Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблемы измерения навигационных координат подвижных объектов 19
1.1. Анализ общих требований к навигационным системам подвижных объектов 19
1.2. Основные направления разработок навигационных систем и комплексов 36
1.3. Малогабаритная магнитоинерциальная навигационная система 58
Глава 2. Теоретические основы построения алгорит мического обеспечения и проектирования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы 69
2.1. Взаимосвязи и преобразования навигационных параметров подвижного объекта в различных системах координат 69
2.2. Алгоритмы обработки информации в каналах малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы 80
2.3. Алгоритмы определения углов наклона подвижного объекта по информации магнитоинерциальной навигационной системы 85
2.4. Методика и алгоритмы учета неполной информации о параметрах ветра и компенсации погрешностей датчиков первичной навигационной информации 93
Глава 3. Модели и анализ погрешностей малога баритной магнитоинерциальной навига ционной системы контура управления маневренного объекта 108
3.1. Методика анализа погрешностей каналов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы 108
3.2. Оценка влияния погрешностей датчиков первичной информации на точность малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы 115
3.3. Модели погрешностей спутникового канала и малогабаритной навигационной системы в режиме коррекции 121
3.4. Методика построения эллипса рассеяния координат местоположения подвижного объекта 127
Глава 4. Методы повышения точности малогаба ритной магнитонерциальной навигаци онной системы 143
4.1. Формирование требований к функциональным элементам малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы 143
4.2. Синтез малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы ближней навигации 147
4.3. Методика параметрического синтеза малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы дальней навигации 153
4.4. Синтез малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы по комплексному критерию эффективности 164
Глава 5. Имитационное моделирование и экспериментальное исследование опытных образцов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы контура управления маневренных объектов 170
5.1. Имитационная модель и результаты моделирования малогабаритной навигационной системы контура управления дистанционно-пилотируемого летательного аппарата 170
5.2. Имитационное моделирование малогабаритной комплексированной навигационной системы контура управления вертолета 188
5.3. Разработка, экспериментальные исследования и применение вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы 198
5.4.Направления совершенствования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы 204
Выводы 209
Заключение 211
Список использованных источников 214
Приложения 226
- Основные направления разработок навигационных систем и комплексов
- Алгоритмы обработки информации в каналах малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы
- Модели погрешностей спутникового канала и малогабаритной навигационной системы в режиме коррекции
- Синтез малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы ближней навигации
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие межрегиональных отношений и международного сотрудничества, решение ряда хозяйственных и оборонных задач неразрывно связаны с повышением интенсивности движения транспортных средств и других подвижных объектов. Это обусловливает непрерывное повышение требований к уровню навигационной безопасности и эффективности управления их движением в региональном, территориальном и глобальном масштабах, к решению других специальных задач навигации.
Возросли требования к точности определения угловой ориентации и текущего местоположения, к автономности функционирования на заданном интервале времени или маршруте движения, к всепогодности и круглосуточности применения, инвариантности к перегрузкам и помехозащищенности, к массе и габаритам, к стоимости и другим параметрам конкурентоспособности средств навигации подвижных объектов.
Значительный вклад в разработку эффективных методов и средств навигации внесли: Андреев В.Д., Бабич О.А., Белкин А.М., Богомолов А.В., Воронов В.В., Вульфсон Г.Б., Голован А.А., Горицкий А.Ю., Грязин Д.Г., Джанджгава Г.И., Дмитроченко Л.А., Жданюк Б.Ф., Желамский М.В., Ишлинский А.Ю., Карлащюк В.И., Кожухов В.П., Коновалов С.В., Красовский А.А., Кузовков Н.Т., Матвеев В.А., Мясников В.А., Огарков М.А., Панкратов В.М., Панов А.П., Парамонов П.П., Парусников Н.А., Пешехонов В.П., Плотников П.К., Помыкаев И.И., Понырко С.Н., Распопов В.Я., Репников А.В., Ривкин С.С., Рыболтовский Н.Ю., Савельев В.В., Салычев О.С., Северов Л.А., Селезнев В.П., Синяков А.Н., Соколов С.В., Тихомиров В.В., Чарышев Ш.Ф., Черноморский А.И., Эльясберг П.Е. и др., а также ведущие специалисты ГНИНГИ, ГосНИИ АС, РПКБ, ЦНИИ «Электроприбор», других предприятий авиационной и судостроительной промышленности. Среди зарубежных исследователей в этой области следует отметить I.V. Bar-Jtzhak, V. Dishel, W.R. Fried, M.B. Ignagni, S. Jonson, M. Kaytono, C.T. Leondes, J.G. Mark, B. Porat, P.G. Savage, D.A. Tazartes и др.
