Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 104
Текст из файла (страница 104)
В наиболее общем виде задача синтеза комплексной системы фильтрации может быть сформулирована следующим образом. Пусть Մ— вектор состояния в момент времени г„, подлежащий оцениванию (фильтрации) и включающий координаты потребителя, составляющие его вектора скорости и ускорения, углы ориентации и соответствующие угловые скорости, заданные, например, в инерциальной системе координат. Инерциальный датчик (ИНС) измеряет некоторые компоненты вектора состояния Х (обычно это составляющие векторов ускорения и угловой скорости), поэтому можно записать (17.1) где Ь вЂ” векторная функция соответствующей структуры; т~ — вектор погрешностей измерений. На вход НАП СРНС поступают радиосигналы Я,.(Х,г), у = 1,У от всех видимых НС у(г) = ~ 5, (Х,г)+ п(г), которые в НАП СРНС подвергаются усилению, фильтрации и аналогоцифровому преобразованию (см.
гл. 13). В результате имеем отсчеты спутниковых наблюдений в моменты времени г„,, =г~, +П~, ~ =1,п, где Т, шаг дискретизации, 643 Глава 17 УСРНС (1/с — 1,1) ~~1 (Х>с — 1Л>~>с — 1,т')+ гкгс-1,1> где пь 1, — внутренний шум НАП.
В (17.1), (17.2) для простоты полагаем, что измерения ИНС и входные сигналы НАП СРНС синхронизированы. Задавая динамику изменения вектора Х во времени, задачу синтеза комплексной системы фильтрации можно сформулировать как получение наилучшей оценки Х„(например, в смысле минимума дисперсии ошибки фильтрации) при совместной обработке наблюдений (17.1) и (17.2). В результате синтеза получается схема оптимальной ИСНС, приведенная нарис. 17.1. иснс; Рис.
17.1. Схема оптимальной ИСНС (первый вариант) На рис. 17.1 в блоке НАП СРНС отображены только антенна, радиочастотный блок и АЦП, а интегрированная система обработки является общие для НАП и ИНС. В теории оптимальной фильтрации показано [5.1, 5.21, что при определенных условиях вместо наблюдений (17.2) можно использовать достаточную статистику: Укорр>с = ~~~' УСРНС (1/с — 11)~(~/с — 11>1/с-14) > (17.3) >=1 гпе К)Х>,,гк,) = Ю, (Хг,,гг,.) ... о, )Х>,,г,.)) — вектор опорных сигналов.
Выражение (17.3) есть не что иное, как векторный коррелятор. При таком представлении эквивалентных наблюдений в НАП СРНС схема оптимальной ИСНС принимает вид, приведенный на рис. 17.2. 644 Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы В данной схеме в блок НАП СРНС, кроме антенны, радиочастотного блока и АЦП, входит многомерный коррелятор, а комплексный фильтр является общим для НАП и ИНС. иснс ' Рис. 17.2. Схема оптимальной ИСНС (второй вариант) Если в схеме рис.
17.2 в комплексный фильтр не подавать сигналы с ИНС, то оставшаяся часть схемы (антенна, радиочастотный блок, АЦП, многомерный коррелятор и комплексный фильтр) есть ни что иное, как навигационный приемник с одноэтапной обработкой сигналов (см. п. 6.5). Следовательно, можно сказать, что схема рис. 17.2 (и эквивалентная ей схема рис. 17.1) реализует комплексирование ИНС и НАП СРНС с одноэтапной обработкой сигналов. Описанный принцип построения комплексной системы фильтрации, основанный на обработке исходных сигналов (17.1) и (17.2) (или эквивалентных сигналов (17.3)) в отечественной литературе 15.21 называют комплексированием по входам (входным сигналам). Иногда схему комплексирования рис. 17.2 называют глубокоинтегрированной, так как в ней уровень совместной обработки сигналов СРНС и ИНС неразделим настолько, что нельзя выделить раздельных каналов обработки сигналов СРНС и ИНС с формированием соответствующих оценок координат потребителя.
Разработанные на основе данного подхода ИСНС обладают характеристиками точности и помехоустойчивости, близкими к потенциальным 117.2 — 17.5). Реализация алгоритма комплексирования по схеме рис. 17.2 достаточно сложна, так как требует отказа от классического построения навигационного приемника, основанного на двухэтапной обработке сигналов. Чтобы сохранить традиционную структуру НАП и дополнить ее интегрированием с ИНС, были разработаны упрощенные алгоритмы комплексирования.
На рис. 17.3 приведена обобщенная схема НАП СРНС с двухэтапной обработкой сигналов. 645 Глава 17 ', Псовичнаа обработка сигналов Рис. 17.3. Схема НАП с двухэтапной обработкой рые обозначим как унп~. Для таких эквивалентных наблюдений можно запи- сать выражения урнп,~ =1(Х~)+прин,~ (17.4) (17.5) Унп,~ = ВХ~ + пнп,~ где прнп „, п„п~ — погрешности оценивания радионавигационных и навига- ционных параметров. Если при синтезе комплексного алгоритма фильтрации использовать наблюдения ИНС (17.1) и эквивалентные наблюдения СРНС (17.4), то в результате получается схема ИСНС, приведенная на рис. 17.4. Рис.
