Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 107
Текст из файла (страница 107)
в линеаризованном виде). Так как координаты х,у,г Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы нии и компенсации погрешностей ИНС. В периоды ьаличия сигналов СРНС происходит оценивание погрешностей ИНС, а в периоды отсутствия - их экст- раполяция. Компенсация погрешностей выходных данных ИНС осуществляет- ся непрерывно. Постановка задача С выходов НАП СРНС и ИНС поступают измерения координат и скорости потребителя в дискретном времени, которые можно представить векторами В„+пВ„ У% +пек 1' +и ~н,~+пьъ,~ Ь1, + ПЬ1, В, +оВ,.
Е, +И., 1Е1+~~ Е,1 1~~, + Я'~, ~СРНС,/с (17.44) синс, = где к — момент вРемени измеРениЯ в шкале СРНС; г„— г1, 1 = Тсрнс — темп измерений от СРНС; 1 — момент времени измерения в шкале ИНС; ~, — ~, 1=Тинс — темп измеРений от ИНС;  — геогРафическаЯ шиРота; 2,— географическая долгота; 1' — восточная составляющая вектора скорости; 1~~ — северная составляющая вектора скорости; Ь вЂ” высота; пв — ДБГШ с нуле- вым математическим ожиданием и СКО, равным сгв —— , пе — ДБГШ с ох (я, +ь) ' Ох нулевым математическим ожиданием и СКО, равным ст =; Я, (Я, +Ь)сов(В) 669 — средний радиус Земли; о — СКО измерений горизонтальных координат в НАП; и„— ДБГШ с нулевым математическим ожиданием и СКО, равным о.„ (определяется из спецификации НАП); и„, п1... — независимые ДБГШ с нулевыми математическими ожиданиями и СКО, равными ог (определяется из спецификации НАП); оВ,Ы вЂ” погрешности определения географической широты и долготы в ИНС; Я'е, Я' — погрешность определения восточной и северной составляющей вектора скорости в ИНС.
Будем приближенно считать, что моменты измерений ИНС и СРНС когеРентны, т.е., если ~,„=г,, то ~1,„=г,+м, М=Тсрнс/Тинс- целое число. Отме- 1 2 тим, что обычно Тинс <(Тсрнс а М имеет порядок 10 ...10 . В периоды сбоя СРНС результирующая точность навигационных определений будет определяться точностью экстраполяции погрешностей ИНС оВ, И., Я'е, Я',~ .
Чем корректнее будет выбрана их динамическая модель, чем Глава 17 Синтез алгоритма Воспользуемся модернизированным вариантом комплексирования, описанным в п. 17.2.1. Сформируем вектор измерений погрешностей ИНС на основе (17.44): (1ИНС Е,/с 1СРНС Е /с )(~з + ~СРНС /с )СО~(1СРНС В /с ) (1ИНС,В,/с 1СРНС,В,/с )(~з + /СРНС,/с ) ( ~ИНСУЕ,/с 1 СРНС /сЕ,/с ) (1 инс,рм,/с ~ссРнс,/сп,/с ) ,(17.45) ПРЕ,/ где У„дскб„, Уинс„— измеРениЯ долготы и шиРоты от ИНС; Усрнсе/„ Усрнс В / измеРениЯ долготы и шиРоты от СРНС; 1'инс /се „, Уинс /з/с/ „— измерения восточной и северной составляющих скорости от ИНС; 1срнс/е ~, Усрнс /сз/ / измерения восточной и северной составляющих скорости от СРНС; Ьсрнс „— измерения высоты от СРНС; Пе /с = ПЕ /с (зсз + с/СРНС /с ) СОВ ( зсСРНС В /с ) 1 П/с/ /с = ПВ /с (зсз + с/СРНС /с ) ° Отметим, что Ъ",/, формируется только в моменты выдачи измерений от СРНС.
