Диссертация (Разработка алгоритмов комплексирования навигационных систем летательных аппаратов), страница 4

(1918-1945 гг.)Всоставбортовогооборудованиявходят:указательскорости,баровысотомер, вариометр, компас, креномер.Типовым представителем второго этапа развития бортового оборудованияявляется оборудование самолета Р-1 конструкции Н.Н. Поликарпова.Этап 3. (1946-1955 гг.)Наличие электромеханических аналоговых вычислительных устройствобработки информации в составе пилотажно-навигационного оборудования.Появилась связь между пилотажно-навигационным оборудование мрадиотехническими средствами навигации, появились первые радиомаяки. Этопозволило совершать полеты при различных метеоусловиях.Этап 4. (1955-1965 гг.)Пилотажно-навигационное оборудование построено на элементной базе ивычислительных устройствах, основанных на электронных вакуумных приборах.На данном этапе развития пилотажно-навигационного оборудованияудалось обеспечить режим автоматического самолетовождения, автоматическийзаход на посадку до определенной высоты принятия решения.Насамолетахданногопериодапоявилисьсредствачастичнойавтоматизации пилотирования (системы полуавтоматического управления).

С ихпомощью удалось повысить качество переходных процессов. Также на данномэтаперазвитиябортовогооборудованияпоявилисьпервыесерийные23допплеровские измерители скорости и угла сноса (ДИСС). ДИСС позволилипроводить счисление координат места ЛА в автономном режиме. Они былиустановлены на самолетах и на беспилотных летательных аппаратах.Этап 5. (1965-1975 гг.)Появились первые бортовые цифровы вычислительные машины (БЦВМ). Сих помощью произошло совершенствование вычислительных устройств испособов вычисления. Также происходило совершенствование и аналоговыхвычислительных устройств.Этап 6 (1975-1985 гг.)В пилотажно-навигационном оборудовании широкое распространениеполучили электронные аналоговые вычислительные устройства и электронныецифровые вычислительные устройства.

Появляются первые системы комплекснойобработки информации (КОИ). Это информационные комплексы высоьноскоростных параметров, информационные комплексы вертикали и курса и т.д.Появились новые системы и датчики пилотажно-навигационной информации.Этап 7 (1985-1995 гг.)БЦВМ становится вычислительной основой ПНК.Появляется пилотажно-навигационное оборудования для таких самолетовкак АН-124, Ту-160.В настоящее время существует несколько подходов к задаче комплекснойобработки информации в навигационных комплексах (НК).24Первый подход заключается в использовании минимального количествасистем и датчиков навигационной информации, которые используются в составеНК [14, 63].Второй подход, напротив, заключается в использовании максимальновозможного количества измерительных систем и датчиков, которые будутвходить в состав бортового оборудования НК.

Информация от датчиковнавигационной информации, входящих в состав НК подвергается совместнойобработке.НК, построенные по первому подходу широко применяются в современныхЛА. Такие НК позволяют получать достаточно высокую точность определениянавигационных параметров ЛА, обеспечивают надежность НК, не требуютбольших вычислительных затрат. НК такого типа включают в себя ИНС и GPS,ИНС и ДИСС и т.д [89, 90, 91, 98]. Примером НК, состоящего из минимальногоколичествасистемидатчиковнавигационнойинформацииявляетсямалогабаритная интегрированная инерциально-спутниковая система Компанав-2.В состав Компанав-2 взодит грубая система Ц060 и приемник ГЛОНАСС.Компанав-2М имеет универсальное применение:легкие вертолеты, легкие самолеты, мотодельтапланы, беспилотныелетательные аппараты.При помощи Компанав-2М определяются координаты местоположения,параметры движения, параметры углов ориентации ЛА.ВсоставнавигационнойсистемыКомпанав-2Мвходитблокмиероэлектромеханических (MEMS) инерциальных датчиков [100].

