важным комплексом задач.Одним из перспективных направлений модернизации алгоритмическогообеспечения НК является использование интеллектуальных технологий,которые базируются на трудах Васильева В.И., Макарова И.М., ПоспеловаД.А., Пупкова К.А., Федосова Е.А., Ke Fang, Alan S.

Morris, Reza Langari,Chin L., Grewal S.M., Weill L.R., Andrews A.P. и других ученых. При1реализации алгоритмического обеспечения одной из актуальных задачявляется определение оптимальных структур моделей исследуемыхпроцессов. Решениюзадачи построения модели системы снеопределенным порядком посвящены труды Красовского А.А., МикринаЕ.А., Зубова Н.Е., Ивахненко А.Г., Курдюмова, Копысова О.Ю., ЛайонаП.М., Крайссельмайера и др. Разработка структур НК, алгоритмическогообеспечения с интеллектуальными компонентами для НК представляетсобой сложный комплекс задач, решение которого позволит повыситьточность навигационных определений современных и перспективных ЛА.Объект исследования.

В качестве основного объекта исследованияв диссертации рассматривается НК атмосферных ЛА.Предметом исследования служат структуры НК, алгоритмыобработки информации навигационных систем на борту ЛА.Целью работы является разработка и исследование перспективныхструктур НК ЛА, а также алгоритмов комплексирования на борту ЛА.Для достижения постановленной цели решаются следующиеосновные задачи:1. Исследование особенностей структур НК современных иперспективных ЛА.2. Разработка алгоритмов комплексирования измерительныхсистем ЛА.3. РазработкаалгоритмовобработкиинформацииНК,функционирующих длительное время в условиях отсутствия коррекцииот РСБН, РСДН.4.

Разработка структуры и алгоритмов обработки информацииперспективных НК высокоточных ЛА.Методы исследования. При решении сформулированных задачиспользовалисьметодытеорииавтоматическогоуправления,навигационных систем, интеллектуальных систем, методы системногосинтеза и самоорганизации, математического и полунатурногомоделирования и программный пакет MATLAB.Научная новизна диссертационной работы заключается вследующем:1. Результаты системного анализа существующих структур НКЛА. Выявлены недостатки и намечены пути совершенствованияструктур алгоритмическим путем.2. Разработана структура НК с интеллектуальной компонентойдля ЛА, способная изменять свой рабочий контур в зависимости отуровня помех и условий полета ЛА.

Алгоритмическое обеспечение НКЛА дополнительно включает алгоритм самоорганизации, алгоритмпрогноза, критерий сравнения прогноза и текущего состояниякомплекса.23. Разработан алгоритм комплексирования, включающийрасширенныйансамблькритериевселекции,позволяющийформировать оптимальную структуру НК, а также строить модели сжелаемыми характеристиками наблюдаемости и управляемости.4. Разработан комплекс алгоритмов для НК, функционирующегодлительное время без коррекции от стационарных навигационныхстанций, включающий алгоритм управления, который использован длякомпенсации погрешностей в структуре ИНС.5. Предложен и разработан подход динамического системногосинтеза алгоритмов обработки информации НК перспективного ЛА,позволяющий изменять конфигурацию НК, алгоритмов и моделей вполете.Практическая значимость результатов исследования.Использование разработанного алгоритма комплексированияпозволило выбирать наилучшую структуру НК на всех интервалах полета.В условиях длительных полетов без коррекции от стационарныхназемных станций модели погрешностей платформенных ИНС становятсянеадекватны реальному процессу (углы отклонения ГСП увеличиваются),поэтому разработан алгоритм коррекции в структуре ИНС,обеспечивающий сохранение малости углов отклонения ГСПотносительно выбранной системы координат.Разработанный подход динамического системного синтеза позволяетиспользовать в алгоритмическом обеспечении НК компактные модели, чтосущественно упрощает реализацию алгоритмов в БЦВС.Результаты диссертации использованы в учебном процессе кафедр«Системы автоматического управления» и «Технологии приборостроения»МГТУ им.

Н.Э. Баумана.Достоверность и обоснованность научных положений ирезультатов подтверждены корректным использованием методов иалгоритмов теории управления, результатов теории интеллектуальныхсистем, достаточным объемом математического и полунатурногомоделирования, а также полученными непротиворечивыми результатами,которые согласуются с известными данными, опубликованными воткрытой печати.Основные положения диссертационной работы, выносимые назащиту.

Комплекс алгоритмов обработки информации НК ЛА,реализующий подход динамического системного синтеза и включающийалгоритм комплексирования с ансамблем критериев селекции, адаптивныйфильтр Калмана, алгоритм самоорганизации, алгоритм управления длякомпенсации погрешностей в структуре ИНС.Комплекс алгоритмов перспективного НК ЛА, позволяющийизменять конфигурацию комплекса, основанный на элементах теорииинтеллектуальных систем.3Апробация работы.

Результаты исследований докладывались иобсуждены на: второй международной научно-практической конференции«Теоретические и практические исследования XXI века» (Дедовск, 2016г.);второй международной научно-практической конференции «Достижениявузовской науки» (Дедовск, 2016г.); международной научно-практическойконференции «Наука сегодня: проблемы и пути решения» (Вологда,2016г.); Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов«БудущеемашиностроенияРоссии»(Москва,2015);второммеждународном симпозиуме «Современные аспекты функдаментальныхнаук» (Дедовск, 2015); международной научной конференции«Актуальные вопросы фундаментальных наук» (Дедовск, 2014); первоммеждународном симпозиуме «Современные аспекты фундаментальныхнаук» (Дедовск, 2013); международной конференция. «Бъдещитеизследвания» (София, 2014); международной конференции.

ИСТ-2014(Нижний Новгород, 2014); международной конференции. ИСТ-2015(Нижний Новгород, 2015).научном семинаре кафедры «Системы автоматического управления»МГТУ им. Н.Э. Баумана.Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 научныхработы, из них 4 статьи в журналах, входящих в Перечень ВАКМинобрнауки РФ, 2 статьи в журналах, входящих в перечень Scopus,общий объемом 4.5 п.л.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит извведения, пяти глав, заключения, списка литературы. Текст диссертацииизложен на 143 машинописных страницах, содержит 43 рисунка.

Списоклитературы содержит 102 источника.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВ первой главе диссертации рассмотрены НК современных иперспективных ЛА, выявлены их недостатки и достоинства.Для управления современными высокоточными ЛА используютсяНК, состоящие из максимально возможного количества измерительныхсистем и датчиков, а также алгоритмического обеспечения.В НК в качестве базового источника информации используют ИНС.Погрешности ИНС обусловленные дрейфом гироскопов, акселерометров идругими возмущающими факторами с течением времени эксплуатациидостигают значительных величин. Поэтому для повышения точностиизмеряемой информации используют алгоритмы коррекции ИНС.Коррекция ИНС предусматривает использование внешних по отношениюк ИНС источников информации.