Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радионавигационные системы (2005) (1151784), страница 42
Текст из файла (страница 42)
В такой системе составляющие помех И', сосредоточены в области низких частот (рис. ! 1.3), а шумы И', занимают широкую полосу частот от нуля до значения, определяемого полосой пропускания измерителя И2. Указанное допущение о характере спектров сч(со) и бз(го) справедливо, если измерители И1 и И2 построены по разомкнутой схеме и не имеют узкополосных сглаживающих инерционных элементов.
Заметим, что отсутствие инерционных элементов обеспечивает минимум собственной динамической погрешности измерителей, а следовательно, и всей комплексной системы. Из рис. 11.3 следует, что при перекрытии 0 К, спектров 6,(го) и Оз(ьэ) ф часть составляющих спекЕф тра бз(«э) проходит через фильтр Ф (О,*(в)), что приСч "% водит к остаточной флук- туационной погрешности 2 Вя комплексной системы. Значение флуктуаци- онной погрешности гг~„сои) ответствующее (11.7), можРис. 11.3. Спектры помех на входе (а) но получить, включив на и выходе (б) фильтра комплексной выходе радиотехнического системы измерителя фильтр с частотной характеристикой, аналогичной той, которую имеет фильтр Ф рассмотренной схемы.
Однако при этом неизбежна динамическая погрешность. Комплексирование измерителей не приводит к дополнительной динамической погрешности, так как полезный сигнал, содержащий информацию о И~, не проходит через инерционные (фильтрующие) звенья (верхняя цепь на рис. 1 !.2). Таким образом, комплексная система приобретает свойство ге«ори«ил~ности к изменению И', но ценой информационной избыточности системы. Дополнительное достоинство комплексирования — повышение надежности. Отказ одного из измерителей приводит к снижению точности, а не к потере информации о навигационном элементе )г'.
При этом «отказ» одного из измерителей может быть вызван плохим качеством или отсутствием принимаемого сигнала (например, сигнала ДИС при полете над морем или сигнала РИС на пределе дальности ее действия). 206 Использование элементов еле я его изме ителя. Если в радиотехническом измерителе И2 применена следящая система (как это обычно и делается), то при комплексировании используют фильтрующие элементы, входящие в следящий измеритель (СИ) (рис. 11.4). Рис.
11.4. Структурная схема комплексной системы с использованием элементов следящего измерителя Пусть, например, в следящий измеритель входят инерционные звенья с операторными коэффициентами передачи К,(р) и Кя(р), а сигнал от нерадиотехнического измерителя И1 вводится через фильтр с операторным коэффициентом передачи Н~р). Выходной сигнал комплексной системы К(р)- Н(р)К,(р) Н(р)К,(р) К(р) где К(р) = К,(р)К,(р) . Если выполняется условие К,(р)Н(р) =1, (11.8) то у(р) - йг(р) .~. (1 .~.
К(р))-'Цвн()э)+ К(р)(1+ К(р)! ')р' т(р) . (11.9) дат Выражение (11.9) свидетельствует о том, что полученная схема не вносит динамической погрешности. Следовательно, формула (11.8) отражает условие инвариантности комплексной системы по отношению к изменениям Иг. Если положить Кв(о) = К(р) [1 + К(р)) ', то полученная система становится эквивалентной системе, построенной по схеме компенсации (см.
рис. 11.2). Замк ая комплексная система. Рассмотренные на рис. 11.2 и 11.4 схемы компенсации относятся к классу разомкнутых, в которых уменьшаются возникшие в измерителях погрешности. Если же погрешности одного из измерителей, например И! на рис. 1 1.5, возрастают с течением времени (как при измерении скорости методом интегрирования ускорения), а погрешности И2 стационарны, то применяют замкнутую схему компенсации. В такой схеме фильтр (Ф) оценивает погрешность измерителя И1 н через корректирующее устройство (КУ) устраняет причины, приводящие к понижению точности этого измерителя. Отметим, что лрн комплексировании приходится оценивать ряд составляющих помех на выходе измерителей. Для такой оценки применяют многомерные линейные фильтры (фильтры Калмана), реализующие на базе ЭВМ оптимальные алгоритмы обработки подаваемых на ннх сигналов.
