Диссертация (Разработка алгоритмов коррекции навигационных систем летательных аппаратов в условиях аномальных измерений), страница 5

Появляется в результатевторичныхотраженийсигналаспутникаоткрупныхпрепятствий,расположенных в непосредственной близости от приемника. При этомвозникает явление интерференции, и измеренное расстояние оказываетсябольшедействительного.Аналитическиданнуюпогрешностьоценитьдостаточно трудно, а наилучшим способом борьбы с нею считаетсярациональное размещение антенны приемника относительно препятствий. В33результате воздействия этого фактора ошибка определения псевдодальностиможет увеличиться на 2.0 м.5. Ионосферные задержки сигнала. Ионосфера – это ионизированныйатмосферный слой в диапазоне высот 50 – 500 км, который содержитсвободныеэлектроны.распространенияНаличиесигналаэтихспутника,электроновкотораявызываетпрямозадержкупропорциональнаконцентрации электронов и обратно пропорциональна квадрату частотырадиосигнала.

Для компенсации возникающей при этом ошибки определенияпсевдодальности используется метод двухчастотных измерений на частотах L1и L2 (в двухчастотных приемниках). Линейные комбинации двухчастотныхизмерений не содержат ионосферных погрешностей первого порядка. Крометого, для частичной компенсации этой погрешности может быть использованамодель коррекции, которая аналитически рассчитывается с использованиеминформации, содержащейся в навигационном сообщении. При этом величинаостаточнойнемоделируемойионосфернойзадержкиможетвызыватьпогрешность определения псевдодальности около 10 м.6.

Тропосферные задержки сигнала. Тропосфера – самый нижний отземной поверхности слой атмосферы (до высоты 8 – 13 км). Она такжеобуславливает задержку распространения радиосигнала от спутника. Величиназадержки зависит от метеопараметров (давления, температуры, влажности), атакже от высоты спутника над горизонтом. Компенсация тропосферныхзадержек производится путем расчета математической модели этого слояатмосферы.Необходимыедляэтогокоэффициентысодержатсявнавигационном сообщении. Тропосферные задержки вызывают ошибкиизмерения псевдодальностей в 1 м.7. Геометрическоерасположениеспутников.Привычислениисуммарной ошибки необходимо еще учесть взаимное положение потребителя испутников рабочего созвездия. Для этого вводится специальный коэффициентгеометрического ухудшения точности PDOP (Position Dilution Of Precision), накоторый необходимо умножить все перечисленные выше ошибки, чтобы34получить результирующую ошибку.

Величина коэффициента PDOP зависит отвзаимногорасположенияспутниковиприемника.Онаобратнопропорциональна объему фигуры, которая будет образована, если провестиединичные векторы от приемника к спутникам. Большое значение PDOPговорит о неудачном расположении ИСЗ и большой величине ошибки.Типичное среднее значение PDOP колеблется от 4 до 6.Дифференциальный режим СНС.Наиболееэффективнымсредствомисключенияошибокявляетсядифференциальный способ наблюдений – ДССН (дифференциальная системаспутниковой навигации). Его суть состоит в выполнении измерений двумяприемниками: один устанавливается в определяемой точке, а другой – в точке сизвестными координатами – базовой (контрольной) станции.Одной из особенностей режима ДССН является необходимость передачидифференциальных поправок от базового приемника к определяемому.

Приэтом различают два метода корректировки информации:Метод коррекции координат, когда на станции и в определяемой точкенаблюдают одни и те же ИСЗ, а затем в качестве дифференциальных поправокс базовой станции передают добавки к измеренным в определяемом пунктекоординатам. Недостатком этого метода является то, что приемники базового иопределяемого пунктов должны работать по одному рабочему созвездию. Этонеудобно, поскольку все потребители, использующие дифференциальныепоправки должны работать по одним и тем же ИСЗ. В этом случае необеспечивается наилучшее значение PDOP во всех определяемых пунктах.Метод коррекции навигационных параметров, при использованиикоторого на базовой станции определяются поправки к измеряемымпараметрам (например, псевдодальностям) для всех спутников, которыепотенциально могут быть использованы потребителями.

Эти поправкипередаются на определяемые пункты, где уже непосредственно в СНС –35приемнике вычисляются поправки к координатам. Недостатком этого методаявляется повышение сложности аппаратуры потребителей.1.3. Способы коррекции навигационных системКомпенсация погрешностей ИНС.ИНС имеет погрешности, обусловленные возмущающими факторамиразличной природы.

