CC BY
144
4. Поварков В.И., Самков В.М., Соловьев В.И. К вопросу о создании цветного тепловизора. Юбилейная научно-практическая конференция ХК «Ленинец» «Перспективные многофункциональные электронные комплексы в интересах развития В и ВСТ», 2001.
5. Каманина Н.В., Богданов К.Ю., Васильев П.Я. Студеное В.К Повышение поверхностной механической прочности «мягких» материалов УФ и ИК диапазонов спектра и увеличение их спектра пропускания: модельная система М£р2-нанотрубки. Оптический журнал. - 2010. - Т. 77. - № 2.
Тупиков Владимир Алексеевич
ФГУП «НПК «ГОИ им. С.И. Вавилова».
199034, Санкт-Петербург, Биржевая линия, 12.
E-mail: [email protected].
Тел.: 88123284892.
Tupikov Vladimir Alekseevich
«S.I. Vavilov State Optical Institute».
12, Birzhevaya line, St. Petersburg, 199034, Russia.
E-mail: [email protected].
Phone: 88123284892.
УДК 629.05
Н.Ш. Хусаинов, B.B. Щербинин, ПЛ. Кравченко, А.Б. Шаповалов АНАЛИЗ СОСТАВЛЯЩИХ ОШИБКИ НАВИГАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ
,
ДВИЖЕНИЯ АВТОНОМНУЮ СИСТЕМУ БЛИЖНЕЙ РАДИОНАВИГАЦИИ
В работе рассматриваются вопросы оценки влияния составляющих ошибок навигации и наведения беспилотных летательных аппаратов с баллистической траекторией полета, использующих для коррекции движения автономную систему ближней радионавигации, на рассеивание координат точки приземления. Приводятся результаты математи-.
коррекции, обеспечивающих уменьшение рассеивания ЛА.
Автономная система ближней радионавигации; составляющие ошибки рассеивания; ; .
N.Sh. Khusainov, V.V. Scherbinin, P.P. Kravchenko, A.B. Shapovalov
ANALYSIS OF NAVIGATION AND GUIDANCE ERROR COMPONENTS OF AIRBONE VEHICLE'S USING FOR MOTION CORRECTION AUTONOMOUS LOCAL RADIO NAVIGATION SYSTEM.
Impact of component to result guidance dispersion for perspective high-speed unmanned vehicle is described. Simulation results are discussed. Recommendations for coordinate correction mode aiming to guidance dispersion reduction are given.
Autonomous local radio navigation; parts of guidance dispersion; positioning error; mathematical modelling.
. -
просы разработки высокоточных систем навигации для управления и наведения перспективных высокоскоростных беспилотных летательных аппаратов (ЛА) с баллистической траекторией полета. Оценкой точности в данном случае является размер области рассеивания точки приземления ЛА в заданной (на земной по) .
Традиционно решение задачи повышения точности навигации и наведения достигается на основе комплексирования инерциальной навигационной системы (ИНС) ЛА с системой коррекции. В качестве системы коррекции, используемой одноразово или периодически, наиболее часто используется одна из современных радиотехнических систем навигации. Для рассматриваемого в данной работе класса летательных аппаратов коррекция пространственных координат выполняется на конечном участке траектории по искусственному навигационному полю ( ) ( ).
.
( ) нескольких разнесенных в пространстве радиомаяков, расположенных на относительно близком расстоянии от заданной точки. Каждый радиомаяк представляет
,
сигналов, поступающих от источника излучения, размещенного на борту ЛА. Ра, , -сти излученных радиомаяками сигналов и осуществляет соответствующую обработку для определения геометрических дальностей до них. Полученная информация совместно с предварительно введенными в бортовую ЭВМ ЛА данными о местоположении радиомаяков и заданной точке позволяет получить навигационные определения в стандартном для дальномерных навигационных систем виде [1]:
(Х; - х)2 + (у/ - у)2 + (г - г)2 = Б2.
Здесь х, у, г - координаты ЛА; х, у, zi - координаты /'-го радиомаяка в выбранной локальной системе координат (ЛСК) с центром в заданной точке прицеливания; Б/ - дальность до /'-го радиомаяка.
В соответствии с принятой методологией анализа точностных характеристик рассеивания к основным составляющим ошибки рассматриваемого класса ЛА относятся [2, 3]: методические ошибки управления, динамические ошибки управления, инструментальная составляющая рассеивания (в том числе ошибки вычисле-
),
полетного задания для системы автоматического управления (САУ) ЛА, ошибки пассивного участка траектории, ошибки топопривязки места старта ЛА и выбора направления на заданную точку.
Решение задачи анализа вклада различных составляющих в комплексную ошибку рассеивания целесообразно выполнять с использованием метода стати.
измерений разработаны программные модели функционирования наземной части (
)
конечного участка траектории движения.
Анализ структуры комплексной ошибки рассеивания. Рассмотрим составляющие комплексной ошибки рассеивания как отдельные независимые вели,
,
исследования в данной работе.
В ходе решения навигационной задачи средствами АСБРН следует выделить следующие составляющие ошибки местоопределения ЛА:
♦ ошибки измерения дальности от ЛА до радиомаяков, обусловленные неидеальными условиями распространения радиоволн, несовершенством
,
методов первичной обработки и фильтрации принятого сигнала радио;
♦ ошибки топопривязки опорных навигационных устройств (ИНП) вслед-
ствие погрешностей измерительных приборов и инструментальных (вы) .
