Ярлыков М.С. и др. Радиоэлектронные комплексы навигации, прицеливания и управления вооружением летательных аппаратов. Том 2 (2012) (1152003), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Поскольку распределения текущего и эталонного полей по маршруту представляют случайные процессы, та степень их близости может быть определена па величине взаиинокоррвляцианной функции. Максимум (экстрвмум) этой функции будет свидетельствовать а совпадении текущей реализации поля с определенным учаспжом эталонной 229 карты этого поля, координаты которого известны с высокой точностью. Отмеченные выше особенности и предопределили название типа системы наведения как карреляцианно-экстремальной. Процедура, связанная с распознаванием по полученной реализации измерений (образу) участка эталонной карты, соответствующего местности, над которой пролетает ракета, предопределила использование другого названия: системы управления с распознаванием образов [29).
Для того чтобы тот или иной вид поля можно было использовать в целях навигации, он должен удовлетворять целому ряду требований: быть стабильным во времени; давать возможность измерять свои параметры с высокой точностью н скрытностью относительно простыми датчиками! быть хорошо изученным и обеспечивать возможность достаточно просто получать эталонные карты; обладать ярко выраженной зависимостью параметров от местоположения. Проведенные исследования [301 показали„что для высокоточной корреляционной привязки ЛА к вполне определенному участку земной поверхности параметры используемого поля должны удовлетворять условию стг г г э4, а, +ст„+ср~ (3.41) где о„— дисперсия изменения параметров поля по маршруту; о г 2 дисперсия ошибок измерения параметров поля используемыми датчиками; а„— дисперсия ошибок первичного эталонного картографироваг ния; о~~ — суммарная дисперсия ошибок дискретизации эталонной карты по величине параметров и по пространству.
Весьма полно всей совокупности перечисленных требований удовлетворяет поле распределения высот рельефа (см. 1.4). Оно стабильно во времени: даже интенсивная техногенная деятельность человека не способна существенно изменить ландшафт земной поверхности. Высота рельефа достаточно просто, с высокой точностью и скрытностью измеряется по разности показаний барометрического и радиовысотомеров. Изменения рельефа по земной поверхности хорошо изучены, поэтому эталонные карты могут быть получены либо по топографическим картам, либо по фотоснимкам, получаемым в процессе аэро- или космических сьемок местности. Кроме того, на достаточно больших участках земной поверхности распределение рельефа удовлетворяет условию (3.41). Исключение составляют лишь тундровые, степные и пустынные территории с протяженными участками относительно ровной поверхности, а также акватории морей и океанов.
По этим причинам КЭСНН, в которых используется информация о рельефе местности, находят широкое применение в ракетах как воздушного (АОМ-86В, АОМ- 230 109Н, США и Х-55, Россия [2), так и наземного (ВОМ-109О, США) и морского (ВОМ-109А„В,С, США) базирования.
В простом варианте для определения местоположения по рельефу могут быть использованы его бинарные текущие реализации и эталонные карты местности. Эталонные карты готовятся заранее и вводятся в БЦВМ ракеты перед полетом. Суть получения бинарной эталонной карты сводится к следующему. В процессе подготовки к полету участок реальной эталонной карты разбивается на Укl прямоугольников, размеры которых зависят от размеров карты, требуемой точности определения местоположения и возможностей БЦВМ.
Затем рассчитывается средняя высота Н,р рельефа всей эталонной карты и средние высоты )з „ ( ! =1,1, / = 1„7 ) каждого элементарного участка карты. Если выпол- няется условие (3.42) )гсрд' Нсрс то этому участку карты присваивается значение 1, если же (3.43) то — нуль. В результате получают рабочую эталонную карту в виде матрицы, элементы которой состоят из единиц и нулей в зависимости от выполнения условий (3.42) и (3.43). Возможный вцд такой матрицы показан на рис.
3.27,а. В процессе полета снимается реализация текущего рельефа йр (рис. 3.27,б), которая квантуется по тем же правилам, что и эталонная карта. Результат квантования (рис. 3.27,в) представляется в виде последовательности нулей и единиц, размер которой не превышает размера строки эталонной карты. По- 1 еле этого начинается поиск по эталонной карте участка, который со- Х ответствует принятой бинарной реализации высот рельефа (на рис. !!оо !о 3.27,а обведен сплошной линией).
йХ Процедура поиска может выпал- 2 ! ! ! ! ! ! ! ! ! няться различными способами. Самый простой из них — это пооче- ! 11! редное сравнение бинарной (теку- 111! щей) реализации (рис. 3.27,в) со 111! всеми участками эталонной матрицы аналогичного размера со сдвигом на один элемент по строкам и столбцам. Однако этот способ тре- а) 1,!!!!!!!!!! "Р нср 6) о !!!!!!!!!! Х .) ЫП)ЫЙ[[)ЙЫ Рнс. 327 231 Рис.
3.28 Рис. 3.29 233 232 бует очень высокого быстродействия БЦВМ, В противном случае на поиск затрачивается много времени. Другой способ основан на использованйи градиентных методов поиска экстремума функционала качества (301, характеризующего степень совпадения текущей реализации рельефа и ее эталонного аналога. Следует отметить, что в качестве такого функционала могут быть использованы не только взаимно-корреляционная функция, но и существенно более простые в вычислительном отношении взвешенные суммы модулей разности текущих и эталонных высот рельефа либо взвешенные суммы квадратов этих разностей [301. В таких случаях критерием совпадения текущей реализации и эталона является минимум используемого функционала.
