Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и постановка задачи исследования 9
1.1 Задачи морской навигации и ориентации с использованием ИНС 9
1.2 Описание ИНС 12
1.3 Модели погрешностей чувствительных элементов 21
1.4 Применение фильтра Калмана для обработки навигационной информации28
2 Чувствительность фильтра Калмана к неопределенности модели погрешностей в задаче демпфирования ИНС по данным относительного лага . 43
2.1 Методы анализа чувствительности 43
2.2 Минимаксная фильтрация с гарантированной точностью. Общие положения 47
2.3 Синтез гарантирующего фильтра при неопределенности матрицы динамики вектора состояний 49
2.4 Гарантирующий фильтр в задаче демпфирования инерциальной навигационной системы
2.5 Гарантирующей фильтр при неопределенности интенсивности порождающих шумов и шумов измерения 74
2.6 Анализ чувствительности алгоритмов демпфирования ИНС при аномальных возмущениях в показаниях относительного лага, результаты моделирования и экспериментальных исследований 76
Выводы 90
3. Румбовые погрешности чувствительных элементов ИНС 92
3.1 Общие положения 92
3.2 Особенности румбовой погрешности в ИНС ПА 94
3.3 Способы аппроксимации румбовой погрешности 99
3.4 Методы оценки румбовой погрешности 102
3.5 Метод оценки румбовой погрешности с использованием принудительного вращения платформы с установленными на ней чувствительными элементами 106
Выводы 116
4 Задача контроля и диагностики информационных нарушений ИНС в составе навигационного комплекса 118
4.1 Понятие информационных нарушений. Общие положения 118
4.2 Информационные нарушения в ИНС 119
4.3 Применение метода многоальтернативной фильтрации для контроля, диагностики и оценки информационных нарушений 125
4.4 Восстановление ИНС после информационного нарушения 143
Выводы 150
Заключение 151
Литература 153
- Модели погрешностей чувствительных элементов
- Синтез гарантирующего фильтра при неопределенности матрицы динамики вектора состояний
- Особенности румбовой погрешности в ИНС ПА
- Информационные нарушения в ИНС
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
На сегодняшний день применение инерциальных навигационных систем (ИНС) при решении задач навигации подвижных объектов получило широкое распространение. Это связано, в первую очередь, с созданием высокоточных чувствительных элементов — гироскопов и акселерометров. Существенным фактором является также возможность применения эффективных вычислительных средств, характеризующихся малыми габаритами и высокой надежностью. Вместе с тем, кроме необходимости реализации так называемых алгоритмов "идеальной работы", возникает потребность в решении задач обработки информации, направленных на коррекцию и демпфирование ИНС, комплексирование нескольких ИНС, начальную калибровку чувствительных элементов.
Следует указать на необходимость решения применительно к ИНС задач контроля и диагностики информационных нарушений чувствительных элементов, а так же учета неопределенности моделей погрешностей ИНС и действующих на нее внешних возмущений.
Все эти задачи в общей постановке представлены в современной литературе. Укажем на работы отечественных авторов: Ривкина С.С., Челпанова И.Б., Несенюка Л.П., Небылова А.В., Одинцова А.А, Дмитриева СП., Степанова О.А., Емельянцева Г.И. и др.
Рассмотрение в диссертации этих вопросов применительно к ИНС морских объектов с учетом специфики системы при формировании ее алгоритмического обеспечения, направленное на повышение эффективности ИНС, и определяет актуальность темы выполненной работы.
Цели и задачи работы
Целью работы является оснащение ИНС современной алгоритмической базой, направленной на решение задач:
- калибровки гироскопических чувствительных элементов,
- выявления информационных нарушений чувствительных элементов, -построения фильтра обработки информации ИНС в условиях неопределенности модели сигналов.
Методы исследования Решение поставленных задач осуществлялось с использованием стохастических методов оптимальной линейной фильтрации при описании сигналов в пространстве состояний, методов многоальтернативной фильтрации с применением стохастических решений в задаче контроля и диагностики. При анализе использовались методы математического моделирования.
