Диссертация (Повышение точности определения навигационных параметров вертолета при посадке на корабль), страница 22

В приведенныхрезультатахпогрешностьалгоритмовотличаетсяопределениянезначительноскоростейввидудлярассматриваемыхнезначительноговлияниянеоднозначности фазовых измерений на определение вектора скоростейвертолета.Приведенныерезультатыподтверждаютэффективностьразработанного алгоритма.В процессе проведения каждого из Nexp = 384 опытов, определяемых всоответствии с (4.16), подсчитывалось количество аномальных ошибок, путемсравнения наиболее правдоподобного целочисленного вектора, находящегося напервом месте в списке n с истинным значением. В результатах не учитывалисьслучаи, когда дисперсия начальной ошибки в рассматриваемых опытах велика настолько, что оба алгоритма на протяжении всего времени моделирования ни разуне произвели истинное разрешение неоднозначности.

В таблице 4.3 представленырезультаты подсчета аномальных ошибок и общего количества интерваловвремени, на которых проводился подсчет для двух случаев, и вероятностианомальной ошибки для рассматриваемых алгоритмов. В первом случае подсчетпроводился на всем интервале моделирования, во втором - после момента, когдаистинная мода попала на первое место в списке мод n .Таблица 4.3 –Вероятность аномальной ошибки алгоритмов МФо и МФмПодсчет ошибок по всеПодсчет ошибок послереализациисхождения алгоритмаМФоМФмМФоМФмКоличествоаномальных783565038608143061ошибокОбщееколичество728904728904711362726927подсчитываемыхточекВероятность0.110.0060.0850.004ошибки142Согласно таблице 4.3 применение улучшений, предлагаемых автором,позволяет снизить вероятность аномальной ошибки примерно в 20 раз посравнению с линейным подходом.Втаблице4.4представленыпотенциальнодостижимыезначенияпогрешностей оценки координат и скоростей, полученные в результате серии изNexp = 384 опытов, определяемых в соответствии с (4.16), для рассматриваемыхтраекторий при Na = 6.

При проведении экспериментов полагалось известнымзначение целочисленного вектора, тем самым исключалось влияние аномальнойошибки на определение координат и скоростей. При такой постановке задачиалгоритмы МФм и МФо производят оценивание координат и скоростей содинаковой точностью.Таблица 4.4 – Потенциально достижимые погрешности определения координат искоростей для алгоритма МФ полученные по результатам серии из Nexp опытовσΣ,c , мσΣ,v , м/сзаходпосадказаходпосадкаПолет по траекториидвухразворотов(рисунок 4.3 а)Полет по траекториисоскачкообразноменяющейся угловойскоростью (рисунок4.3 б)3.70.02640.23.4Согласно результатам исследования алгоритмы МФо , и МФм обеспечиваюттребуемые для автоматизированной посадки погрешности определения координатпри заходе и посадке по траектории двух разворотов.

При интенсивномманеврировании погрешность определения координат увеличивается не более чемв полтора раза, однако алгоритм при этом не теряет устойчивость.Результаты моделирования работы алгоритмов ФКд и ФКц , представленныхв параграфе 3.3, показали, что при заданных погрешностях формированияизмерений псевдодальности σρ =0.5 м исследуемые алгоритмы в процессе своейработы становятся неустойчивыми и расходятся. Поэтому для сравнительного143анализа полагалось, что погрешность формирования измерений псевдодальностиуменьшена до значения σρ =0.01 м. На рисунке 4.7 приведены зависимостиошибки определения координат и скоростей от дальности между вертолетом икораблем для алгоритмов ФКд , ФКц и МФм при уменьшенной погрешностиформирования измерений псевдодальности.Рисунок 4.7 – Погрешности определения координат (а) и скоростей (б) дляалгоритмов ФКд , ФКц и МФм при σρ =0.01 мВ таблице 4.5 приведены численные значения погрешностей оценкикоординат и скоростей при полете вертолета по траектории двух разворотов дляалгоритмов ФКд , ФКц и МФм при уменьшенной ошибке формирования измеренийпсевдодальности σρ =0.01 м.144Таблица 4.5 - Погрешности определения координат и скоростей для алгоритмовФКд , ФКц и МФмσс , мσv , м/сзаходпосадказаходпосадкаФКд650.5120.8ФКц250.290.751.50.0230.5МФмРезультаты, приведенные в таблице 4.5, показывают, что разработанныйалгоритм МФм обеспечивает СКП определения координат более чем в 10 разменьшую, чем СКП, полученная в результате работы алгоритмов ФКд и ФКц .Уменьшение СКП определения вектора оцениваемых параметров возможнопри совместной обработке измерений псевдодальности, псевдодоплера ипсевдофазы вместо обработки их разностей, однако для этого необходимоучитывать модель расхождения шкалы времени приемника от системной шкалывремени ∆Tρ , включающая в себя различные систематические смещения ∆Tρ и∆Tφ включающие различные систематические смещения, согласно выражениям(2.19)-(2.20), что на практике не всегда известно точно.4.3.4 Анализ влияния смещения фазовых центров антенн на погрешностьопределения координатНесмотря на возможность высокоточной привязки навигационных модулейк палубе корабля (при использовании современных лазерных интерференционныхдальномеров положение фазовых центров антенн модулей удается определить сточностью до десятков микрометров) в процессе эксплуатации локальнойрадионавигационной системы могут возникать систематические смещенияфазовых центров антенн, в результате воздействия техногенных и природныхфакторов, неравномерности фазовой характеристики направленности антенны.

