Введение к работе
В диссертационной работе представлены результаты исследования информативности нормального магнитного поля Земли (МПЗ) в задачах коррекции навигационных систем.
Актуальность темы. В связи с появлением новых поколений летательных аппаратов усложняются предъявляемые к ним требования высокой точности, надежности, автономности. Поэтому возрастает интерес к поиску новых методов навигации летательных аппаратов, в частности, к методу геомагнитной навигации, основанному на использовании априорных и измерительных данных о магнитном поле Земли для определения параметров движения центра масс летательного аппарата в приземном или околоземном пространстве.
Возможность практической реализации метода геомагнитной навигации обусловлена наличием достаточно точной аналитической модели нормального МІВ, полученной на основе спутниковых данных, высокоточных магнитометрических приборов и современной вычислительной техники.
Достаточно систематизированное общее изложение теоретических и практических аспектов навигационного использования нормального МПЗ было проведено В.З.Михлиным, В.П.Селезневым и А.В.Селезневым.
Исследованию возможностей геомагнитной навигации искусственных спутников Земли (ЙСЗ) посвящены работы В.И.Алешина, И.К.Важи-нова, Н.Н.Балашовой, П.А.Баранкова, В.Н.Почукаева, Л.Н.Синцовой и других авторов. Указанными авторами исследованы задачи об определении параметров орбиты ИСЗ по измерениям модулей векторов напряженности геомагнитного поля и градиента напряженности поля с использованием минимаксных методов. Внимание, уделяемое именно этим параметрам, объясняется их независимостью от ориентации ИСЗ. В силу недостаточной точности существующих геофизических моделей магнитного поля в некоторых работах предлагается использовать на-' вигационную модель геомагнитных измерений. Данный подход является для ряда задач, по-видимому, одним из наиболее результативных, его особенностью является необходимость периодического привлечения достаточно точных сторонних траекторных измерений. В работах указанных авторов получены важные выводы о том, что принципиальная возможность геомагнитной навигации ИСЗ определяется в основном надлежащим учетом нестабильности параметров геомагнитного поля и о приемлемости точностных характеристик метода геомагнитной навигации для низких спутниковых высот.
Учитывая проведенные ранее исследования, представляются актуальными задачи определения информативности векторных измерений нормального МПЗ, зависимости информативности поля от орбиты ИСЗ, исследование возможностей геомагнитной навигации спутника с пассивной системой ориентации при условии измерения компонентов вектора напряженности в осях, жестко связанных со спутником. Интерес к последней задаче связан с достаточно существенными (порядка 1-5) пространственными колебаниями указанного' спутника относительно центра масс.
Цель работы: выяснение информативности нормального МПЗ в задачах определения местоположения и скорости центра масс следующих объектов: 1) инерциальной навигационной системы (ИНС); 2) искусственного спутника Земли с установленной на нем гиростабилизиро-ванной платформой; 3) гравитационно-стабилизированного спутника. Построение соответствующих бортовых алгоритмов.
Методы исследования. Были использованы методы теории инерциальной навигации, оценивания динамических систем, аналитической геометрии, интерполяции, вычислительные методы. Проводилось математическое моделирование на ЭВМ.
Научная новизна. Исследованы возможности навигации по нормальному- МПЗ для самолетов и спутников с гиростабилизированной платформой с учетом существенных информационных погрешностей. Использовались методы калмановской фильтрации.
Получены карты информативности поля. Показана целесообразность навигации по геомагнитному полю.
Предложен алгоритм коррекции гравитационно-стабилизированного спутника по геомагнитному полю и один из способов преодоления сложностей указанной коррекции, связанных с ошибками определения ориентации главных центральных осей инерции спутника.
Рассмотрен субоптимальный алгоритм оценивания для задач большой размерности, основанный на свойствах стохастической меры оцениваемости. Работа указанного алгоритма проиллюстрирована на примере задачи коррекции гравитационно-стабилизированного спутника по геомагнитным измерениям.
Практическая ценность. Полученные карты информативности нормального МПЗ позволяют судить о целесообразности использования геомагнитного поля для коррекции ИНС в различных районах земной поверхности.
Алгоритмы коррекции местоположения и скорости спутника с ус-
тановленной на нем гиростабилизированной платформой и гравитационно-стабилизированного спутника по измерениям вектора напряженности №3 могут быть использованы при проектировании соответствующих навигационных систем. Полученные результаты свидетельствуют -о целесообразности создания для низколетящих спутников навигационных систем, основанных на использовании информации о геомагнит- ном поле.
Представление работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики и ее приложений" (Москва, 1987г.), на научной конференции "Ломоносовские чтения" (1990г.), на семинарах кафедры прикладной механики и управления .
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в четырех работах, список которых приведен в конце реферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и списка литературы из 100 названий. Текст диссертации изложен на 147 страницах машинописного текста.