Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1151865), страница 111
Текст из файла (страница 111)
мин/ч 15 (с гирокомпасированием) Время готовности, мин Потребляемая мощность, Вт 80 Габаритные размеры, мм 420х133х194 Масса, кг 9,5 687 Ведущими мировыми производителями авионики по заказу Министерства обороны США разработаны и поставлены в серийное производство несколько образцов тесно связанных ИСНС, к которым с высокой степенью достоверности можно отнести следующие изделия: Р-М101ТЯ11, М-М101ТЯ11, С-М101ТБ111 (Вое1пд, КосЬче11 Со111пв), ЬХ-2000, 1.1Ч-270 (11поп), Р-7640 (Нопеуке11) ~17.11, 17.7, 17.24, 17.8 — 17.101. Глава /7 Высокоточная помехоустойчивая ИСНС Р-М101ТЯ11 разработана по заказу ВВС США в соответствии с требованиями директивы [17.261. При проектировании ИСНС основной акцент был сделан на разработку миниатюрного, маломощного, дешевого, помехоустойчивого комплекса СРНС/ИНС, обладающего высокими точностными характеристиками для широкого спектра приложений.
Конструктивно в состав Р-М101ТЯ1 входят цифровой блок твердотельных инерциальных датчиков, включающий кварцевые датчики угловой скорости и кварцевые акселерометры, и 5-канальный ПСН военного назначения АХ/РЯ1ч-11. В качестве навигационного процессора, решающего подавляющее число задач в ИСНК Р-М101ТЯ 11 используется высокопроизводительный сигнальный процессор ТМЯ320С31 производства компании Техас 1пятпипептя.
Часть задач предварительной обработки сигналов инерциальных датчиков возложена на специализированные сигнальные процессоры БРКОС, выполненные по технологии АЯ1С. Основные характеристики Р-М1С~1ТЯ 11 приведены в табл. 17.10. Таблица 17.10. Характеристики ИСНС Р-М161ТЗ П ИСНС Погрешности: ИНС <16 <1800 м/ч координат, м относительной скорости, м/с 0,2 2,5...3+ а 2,5...3 О =1...3 град/ч крена, тангажа, курса, мрад Вибрация Габаритные размеры, мм Ударные нагрузки 90х102х120 20 и, 11 мс Максимальные скорости 12 000 м/с, 1000 град/с Максимальные ускорения 15 д Интерфейс КБ-232, ХМЕА 0183, АМРААМ 688 Интегрированные инерциально-спутниковые системы 1М-250, ЬХ-260, ЬХ-270 разработаны 1лпоп Яуя1етя 1пс и предназначены для широкого спектра приложений (ВВС, ВМС, СВ, высокоточное оружие).
При их разработке основное внимание уделялось снижению массогабаритных характеристик, потребляемой мощности, повышению надежности, точности и помехоустойчивости. Основные характеристики ИСНС ЬМ-270 приведены в табл. 17.11. Одной из значимых разработок 11поп Буя1етя 1пс является помехоустойчивая, высокоточная ИСНС 1.М-2000, разработанная по заказу ВВС США. Характеристики ИСНС Ь1ч-200б приведены в табл. 17.12. Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы Таблица 17.11. Характеристики ИСНС ЬИ-270 Таблица 17.12. Характеристики ИСНС 1.М-200С Конструктивно ЬХ-2006 включает бесплатформенный инерциальный измерительный блок 1.Х-200, состоящий из волоконно-оптических гироскопов и кварцевых микромеханических акселерометров, и 12-канальный двухчастотный ОРИ-приемник военного назначения.
ЬМ-2000 является первой ИСНС, удовлетворяющей требованиям директив бВАМ/ЯААЯМ. 17.5. Синхронизация измерений в инерциально-спутниковых навигационных системах В рассмотренных примерах синтеза алгоритмов работы ИСНС (п. 17.2) предполагалось, что измерения навигационных параметров в ИНС и НАП СРНС осуществляются синхронно, либо в кратные моменты времени. Соблюдение этого условия на практике крайне важно. Ошибки определения векторов координат и скорости из-за рассинхронизации можно найти по формулам 689 Глава 17 алг~ =г~~ У~, враг~ =т~~ А~, (17.55) где гд — время задержки между моментом актуальности измерений от ИНС и моментом актуальности измерений от СРНС (время рассинхронизаци); А„и ӄ— средние за интервал дискретизации значения ускорения и скорости объекта соответственно.