Используемые в системах управления надводных и подводных судов различного класса и назначения, летательных аппаратов и других крупных подвижных объектов и транспортных средств прецизионные и комплексируемые навигационные системы в качестве основных источников первичной навигационной информации используют гироскопические, инерциальные, астрономические, радиотехнические и магнитные системы угловой ориентации и различные системы счисления пути, что обусловливает их высокую стоимость, сложность и увеличенные массо-габаритные характеристики, целевую привязанность к конкретному объекту применения и условиям эксплуатации.
Широкий класс подвижных объектов различного назначения (беспилотные, дистанционно-пилотируемые и сверхлегкие летательные аппараты, патрульные катера, суда класса «река-море», легкие вертолеты и другие маневренные объекты) при решении задач управления и эффективного применения на первый план выдвигают требования по массо-габаритным характеристикам и автономности функционирования, минимального энергопотребления и стоимости как самой навигационной системы, так и ее обслуживания и эксплуатации на объекте. При этом возрастающее множество объектов применения и решаемых навигационных задач обусловливает необходимость создания малогабаритных автономных или ограниченно автономных навигационных систем среднего класса точности, различающихся, в основном, алгоритмическим и программным обеспечением, что определяет актуальность темы диссертационного исследования.
Объект исследования. Одним из перспективных направлений по созданию универсальной малогабаритной навигационной системы среднего класса точности является построение ее на базе магнитных и инерциальных датчиков первичной информации, что позволяет построить систему без использования дополнительных датчиков угловой ориентации подвижного объекта, обеспечить автономность функционирования на заданном интервале времени или маршруте движения, снизить габариты, вес и энергопотребление системы.
Предмет исследования. Создание малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы предусматривает обоснование области эффективного применения системы, формирование требований к источникам первичной информации с учетом объекта применения и решаемой задачи, выбор рациональной структуры аппаратного и алгоритмического обеспечения, разработку методов повышения точности, анализа и синтеза малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, разработку методик имитационного моделирования и экспериментального исследования вариантов системы, разработку инженерной методики проектирования, изготовления и установки системы на объекте.
Целью диссертационной работы является повышение точности позиционирования и эффективности управления маневренных подвижных объектов за счет создания универсальной малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы среднего класса точности.
Научная задача диссертации заключается в разработке структурного построения, алгоритмов обработки измерительной информации, математического описания, методов повышения точности, системного проектирования и исследования вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы с учетом объекта применения.
Решение поставленной задачи научного исследования проводилось по следующим основным направлениям:
Анализ современных требований и направлений разработок навигационных систем подвижных объектов и обоснование перспективности применения малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.
Разработка теоретических основ построения алгоритмического обеспечения и проектирования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.
Разработка математических моделей погрешностей и методов повышения точности малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.
Разработка методик синтеза аппаратного и алгоритмического обеспечения малогабаритных магнитоинерциальных навигационных систем ближней и дальней навигации.
Разработка методики моделирования и экспериментального исследова-
ния, рекомендаций по инженерному проектированию, реализации и применению вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на различных подвижных объектах.
Методы исследования. При решении поставленной задачи научного исследования использовались методы навигации, теории измерений и измерительных преобразователей, математического моделирования, анализа и синтеза измерительных систем, статистического оценивания параметров процессов и оптимальной фильтрации, имитационного моделирования и экспериментального исследования, вероятностно-статистической обработки результатов, аппарат матричного счисления.
Достоверность полученных результатов базируется на построении адекватных математических моделей, применении современных методов анализа и синтеза измерительных каналов, на тщательном имитационном моделировании с использованием пакетов прикладных программ Matlab, Symulink, Fаlсon, согласовании теоретических положений с результатами стендовой калибровки и натурных испытаний опытных образцов, а также на опыте внедрения и применения малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на различных подвижных объектах.