Научная новизна
1. Выявлено существенное влияние на ошибки ИНС информационных нарушений датчиков первичной информации и неопределенности модели сигналов при использовании для ее коррекции и демпфирования фильтра Калмана.
2. Сформулированы правила настройки фильтра Калмана при интервальной неопределенности параметров модели вектора состояния, гарантирующие для погрешностей полученных оценок непревышение некоторого минимально возможного уровня.
3. Определена высокая эффективность метода многоальтернативной фильтрации в выявлении нарушений в первичных датчиках информации, возникающих в случайные моменты времени. Метод обеспечивает минимизацию времени обнаружения нарушений и оценку их величины, используемую далее для компенсации нарушения.
4. Предложен метод кусочно-постоянной аппроксимации румбовой погрешности гироскопических чувствительных элементов ИНС для использования в задаче фильтрации при проведении калибровки. Показаны преимущества предложенного метода, состоящие в увеличении точности оценивания при сокращении вычислительных затрат по сравнению с аппроксимацией в виде гармонического ряда.
Практическая значимость работы
1. Предложенные алгоритмы позволяют повысить точность калибровки погрешностей ИНС платформенного типа. Алгоритмы калибровки румбовых погрешностей гироскопических чувствительных элементов внедрены в состав математического обеспечения некоторых комплектаций полуаналитической ИНС "Ладога-М.
2. Рассмотрена процедура настройки фильтра Калмана в задачах коррекции и демпфирования ИНС при неопределенности модели вектора состояния, позволяющая гарантировать получение оценок навигационных параметров с погрешностью, не превышающей некоторый заранее определяемый уровень. Предложенная процедура так же внедрена в состав математического обеспечения некоторых комплектаций ИНС полу аналитического типа "Ладога-М".
3. Предложены эффективные методы контроля и диагностики информационных нарушений чувствительных элементов, позволяющие производить восстановление ИНС после обнаружения нарушения. Задачу контроля и диагностики информационных нарушений чувствительных элементов ИНС "Ладога-М" планируется внедрить в состав программного обеспечения навигационного комплекса "Аппассионата".
Достоверность полученных результатов
Эффективность предложенных в диссертации методов подтверждена математическим моделированием, а так же путем обработки натурных реализаций выходных данных ИНС и результатами стендовых испытаний.
Апробация работы
Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации были доложены на I, II, IV, V, VI конференциях молодых ученых "Навигация и управления движением" (Санкт Петербург, 1999,2000,2002,2003,2004), на XIII международном научно-техническом семинаре "Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации" (Алушта, 2004), на XXII научно-технической конференции памяти Н.Н.Острякова (Санкт-Петербург,2002).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей и докладов.
Положения выносимые на защиту
1. Правила гарантирующей настройки фильтра Калмана при интервальной неопределенности параметров модели вектора состояния, включающего погрешности ИНС и внешних измерителей.
2. Метод контроля и диагностики информационных нарушений ИНС в составе малоизбыточного навигационного комплекса.
3. Способы восстановления ИНС после обнаружения информационного нарушения.
4. Методы аппроксимации и оценки румбовой погрешности ИНС.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 82 наименований. Объем диссертации -161 страница, количество рисунков-45, количество таблиц- 5.
Содержание работы по главам диссертации распределено следующим образом:
В главе 1 исследуется состояние вопроса, приводится описание конструкции и основных алгоритмов рассматриваемой ИНС. Приводится постановка задачи исследования.
В главе 2 рассматривается задача построения минимаксного фильтра Калмана при неопределенности параметров модели. Исследуется чувствительность фильтра Калмана, применяемого в ИНС при обработке измерений относительного лага. Рассматривается вопрос построения гарантирующего ФК для указанной нестационарной и не вполне наблюдаемой системы.
В главе 3 рассматривается задача оценки румбовых погрешностей ИНС. Проводится анализ причин возникновения румбовых погрешностей, рассматриваются различные способы аппроксимации румбовой погрешности и методы ее оценки. Особое внимание уделено оптимальному оцениванию с использованием принудительного вращения платформы с установленными на ней чувствительными элементами. Приводятся результаты моделирования и экспериментальных исследований.