Введем вектор состояния х = ЛЕ ЛФ Я е Я'и Фл/ Фе Фцр а/е а//с/ а/цр (17.46) и решим задачу его оценивания по измерениям (17.45) методами теории оптимальной нелинейной фильтрации. Для достижения наилучшей точности экстраполяции погрешностей ИНС, входящих в х, целесообразно выбрать наибольший темп фильтрации — Тинс, а моменты счета фильтра привязать к моментам выдачи измерений от ИНС, несмотря на то, что У „поступает с более редким темпом Тсрн . 670 точнее заданы ее параметры, тем выше окажется точность экстраполяции погрешностей ИНС, а, следовательно, и результирующая точность определения координат и скорости.
В данном случае использована модель (П17.22), описанная в приложении П17.2. Ставится задача по измерениям (17.44) и с использованием математической модели (П17.22) получить фильтрационные оценки горизонтальных координат (В, Е) и вектора скорости (1'е, 1'д,) потребителя с темпом Тинс. Глава 17 о т о о о (т„... -т,'2,)т о о о о о о о о о о -~т ят о о о о о о о ~11, +/,,) 1 о т о о о о т о /г,, — грубая оценка высоты, которую можно получить, например, взяв последнее актуальное измерение /гсрнс „, 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 — дТ/2 0 0 — дТ /4 -~Т/2 О О -ят'/4 О 1 0 0 Т/2 0 0 1 О 0 Т/2 0 0 1 0 0 Т/2 0 0 0 1 О 0 0 0 0 0 1 0 0 0 О 0 0 1 9 = йад(матф,оф,оф,о,о',о ) - диагональная матрица размером бхб.
2 2 2 2 2 21 3. Если в 1-й момент времени поступило измерение от СРНС, то выполняется шаг оценивания вектора состояния и его матрицы дисперсий: К, =ЕН~ (Н Е Н; +М), Е, =(1щ-КН)Е,, х, =х, +К, (Уд, — Я,(х,)), (17.49) где Ъ~, определяется «17.45), 11Π— единичная матрица размером 10 х 10, 672 о о (11,. +Ь,,) о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о -хт г о — о г т' о о 2 о о т о о О 1 О о о Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы ЛУ, ю!! Е,! ир,! СРНС,ГХ,! й !!',! ир,! С РИС,!!Е,! $!(х!) = — диагональная матрица. 4.
Если в ! -й момент времени измерений от СРНС не поступало, то х, =х,, Е! =Е,. (17.50) 5. Пункты 1 — 4 повторяются циклически для последующих моментов времени. Таким образом, реализуется оценивание погрешностей ИНС. Теперь, чтобы найти уточненные оценки координат и скорости потребителя, необходимо из измерений ИНС вычесть оценки соответствующих погрешностей. Поскольку в модели погрешностей ИНС (П17.22) компоненты Я'е,, Я~, ! зависят от истинного значения вектора скорости, то такой расчет несколько усложняется. Кроме того, следует учесть переход от смещений к востоку и северу ЛЕ, ЬЖ в метрах к смещениям по долготе и широте Ы,6В в радианах. Опуская вывод, приводим окончательные выражения для оценок координат и скорости потребителя на выходе алгоритма: "л!! " / "я!! 1 УИНС,КЕ,! ~~ Е,! ФиР,! 1,СИНС,!!!',! ~ !!',!) Е! (1+Ф,) "ю!! " / "!'1 1инс,рн,! !'~ У,! + ир,!' ~ инс,ке,! е,! ) ~м (17.51) (1-; Ф„,.
) 673 22-!ОЙ Уравнения (17.45) — (17.51) полностью описывают предложенный алгоритм комплексирования. Из и. 3 и 4 следует, что алгоритм учитывает измерения СРНС по мере их поступления. При этом не обязательно, чтобы измерения от СРНС приходили через равные промежутки времени. В частности, допускаются длительные перерывы этих измерений, что часто бывает на практике из-за затенения сигналов СРНС, резких маневров объекта, или радиопомех. В этом случае погрешности ИНС компенсируются за счет экстраполяции с использованием ранее оцененных параметров модели этих погрешностей. Глава 17 17.3. Точность и помехоустойчивость интегрированных инерциально-спутниковых систем навигации.