Научная новизна и теоретическая значимость работы определяется следующими основными результатами:
Разработаны алгоритмы обработки информации для определения углового положения подвижного объекта и решения навигационной задачи в канале воздушного счисления пути без накапливающихся во времени погрешностей.
Разработана методика повышения точности воздушного счисления пути за счет предварительной оценки и последующего учета неполной информации о параметрах ветра и погрешностей датчиков первичной навигационной информации.
Разработаны особенности построения, алгоритмы обработки измерительной информации и методика синтеза параметров фильтров комплексированной малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.
Разработаны имитационные модели, методики моделирования и исследования вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на различных объектах в условиях, близких к эксплуатационным, с последующим уточнением алгоритмического и программного обеспечения системы, выработаны научно обоснованные рекомендации по проектированию, изготовлению и применению вариантов малогабаритной навигационной системы на различных подвижных объектах.
Практическая ценность. Работа выполнялась в соответствии с заданиями Федеральной Целевой Программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2001-2010 г.г. и на период до 2015 года», приказом Федеральной пограничной службы от 16.05.2003 г. № 251 в рамках НИОКР ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко».
Основными результатами, определяющими практическую ценность работы, являются:
Научно-обоснованная методика построения и инженерного проектирования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.
Методика анализа и расчета погрешностей малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, обоснования требований к датчикам первичной навигационной информации.
Алгоритмы обработки измерительной информации, методика расчета параметров фильтров и периодичности подключения позиционных и скоростных корректирующих сигналов комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы.
Алгоритмическое и программное обеспечение, результаты имитационного моделирования, стендовых и ходовых натурных испытаний опытных образцов, рекомендации по изготовлению и применению вариантов, совершенствованию и расширению области эффективного использования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы в контуре управления маневренных объектов.
Реализация и внедрение результатов работы. Полученные научно-технические результаты внедрены в ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко» при разработке и опытном производстве вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, которые внедрены в ОАО «ОКБ «Сокол» на беспилотном летательном аппарате «Дань» в составе пилотажно-навигационного комплекса ПНК-163, установлены на высокоманевренных кораблях заказов 1001, 11711 в составе комплекса «Чардаш», на скоростных катерах проектов 21280,21250. Результаты исследования используются при разработке резервной малогабаритной навигационной системы вертолета. Ряд полученных результатов используется в учебном процессе Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева при подготовке инженеров специальностей «Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы» и «Приборостроение».
Результаты реализации работы подтверждены соответствующими актами.
На защиту выносятся:
1. Структурное построение и алгоритмы обработки измерительной информации при определении углового положения подвижного объекта относительно центра масс и решении основной задачи навигации с использованием воздушного счисления пути.
2. Методика повышения точности воздушного счисления пути за счет алгоритмического учета неполной информации о параметрах ветра и погрешностей датчиков первичной навигационной информации.
3. Методика построения, алгоритмы обработки измерительной информации и синтез параметров фильтров комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы.
4. Имитационные модели, методики и результаты моделирования и экспериментального исследования, разработки и применения вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы в контуре управления маневренных объектов различного назначения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на IV Российской научно-практической конференции «Современное состояние, проблемы навигации и океанографии» (Санкт-Петербург, 2001 г.), научно-практической конференции Российского форума «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2002г.), Международной научной конференции «Авиация и космонавтика-2003» (Москва, 2003г.), Всероссийской научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2004г.), XVI научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Гурзуф, 2004г.), Международной научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2006г.), Международной научно-практической конференции «Современные технологии-ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения» (Казань, 2008 г.) на научно-технических совещаниях в отраслевых институтах ГНИНГИ, ГосНИИ АС, НИИ АО, (2001-2008 г.г.), а также на НТС ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко» (2001-2009г.г.), на расширенном заседании кафедры приборов и информационно-измерительных систем Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева, 2009 г.