17.4. Схема ИСНС с комплексированием по выходам оценок РНП 646 В приемнике с двухэтапной обработкой сигналов в качестве эквивалентных наблюдений НАП СРНС, которые используются для синтеза алгоритма комплексной обработки, могут быть взяты оценки радионавигационных параметров сигнала (задержки, доплеровского смещения частоты), которые на рис. 17.3 обозначены как урнп ~, или оценки навигационных параметров Х~, кото- Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы Другая схема комплексирования (рис.
17.5) получается, если в качестве эквивалентных наблюдений СРНС использовать (17.5). В схемах рис. 17.4, 17.5 формируется три типа оценок: Хинс ~ — оценки, формируемые только ИНС; Хиснс~ — оценки, формируемые интегрированной системой ИСНС; ХнАп~ — оценки, формируемые НАП СРНС, комплексированной с ИНС (в НАП вводятся оценки Хиснс ~ ). Отметим, что состав вектора ХнАп~ отличается от состава векторов Хиснс„и Хинс„, так как в не- го не входят углы ориентации и соответствующие угловые скорости. Рис.
17.5. Схема ИСНС с комплексированием по выходам оценок НП Характерной особенностью схем рис. 17.4, 17.5 является то, что в блоки первичной обработки НАП СРНС вводятся оценки Хиснс „, сформированные в комплексном фильтре ИСНС. Такое комплексирование позволяет сузить полосы пропускания следящих систем (ССЗ, ССФ и ССЧ), что приводит к повышению помехоустойчивости НАП СРНС. Данный тип комплексирования иногда называют комплексированием на первичном уровне. Описанный и реализованный в схемах рис. 17.4, 17.5 принцип построения комплексной системы фильтрации, основанный на обработке оценок РНП (17.4) или НП (17.5), формируемых в НАП СРНС, в отечественной литературе 15.2) получил название комплексирования по выходам (выходным оценкам НАП СРНС). Разработанные на основе данного подхода ИСНС [17.б — 17.10) обладают характеристиками точности и помехоустойчивости, несколько худшими, чем при использовании принципа комплексирования по входам.
Практическая реализация схем комплексирования рис. 17.4, 17.5 требует доработки блоков первичной обработки сигналов НАП СРНС с целью введения Глава 17 в них соответствующих оценок Хиснс„и изменения параметров следящих систем (ССЗ, ССФ, ССЧ). Если при комплексировании ИНС и НАП СРНС желательно не затрагивать структуру АП, то, как видно из рис. 17.4, 17.5, можно положить В=-О, т.е.
разорвать соответствующую связь между оценками Хи „и блоком первичной обработки НАП. При этом получаются схемы комплексирования, приведенные на рис. 17.6, 17.7, которые иногда называют схемами с комплексированием на вторичном уровне, так как в них не затрагиваются блоки первичной обработки сигналов с НАП СРНС. с,в Рис.
17.6. Схема ИСНС с комплексированием на вторичном уровне «сырых» измерений НАП СРНС Рис. 17.7. Схема ИСНС с комплексированием на вторичном уровне с использованием оценок координат НАП СРНС В приведенных схемах комплексная обработка осуществляется только на вторичном уровне и не затрагивает уровень первичной обработки НАП СРНС. 648 Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы В этом случае помехоустойчивость НАП не изменяется по сравнению с автономной НАП, а лишь повышается точность формирования оценок НП. Большинство современных ИСНС используют именно такую схему комплексирования [2.8, 17.11 — 17.131.
Наконец, наиболее простой схемой комплексирования ИНС и НАП СРНС является коррекция данных ИНС оценками навигационных параметров ХнАп ~, сформированных в НАП (рис. 17.8). Рис. 17.8. Схема ИСНС с коррекцией ИНС Таблица 172. Сравнительная характеристика схем комплексирования Тип Основные особенности комплекси ования Разомкнутый Ограниченность ошибок оценок местоположения и скорости, наличие информации об ориентации и угловой скорости, минимальные изменения в бортовой аппа ат е Слабосвязанный Все перечисленные качества разомкнутой схемы, выставка и калиб вка ИНС в полете Все перечисленные качества слабосвязанной схемы, повышение помехо стойчивости Тесносвязаниый 649 В зарубежной литературе описанные выше схемы комплексирования классифицируются следующим образом [17.4]: разомкнутая (ппсопр1ес1) — рис.
17.8; слабосвязанная (1оове1у соцр1ед) — рис. 17.6, 17.7; тесносвязанная (68Ы1у сопр1ед) — рис. 17.4, 17.5; глубокоинтегрированная (деер1у 1п1едга1ес1, п11га 118Ы1у сопр1ес$) — рис. 17.3. Основные особенности (достоинства) описанных схем комплексирования ИНС и НАП СРНС приведены в табл. 17.2. Глава 17 Обеспечение характеристик точности и помехо- устойчивости, близких к потенциальным. Требует существенной перестройки НАП СРНС и вы- соких вычислительных за ат Глубокоинтегрированный Первые три из приведенных в табл. 17.2 типов комплексирования ИНС и НАП СРНС могут быть реализованы с использованием существующих моделей НАП, ИНС и навигационных процессоров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
