Диссертация (1025659), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Эффективность предложенных алгоритмов проверена с использованием моделирования полунатурного моделирования с реальными ИНС,установленными на неподвижном основании.Приведены результаты моделирования: нестационарного фильтра Калмана,в котором использована модель с повышенными характеристиками наблюдаемости; алгоритма МГУА с комплексным критерием селекции; модифицированно-16го нелинейного фильтра Калмана. Представлены результаты анализа точностныххарактеристик разработанных алгоритмов.В заключении представлены основные полученные результаты диссертационной работы.17ГЛАВА 1.
НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХАППАРАТОВНавигация ‒ это процесс управления движением объекта, например, летательных аппаратов, из одной точки в другую. Навигация включает такой видопераций, как определение состояния объекта относительно выбранной системы координат.Навигационные системы (НС) ‒ это совокупность приборы и устройства,позволяющие по их измерению определить параметры движения объекта, т.е.местоположение, скорость, угловое положение в пространстве и т.д.
[1,28,46].Метод определения навигационных параметров объекта и управление егодвижением, основанный на измерении и последующим интегрировании ускорений объекта только бортовыми средствами, действующими на основе законовдвижения Ньютона, называется инерциальной навигацией [3,13].В практических приложениях обычно используется схема наиболее полной компенсации ошибок, предполагающая использования алгоритма оценивания и позволяющая значительно повысить точность ИНС. В качестве внешнегоисточникаинформациииспользуются,например,спутниковаярадио-навигационная система (СРНС), радиолокационная система и др. [28,30].1.1.
Современные навигационные системы ЛАВ настоящее время, современные навигационные системы ЛА можно систематизировать по различным критериям: принципа, точности, стоимости, области применения и др. В зависимости от принципа действия источника информации, современные НС можно разделить на инерциальную навигационнуюсистему [3], глобальную навигационную спутниковую систему (ГНСС) [86,87],астронавигационную систему (АНС), радионавигационную систему (РНС) и т.п.18[4,88]. В зависимости от области применения ЛА снабжаются набором навигационных систем, которые могут быть скомпонованы различным образом.Например, для космических ЛА (КЛА) типа «Союз ТМА-М» используются инерциальные измерительные приборы [26,60,96]: измеритель угловой скорости на базе поплавковых гироскопов, измеритель линейных ускорений на базе кварцевых маятниковых акселерометров, прибор ориентации по звездам,прибор ориентации по солнцу, прибор ориентации по планетам, аппаратураспутниковой навигации.
Атмосферные ЛА невысокой стоимости могут иметьна борту грубую ИНС и приемник ГЛОНАСС/GPS [17,28]. Для каждого практического применения выбор приборов осуществляется на основе минимизациикомплексного функционала качества, включающего указанные критерии с различными весами (выбираются из практических соображений).Инерциальные навигационные системы.Наиболее широко используются инерциальные навигационные системы,основанные на принципах гироскопической стабилизации. Например, в ракетной технике используются свободные трехстепенные гироскопы, которые отличаются простотой конструкции, компактностью, и хорошо отработаны напрактике.Другим достаточно часто используемым типом инерциальных навигационных систем, является блок датчиков угловых скоростей, основанный на двухили трех двухстепенных гироскопах.
Системы измерения угловых скоростей,построенные на трех двухстепенных дифференцирующих гироскопах с ортогональными измерительными осями, нашли широкое применение в системах автоматического управления движением ЛА (самолетов, ракет, космических ЛА),и в особенности в системах автоматической угловой стабилизации ЛА.В зависимости от того, входит или не входит в состав ИНС гиростабилизированная платформа (ГСП), все системы инерциальной навигации делятся наплатформенные (ПИНС) и бесплатформенные (БИНС) [28,97]. В платформен-19ных ИНС, ГСП удерживает стабилизируемый объект на заданных направлениях в пространстве, и может быть построена на гироскопах различных типов: лазерных, электростатических, волоконно-оптических и др.ГСП имеет погрешности [29], обусловленные типом применяемых гироскопов конструкцией платформы.