Данное обстоятельство отражено на рис. 1!.5 выделением пунктиром элементов схемы, входящих в состав бортовой ЭВМ. Рне. 11.5. Структурная схеме замкнутой комплексной системы Структурные схемы комплексных навигационных систем. Рассматриваемые системы (КНС) состоят нз нескольких (не менее двух) разнородных измерителей одного н того же элемента И', объединенных бортовой ЭВМ (БЭВМ). Эта БЭВМ оценивает составляющие погрешности одного из измерителей, принятого в данной системе за основной, и корректирует эти погрешности или устраняет вызывающие их причины.
В качестве основного измерителя обычно используется инерциальная навигационная система (ИНС), в которой отсутствуют фильтры, ограничивающие ее быстродействие. Это обстоятельство, а также то, что инерцнвльный измеритель разомкнут ло отношению к измеряемому элементу й', обусловливает практическое отсутствие динамических погрешностей ИНС. Так как схема комплексирования не вносит дополнительных динамических погрешностей, то и КНС будет обладать хорошими динамическими свойствами. Основным элементом КНС является многомерный дискретный линейный фильтр Калмана (см. рис. 4.23). На фильтр подается процесс з = = х~ — хь где х, и хт — погрешности комллексируемых измерителей. При формировании алгоритма оптимальной обработки х~ и хт представляются линейными стохастическими дифференциальными уравнениями л-го порядка, описывающими поведение составляющих погрешностей во времени.
Такое представление эквивалентно записи погрешностей в виде вектора состояния х размерности (и х 1). При этом процесс я также записывается в виде вектора х размерности (е х 1), где т — число скалярных измерений на входах фильтра. 208 Реализация алгоритмов фильтра Калмана требует высокого быстродействия и большого объема памяти БЭВМ. Наибольшее влияние на эти параметры оказывает размерность л вектора х. Число умножений и сложений, определяющее требуемое быстродействие БЗВМ, пропорционально пз, а число постоянно используемых ячеек ОЗУ пропорционально лз. Увеличение числа измерений ш не вызывает существенного роста объема вычислений и времени решения зщгачи. Современные БЗВМ позволяют выполнить все вычислительные операции за время, не превышающее 1с, т.
е. почти в реальном масштабе времени. КНС о е еленияско остиЛА по анным ИНС и С (рис. 11.6). Основным измерителем здесь является ИНС. Информация о двух составляющих вектора скорости в цифровой форме подается на блок предварительной обработки (БПОИ), в котором синхронизируется частота поступления информации в фильтр Калмана (ФК).
Очевидно, что информация на ФК должна подаваться дискретно с интервалами, достаточными для выполнения цикла вычислений в фильтре. Сигнал измерений фильтра формируется путем образования разностей соответствующих составляющих вектора скорости, измеренных ИНС и ДИС. Поэтому в рассматриваемом случае вектор х имеет размерность (2х1). Вектор х включает основные составляющие погрешности ИНС и ДИС.
Порядок системы дифференциальных уравнений, описывающих погрешности ИНС, а следовательно, и число учитываемых при построении КНС составляющих, входящих в вектор х, определяется требуемой точностью компенсации. С учетом двух составляющих погрешности ДИС (по двум компонентам скорости) общее число составляющих вектора х может доходить до!0 — 15.
Рис, 11.6. Структурная схема комплексной навигационной системы измерения скорости ЛА Фильтр Калмана в данной системе выдает оценки погрешностей ИНС по скорости Ь(гк, на основе заложенной в фильтр априорной информации о поведении погрешностей во времени (матрица Ф) и о шумах измерения и (см. п. 4.4). Скорректированные значения составляющих горизонтальной скорости поступают от ИНС в блок индикации и управления (БИУ). 209 Так как основным измерителем КНС определения скорости является ИНС, то в общем случае необходимо строить КНС по замкнутой схеме компенсации с целью коррекции накапливающихся погрешностей инерциальной системы.
Однако при небольшой продолжительности полета (до одного часа) можно использовать разомкнутую систему. Точность КНС примерно в пять раз выше, чем точность основного измерителя — ИНС. Комплексная навига ионная система оп е еления места и око о- сти ЛА (рис. 11.7) основана на совместной обработке информации от ИНС, ДИС и радиовысотомера РВ. Рис. 11.7. Структурная схема комплексной навигационной системы определения местоположения и скорости ЛА Определение скорости производится по данным ИНС и ДИС. Горизонтальные составляющие Я, и ок места ЛА определяются скорректированными значениями выходных сигналов Я„„и Я горизонтальных каналов ИНС по положению. Вертикальная составляющая ог (высота полета) вырабатывается при совместной обработке информации Я,„вертикального канала ИНС по положению и данных о высоте Ни получаемых от РВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