Формулы даны в практическом приближении, что гд много меньше времени корреляции ошибок скорости в ИНС. В частности, из (17.55) следует, что для динамичных объектов со среднеквадратичным ускорением 5д (на которых применение ИСНС особенно актуально) время рассинхронизации гд не должно превышать 100 мкс для достижения декларируемой среднеквадратичной погрешности оценивании скорости порядка 1 см/с. Без наличия специальных средств синхронизации в аппаратуре ИСНС выполнить данное требование невозможно, а при наличии таких средств требование г, < 100 мкс выполняется с большим запасом. Существуют различные способы синхронизации измерений.
В качестве примера приведем здесь наиболее простой способ синхронизации по аппаратному сигналу метки времени (МВ). На рис. 17.21 изображена схема связей основных узлов ИСНС, учитывающая синхронизацию измерений. информационного обмена Рис. 17.21. Схема связей основных узлов ИСНС с учетом синхронизации измерений б90 Необходимым условием при построении ИСНС является организация электрического сигнала метки времени, поступающего от НАП СРНС в ИНС, как показано на схеме рис. 17.21. Активный фронт электрического импульса МВ формируется в момент осуществления навигационных измерений по СРНС.
Устройство синхронизации, входящее в состав ИНС, принимает сигнал МВ и измеряет время задержки каждого отсчета измерений инерциальных датчиков относительно последнего активного фронта МВ. Эта информация «подмешивается» к инерциальным измерениям и поступает на вход комплексного алгоритма обработки, который использует ее для привязки спутниковых и инерциальных измерений к единой шкале времени. Интегрированные инерциально-спутниковые навигационные системы Приложение к гл. 17 Основы инерциальной навигации Функциональное предназначение любой ИНС состоит в получении информации о траекторном и угловом движении объекта. Конструктивно в состав ИНС входят триады измерительных датчиков (акселерометров, гироскопов) и вычислитель, реализующий алгоритм счисления (алгоритм вычисления координат (линейных и угловых) путем интегрирования соответствующих производных).
В основе принципа функционирования ИНС лежит использование законов Ньютона. Для тела массой т, движущегося в центральном поле тяготения Земли под действием некоторой внешней силы Е, можно записать закон Ньютона в инерциальной системе координат (см. и. 3.1): Р+ тд(г) = т Н г (П17.1) М2 где г — радиус-вектор центра масс подвижного объекта; ц(г) — гравитационное ускорение; Ы г/сй =а„ вЂ” ускорение тела в инерциальной системе координат (ИСК). Введем вектор ускорения а„= Р/и и запишем (П17.1) в виде а„ = а„ вЂ” р(г).
(П17.2) В теории инерциальной навигации ускорение а, принято называть кажуи~имся ускорением 117.1, 17.14), и именно оно измеряется акселерометрами, т.е. является выходным сигналом акселерометра. При записи (П17.2) не делалось никаких предположений о траектории акселерометра, но оно дает явное представление о зависимости выходного сигнала акселерометра от текущего местоположения объекта (от вектора г ).
П17.1. Алгоритм бесплатформенной ИНС Алгоритм БИНС дает способ получения координат и вектора скорости по измерениям датчиков ускорения (акселерометров) и датчиков угловой скорости (гироскопов). В состав БИНС входят 3 акселерометра и 3 гироскопа, образующих инерциальный измерительный блок (ИИБ). Оси чувствительности каждой триады датчиков ортогональны и совпадают с осями собственной системы координат объекта. Таким образом, на вход алгоритма БИНС поступают измерения: а„,» — вектора кажущегося ускорения в центре чувствительности ИИБ, собственная система координат объекта, м/с', 691 Глава 17 струментальных погрешностей датчиков.
