Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации и их применения (2000) (1151868), страница 44
Текст из файла (страница 44)
12.2. Комплексирование на уровне вторичной обработки информации СРНС В отличие от использования ПОИ н ПВОИ комплексирование на уровне вторичной обработки информации (ВОИ) СРНС предполагает в первую очередь: ° угочиение углов ориентации (курса, крена и тангажа), оценку и уточнение параметров калибровки навигационных датчиков, таких, как дрейфы гироскопов, масштабные коэффициенты, смещения акселерометров и др.; ° обеспечение на этой основе непрерывности навигационных опрелелений ПО и повышение точности определения координат, высоты, скорости ПО на всех этапах его движения, в том числе и при временной неработоспособности АП в случаях воздействия помех нли энергичных маневров ПО; ° улучшение характеристик целостности навигационных определений, то-есть способности за счет совместной обработки информации автономных средств (особенно ИНС) и СРНС обеспечивать решение задачи бортового автономного контроля целостности— СА1М нли для авиации — АА1М (АнЬогпе Аигопопюиз 1пгер йу Моп(юппй), в дополнение к контролю целостности, осуществляемому в приемнике СРНС (КА1М); ° обеспечение за счет более точной информации, полученной в процессе вторичной обработки, сокращения времени поиска и вхождения в режим слежения, а также улучшение характеристик контуров слежения за кодом, частотой и фазой несущей частоты, сужение соответствующих полос пропускания н, как следствие, повышение помехозапппценности АП СРНС.
12.2.1. Основные схемы комплексирования АП СРНС н автономных систем счисления В соответствии с простейшим алгоритмом комплексирования предусматривается использование на выходе НК координат и скорости АП СРНС при ее нормальной работе и информации автономной системы при неработоспособности АП СРНС. Такие алгоритмы ВОИ реаяизованы на многих ПО, особенно модернизируемых. Аппаратурной основой комплексирования является наяичие в НК цифровых вычислителей и стандартных линий информационного обмена, Дяя ВС такой обмен осуществляется в соответствии со стандартами ГОСТ 18977-79 (с руководящим техническим материалом РТМ 1495-75), ГОСТ 26765.52-87, МП./ЗТ0-! 553В н положениями документов АКПЧС-743, АКП4С-429, К$-232, КБ-422.
КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ СРНС И ДРУГИХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ Нюке рассмотрены алгоритмы ВОИ и схемы комплексирования, реализуемые с помощью навигационного фильтра (НФ). Разомкнутая схема (рас. 12.4, см, дапее) предусматривает раздельное функционирование приемника СРНС, ИНС, системы воздушных сигналов (СВС), как датчика барометрической высоты, и "часов" — бортового зтапона времена и частоты (БЭВЧ).
Предполагается, что выходная информация систем поступает в вычислитель, реализующий навигационаый фильтр. В задачи НФ входят: оценки погрешностей и источников погрешностей измерений; прогнозирование зтих оценок; компенсация погрешностей и оценка навипшионаых параметров (НП), в том числе в автономном режиме фупкцаоннрованая НК (при перерывах в работе АП).
Как известно, чаще всего выходными параметрами АП СРНС являются геодезические широта и долгота ( В, Е, ), высота аад уровнем референц-зллицсоипа Но, составлаощие скорости в направлениях восток, север н вверх (Р „, Рог, 1' „), поправка к шкале времени Т и уход частоты т БЭВЧ по отношению к шкале СРНС, если предполагается синхронизация часов АП с БЭВЧ. Выходными параметрами кроме того служат. у ИНС вЂ” В„А>, Н„~'и, $/с, Рм, у СВС-абсолютная высота Н.
и скорость ее изменения Гп,; у БЭВЧ вЂ” отсчеты временной шкалы Т. н частота Т.. Если АП СРНС построена по одноканальной схеме, в нее могут поступать данные ИНС и СВС для сннхронюапии измерений ПД и ПС. Оценка погрешностей и нх источников в НФ строится, как лрапически общепринято, с применением алгоритмов оптимального последовательного линейного (фильтр Капмава) и нелинейного оценивааня (фильтрации) и их модификаций.