В главе 4 рассматривается задача диагностики информационных отказов ИНС при ее работе в малоизбыточном навигационном комплексе (состоящего из двух ИНС) на основе метода многоальтернативной фильтрации, приводятся результаты математического моделирования и обработки экспериментальных данных.
Модели погрешностей чувствительных элементов
Известно, что точностные характеристики ИНС определяются в первую очередь инструментальными погрешностями изготовления инерциального измерительного блока. К основным инструментальным погрешностям обычно относят погрешности ЧЭ - гироскопов и акселерометров, при этом принято учитывать смещения нулей, ошибки масштабных коэффициентов и отклонение измерительных осей, для ИНС построенных на управляемых гироскопах, к погрешностям ЧЭ обычно так же добавляются погрешности от схемы управления прецессией гироскопов [7,59].
Известно, что составляющая дрейфа Ко может быть вызвана постоянным моментом тяжения токоподвода, моментом тяжения датчика угла, «нулевым моментом» датчика момента, моментом, обусловленным взаимодействием магнитного поля поплавковой камерой с магнитным полем, создаваемым элементами, установленными на корпусе прибора. Коэффициенты при составляющих скорости ухода гироскопа, пропорциональных проекциям вектора полного ускорения на оси гироскопа, обусловлены инструментальными погрешностями: смещением центра тяжести поплавковой камеры относительно центра плавучести и конвекционными потоками поддерживающей жидкости. Известно, что эти коэффициенты, особенно коэффициент Kyt нестабильны во времени и изменяются при перезапуске гироскопов. Коэффициенты при составляющих скорости ухода гироскопа, пропорциональных квадрату проекций полного ускорения на оси гироскопа определяются, в основном, нежесткостью и неравножесткостью элементов поплавковой камеры, неравножесткостью опор ротора гиромотора. Кроме того, некоторые коэффициенты в значительной степени зависят от возмущений, действующих на гироскоп, среди которых возможно выделить флюктуации потребляемой гиромотором мощности, связанные с перемещением центра масс ротора вдоль оси собственного вращения. Другим существенным возмущением является изменение температуры окружающей среды. Третьим из рассматриваемых факторов является изменение давления окружающей среды.
В [67] для уменьшения влияния рассмотренных факторов предлагается определять коэффициенты модели в зависимости от изменения этих возмущающих факторов. Очевидно, что учет влияния внешних возмущающих факторов достаточно сложен, что, прежде всего, связано со сложностью и низкой точностью измерения изменения, например, температуры или давления окружающей среды. Поэтому в рассматриваемой инерциальной системе используется ряд конструктивных решений, позволяющих в значительной мере уменьшить влияние этих факторов на стабильность скорости ухода гироскопа. В частности, используются газодинамические опоры ротора гиромотора, питание гиромотора осуществляется от специализированного источника, применен сильфон закрытого типа, практически исключающий влияние изменения давления на поплавковую камеру, применена двойная схема стабилизации температуры - термостабилизация гироскопа и термостабилизация внутреннего объема инерциального измерительного блока.
Как следует из модели (1.3), скорость дрейфа двухстепенного поплавкового гироскопа зависит от действующих на прибор ускорений. В ИНС полуаналитического типа чувствительные элементы располагаются на стабилизированной в плоскости горизонта платформе, при этом гироскопы практически не меняют своего положения относительно вектора силы тяжести. Вследствие этого воздействие ускорений ограничено только влиянием ускорений, вызванных орбитальным движением объекта и качкой, а так же вибрацией места установки инерциального измерительного блока. Ускорения собственного движения объекта непродолжительны и незначительны по уровню и, следовательно, не приводят к существенному изменению ухода, что позволяет не учитывать их в модели ухода гироскопа на длительных интервалах времени.
