Автореферат (Бортовой навигационный комплекс повышенной помехозащищенности с переменой структурой для БПЛА)

3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Роботизированные технологии находят всёбольшее применение в различных видах воздушного, наземного и морскоготранспорта, в сельском хозяйстве, при добыче полезных ископаемых иосвоении природных ресурсов.

При этом весьма динамично развивается рынокроботизированных летательных аппаратов. По мере роста общего количествабеспилотных летательных аппаратов (БПЛА) становится актуальной задача ихинтеграции в общее пространство с пилотируемыми воздушными судами (ВС),решение которой возможно только при достижении заданного качестваопределенияпараметровдвиженияБПЛА,втомчислеточностиипомехозащищённости.

Эксплуатационные стандарты находятся в стадииразработки уполномоченными органами гражданской авиации и, вероятно,будут повторять аналогичные требования к бортовому оборудованию (БО)гражданских ВС.В настоящее время на международном и отечественных рынках непредлагаются специализированные серийные навигационных систем длябеспилотнойавиации,преждевсегомалогоисреднегоклассов,удовлетворяющие требованиям безопасности полетов в общем воздушномпространстве. К бортовому оборудованию БПЛА предъявляются жесткиетребования по минимизации стоимости, массогабаритных характеристик иэнергопотребления, которые зачастую являются взаимно противоречивыми, аих выполнение в общем случае приводит к ухудшению точности ипомехозащищённости.

Перед разработчиками навигационного оборудованияБПЛА стоит проблема обеспечения точности и помехозащищённости прииспользовании элементной базы общего назначения. Специфика применениямалых и средних БПЛА при отсутствии наземных навигационных средствподдержки, в условиях низковысотного маневренного полёта, при снижениивидимости и переотражении сигналов навигационных космических аппаратов(НКА) глобальных спутниковых навигационных систем (ГНСС) усложняет4проблему обеспечения точности и помехозащищённости навигационногоопределения.Решение проблемы возможно двумя основными путями: первый из них применениеаппаратуры,используемойвпилотируемойавиации.Преимуществом такого подхода является применение отработанных изделий итехнологий, а недостатком - игнорирование специфики БПЛА, что делаетпрактически невозможным его применение в составе БПЛА малого и среднегоклассов.

Модификация существующего БО ВС под нужды беспилотнойавиации требует значительных ресурсов и не снимает ряд принципиальныхограниченийнаприменение,преждевсегоиз-замассогабаритныххарактеристик БО ВС и его высокой стоимости.Второй путь - создание специализированных навигационных комплексовБПЛА малого и среднего классов, в которых следует применять недорогиедатчикиобщегоназначения.Повышениеточностинавигационногоопределения, надежности и унификация методик проектирования и испытанийаппаратной части и программно-алгоритмического обеспечения БО БПЛАмогут быть достигнуты за счет глубокой интеграции систем различнойфизической природы при сохранении алгоритмического, программного иаппаратногоядранавигационногокомплексаБПЛА,основанногонаинерциальной навигационной системе.