Вработе [69] показано, что при обработке измерений псевдодальности и смещениифазовыхцентровантенннаслучайнуювеличину,распределеннуюпогауссовскому закону с СКП σ =5 см, оценка СКП определения координатувеличивается в пять раз по сравнению с ситуацией, когда фазовый центр антенн145априорно известен. При обработке псевдофазовых измерений с применением,например, таких алгоритмов, как МФм , требующих применения процедурыразрешения целочисленной неоднозначности ошибка смещения фазовых центровантенн вызывает увеличение суммарной ошибки измерений, что приводит кувеличениювероятностипоявленияаномальнойошибкиразрешенияцелочисленной неоднозначности, что может вызвать резкому увеличению ошибкиопределения навигационных параметров вертолета при посадке.Дляуменьшениявлияниянеравномерностифазовыххарактеристикнаправленности антенн на СКП определения навигационных параметровприменяют однотипные антенны навигационных модулей и при размещении накорабле ориентируют их в одном направлении.

В этом случае угловое положениевертолета (угол места и азимута) в дальней зоне будет одинаковым для всехмодулей (параксиальное приближение) и смещение фазового центра антенн,вызванноеодинаковымнеравномерностьюдляскомпенсироватьвсехвлияниефазовоймодулей.диаграммыДанноенеравномерностинаправленности,обстоятельствофазовойбудетпозволяетхарактеристикинаправленности путем формирования разностных измерений или оцениванияданного параметра наряду с другими измерениями.Рисунок 4.8 демонстрирует зависимость суммарной СКП определениякоординат σΣ,с , определяемую согласно (4.13)- (4.15) и полученную алгоритмомМФм , в зависимости от дальности между вертолетом и кораблем при различнойпогрешности смещения фазовых центров антенн.

Представленные результатыполучены ходе проведения серии из Nexp = 384экспериментов согласнометодике, рассмотренной в параграфе 4.2. В каждом эксперименте ошибказадания фазовых центров антенн полагалась распределённой по гауссовскомузакону с дисперсией σa = 0.1 мм, σa = 1 мм, σa = 5 мм, σa = 10 мм для случаяNa = 6 при максимальной длине базовой линии max(Bi,j ) ≈ 20 м.146Рисунок 4.8 - Зависимость ошибки определения координат от дальности междувертолетом и кораблем при 1) σa = 0.1 мм; 2) σa = 1 мм; 3) σa = 5 мм;4) σa = 10 ммСогласно результатам, приведенным на рисунке 4.8, смещение фазовыхцентров антенн может сильно влиять на ошибку определения координат.Например, при смещении фазового центра антенн на σa =1см ошибкаопределения координат возрастает в десять раз.

Для обеспечения автоматическойпосадки допустимые смещения фазовых центров антенн определяется всоответствии с размером зоны обслуживания системы. Так при заходе и посадке взоне 150 м, при максимальной длине базовой линии max(Bi,j ) ≈ 20м смещенияфазовых центров антенн не должно превышать значения σa ≤5 мм, в этом случаеоценка СКП определения координат не превышает значения σΣ,c ≤ 0.2 м.4.4 Выводы по главе 41)Решеназадачапараметрическойоптимизацииразмещениянавигационных модулей на корабле с учетом ограничений, как на размещение147навигационных модулей, так и на зону обслуживания системы.

Результатыоптимизации размещения навигационных модулей вблизи вертолетной площадкикорабля позволяют выбрать места размещения навигационных модулей накорабле,использоватьихпримоделированииработысистемыиееразвертывании.2)Согласноразработаннойметодикепроведенияэкспериментавыполнен анализ характеристик точности разработанного алгоритма МФм ,который позволяет снизить вероятность аномальной ошибки примерно в 20 разпо сравнению с линейным подходом МФо и обеспечивает уменьшение СКПопределения координат более чем в 10 раз.3)Показано, что разработанный алгоритм МФм обеспечивает СКПопределения координат и скоростей не превышающей значений σс ≤0.2 м σv ≤0.7м/ссоответственно,чтоудовлетворяетусловиямобеспеченияавтоматизированной посадки вертолета на палубу корабля.4)Проведен анализ влияния смещения фазовых центров антенн напогрешность определения координат.

Показано, что для определения координатвертолета с СКП равной σс ≤0.2 м СКП смещения фазовых центров антенн недолжна превышать значения σа ≤ 1 см, что удается получить, используясовременные методы топографической привязки с использованием лазерныхдальномеров.

Даны рекомендации для уменьшения влияния смещения фазовыхцентров антенн на погрешности определения координат.148ЗаключениеВ диссертационном исследовании рассмотрены принципы иметодыповышения точности определения навигационных параметров вертолета морскойавиации с использование локальных радионавигационных корабельных системпосадки. Были получены следующие результаты:1) Показано, что для обеспечения автоматизированной посадки вертолета напалубу корабля и получения высокой точности определения навигационныхпараметров вертолета при ограниченном наборе навигационных модулей ималой площади размещения (малыми длиной базы между модулями)необходимо обеспечить синхронизацию передающих устройств модулей,осуществлять фильтрационную обработку измерений псевдодальностей,псевдодоплера и псевдофазы, а также компенсировать систематическиесмещения в измерениях и учитывать качку корабля.2) Разработаны методы синхронизации радионавигационных модулей ЛРНС,позволяющие обеспечить когерентного излучения передающих устройствмодулей со среднеквадратической погрешностью не хуже 0,6 рад, чтосоответствует задержке по времени фазы несущего колебания равной 10 пс принесущей частоте f0 =10ГГц и использовании кварцевых генераторов сотносительнойнестабильностью10−9 … 10−6 .Предложенныйподходобеспечивает синхронизацию по полезному сигналу в фоновом режиме приодновременном выполнении целевой функции системы и не требуетприменениядополнительныхпроцедуркалибровки,использованиядополнительной аппаратуры и имеет погрешность сравнимую с погрешностьюдорогостоящих процедур синхронизации.