Возмущающие воздействия, обусловленные влиянием нерегулярной качки объекта, представляют собой случайные функции времени, которые можно считать гауссовыми и на достаточно небольшом промежутке времени стационарными процессами [66]. Преобладающие частоты таких возмущений достаточно высоки по сравнению с частотами, на которых производятся основные вычисления в ИНС. Ясно, что принимая во внимание эти два факта учитывать влияние орбитальных ускорений на изменение дрейфа гироскопа также нецелесообразно.
Таким образом, среди основных причин, влияющих на изменение ухода гироскопа, помимо технологических дефектов следует отметить изменение температуры окружающей среды, давления, магнитного поля, а так же нестабильность источников питания гиромотора. Очевидно, что подобные возмущения являются случайными функциями времени, а изменение их носит низкочастотный характер.
Синтез гарантирующего фильтра при неопределенности матрицы динамики вектора состояний
Рассмотрим более подробно задачу синтеза гарантирующего фильтра при неопределенности матрицы динамики F в области Q. Применительно к задачам обработки навигационной информации этот случай соответствует неопределенности знания динамических свойств погрешностей измерений и возмущающих факторов, например, моделей погрешностей чувствительных элементов или моделей внешних возмущений. Выделим в векторе состояния X подвектор Хв, описывающий эти процессы, в матрицах F и Р так же можно выделить соответствующие блоки, имеющие диагональную структуру, когда погрешности измерений и возмущений представляют марковские процессы первого порядка и блочно диагональную, когда каждый из этих процессов описывается марковским процессом более высокой размерности.
При интервальной неопределенности параметров матрицы динамики F выбор гарантирующего фильтра рассматривается для двух случаев: - фиксирована известная интенсивность порождающего шума, - фиксировано известное значение дисперсии "выходной" компоненты подвектора, соответствующей ошибке первичного датчика навигационной системы и (или) ошибке измерения.
Выбор гарантирующего ФК для первого случая сводится к поиску матрицы F , обеспечивающей устойчивость матрицы AF= F-F при всех возможных изменениях матрицы FeC2.
При выполнении допущения о существовании Р из (2.5), то есть, при АР 0, и при устойчивости F, имеющей место для полностью наблюдаемой системы (2.1) [3], выражение, стоящее в правой части (2.5), в силу уравнения Риккати соответствует неположительно определенной матрице. Это, в свою очередь, в силу теоремы Ляпунова требует устойчивости матрицы AF[68], причем под устойчивостью здесь понимается, что все собственные числа матрицы AF ,кроме нулевых, имеют отрицательные вещественные части. Таким образом, будем далее полагать выполненным одно из двух эквивалентных условий существования минимаксного фильтра: наличие матрицы Р\ удовлетворяющей для всех точек области Q неравенству (2.2), или существование матрицы F , для которой AF устойчива для всех точек области Q.
Выбор минимаксного фильтра в соответствии с приведенными рассуждениями, сводится к поиску матрицы F y обеспечивающей устойчивость матрицы AF при всех возможных изменениях матрицы F [29]. Очевидно, что при неопределенности только параметра fnn, матрица AF будет устойчива в случае, если в качестве гарантирующего будет выбран фильтр, настроенный на f nn = f„„min (fnnmm - нижняя граница диапазона неопределенности). Ясно, что не все изменения элементов матрицы F приводят к изменению собственных чисел матрицы AF. Так, неопределенность параметров f.. матрицы (2.4) при_/ 1 не влияет на устойчивость матрицы AF, и в этом случае выбор гарантирующего фильтра по критерию устойчивости AF 0 недостаточен. Рассмотрим далее задачу синтеза гарантирующего фильтра на примере вектора состояния X, содержащего подвектор второго порядка, описывающий узкополосный случайный процесс J (2.7) где w - белый шум известной интенсивности q , параметры /21,/22 неопределенны, их значения принадлежат интервалам, (/2і,/21), (Лі»/22) (верхнее и нижнее "подчеркивание" означают верхнюю и нижнюю границы интервалов, соответственно).