В датчикахимеется встроенный приемник СНС, встроенный приемник подключаемойантенны. Также данная навигационная система совместима с внешнимиприемниками GPS/ГЛОНАСС (может быть получена информация в форматеNMEA 01831). Во время работы навигационной системы при помощи приемникаСНС происходит определение текущих координат объекта и его текущего25местоположения.Такжеопределяютсяпараметрылинейногодвижения,параметры углового движения объекта (при помощи блока чувствительныхэлементов). В блок чувствительных элементов встроен высокоскоростнойвычислитель, при помощи которого рассчитываются углы ориентации объекта(тангаж,крен,путевойугол),осуществляетсякоррекциякоординатместоположения. Полученная таким образом информация выдается потребителю.Состав «КомпаНав-2М» :1.

Блок чувствительных элементов и цифровой обработки сигналов (БЧЭ) совстроенным приёмником спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС/GPSNavis NV082. Комплект соединительных кабелей.3. Антенна приёмника спутниковой навигационной системы модели 2J433G.4. Крепёжная пластинаРис. 1.2.

Блок чувствительных элементов «Компанав-2М»26Точностные характеристики системы представлены в Таблице 1.Таблица 1.Системы, состоящие из ИНС и СНС, обладают множеством преимуществ посравнению с СНС системами. Такого рода системы дают возможность определитьугловую ориентацию объекта, дают возможность работать при отсутствиисигнала от СНС, обеспечивают высокую частоту выдачи навигационнойинформации.ИНС/СНС системы работают на основе специального алгоритма обработкиинформации, который дает возможность создавать интегрированные системы.Такие системы сочетают в себе высокие точностные и функциональныехарактеристики, сравнительно невысокую стоимость, небольшие габариты идостаточно высокую надежность.Другим примером НК этого класса является Polar – интегрированнаямалогабаритная навигационная система на основе курсовертикали и ИНС.В ее состав входят:КурсовертикальИнерциальный измерительный модульИнерциальная навигационная система27Система сбора воздушных данныхМодуль GPSРис.

1.3 – навигационная система PolarВ рассмотренных выше интегрированных системах, состоящих из ИНС иСНС, как правило, используются ИНС на микроэлектромеханических элементах(поскольку такого рода ИНС отличаются невысокой стоимостью). Преимуществатаких инерциальных систем: компактность, небольшой вес. Недостатком этихсистем является то, что из-за нестабильности характеристик гироскопов иакселерометров, построенных на MEMS чувствительных элементах, автономноеиспользование такого рода систем может быть крайне затруднительным(автономное использование таких систем приводит к быстрому нарастаниюошибок навигационных определений).НК, строящиеся по второму подходу подразумевают размещения на бортубольшого количества систем и датчиков навигационной информации и БЦВМповышенной производительности. НК такого типа, как правило, включают в себяИНС, РЛС, ДИСС, РСБН, РСДН, и т.д.

В теории такие НК должны обеспечиватьвысокую точность и надежность. Но на практике из-за активных и пассивныхпомех (погрешностей внешних возмущений), точность таких НК можетсущественно снижаться. Также ограничение на использования таких НК вводитнеобходимость использования на борту БЦВМ повышенной производительности.Примером НК, построенного по второму подходу может служитьпилотажно-навигационный прицельный комплекс «Купол-76».28В данном ПНК предусмотрено автоматическое, полуавтоматическое иручное управление в различных мереоусловиях, на всех этапах полета, начиная смомента взлета (в автоматическом режиме – с высоты 200 метров). При помощиПНК «Купол-76» обеспечивается выход в заданную точку на маршруте,обеспечивается сброс полезной нагрузки с заданной точностью.