Личный вклад автора. Автором разработаны принципы построения, алгоритмы обработки информации, методика алгоритмического учета неполной информации канала воздушного счисления пути и погрешностей датчиков первичной навигационной информации, методики анализа и синтеза автономной и комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы, научно-обоснованная методика инженерного проектирования и рекомендации по моделированию, изготовлению, экспериментальному исследованию, применению и совершенствованию вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы различных подвижных объектов.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 15 печатных работах, в том числе в 2 статьях периодических изданий из перечня ВАК, в 3 статьях других научных журналов, 7 материалах и 1 тезисах докладов. На предложенные технические решения получены 2 патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трех приложений. Основное содержание диссертации изложено на _213___страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц и 73 рисунка. Библиография включает 118 наименований.
Основные направления разработок навигационных систем и комплексов
На подвижных объектах различного типа и назначения нашли широкое применение навигационные системы, основанные на различных методах счисления пути - инерциальные, доплеровские, воздушные, на использовании различных поверхностей положения - астрономические, магнитные, радиотехнические (спутниковые, фазогиперболические, радиодальномерные), на реализации обзорно-сравнительных методов навигации - телевизионные, инфракрасные и др. [3, 11]. Для решения задач точной навигации используются интегрированные навигационные системы и комплексы, основанные на комплексной обработке информации нескольких автономных систем [16-21].
Анализ целевых комплексных программ, направленных на совершенствование навигационных систем и комплексов стратегической и тактической авиации, надводных кораблей и подводных лодок позволяет выделить основные тенденции, представленные на рис. 1.10.
В настоящее время ведущими специализированными организациями -ГНИНГИ МО РФ, ЦНИИ «Электроприбор», ОАО «РПКБ», ЦКБ «Рубин», ЦНИИ «Морфизприбор», ОАО «Пермская НППК», ЦНИИ «Дельта», Промэлектроника, ОАО АНПП «Темп-Авиа», Физоптика, Текнол, ЗАО «Транзас», ЗАО «АТТК», Ульяновское КБП, ОАО «Камов», ЦМКБ «Алмаз» и др. успешно реализуются следующие направления разработок [2, 22, 23]: - развитие инерциальных навигационных систем; - создание и непрерывное совершенствование инфраструктуры спутниковых радионавигационных систем (СНС); - создание интегрированных инерциально-спутниковых систем навигации и ориентации; - разработка систем управления движением подвижных объектов (СУДПО); - интегрирование инерциально-спутниковых систем навигации и ориентации и СУДПО в единые навигационно-управляющие комплексы; разработка и совершенствование автономных навигационных информационных систем нового поколения.
Рассмотрим основные разработки по каждому из указанных направлений и приведем характеристику современного состояния работ в этой области. Центральным направлением разработки навигационных систем на современном этапе их развития является создание спутниковых радионавигационных систем различного назначения и структурного построения.
Первые разработки по созданию спутниковых радионавигационных систем (СРНС) были начаты у нас в стране коллективом института, который в соответствии с Постановлением правительства РФ от 19.06.94 №711 стал называться Государственным научно-исследовательским навигационно-гидрографическим институтом (ГНИНГИ МО РФ).
Научные исследования, проведенные ГНИНГИ МО РФ совместно с другими научными учреждениями страны, позволили обосновать необходимость создания единой спутниковой радионавигационной системы (СРНС) для потребителей различного назначения - сначала низкоорбитной «Цикада», а затем - среднеорбитной ГЛОНАСС.
Основными характеристиками любой системы навигации являются надежность и точность навигационных определений. Надежность навигационных определений, обеспечиваемая радионавигационными системами (РНС), характеризуется тремя показателями: доступностью, непрерывностью и целостностью. Спутниковые системы отличаются от других РНС тем, что их надежность и точность зависят от местоположения и времени даже для неподвижного потребителя. Доступность СРНС при ее заведомой исправности может быть охарактеризована функцией распределения вероятности наблюдения в точке обсервации заданного числа навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ). Характеристикой непрерывности систем спутниковой навигации служит функция распределения вероятности времени приема в точке наблюдения сигналов требуемого числа НИСЗ. Точность СРНС оценивается интегральной функцией распределения вероятности СКП вычисления координат потребителя.
Российский радионавигационный план определяет требования различных потребителей к характеристикам СРНС, подразумевая, что они являются основным навигационным средством пользователя. Эти требования обобщены в табл. 1.6 [22].