Отметим, что неотрицательная определенность АР при таком выборе F обеспечивается для любой "точки" из области Q. Даже при выполнении допущения о наличии Р требуется доказательство следующего, на первый взгляд, очевидного предположения: ФК, настроенный на "наихудшую" матрицу F\ обеспечивает для всех моделей сигналов из области Q ковариацию Р погрешностей, удовлетворяющую неравенству (2.3).
Ясно, что первые два слагаемых в (2.13) удовлетворяют условию неотрицательной определенности, проблема лишь в уровне третьего неположительно определенного слагаемого. Получим в нашем примере соотношения для параметров Л/21 и Af22, которые при описании X в виде (2.7) обеспечивают выполнение неравенства (2.13).
Особенности румбовой погрешности в ИНС ПА
Рассмотрим основные факторы, влияющие на величину и характер румбовой погрешности ИНС ПА. Как было сказано выше, основной причиной, вызывающей появление румбовой погрешности, является воздействие электромагнитных и тепловых полей. Рассмотрим воздействие этих факторов более подробно. На гироскоп, установленный на стабилизированной платформе, могут воздействовать поля различной природы: электромагнитные и тепловые поля корпуса инерциального измерительного блока. Ясно, что возмущающие воздействия, создаваемые такими полями, будут зависеть от взаимного положения стабилизированной платформы и корпуса инерциального измерительного блока. При этом погрешности, вызванные влиянием этих полей иногда принято называть корпусными; - магнитные поля, создаваемые при работе корабельного оборудования. Воздействие таких полей будет зависеть от расположения гироскопического прибора относительно электромагнитных полей корабля. Очевидно, что воздействие таких полей неотличимо от воздействия электромагнитных полей корпуса инерциального измерительного блока. - электромагнитное поле Земли, воздействие которого будет зависеть от ориентации чувствительных элементов в географической системе координат.
Рассмотрим более подробно влияние перечисленных выше магнитных полей на изменение уходов гироскопов. В гироскопическом приборе горизонтные гироскопы (их оси чувствительности лежат в горизонтальной плоскости) размещены на стабилизированной платформе так, что при вращении стабилизированной платформы каждый из гироскопов поочередно проходит мимо моментных двигателей бортового и килевого кардановых колец, которые создают дополнительное магнитное поле. В то же время, азимутальный гироскоп, ось чувствительности которого параллельна оси вращения платформы, проходит мимо моментных двигателей своими торцевыми частями. Таким образом, из представленного краткого описания конструкции инерциального измерительного блока видно, что ориентация горизонтных и азимутального гироскопов относительно магнитного поля внутри инерциального измерительного блока различна. При этом следует ожидать, что и воздействие магнитного поля на горизонтные и азимутальный гироскопы будет так же неодинаковым .
Из [43,67] известно, что поплавковый гироскоп достаточно чувствителен к воздействию магнитных полей. Так, взаимодействие магнитного поля поплавковой камеры с внешним магнитным полем является одним из источников составляющей дрейфа, не зависящей от действия на гироскоп линейных ускорений (коэффициент КО в (1.3)).
Для уменьшения влияния магнитного поля элементы гироскопа, в частности, поплавковая камера, тщательно экранируются. Для этого в конструкции гироскопа предусмотрен кожух, который служит экраном для защиты прибора от влияния магнитных полей. Так же в конструкцию ротора датчика момента введено кольцо из магнитомягкого материала, которое так же является экраном, предохраняющим поплавковую камеру от влияния магнитных полей. Конструкция инерциального измерительного блока так же предусматривает экранирование гироскопов с помощью специальных магнитных экранов и внешнего корпуса блока.
Тем не менее, экранирование чувствительного элемента, особенно вдоль оси поплавковой камеры, оказывается недостаточным. Вследствие этого, воздействие на гироскоп магнитного поля моментных двигателей, изменяющееся при вращении стабилизированной платформы, приводит к изменению скорости собственного ухода, или, другими словами, к появлению дополнительного ухода гироскопа, изменяющегося при изменении положения стабилизированной платформы относительно корпуса инерциального измерительного блока. Здесь под собственным уходом гироскопа в соответствии с (1.2) следует понимать уход гироскопа в осях СП, при этом погрешность управления прецессией в собственный уход гироскопа не включена.