Важнейшей частью НФ является блок пропюзировааия оценок погрешностей на основе моделей ошибок автономных систем. Знание моделей и точность их описания будут определять точность прогнозирования оценок погрешностей, а с ней и точность определения аавнгациоаных параметров в автономном режиме. Остановимся более подробно на применении методов оптимальной последовательной фильтрации (ОПФ), как частного случая МТОНО, которые используются и в прутах схемах комплексирования.
Предполагается, что вектор т) испшных параметров движения ПО описываетсл разностаым уравнением т11 = с(т)т-~ юьч) (! 2.1) где ат,, — вектор управлеопптх и возбуждающих воздействий. В вектор ту могут входип широта, долгота и высота (В, 2„0) над уровнем рефереиц-эллипсоида ПЗ-90 (%ОБ-84) или Красовского (СК-42), соответствующие составппощие скорости (Рп, Ря,~'„), ускорения (А„, А„А„), яре~~ Т и часпзта~'ипн ч~~~~ птах пармаетроа.
Предполагается, что все погрешности и источники погрешностей юмереннй автономных средств и приемника СРНС объединены в общий вектор состояния ~, для которого ювестао разностное векторно-матричное уравнение А=Ф,4„+;, (12.2) где Ф, — переходная (фундаментальная) лхл матрица соответствующего днфференциалыюго уравнение; и, — л-вектор возбуждающих белых шумов. Индекс А обозначает соответствие пивд тй тйв гг., =г),+М,4. (12.3) где М,„ — соответствующая матрицалхг. Измерения (определения) приемника СРНС в общем случае записываются в виде: 4; = Я(гГ, )+ М ~, + и„ (12.4) где $(.) — в общем случае некоторая известная нелинейная вектор-$ункнвя размерности м, ̄— матрица пхг, и, — яг-вектор измерительных шумов. Последние также полагаются не- смещенными нормаяьнымн с известной ковариационной матрнпей Ю,.
Если предположение о несмещеиностн не выдерживается, то соответствующая переменная может вноситься в вектор состояния ф или может далее предполагаться специальное исследование влияния смещений, как возбуждающих, твх н нзмернтельных. Учитывая (12.3), задача оптималыюй оценки г), может рассматриваться хак задача оптимальной оценки,"„по измерениям г1 „,4; в моменты времена г„г„..., г, .
Эта задача отличается от общеизвестной в теории отммального оценивания из-за наличия в (12.3), (! 2 4) неизвестного вектора г),. Чтобы преодолеть згу трудность, из (12.3) найдем д, = гу„-М ~, и подставим в (12.4), Получим (12.5) н задача оценки ~, из (12.2) будет иметь классический внл, то-ссть будет задачей оценки ~, по данным с, из (12.5), где г1 выступает в роли известного параметра Прн зтом не делается никаких предположений относительно поведения ц, то-есть используегся принцип двухканальности или иивариантности по отношению к полезному сигналу.
Наилучшая в смысле максимума апостериориой плотности вероятностей опенкаД, получается на основе алгоритмов нелинейной ОПФ 1-го порядка: ~о = Д„,, + б„(р, — д„,,), б, = Рн~й~[Н,Рм, Н~+ А' у, Я~ ~ Р, = Р„,, — О„Н,Р,„ч, Н, = — ~~~, й, =б[~à — М ~,)+М Д,, Р„,, =Ф РгчФ,'+Д„~„,, =ФД „~„,, =Я(д,„-М,Дц,)+МД„,. (12.6) Прогнозирование на время г, оценок ~, осуществляется на основе линейного соот- ношения ф,)= Ф[г„г,~„ (12.7) переменных и матриц времени г, .