Основными целями, преследуемыми при разработке ИСНС, являются: повышение точности навигационных определений в комплексном режиме работы ИСНС; повышение точности навигационных определений в автономном режиме работы ИСНС после компенсации погрешностей инерциальных датчиков в комплексном режиме; повышение помехоустойчивости НАП СРНС и ИСНС в целом. 17.3.1. Точность интегрированных инерциально-спутниковых систем навигации в комплексном режиме В настоящее время большинство производимых интегрированных ИНС/СРНС систем использует идеологию комплексирования на вторичном уровне. Краткий обзор разработок ИСНС данного типа и достигнутые в них характеристики точности НВО описаны в п. 17.4, а здесь приведем оценку потенциальных характеристик точности НВО в комплексированных на вторичном уровне ИНС/СРНС системах, которые базируются на результатах математического моделирования алгоритма, описанного в п.
17.2.3. Приводимые ниже результаты соответствуют следующим исходным данным: временной интервал дискретной обработки Т~= 1 мс (соответствует времени накопления сигнала в корреляторах НАП СРНС); число спутников, сигналы которых используются для решения навигационной задачи, 10; величина геометрического фактора РООР = 1,48; высота полета 2000 м, продольная скорость 250 м/с, поперечное ускорение 45 м/с2; отношение сигнал/шум а,/„, = 40 дБГц; среднеквадратическая погрешность измерений акселерометров сг, =0,006 м/с2; среднеквадратическая погрешность измерения псевдо дальности ~т„, = б м; среднеквадратическая погрешность измерения псевдо скорости о.„, =1 м/с; среднеквадратическое значение формирующего шума в модели динамики — о;, =З,б 10 ' рад/с; среднеквадратическое значение флуктуаций частоты опорного генератора, пересчитанное к флуктуациям скорости, ~т = 0,0014 м/с.
В качестве критерия точности оценки координат потребителя принимаются сферические ошибки оценок (СФО) по координатам 674 Интегрированные инерциально-спутниковые навигаиионные системы и скорости потребителя ~сф к На рис. 17.12 приведена зависимость СФО по оценке координат для интегрированной ИНС/СРНС системы.
График отражает только флуктуационную и динамическую составляющие погрешности координат. Систематические погрешности определения координат в СРНС (см. гл. 7) не учитываются. ЯСФХ М 10 10 20 30 40 60 1 с Рис. 17.12. СФО по оценке координат в слабосвязанном алгоритме Из рисунка видно, что СФО имеет порядок 3-х метров, что практически согласуется с величиной шумовой ошибки в автономной НАП с некогерентной обработкой сигналов. Отметим, что систематические погрешности координат в СРНС оказываются много больше, но не могут быть скомпенсированы за счет ИНС из-за аналогичного низкочастотного характера.
Таким образом, комплексирование с ИНС оказывается малоэффективным средством повышения точности координатных определений, что подтверждается множеством других публикаций. На рис. 17.13 а, б приведены зависимости СФО по оценке скорости потребителя для интегрированной и автономной некогерентной НАП соответственно.
Регулярная составляющая СФО оценки скорости в интегрированной системе 0,29, а в автономной 0,33 м/с. Среднеквадратические значения СФО соответственно равны 0,06 и 0,12 м/с. Из приведенных зависимостей следует, что в некогерентной ИСНС достигается повышение точности оценки скорости — в 1,5...2 раза. По ряду публикаций, например [17.31, известно, что аналогичные когерентные алгоритмы 675 Глава 17 обеспечивают повышение точности оценивания скорости в 8...10 раз.
Таким образом, более предпочтительным режимом приема сигналов в ИСНС является когерентный. ссфг, м/с зв " с,~с,м/с з.з ' 0.5 ~о зо'с о 1о ю зо 4о зо'' 1о зо зо а) б) Рис. 17.13. СФО по оценке скорости в комплексной (а) и автономной (б) НАП при некогерентной обработке сигналов. Комплексирование на вторичном уровне позволяет повысить не только точность оценивания координат и скорости, но и точность оценивания угловых координат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