Влияние на гироскопы магнитного поля, создаваемого работающим на корабле оборудованием, неотличимо от влияния магнитных полей корпуса инерциального измерительного блока, так как блок жестко крепится к основанию (палубе). Но при этом очевидно, что влияние указанных полей приводит к изменению характера и величины румбовой погрешности по сравнению с румбовой погрешностью, определенной в условиях стенда. Таким образом, определение румбовой погрешности требуется проводить не только в условиях стенда, но и в условиях объекта. Влияние магнитного поля Земли так же сказывается на изменении характера румбового дрейфа ухода гироскопа, но только при изменении положения гироскопа в географической системе координат. Выделение этой составляющей в условиях стенда достаточно сложно и требует специальной калибровки. Ясно, что влияние внешнего по отношению к инерциальному измерительному блоку магнитного полея можно значительно уменьшить или практически исключить, применив экранирование инерциального блока.
Вопросу исследования зависимости дрейфа поплавкового гироскопа от изменения температуры окружающей среды посвящено большое количество работ [22,23,26,27]. Так, для описания неоднородных трехмерных нестационарных температурных полей гироскопических датчиков в [26] предлагается использовать приближенный численный метод, представляющий собой модифицированный вариант метода «элементарных» балансов. Для составления тепловых балансов используются основные законы теплообмена закон сохранения энергии, закон Фурье, закон Ньютона и закон Стефана-Больцмана, использование которых приводит к непосредственному получению расчетных алгоритмов. Рассмотрение явлений нелинейных температурных возмущений в гироскопических датчиках в [26,27] предлагается производить с точки зрения использования теории детерминированного хаоса динамических систем. Исследование заключается в выявлении и анализе условий возможной хаотизации движения вязкой жидкости в рабочем зазоре гироскопа, а так же определение и исследование нестационарных полей скоростей течения жидкости и температур, вязких сил и моментов, как функции геометрических параметров подвеса гироскопа, теплофизических характеристик жидкости и возмущающих воздействий. Основными исходными уравнениями, описывающими эту задачу, являются связанные нестационарные уравнения неизотермического движения вязкой жидкости и тепломассопереноса.
Информационные нарушения в ИНС
Рассмотрим причины возникновения информационных нарушений ИНС, конструктивные особенности которой были отмечены в первой главе. К числу основных информационных нарушений, влекущих за собой информационный отказ ИНС, можно отнести в первую очередь увеличение уровня погрешностей чувствительных элементов. Так же можно рассматривать менее значительные информационные нарушения, не связанные непосредственно с чувствительными элементами: увеличение погрешности перекрестных связей, обусловленные изменением геометрических параметров инерциального блока; увеличение погрешности системы гироскопической стабилизации платформы, связанное с нарушениями в ее элементах - датчиках момента, списывающих устройствах, токоподводах, а так же в блоках электроники; увеличение погрешности системы термостабилизации. В дальнейшем изложении в качестве информационных нарушений, как наиболее существенных и возможных для рассматриваемой ИНС, будем учитывать увеличение погрешностей чувствительных элементов — гироскопов и акселерометров.
Возникновение информационных нарушений в гироскопах может быть вызвано разными причинами, прежде всего, это возможные технологические дефекты, не выявленные в процессе регулирования и калибровки чувствительного элемента, влияние которых сказывается только при большом времени эксплуатации. Так же подобные явления могут быть связаны, например, с кратковременным нарушением работы системы термостабилизации гироскопического чувствительного элемента, системы электростатического центрирования поплавковой камеры гироскопа или датчика угла прецессии. Так же к информационным нарушениям гироскопов могут привести различные изменения в блоках обслуживающей гироскоп электроники, например, отклонения напряжения питания гиромотора от номинального. Также в качестве информационного нарушения, связанного с гироскопом, можно рассматривать увеличение погрешности масштабных коэффициентов управления прецессией, вызванное, например, изменениями характеристик датчика момента или источника эталонного тока. Ясно, что увеличение погрешности масштабного коэффициента в рассматриваемой системе повлечет появление дополнительного ухода гироскопа, поэтому увеличение погрешности масштабного коэффициента как отдельное информационное нарушение можно не рассматривать.