При функционировании ИНС в режиме коррекции отвнешних измерительных систем обычно используется компенсация еепогрешностей с помощью алгоритмов оценивания [42, 85].Структурная схема ИНС, корректируемой от внешней измерительнойсистемы с алгоритмом оценивания:Рис. 1.3. Функциональная схема ИНС, корректируемой от внешнейизмерительной системы с алгоритмом оцениванияЗдесь введены следующие обозначения:АО – алгоритм оценивания;θ - истинная информация о навигационных параметрах динамическогообъекта;x – вектор погрешностей ИНС;z – вектор измерений.ПриотключенииСНСкоррекцияпроводитсяспомощьюпрогнозирующих моделей.Структурнаясхеманавигационногокомплексасиспользованиемалгоритма построения модели при отключении внешних датчиков представленана Рис. 1.4.36Рис. 1.4.

Функциональная схема ИНС с использованием алгоритма построениямоделиВпрактическихприложенияхпрогнозированиесостоянияманеврирующего объекта с использованием априорных математическихмоделей не представляется возможным, поэтому необходимо строить модели впроцессе функционирования объекта [40].КоррекцияИНСввыходнойинформациисистемыобычноосуществляется посредством алгоритмов оценивания.

Хорошо известныйфильтр Калмана теоретически позволяет получить оптимальную оценкувектора состояния системы [66].ТочностьИНС,корректируемыхввыходнойинформации, взначительной степени зависит от погрешностей внешнего источникаинформации и ошибок оценивания используемого алгоритма.

В частности,от адекватности используемой в алгоритме оценивания математическоймодели погрешностей ИНС.B условиях, когда источники внешней информации отключены, возможнопроводитькоррекциюнавигационныхсистемпосредствомалгоритмовэкстраполяции. С помощью этих алгоритмом осуществляется прогнозпогрешностей навигационных систем. Затем спрогнозированные оценкипогрешностей используются в известных схемах коррекции.Алгоритмы прогноза можно разделить на два вида: краткосрочный идолгосрочный [6, 22]. Краткосрочными называются прогнозы с временемупреждения 10 – 20% от продолжительности наблюдения.

Краткосрочноепрогнозирование погрешностей ИНС может быть осуществлено на основе37модели, которая получена на последнем этапе работы ИНС с внешнимисточником информации до момента перехода в автономный режим работыИНС.При длительном функционировании в условиях значительных помех илив случае, когда полетное задание предполагает на некотором интервалеавтономную работу ИНС, необходимо применять долгосрочный прогноз.Долгосрочный прогноз характеризуется временем упреждения равным илипревышающим время наблюдения.1.4. Постановка задачи исследованияОсобенностями ИНС является высокая помехозащищенность, но стечениемвременипогрешностиувеличиваютсяимогутдостигатьнеприемлемых величин. Поэтому с целью повышения точности ИНСприменяют дополнительные измерительные системы и КОИ.

В качестведополнительной измерительной системы рассмотрена СНС, отличающиесявысокойточностью,нослабойпомехозащищенностью.Самыйраспространенный алгоритм КОИ предполагает использование сигналов ИНС иСНС для фильтра Калмана. Оценки погрешностей применяются для коррекциивыходного сигнала ИНС. В условиях помех в измерениях появляютсяаномальные выбросы или целые «пачки» аномальных измерений различнойдлительности. В этом случае точность оценивания существенно снижается.Известны способы предотвращения проникновения аномальных выбросов воценку [33] однако они предполагают наличие в измерениях одиночныханомальных выбросов.В условиях пропадания сигналов СНС коррекция автономной ИНСосуществляется с помощью прогнозирующих моделей [38, 39, 56]. Выбор типапрогнозирующей модели иалгоритма построения прогнозирующей моделипредставляет собой трудную задачу, так как зависит от многих факторов:режима полета ЛА, времени предварительной устойчивой работы СНС,длительности интервала отсутствия сигналов СНС, производительности БЦВМ38(отводимого объема памяти для решения этой задачи).В условиях устойчивой работы СНС точность ИНС с КОИ сопоставима сточностью СНС и может даже уступать ей.В связи с этим обстоятельством является актуальной задача оценкиэффективности применения КОИ для коррекции навигационной информации отИНС.

Для оценки эффективности необходимо разработать индикатор, спомощью которого можно принять решение об использовании ИНС, СНС иКОИ или только СНС в качестве источника информации при управлении ЛА.Таким образом, выделены актуальные проблемы, которые целесообразнорешить в процессе диссертационного исследования:1. На основе системного анализа существующих схем коррекции ИНСот СНС разработать высокоточные алгоритмы обработки информациикорректируемых навигационных систем ЛА в условиях аномальных измерений,а также при потере информационного контакта с внешним измерителем.2. Синтезировать способ определения эффективности использованияКОИ в процессе полета.В рамках сформулированных проблем для достижения постановленнойцели диссертационной работы необходимо решить следующие конкретныезадачи:1.