(Компенсация инструментальных погрешностей включает устранение температурного дрейфа нуля, линеаризацию передаточной характеристики, масштабирование, ортогонализацию осей чувствительности и т.п. по каждому датчику. Рассмотрение этих вопросов выходит за рамки данного материала.) Кроме того, для обеспечения измерений по вертикальной оси необходима грубая оценка высоты над референц — эллипсоидом Нь» от других средств нави- гации. Выходными (счисляемыми) параметрами БИНС являются: В, 1., Н вЂ” геодезические широта, долгота и высота соответственно; ~т Ъ~, „= ~~„» ~, » ~~ » ~ — вектор скорости в локальной системе координат «север †восток †»; Я, Р, У вЂ” углы крена, тангажа и рыскания соответственно. Для корректной работы алгоритма необходима задать начальные значения всех счисляемых параметров. Используем распространенный аппарат кватернионов для представления ориентации в алгоритме (см.
приложение П17.3). В этом случае механизм счисления ориентации выражается рекуррентным уравнением 117.3 Ц: Чс,» (~з,» ) ® Чс,» — 1 ® ~» ~ (П17.3) где Ч," — кватернион поворота осей ЛСК к осям ССК (выполняемого относи- тельно ЛСК), что соответствует преобразованию координат из ССК в ЛСК; соя р» /2 — яп р» /2 и — яп р» /2 ~М и — яп р» /2 ~и и / "и .„~т ' ~2 (П17.4) б92 Й,"» — вектора угловой скорости в центре чувствительности ИИБ, собственная система координат объекта, рад/с. Измерения поступают в дискретном времени с периодом дискретизации Т; индекс к — номер отсчета. Будем полагать, что измерения а„, „и Й,"» уже прошли компенсацию ин- Интегрированные инврииально-спутниковые навигационные системы А„"— кватернион малого поворота объекта за малый интервал времени /~, ...г„относительно инерциального пространства; Аз ~ — кватернион поворота ЛСК относительно инерциального пространства за счет вращения Земли и движения объекта над криволинейной поверхностью земного эллипсоида; — яп(В~)ж~ (П17.5) где ж~ — угловая скорость вращения Земли; а — большая полуось земного 2 эллипсоида; е — квадрат эксцентриситета земного эллипсоида; В~, Н~, 6„„, а, „— экстраполированные оценки широты, высоты и горизонтальных компо- нент вектора скорости на момент времени к: м„~ ~Т+А„~ 1 Т /2 В~ =В~ 1+ а/ +йМ 2 Т О~ =о~,-~ -~,ц,-1Т-А,н-1— ~-1 + Ап ~-1Т ~7е ~ = ~"е и — 1 + Ае и-1Т ' (П17.б) А„, А, — оценки горизонтальных составляющих вектора ускорения.
Вычислив и,"„, можно найти оценки углов крена (Я„), тангажа (Р~) и рыскания (У~) пользуясь соотношениями (П17.40) (см. приложение П17.4). В нулевой момент времени необходимо задать кватернион начальной ориентации и,"О. Информация о начальной ориентации берется из процедуры гирокомпас- сирования, или из внешних источников, для чего могут пригодиться соотноше- ния обратного пересчета из углов Эйлера в кватернионы (П17.38). сов й~~ /2 ~з 1' и а~з /2 ~1з яп Дз /2 аз 3Ф а~3 /2 И~ сов(В~ ) ы~ + — ' 1 — 0.5е яп2 (В ) — — ' а а лФ 1 2 ° 21 ~ 2 21 — 1 — — е яп (В„)+е сов (В„) —— а 2 а Глава 17 Измерения акселерометров пересчитываются в локальную систему координат с помощью счисленного на текущий момент кватерниона ориентации л Чс,й (П17.7) От измеренного кажущегося ускорения в ЛСК а,„„переходят к собст- т венному ускорению объекта в ЛСК А„~ =~А„~ А,~ А~~ путем компенсации ускорения свободного падения и центростремительного ускорения: А„~ — — а„„,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
