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

2СОДЕРЖАНИЕстр.Введение ......................................................................................................................................... 5Глава 1. Концепция построения БНК. ....................................................................................... 101.1 Концепция процедуры построения БНК ............................................................................. 111.2 Режимы работы БНК .............................................................................................................

141.3 Структура организации алгоритмов комплексной обработки информацииБНК......... ...................................................................................................................................... 161.4 Структура организации алгоритмов ориентации и навигации БНК ................................ 201.5 Аппаратный состав БНК ....................................................................................................... 22Выводы по главе 1 ....................................................................................................................... 25Глава 2. Математические модели БНК......................................................................................

262.1 Математическая модель погрешностей БИНС БНК .......................................................... 262.2 Математическая модель погрешности кодовых и доплеровскихизмерений приёмника ГНСС ......................................................................................................

312.3 Алгоритмическое обеспечение магнитного компаса, методикасогласования осей и девиационных работ ................................................................................ 352.3.1 Модель погрешности магниторезистивного датчика. Методика проведениядевиационных работ ........................................................................................................372.3.2 Методика согласования взаимной ориентации БНК и МК ................................42Выводы по главе 2 ....................................................................................................................... 44Глава 3. Алгоритмы комплексной обработки информации основного режимаработы горизонтальных каналов БНК .......................................................................................

463.1 Оцениватель КОИ БНК базе дискретного фильтра Калмана............................................ 463.2 Алгоритм КОИ слабосвязанной схемы ............................................................................... 493.3 Алгоритм КОИ жесткосвязанной схемы.............................................................................

533.4 Алгоритм КОИ с переменной структурой .......................................................................... 59Выводы по главе 3 ....................................................................................................................... 69Глава 4. Исследование характеристик разработанных алгоритмов ....................................... 7034.1 Методика и программно-математическое обеспечение имитационногомоделирования .............................................................................................................................

704.1.1 Моделирование траектории движения, а также параметров ориентации инавигации..........................................................................................................................724.1.2 Имитационное моделирование измерений БИНС, ГНСС и МК. .......................764.1.3 Имитационное моделирование показаний БИНС ...............................................774.1.4 Имитационное моделирование псевдодальностей, псевдоскоростей и решениянавигационной задачи приёмником ГНСС ...................................................................784.1.5 Имитационное моделирование показаний МК ....................................................804.1.6 Имитационное моделирование слабосвязанной схемы комплексирования БНК...........................................................................................................................................814.1.7 Имитационное моделирование жесткосвязанной схемы комплексированияБНК....................................................................................................................................824.2 Анализ результатов имитационного моделирования ........................................................

834.2.1 Результаты имитационного моделирования алгоритмов КОИ слабосвязаннойи жесткосвязанной схем комплексирования .................................................................844.2.2 Результаты имитационного моделирования алгоритма КОИ переменнойструктуры .........................................................................................................................954.2.3 Исследование оцениваемости параметров расширенного вектора состояния.........................................................................................................................................1064.2.4 Анализ результатов имитационного моделирования жесткосвязанной схемыкомплексирования перестраиваемой структуры ........................................................1104.3 Методика и комплекс испытаний БНК на автотранспорте ............................................ 1124.4 Результаты испытаний на автотранспорте.......................................................................

1154.4.1 Результаты испытаний на автотранспорте БИСНС-1ТМ .................................1204.4.2 Результаты испытаний на автотранспорте МБНПК “Трилистник”.................1244.5 Лётные испытания БНК ...................................................................................................... 1294.6 Результаты лётных испытаний БНК на "летающей лаборатории" ................................. 130Выводы по главе 4 .....................................................................................................................

137Заключение................................................................................................................................. 1394Список сокращений и условных обозначений ....................................................................... 140Список использованных источников....................................................................................... 1415ВведениеАктуальность работы.

Роботизированные технологии находят всё большее применениев различных видах воздушного, наземного и морского транспорта, в сельском хозяйстве, придобыче полезных ископаемых и освоении природных ресурсов. При этом весьма динамичноразвивается рынок роботизированных летательных аппаратов [66,67]. По мере роста общегоколичества беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) становится актуальной задача ихинтеграции в общее пространство с пилотируемыми воздушными судами (ВС) [55,60,61,62],решение которой возможно только при достижении заданного качества определенияпараметров движения БПЛА, в том числе точности и помехозащищённости.

Эксплуатационныестандарты находятся в стадии разработки [40,41,68] уполномоченными органами гражданскойавиации и, вероятно, будут повторять аналогичные требования к бортовому оборудованию (БО)гражданских ВС [65].В настоящее время на международном и отечественных рынках не предлагаютсяспециализированные серийные навигационных систем для беспилотной авиации, прежде всегомалого и среднего классов, удовлетворяющие требованиям безопасности полетов в общемвоздушном пространстве. К бортовому оборудованию БПЛА предъявляются жесткиетребования по минимизации стоимости, массогабаритных характеристик и энергопотребления,которые зачастую являются взаимно противоречивыми, а их выполнение в общем случаеприводиткухудшениюнавигационноготочностиоборудованияиБПЛАпомехозащищённости.стоитпроблемаПередобеспеченияразработчикамиточностиипомехозащищённости при использовании элементной базы общего назначения. Спецификаприменения малых и средних БПЛА при отсутствии наземных навигационных средствподдержки [16,32], в условиях низковысотного маневренного полёта, при снижении видимостии переотражении сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) глобальныхспутниковых навигационных систем (ГНСС) усложняет проблему обеспечения точности ипомехозащищённости навигационного определения [11,12,14].Решение проблемы возможно двумя основными путями: первый из них - применениеаппаратуры, используемой в пилотируемой авиации.

Преимуществом такого подхода являетсяприменение отработанных изделий и технологий, а недостатком - игнорирование спецификиБПЛА, что делает практически невозможным его применение в составе БПЛА малого исреднего классов. Модификация существующего БО ВС под нужды беспилотной авиации6требует значительных ресурсов и не снимает ряд принципиальных ограничений на применение,прежде всего из-за массогабаритных характеристик БО ВС и его высокой стоимости.Второй путь - создание специализированных навигационных комплексов БПЛА малогои среднего классов, в которых следует применять недорогие датчики общего назначения.Повышение точности навигационного определения, надежности и унификация методикпроектирования и испытаний аппаратной части и программно-алгоритмического обеспеченияБО БПЛА могут быть достигнуты за счет глубокой интеграции систем различной физическойприроды при сохранении алгоритмического, программного и аппаратного ядра навигационногокомплексаБПЛА,основанногонаинерциальнойнавигационнойсистеме[2,6,7].Определяющий вклад в развитие алгоритмического обеспечения навигационных комплексоввнесли своими работами Ишлинсий А.Ю., Андреев В.Д.