И спутниковых радионавигационных систем .

Комплексирование – совместное применение различных по виду и способу формирования физических полей для выработки с помощью разнородных датчиков новой по качеству навигационной информации. Комплексирование может обеспечить:

· повышение точностных характеристик комплексированной аппаратуры по сравнению с точностными характеристиками ее составляющих;

· повышение помехоустойчивости и надежности работы комплексируемой аппаратуры;

· непрерывность определения координат при нарушениях однородности или непрерывности навигационных полей;

· улучшение динамических характеристик измерителей;

· сокращение времени выхода аппаратуры в рабочий режим.

В современной технике используются различные навигационные системы: инерциальные, спутниковые, баровысотомеры, радиолокационные, системы локальной радионавигации и др. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Поскольку многие задачи, решаемые этими системами, совпадают, то имеет смысл объединить их в единую навигационную систему. Такая интеграция позволит использовать достоинства каждой из систем и компенсировать недостатки, присущие отдельным системам за счет приемуществ других.

Автономное использование ограничивается серьезными недостатками, присущими каждой из них. Так, ИНС характеризуются низким уровнем шумовой составляющей погрешности измерения и высоким темпом выдачи данных, в то же время погрешность измерения носитнестационарный характер, т. е. имеет место накапливающаяся ошибка. СРНС, наоборот, характеризуются отсутствием накапливающихся ошибок и высоким уровнем шумовой составляющей. К тому же спутниковые системы имеют довольно низкую помехоустойчивость и для их работы необходим обзор верхней полусферы. Основные характеристики ИНС и СРНС представлены в табл. 1.5. Таким образом, названные системы являются взаимодополняющими, что и обуславливает эффективность их интеграции.Следует отметить, что в настоящее время в авиационной технике успешно интегрируются в единый комплекс традиционно применяемые системы, такие как инерциальные, баровысотомеры и др. Спутниковые же системы навигации стали применяться лишь в последнее время и используются автономно. Автономное использование СРНС во многом обусловлено еще и тем, что в них в основном применяется импортная аппаратура, в которой доступны только выходные данные, что не позволяет выполнять глубокое интегрирование на уровне первичной обработки сигналов.

Таблица 1.5

Основные характеристики ИНС и СРНС
Параметр	ИНС	СРНС
Автономность	Да	нет
Привязка к центральным эталонам (системе координат и времени)	Нет	Есть
Шумовая погрешность	Низкая	Высокая
Накапливающаяся погрешность, необходимость калибровки	Да	Нет
Помехоустойчивость	Высокая	Низкая
Перерывы навигационных измерений, обусловленных внешними факторами	Нет	Есть
Темп выдачи данных	Высокий (до сотен Гц)	Низкий (1–10 Гц)
Возможность резервирования	Эффективная	Неэффективная

По степени интегрирования различают сильносвязанные и слабосвязанные системы. Сильносвязанные системы предусматривают интеграцию на уровне первичной обработки сигналов, т. е. на уровне измеряемых параметров. Слабосвязанные системы интегрируются на уровне выходных параметров.

Для повышения помехоустойчивости необходимо комплексировать НАП и ИНС на уровне первичной обработки, поскольку именно там производится слежение за сигналами НС и узлы этого уровня более всего подвержены воздействию помех. Комплексирование целесообразно проводить на уровне низкочастотных устройств, в противном случае чрезмерно возрастает объем передаваемых данных и увеличиваются вычислительные затраты.

Наиболее целесообразно использовать данные ИНС в фильтрах схемы слежения за задержкой и несущей по схеме рис. 4.3. В автономном режиме схема слежения занесущей содержит коррелятор, в кото-ром производится свертка псевдослучайной последовательности (ПСП), интегратор и дополнительный фильтр Калмана. Время накопления сигнала в интеграторе может быть в пределах от 1 до 10 мс. Увеличение времени накопления больше 10 мс встречает затруднения из-за наличия в сигнале цифровой информации.

При комплексировании с ИНС информацию о динамике объекта следует использовать в схеме слежения за несущей, а оттуда данные о динамике объекта поступают в схему слежения за дальномерным кодом.

Достоверность и надежность работы угломерной аппаратуры можно существенно повысить за счет комплексирования СРНС с инерциальной – гироскопами и акселерометрами. Наиболее тонкое место алгоритмов определения угловой ориентации – это разрешение фазовой неоднозначности. Именно при разрешении фазовой неоднозначности возможны грубые ошибки. Для обеспечения достоверности и надежности переборных алгоритмов можно сузить диапазон поиска целых цик-лов, но для этого требуются априорные сведения об угловой ориентации объекта.

Получить априорные сведения об угловой ориентации объекта можно несколькими способами. Одним из таких способов является применение динамических алгоритмов, однако они требуют некоторого времени и при сбоях их работоспособность восстанавливается толькочерез несколько минут. Другой способ – комплексирование угломерной аппаратуры с гироскопическими датчиками. В этом случае в процессе работы априорные данные можно получить с гироскопа за исключением начального периода после включения. После включения питания гироскоп требует начальной установки, поэтому в начальный период времени априорных данных с гироскопа на угломерную аппаратуру не поступает и проблема разрешения фазовой неоднозначности остается.

Для получения априорных данных об угловом положении объекта можно использовать систему акселерометрических датчиков. Обычно система из трех ортогонально расположенных акселерометров входит в состав БИНС и применяется для определения текущего положения и вектора скорости объекта. Если использование БИНС по каким-либо причинам (габариты, стоимость и др.) затруднено, то для данных целей можно применять твердотельные акселерометры, имеющие малые габариты и стоимость .

Акселерометрический датчик состоит из трех акселерометров, расположенных вдоль трех взаимно ортогональных осей (рис. 4.5). Обычно на объекте датчик устанавливают таким образом, чтобы акселерометры располагались вдоль осей объекта. С помощью датчика измеряется вектор ускорения объекта, а затем с помощью интегрирования вычисляется вектор скорости и текущие координаты объекта.

Выводы

Комплексирование данных инерциальных датчиков с угломерной аппаратурой СРНС позволяет значительно повысить надежность угловых измерений, сократить время разрешения фазовой неоднозначности, увеличить длину базовых линий интерферометра, что, в свою очередь, позволяет уменьшить погрешность измерений пространственной ориентации.

Комплексирование ИНС и СРНС наиболее эффективно при использовании угломерной аппаратуры потребителей, так как эти системы определяют одни и те же параметры пространственного положения объекта и поэтому устраняют недостатки друг друга на уровне первичных параметров.

Полученные в согласованном фильтре параметры движения объекта используются как в фильтрах ИНС, так и в фильтрах первичной обработки сигналов СРНС, что позволяет сузить полосы пропускания следящих систем СРНС до минимума, обеспечивая точность и помехоустойчивость, близкие к потенциальным; в ИИСНС комплексирование позволяет устранить инструментальные погрешности, например, дрейф гироскопических датчиков, до минимума сокращает время начальной выставки.

Наиболее целесообразно использование тесносвязанной ИИСНС с интеграцией по выходным параметрам – такие системы по параметрам близки к оптимальным и не требуют кардинальной переработки аппаратурных средств.