В акселерометрах нарушения возможны из-за неконтролируемого изменения характеристик возбуждения датчика угла, а также из-за изменения погрешности масштабного коэффициента и нарушения работы системы термостабилизации.
В рассматриваемой инерциальной системе, как было сказано ранее, в замкнутую схему коррекции включен ФК, который позволяет по данным относительного лага и СНС производить оценку погрешностей ИНС. При появлении информационного нарушения одного из ЧЭ ИНС фильтр будет производить оценивание этого нарушения, но только в соответствии с «номинальными» моделями погрешностей, учтенными в ФК. При этом время оценивания информационного нарушения будет достаточно большим (от 30 минут до нескольких часов в зависимости от набора внешних измерений). Ясно, что такое время оценивания информационного нарушения приведет к значительному увеличению погрешности выработки навигационных параметров ИНС, то есть к состоянию отказа системы.
При проведении испытаний ИНС было выявлено несколько случаев возникновения нарушений в гироскопах, которые могут быть отнесены к информационным. Так, при работе ИНС в режиме калибровки в стендовых условиях было выявлено скачкообразное изменение ухода азимутального гироскопа (рис.4.1). Подобное изменение ухода было вызвано технологическим дефектом прибора, при этом имеющиеся в ИНС средства аппаратурного контроля не позволили его обнаружить. Данное нарушение было оценено «штатным» ФК при полном наборе измерений, но очевидно, что при другом режиме работы ИНС — обсервационном или рабочем - когда не обеспечивается полная наблюдаемость всех составляющих вектора состояния, подобное нарушение гироскопа не может быть достоверно оценено, или же для его обнаружения потребуется слишком большое время. Таким образом, представленное нарушение можно рассматривать как информационное.
Показания лага так же могут содержать информационные нарушения, которые приводят к увеличению погрешности выработки навигационных параметров ИНС, причины возникновения подобных нарушений лага подробно были рассмотрены в п.2.6.
Избежать значительного увеличения погрешности выработки навигационных параметров ИНС при возникновении информационных нарушений в чувствительных элементах ИНС и относительном лаге может обеспечить использование гарантирующей настройки ФК [29,73]. Так, в главе 2 было показано, что применение гарантирующей или робастной настройки позволяет обеспечить малую чувствительность ИНС к возрастанию погрешностей чувствительных элементов и лага только при изменении этих погрешностей в определенном диапазоне. Учет же нарушений, уровень которых в несколько раз превышает величину номинальных погрешностей в ФК с гарантирующей настройкой невозможен, так как это приведет к недопустимому снижению точности работы системы в номинальном (невозмущенном) режиме. При этом, использование гарантирующей настройки не позволяет диагностировать элементы с нарушениями для их последующей замены (которая может осуществляться, например, при постоянном возникновении нарушения в одном и том же элементе).
С учетом сказанного ясно, что информационные нарушения чувствительных элементов ИНС и внешнего измерителя скорости, уровень которых значительно превышает уровень номинальных погрешностей, должны контролироваться при помощи дополнительной информации. Такие условия могут быть созданы, например, при использовании неинвариантного подхода для обработки навигационной информации [35]. При этом подходе привлечение дополнительной информации в виде уравнений динамики объекта позволяет выявить информационные нарушения датчиков ИНС на основе отличия вырабатываемого ИНС характера движения объекта от действительного. Но данный подход требует включения модели динамики объекта в описание вектора состояния, что значительно усложняет алгоритм обработки, так же при этом появляется зависимость ошибок ИНС от типа объекта. Исходя из сказанного, в дальнейшем изложении при рассмотрении ИНС среднего класса точности указанный подход использоваться не будет.