Алгоритмы обработки информации в каналах малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы
Важной задачей при проектировании и разработке алгоритмического и программного обеспечения навигационной системы является получение аналитических зависимостей, позволяющих рационально учитывать особенности объектов применения. В соответствии с рассмотренными в п. 2.1 взаимосвязями систем координат, определяющих местоположение подвижного объекта, получим соотношения, пригодные для практической реализации алгоритмического и программного обеспечения различных вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы. Как показано в п. 1.3, в исследуемой навигационной системе реализуется метод воздушного счисления пути. Алгоритмы функционирования навигационной системы воздушного счисления пути построены на основе рассмотрения навигационного треугольника скоростей [3, 11], построенного в плоскости местного горизонта, рис. 2.5. Навигационный треугольник скоростей определяет связи следующих скоростных навигационных параметров: Рис. 2.5. Навигационный треугольник скоростей в плоскости местного горизонта вектора путевой скорости -в проекциях на оси ГСК , где Wgi, W , Wg3 — соответственно северная, вертикальная и восточная составляющие вектора путевой скорости движения подвижного объекта; вектора истинной воздушной скорости . -в проекциях на оси ГСК , где Vgi, Vg2t Fg3 — соответственно северная, вертикальная и восточная составляющие вектора воздушной скорости движения подвижного объекта; вектора скорости ветра . - в проекциях на оси ГСК , где Ug] Ug2t Ugi - соответственно северная, вертикальная и восточная составляющие вектора скорости движения ветра; вектора истинной воздушной скорости . -в проекциях на оси связанной системы координат , где Vci, Ус2, V& -продольная, нормальная и поперечная соответственно составляющие вектора воздушной скорости движения подвижного объекта, которые определяются как Vcl = VCos{a)Cos{p), VC3 = -VCos{cc)Sin{0), где V— величина вектора воздушной скорости подвижного объекта; а,/3 -углы атаки и скольжения соответственно.
Связь между связанной и географической системами координат можно задать матрицей направляющих косинусов Таким образом, полученные алгоритмы обработки информации позволяют обоснованно проводить разработку алгоритмического и программного обеспечения вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы с учетом особенностей объекта применения и решаемых им навигационных задач. Как видно из соотношений (2.54) и (2.55), для определения курса подвижного объекта необходима информация об углах крена и тангажа (дифферента) подвижного объекта. Использование автономного измерительного устройства - гировертикали для измерения углов наклона подвижного объекта приводит к усложнению и существенному удорожанию навигационной системы, увеличению массы и габаритов.
Как показали исследования [39, 40], углы крена и тангажа (дифферента) подвижного объекта можно определить при соответствующей обработке информации магнитометров, акселерометров и датчиков угловых скоростей, используемых в магнитоинерциальнои системе для определения магнитного курса подвижного объекта. В основе алгоритмов определения углов наклона подвижного объекта лежат кинематические уравнения, описывающие поведение подвижного объекта [48], в которых параметры ориентации, выраженные через кардановы углы - углы тангажа «9, крена у и курса F , которые имеют вид: Так как первые два уравнения независимы от третьего, они могут быть использованы самостоятельно. Тогда алгоритм определения углов наклона на основе кинематических уравнений принимает вид: Кинематический алгоритм обладает уникальной положительной особенностью - инвариантностью к инерционным воздействиям, характерным для подвижного объекта, что и обуславливает перспективу его использования в рассматриваемой навигационной системе.
Модели погрешностей спутникового канала и малогабаритной навигационной системы в режиме коррекции
Спутниковая радионавигационная система в зоне действия ее спутников выдает информацию по следующим навигационным параметрам [58]: по географическим координатам подвижного объекта: широте ф, долготе X и высоте по составляющим вектора относительной скорости: восточной VE, северной VN и вертикальной VUP. Если обозначить выходные сигналы спутниковой радионавигационной системы с индексом gps: (p8ps, Xgps,h8ps,VE VN ,VUP , то с учетом погрешностей каналов спутниковой радионавигационной системы их можно представить в виде где (р, X, h - истинные значения географических координат; А р, АХ, Ah — соответствующие позиционные погрешности спутниковой радионавигационной системы; VE,VN,VUP - истинные значения составляющих скоростей; AJ AF APyp - погрешности определения соответствующих скоростных координат. На точность работы спутниковых радионавигационных систем влияют различные факторы как состояния ионосферы и тропосферы, количество видимых навигационных спутников, длина базовой линии в дифференциальном режиме измерения, погрешности многолучевости и т.д.[58, 59]. Будем полагать, что погрешности определения навигационных параметров спутниковой радионавигационной системы представляют собой независимые случайные процессы типа белого шума с нулевым математическим ожиданием, то их можно описать корреляционными функциями вида По данным работ [58, 59] среднеквадратические значения погрешностей определения позиционных параметров можно оценить, в стандартном режиме значениями аДф = аАХ = 10 [м], ад/; = 1,5 JAX = 15[м].