Определяющий вклад в развитиеалгоритмического обеспечения навигационных комплексов внесли своимиработами Ишлинский А.Ю., Андреев В.Д., Красовский А.А., Помыкаев И.И.,Пешехонов В.Г., Селезнев В.П., Дмитроченко Л.А.. Вопросы комплекснойобработки информации для решения задач повышения точности и надёжностинавигационных систем раскрыты в работах Парусникова Н.А., Голована А.А.,Красильщикова М.Н., Распопова В.Я., Репникова А.В., Степанова О.А.Программно-аппаратный состав навигационного комплекса и методикиполунатурных и натурных испытаний навигационных систем различного класса5и областей применения приводятся в работах Бабича О.А., Джанджгавы Г.И.,Харина Е.Г. и д.р.Актуальная проблема обеспечения помехозащищённости навигационногооборудования может быть решена на основе построения алгоритмовкомплексной обработки информации c переменной структурой, что позволяетоценить погрешности каждой из подсистем и реализовать алгоритмыобнаружения и исключения отказов различного вида.Цель работы заключается в обосновании концепции построения,разработкепрограммно-алгоритмическихиаппаратныхрешений,обеспечивающих повышение точности, а также в исследовании свойствбортовогонавигационногокомплекса(БНК)повышеннойпомехозащищенности с переменной структурой для БПЛА малого и среднегоклассов.Для достижения поставленной цели должны быть решены следующиенаучно-технические задачи:- разработка концепции построения БНК БПЛА и обоснование структурыалгоритмического обеспечения БНК повышенной помехозащищённости спеременной структурой;- разработка математической модели погрешностей навигационногокомплекса, учитывающей стохастическую и волновую структуру возмущений иособенности траектории движения БПЛА;-разработкаалгоритмаоценивателявекторасостоянияБНК,учитывающего стохастическое и волновое представление возмущений, иалгоритма контроля ГНСС измерений;- разработка методики имитационного моделирования алгоритмов БНК, втом числе алгоритмов комплексной обработки информации БНК переменнойструктуры, с учётом влияния возмущающих факторов различного вида;- создание экспериментального образца БНК;6- разработка методики проведения полунатурных испытаний для анализахарактеристик алгоритмов комплексной обработки информации.Объектом исследования является БНК моторного БПЛА малого исреднего классов самолетного типа, предназначенного для решения широкогокруга практических задач, при этом в качестве предмета исследованийвыступает алгоритмическое обеспечение БНК, включающее процедурыкомплекснойобеспечиваютобработкиинформацииповышениепеременнойпомехозащищённостиструктуры,комплексакоторыезасчётобнаружения, оценки и исключения искажённых сигналов навигационныхспутников.МетодыДиссертационнаяисследования.работавыполненас использованием методов построения моделей динамических систем, методовстатистической обработки данных, теории оптимального оценивания икомплексной обработки навигационной информации, методов имитационного иполунатурного моделирования, а также методов натурных испытаний.Экспериментальные исследования проводились с использованием пакетовMATLAB и MathCAD, языков программирования C, Java, Borland Delphi,операционных систем реального времени (RTKernel, TNKernel), специальноразработанного стенда полунатурных испытаний БНК на автотранспорте,предложенных авторских методик и оборудования.Положения, выносимые на защиту:- структуры алгоритмической и аппаратной частей БНК, обеспечивающиеповышение помехозащищённости за счёт контроля измерений ГНСС ипеременной структуры алгоритмов КОИ;- математическая модель погрешностей навигационного комплекса,учитывающаястохастическуюиволновуюструктурувозмущенийиособенности траектории движения БПЛА;- алгоритмы оптимального оценивателя и контроля измерений ГНСС набазе стохастического и волнового подходов представления погрешностей7определения псевдодальностей и псевдоскоростей НКА ГЛОНАСС/GPS,обеспечивающие повышенную помехозащищённость комплекса;- методики имитационного и полунатурного моделирования алгоритмовБНК предложенных схем комплексирования при различных возмущающихфакторах, а также методики натурных испытаний экспериментальных образцовБНК;- результаты имитационного моделирования и натурных испытаний,полученные с использованием созданных образцов БНК.Научная новизна работы:- концепция построения БНК БПЛА и структура алгоритмическогообеспеченияБНКповышеннойпомехозащищённостиспеременнойструктурой;- математическая модель погрешностей навигационного комплекса,учитывающая стохастическую и волновую структуру возмущений, а такжеособенности траектории движения БПЛА;- алгоритм линейного стохастического оценивателя с использованиемволнового представления возмущений;- алгоритм контроля измерений ГНСС на базе предложенного линейногостохастического оценивателя;- методика имитационного моделирования алгоритмов БНК, в том числеалгоритмов комплексной обработки информации, для нескольких вариантовсхем комплексирования с учётом влияния возмущающих факторов различноговида;- методика проведения полунатурных испытаний и камеральнойобработки результатов для анализа характеристик алгоритмов комплекснойобработки информации;- результаты имитационного моделирования и натурных испытаний,подтверждающиеработоспособностьоценивателя и его потенциальную точность.разработанногостохастического8Практическая ценность результатов исследований определяетсяразработаннымисхемами,математическимимоделями,алгоритмамииаппаратными решениями, которые могут быть использованы разработчиками ипроизводителями бортовых навигационных комплексов БПЛА малого исреднего классов.Реализацияивнедрение.Результатынаучныхисследований,полученные при работе над диссертацией, были использованы в ОКР ЗАО"Транзас Авиация" при создании образцов БИСНС-1Т, БИСНС-1ТМ, БИСНС2Т, а также на кафедре «Автоматизированные комплексы систем ориентации инавигации» МАИ (НИУ) в учебном процессе по дисциплинам «Навигационныесистемы» и «Программное и алгоритмическое обеспечение ПНК».Апробация результатов работы.