Уравнение (12.1) описывает цоведенне б на интервале [г, „г,]. Предполагается гауссовский характер н несмешенность всех погрешностей и нх источников. Предполагается также, что М1б ф',)= Р, — коварнационная матраца начальных условий лхл, М1н,и,'[= Ą— коварнационная матрица возбуждающих белых шумов лхл. Измерения автономных (ИНС и др.) средств д могут быль записаны в виде: КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ СРНС И ДРУГИХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ 0((,~=~.Я-м Я~,). Точность прогноза (автономного режима) будет характернюваться коварнвционной магри цей »1 гр Угф)= Ф(г~,г~)1»~Ф 1»,гф)+Ог„,е~) (12.9) Алгоритм (12.6) имеет различные модификации: симметричную ковариацнонную, информационную, модификацию, использующую так называемые квадратные корни матриц, последовательную во времени и пространстве измерений и т.д.
Все этн формы предназначены для обеспечения вычислительной устойчивости реалнзаппй соотношений (12.б) в бортовых цифровых вычислительных машинах (БЦВМ) с о~раниченной разрядностью н памятью при наличии ошибок моделей, линеаризации нелинейностей и т.д. Для этого используется также настройка фильтров путем подбора Д н Я, а также способы обеспечения "робастностн» или нечувствительности результатов оценивання к вариациям действительных значений Д н )1.
Их основная идея состоит в некотором увеличении "про запас" соответствующих днагонапьных элементов этих матршЬ В авиационных применениях АП СРНС совместно с платформенной ИНС вектор состояния, в частности, может иметь внд: 4 =(АВ,А(*АН Г А~к» Ау»*АГ» У',Ф»,Ф»,Ф»,к»,к»,л».....,), (12.10) где лВ Ж АН- ошибки соответственно широты, долготы к высоты полета; А 1» „Ь1', Аû— ошибки составшпощих скорости; Ф„, Ф„, Ԅ— погрешности ориентации; к», к„к»вЂ” скорости дрейфов гироскопов, Т' и У' — ошибка времени и уход частоты БЭВЧ. При этом предполагается демпфирование вертякального канала ИНС с помощью СВС.
Следует иметь в виду, что в состав оцениваемых переменных могут таске включаться погрешности н масппабные коэффициенты акселерометров, коэффнциенты дрейфов гироскопов, температурные коэффициенты, погрешности определешщ высоты н вертикальной скорости с помощью СВС и т.д. Если выходными параметрами АП СРНС являются координаты, высота, составляющие скорости, поправки к шкале времени и ее уходу, то в предположении отсутствия систематических погрешностей спутниковых определений н ошибок селекгивного доступа или, если все этн погрешности полагаются неучитываемыми смещениями, матрица пха измерений Н имеет вид: — 1, 0 О (12.11) где 1, — единичная матрица 4»4, 0 — нулевые блочные матрицы соответствующих размерно- стей.
Матрица Н, может быть представлена в виде: Н, =Г1Н,О), где Н,' =~ Г-(, 01 ~0 -1Л (12.12) где Ф~г,, г, ) — переходная матрица вектора состояния. Наконец, коррекпия показаний НК в автономном режиме осуществляется на основе соотношения ГЛАВА 12 Матрица измерительных белых шумов 8х8 представляется в виде: й, = (и,',й,'-'и„)', (12.1З) и„и„и,„и о о о о и о о о о иг и~ю и~~к иво иц и и и Им Иа Иьт (12.14) и и и и и и и и Если на выходе приемника СРНС находятся измеренные значения ПД и ПС И„иИ„ 1, ..., М то матрица измерений может быть записана в виде: и, =(-и,о], (12.15) а матрица измерительных белых шумов 2Мх2М Я, =К,.
(12.1б) Можно показать, что обе схемы оценки (как с выходыми параметрами АП в виде координат н составляющих скоростей„так и в виде ПД и ПС) практически эквивалентны по точности, если не учитывать возможные ошибки вычислений и влияние возмущений. Точностные характеристики в режиме коррекции и в автономном режиме характеризуются матрнгшми дисперсий и смешанных моментов Р„, и Р л соответственно, которые определяют эффект шумовых составляющих в погрешностях определения коордннат и скорости приемником СРНС. Целесообразно в соответствии с особенностями исцользованнл СРНС различать следующие варианты ВОИ: с учетом дифференциальных поправок; в номинальном двухчастотном режиме без селектнвного доступа; в номинальном одночастотном режиме без селекпвного доступа; и режиме с селективным доступом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