Специфические погрешности, присущие различным типам гироскопов успешно компенсируются, динамический дрейфГСП достигающий в современных системах значительных величин по сравнению с остаточными (после компенсации) погрешностями, как правило, не компенсируется [46].Совокупность ГСП и акселерометров называется инерциальной навигационной системой. В зависимости от способа использования информации ИНСделятся на автономные, демпфированные и корректируемые [3,30]. На объектах,предназначенных для осуществления длительных полетов в непосредственнойблизости от поверхности Земли, широкое распространение получили ИНС.Главным преимуществом автономных ИНС является их инвариантность кгоризонтальным ускорениям.
Однако погрешности автономных ИНС [3,45],обусловленные дрейфом гироскопов, смещением нуля и дрейфом акселерометров, а также другими возмущающими факторами, достигают значительных величин.Бесплатформенные ИНС [100,101] для получения навигационной информации относительно выбранной системы координат моделируют математический маятник с периодом Шуллера посредством информации о линейных ускорениях и угловых скоростях несущего объекта. БИНС могут включать акселерометры, которые жестко крепятся на борту ЛА, либо перемещаются по заданному закону, или акселерометры и измерители угловых скоростей.Достоинствами БИНС [101] по сравнению с ПИНС обычно считаютсябольшая надежность, простота эксплуатации и меньшая стоимость. Хотя требования к точностным характеристикам акселерометров и гироскопов более высокие, так как чувствительные элементы БИНС жестко закреплены непосред-20ственно на корпусе, и ЛА находятся в чрезвычайно жестких условиях эксплуатации.Для построения БИНС, чтобы ошибки быстро не возрастали, должны использоваться прецизионные акселерометры и гироскопы, а также требуетсяналичие на борту вычислительной машины с большой скоростью счета дляпроведения значительного объема вычислений.Создание принципиально новых типов гироскопов и широкое внедрениеБЦВМ повышенной производительности открыли большие возможности дляпроектирования надежных и экономичных инерциальных систем, чувствительные элементы которых устанавливаются непосредственно на корпусе ЛА.Кроме этого, повышение точности ИНС достигается за счет привлечениядополнительной информации [4].
Как правило, это внешняя по отношению кИНС информация от различных датчиков и систем [88].Спутниковые навигационные системы.К началу 70-х годов оказалось, что стоявшая в то время на вооруженииармии США спутниковая навигационная система TRANSIT [86] имела существенные недостатки: относительно невысокая точность определения координат; большие промежутки времени между наблюдениями.С целью преодоления этих недостатков было принято решение начать работы над созданием спутниковой навигационной системы нового поколения.Первоначально она называлась NAVSTAR (NAVigation Satellite providing TimeAnd Range), т.е. «навигационная спутниковая система, обеспечивающая измерение времени и местоположения»(сейчас можно встретить двойное название:GPS-NAVSTAR) [86,87].
Основным назначением NAVSTAR была высокоточная навигация военных объектов.В настоящее время активно функционируют две спутниковые радионавигационные системы — Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС, Россия) и Global Positioning System (GPS, США). Например, система21ГЛОНАСС состоит из трех подсистем [16]: подсистемы космических аппаратов(ПКА); подсистемы контроля и управления (ПКУ); навигационной аппаратурыпотребителей (НАП).Подсистема контроля и управления состоит из Центра управления системой ГЛОНАСС и сети станций измерения, управления и контроля, рассредоточенной по всей территории России.
В задачи ПКУ входит контроль правильности функционирования ПКА, непрерывное уточнение параметров орбит и выдача на спутники временных программ, команд управления и навигационнойинформации. Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС и вычисления координат, скорости ивремени.В результате обработки измерений и принятых навигационных сообщений определяются три координаты потребителя, три составляющих вектораскорости его движения. Измеряемыми радионавигационными параметрами(РНП) в аппаратуре спутниковой навигации (АСН) спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS являются псевдодальность и радиальная псевдоскорость, а их радиотехническими аналогами – задержка навигационного сигнала и приращение фазы его несущей частоты на заданном интервале времени[16,87].Повышение точности навигационного обеспечения, основанного на использовании СРНС ГЛОНАСС и GPS также связано с большими сложностями.В силу особенностей, заложенных при проектировании данных систем, стандартный потребитель не может получить данные о плановых координатах точнее 30 м для ГЛОНАСС и 15 м для GPS (3 см/с и 1,5 см/с по скорости соответственно) [28,30].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