Также данныйкомплекс обеспечивает возвращение на аэродром, заход на посадку вдиректорном и автоматическом (до высоты 60 метров) режимах.В качестве бортового вычислителя применяется спецально разработаннаядля данного НК БЦВМ «Гном».Различные модификации НК «Купол» установлены на таких самолетах какИЛ-76, АН-22, Ил-76М и т.п.Примерный состав ПНК «Купол»:Группа «А»: Управляющий вычислительный комплекс на базе БЦВМ «Гном-1-66», Панорамнаярадиолокационнаястанция(РЛС)(РЛС-П)-навигационный и прицельный радиолокатор Носовая РЛС переднего обзора (использование: метеолокатор илокатор межсамолётной навигации) Оптико-инфракрасный визир Ответчик межсамолётной навигации «Клин» Система автоконтроля Блок истинной воздушной скорости Самолётный приёмник Коробка контакторов Коммутационный блок Фотоприставка29Группа «Б»: Пилотажный комплекс Система воздушных сигналов Точная курсовая система Радиотехническая система ближней навигации и посадки Доплеровский измеритель скорости и сноса Радиовысотомер малых высот Приёмник РСДН Аппаратура для работы с наземными радиомаяками-ответчиками Инерциальная система И-11-76Другим примером НК, построенного по второму подходу является НК КН23.Данный НК применяется при решении задач навигации, посадки выдачинавигационной информации на МФИ и систему автоматического управленияполетом для управления ЛА на всех этапах полета.С помощью комплекса КН-23 обеспечивается решение следующих задач:- выполнение полета по заданному маршруту, выход ЛА в район заданныхпунктов (по маршруту)- по данным бортовых автономных систем и датчиков автоматическоесчисление координат, местоположения, текущего курса ЛА- автоматическая коррекция данных от РСБН:возврат ЛА на аэродром посадки, выполнение предпосадочного маневра,заход на посадку до высоты 40-50 м, выполнение повторного захода на посадку:- определение и отображение на МФИ следующих основных пилотажнонавигационных параметров:30курс (заданный, истинный, гиромагнитный), курсовой угол радиостанции,путеваяскорость,углы(снос,крен,тангаж),сигналыотклоненияотравносигнальных зон посадочного радиомаяка, отклонения от заданной высотына траектории снижения и предпосадочного маневра, разовые команды.Существует несколько модификаций комплекса КН-23, для различныхтипов ЛА.

Данный ПНК установлен на самолетах линейки СУ, таких, как Су17, Су-25, МиГ-27, и МиГ-23Б.Состав ПНК КН-23: радиотехническая система ближней навигации РСБН инерциальная курсовертикаль доплеровский измеритель путевой скорости и угла сноса ДИСС автономный вычислитель датчик высоты датчик воздушной скорости рама амортизационнаяВычисление местоположения ЛА происходит путем счисления пути илимесоположения, посредством измерения дальности и азимута. Счисление пути, всвою очередь осуществляется при помощи измерения пройденного рассояния поосям ортодромической системы координат на основе данных по скорости инаправлению полета.В основном, комплекс работает в одном из двух режимов: в режименавигации или в режиме посадки.

В режиме навигации дополнительносодержится подрежим возвращения на аэродром.Работа НК КН-23 строится, в основном относительно системы РСБН. ВБЦВМ поступает навигационная информация от различных радиотехническихсистем, входящих в состав комплекса, таких как ДИСС, РСБН, РСДН инерадиотехнических систем и датчиков: ИКВ, ДВС, ДВ, СВС.В бортовом31вычислителе сигналы, приходящие от вышеперечисленных систем и датчиковпреобразуются (при помощи заложенных алгоритмов) в сигналы отклонения отзаданных курса и высоты. Преобразованные таким образом сигналы непрерывнопоступают в САУ, где они, в свою очередь, преобразуются в сигналы управления,которые передаются на рули, сигналы иныикации, которые подаются накомандные пилотажные и навигационные приботы. Кроме того, в системууправления постоянно поступают сигналы текущего курса, тангажа, крена с ИКВ,и сигналы в режиме захода на посадку с радиоканала РСБН.Таким образом, НК вместе с САУ образуют ПНК, который служит дляопределения местоположения ЛА, а также для формирования сигналовтраекторного управления.Третьим вариантом построения ПНК можно считать селективный подход кпостроению комплексов [71, 72].