Пример фрагмента текущих значений функционала Ф» в виде квадратичной формы разностей текущей н эталонных высот рельефа на момент времени г„показан на рис. 3.28. Нахождение экстремума используемого функционала дает возможность определить ошибки наведения г)х и аг фис. 3.27,а и 3.28) и по ним сформировать сигналы управления, соответствующие тому или иному методу наведения. Для того чтобы исключить влияние постоянных ошибок измерения высоты баро- и радиовысотомерами на точность определения местоположения, могут использоваться разновидности КЭСНН, в которых сравниваются не текущие и эталонные высоты рельефа, а их приращения (градиенты) (301.
Кроме рассмотренного способа определения местоположения по рельефу, могут быть использованы и другие, в том числе основанные на площадной (двумерной) корреляции оптического рабочего изображения участка местности, полученного в полете, с его эталонным фотоизображением. Следует отметить, что все разновидности корреляционно-экстремальных способов точного определения своего местоположения не могут использоваться в течение всего времени полета на большие расстояния.
Это обусловлено необходимостью использования эталонных карт очень больших размеров и соответственно длительного поиска экстремума выбранного функционала качества, в результате чего полученные сведения о своем местоположении будут устаревшими. В связи с этим на практике находят применение КСН, включающие в свой состав автономную, основанную на счислении пути навигационную систему, и различные виды КЭСНН„используемых для коррекции.
Структурная схема одного из возможных вариантов КСН с КЭСНН по рельефу в процессе полета и с площадной оптической корреляцией по району цели на последнем участке приведена на рис. 3.29. В такой системе основным по продолжительности режимом наведения является автономное управление, которое выполняется по счисленным в инерциально-доплеровской навигационной системе (ИДНС) координатам х„г, (3.29). Однако точности современных инерциальных датчиков (акселерометров и гироскопов) и ДИСС таковы, что через некоторое время необходимо выполнять коррекцию 130] счисленных координат.
На промежуточных этапах коррекция выполняется с помощью КЭСНН по рельефу местности. Для выполнения этих коррекций во внешнее запоминающее устройство эталонных карт (ЗУЭК) вводятся матрицы участков местности, по которым целесообразно выполнять коррекции. Количество, размеры этих карт и элементарных участков внутри них могут быть различными. Так, в системе ТЕКСОМ, используемой в крылатых ракетах США различного базирования, используется до 20 эталонных карт размерами от 20х10 км для начальных коррекций до 1х1 км и менее, При этом размеры элементарных участков карт могут изменяться от 122х122 м до 30х30 м 1321.
Коррекции по рельефу выполняются либо после накапли- вания достаточно больших ошибок счисления через 200...300 км полета, либо перед выполнением поворота. Последняя коррекция по рельефу выполняется за 40...50 км до цели. Примерный вид в плане траектории полета крылатой ракеты с КЭС по рельефу местности показан на рис. 3.30. В вертикальной плоскости основную часть времени ракета пролетает на высотах 15...200 м, что в значительной степени затрудняет ее обнаружение наземными средствами ПВО. При достижении района первой коррекции (№1 на рис. 3.30) по координатам х„поступающим из ИДНС транзитом через алгоритм коррекции АК в виде значений х,„включается радиовысотомер РВ и начинает формироваться текущая реализация высоты рельефа йр (рис. 3.27,6), которая преобразуется в АЦП в бинарные отсчеты, поступающие в запоминающее устройство текущей карты (ЗУТК) БЦВМ.
Сформированная в ЗУТК бинарная последовательность текущей высоты рельефа (рис. 3.27,в) поступает в алгоритм вычисления функционала и поиска экстремума (АВФПЭ), куда одновременно предъявляется и первая эталонная карта (рис. 3.29). После нахождения экстремума функционала полученные ошибки Ьх и Ьх (рис. 3.27,а, 3.28) передаются в алгоритм коррекции АК, куда также подаются счисленные в ИДНС координаты х, и х,. Скорректированные значения х, и х„поступают в ЗУЭК и РВ для определения момента следующей коррекции и в алгоритм вычисления параметра рассогласования (АВПР).
Сформированные в АВПР в соответствии с тем или иным методом наведения параметры рассогласования Л направляются в СУР, вызывая соответствующие изменения траектории полета. После выполнения коррекции опять начинается автономный полет (рис. 3.30) до следующего района коррекции (№2 на рис. 3.30) н т.д. Все дальнейшие процедуры коррекции выполняются аналогично. Рис. 3.30 После проведения последней коррекции в БЦВМ начинает рассчитываться дальность до цели. При подлете к цели на определенном расстоянии ))ы включаются оптическая система (ОпС), формирующая изображение цели, и оптический коррелятор (ОКр), куда одновременно из эталона оптической карты (ЭОК) поступает заранее снятое изображение цели. В оптическом корреляторе формируется двумерная корреляционная функция эталонного и текущего изображения, максимум которой дает возможность с высокой точностью определить ошибки наведения Ах,„, Лх,„ и осуществить наведение ракеты на цель.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