Среднеквадратические значения погрешностей определения скоростных параметров в стандартном режиме можно оценить значениями AVE =AVN В дифференциальном режиме работы спутниковой радионавигационной системы погрешности определения позиционных и скоростных параметров подвижных объектов существенно меньше и определяются среднеквадратическими значениями Спутниковые навигационные измерения в принципе могут быть сбойными и содержать аномальные погрешности типа выбросы. Такая ситуация может возникать, когда объект совершает интенсивные динамические маневры, когда число видимых спутников мало; когда большое значение имеет геометрический фактор. Для снижения их влияния можно использовать несложные дополнительные алгоритмы обработки спутниковой информации, которые рассматриваются ниже.
По результатам спутниковых измерений погрешности определения позиционных параметров можно оценить соотношениями: где ф Д ,h - географические координаты, определяемые аэрометрической системой в режиме воздушного счисления; RN,RE - радиусы кривизны соответственно меридианного сечения и первого вертикала; А азимутальный угол, определяющий ориентацию треугольника скоростей, в частности из-за скольжения р; а — модуль вектора малого поворота осей земной системы координат и системы координат, реализованной осями спутниковой системы. Позиционные погрешности спутниковой радионавигационной системы можно выразить через изменения Arl,Ar2,Ar3 радиус-вектора R местоположения подвижного объекта в географической системе координат где ; , п,, - приведенные погрешности спутниковой радионавигационной системы.
Синтез малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы ближней навигации
При решении задачи ближней навигации малогабаритная навигационная система на базе магнито-инерциального датчика курса определяет текущие координаты местонахождения подвижного объекта в заданной условной горизонтальной или земной системе координат без использования дополнительной корректирующей информации, например от спутниковой радионавигационной системы. Поэтому одним из основных исходных параметров при синтезе такой автономной навигационной системы ближней навигации с учетом накапливающихся во времени составляющих погрешности является максимальная продолжительность Гтах движения по маршруту. Так как систематические и квазистатические погрешности автономной навигационной системы, как правило, эффективно уменьшаются при периодических калибровках системы задача синтеза автономной навигационной системы ближней навигации связана с минимизацией случайных погрешностей.
Как показывает анализ, дисперсия погрешностей определения координат Xg и Zg местонахождения подвижного объекта в условной горизонтальной системе координат определяются соотношениями (4.3) коэффициенты влияния погрешности измерения (определения) параметра yt на погрешность определения координат местонахождения; а\у - дисперсия погрешности измерения (определения) параметра Уі\о.у. - параметр обратный интервалу корреляции случайной оператора линейного интегрирования на дисперсию погрешности соответствующего датчика первичного навигационного параметра у{. При заданном значении максимальной продолжительности движения по маршруту Гтах можно оценить максимальное значение функции влияния тах_2а т „. По известным значениям av., aL , яСах можно определить члены в соотношении (2.8), вносящие наибольший вклад в дисперсии Сдд. и зАу погрешности определения координат местонахождения подвижного объекта. Как правило, в автономной навигационной системе ближней навигации наибольший вклад в результирующую погрешность определения координат местонахождения вносят члены, определяющие погрешность определения величины U и угла направления вектора ветра. Поэтому влияние неточного определения параметров ветра необходимо уменьшать в первую очередь. Одним из путей снижения составляющей случайной погрешности определения координат местонахождения, из-за отсутствия информации о величине и направлении ветра на маршруте, автономной навигационной системы является использование линейного оптимального фильтра Винера [63,64,69]. Корреляционную функцию погрешности определения координат местоположения подвижного объекта из-за неточного определения параметров ветра можно представить в виде