Анализ точностных характеристик АСБРН существенно упрощается при замещении ошибки топопривязки радиомаяка "эквивадентной ошибкой измерения дальности", получаемой путем функционального преобразования статистических величин, описывающих погрешности измерения координат радиомаяков в ЛСК;
♦ методические и инструментальные (вычислительные) ошибки методов вычисления координат ЛА (с учетом погрешностей, вызванных неопти-
). -
альных математических и алгоритмических подходов позволяет свести ошибки данного рода к пренебрежительно малым;
♦ методичес кие ошибки, связанные со способом учета геофизических факторов при решении навигационной задачи. Для расстояний более 1 км
целесообразно использовать известные поправочные коэффициенты и
;
♦ ошибки, вызванные отказом радиомаяка(ов) и необходимостью использования субоптимальной подгруппы радиомаяков для определения ме-
( );
♦
,
данных в бортовую ЭВМ. Ошибки данной категории также могут быть сведены к пренебрежимо малым.
.
моделирования, ключевыми характеристиками АСБРН, задающими точность ме-, ( " -лентная ошибка измерения дальности", учитывающая ошибки топопривязки ра) ( составляющих ошибки местоопределения см. работы [4, 5] в этом же сборнике).
Динамические возможности САУ ЛА определяются алгоритмами управления, аэродинамическими свойствами, а также характеристиками рулевых приво-.
для рассматриваемого типа ЛА выполнен на основе теории оптимизированных дельта-преобразований второго порядка [6]. Оценка динамических возможностей ЛА на практике, как правило, связана с оценкой длительности процесса отработки отклонения ЛА от прицельной траектории. По результатам математических экспе-, -
ния от эталонной траектории при использовании рассматриваемых алгоритмов управления для рассматриваемого объекта составляет -0,1 м за 1м пути.
Ошибки инерциальной навигационной системы ЛА характеризуются вели" " . информации от АСБРН представляет интерес для анализа как размер области рассеяния в момент включения АСБРН (вызванный как накоплением ошибки ИНС до
, ), " "
в единицу времени, характеризующая накопление ошибки с момента завершения коррекции до касания ЛА с земной поверхностью.
, -
вание оказывают влияние используемый режим коррекции (одиночная или мно-) (
) , , -нения расчетов в бортовой части АСБРН.
При проведении математического моделирования осуществлялось независимое варьирование каждого исследуемого параметра. Выполненные с использованием разработанных программных моделей эксперименты позволили сделать следующие выводы:
♦ размер области рассеивания в зоне коррекции оказывает заметное влияние на точность определения местоположения ЛА средствами АСБРН (и, как следствие, на итоговое рассеивание) только вблизи заданной точки. Это связано с тем, что при малых расстояниях между ЛА и указанной точкой влияние смещения ЛА в пространстве приводит к более значимому изменению геометрического фактора, чем на больших расстояниях;
♦ геометрический фактор (включающий взаимное расположение и удаленность ИНП и ЛА) оказывает существенное влияние на точность определения местоположения ЛА средствами АСБРН. При уменьшении расстояния между ЛА и заданной точкой ошибка местоопределения ЛА
,
ошибка АСБРН резко возрастает, что подтверждает наличие некоторой оптимальной для каждой конфигурации ИНП области коррекции с минимальной ошибкой местоопределения ЛА. Выполнение коррекции координат в данной точке пространства необязательно приведет к уменьшению итоговой ошибки рассеивания вследствие ограниченности динамических возможностей ЛА;
♦
в режиме множественной коррекции (см. рис. 1), при котором компенсация отклонения ЛА от "прицельной" траектории выполняется последовательно - за несколько шагов. В случае одиночной коррекции оптимальное местоположение зоны коррекции выбирается с учетом ошибки АСБРН и динамических возможностей САУ ЛА.
Рис. 1. Характер влияния режима коррекции и удаленности зоны коррекции от заданной точки на итоговую ошибку рассеивания (3 а) ЛА (вертикальная ось) по каждой координате (Е(Х) и Е(У)) и на плоскости (Е(ХУ)) в режиме множественной и одиночной коррекций
Заключение. Таким образом, точность приземления беспилотных летательных аппаратов с баллистической траекторией полета, использующих для коррекции движения АСБРН, имеет сложную структуру составляющих ошибок, что необходимо учитывать как на этапе выбора конфигурации радиомаяков относительно заданной точки (структуры ИНП), так и на этапе подготовки полетного задания системе коррекции ИНС ЛА (которая включает диапазон высот коррекции, тип коррекции - множественная или одноразовая, и др.).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сетевые спутниковые радионавигационные системы /В.С. Шебшаевич, ПЛ. Димтриев, Н.В. Иванцевич и др. / Под ред. B.C. Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.
2. Основы теории систем управления высокоточных ракетных комплексов Сухопутных войск. Б.Г. Гурский, М.А. Лющанов, ЭЛ. Спирин / Под ред. В.Л. Солунина. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 332 с.
3. Лысенко Л.Н. Наведение и навигация баллистических ракет: Учебное пособие - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 672 с.
4. Смирнов С.В., Шаповалов А.Б., Щербинин В.В. Анализ влияния ошибок радиодальномера и позиционирования радиомаяков на точность определения местоположения ле,
ближней радионавигации - в этом же издании.
5. Хусаиное Н.Ш. Выбор участка коррекции местоположения летательного аппарата с учетом геометрического фактора навигационного поля для автономной системы ближней радионавигации - в этом же издании.
6. . . -
порядка. Цифровое управление, сжатие и параллельная обработка информации: Монография. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - 192 с.
Хусаинов Наиль Шавкятович
Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.
E-mail: [email protected].
347928, г. Таганрог, Некрасовский, 44.
Тел.: 88634371746.
Кравченко Павел Павлович
E-mail: [email protected].
Тел.: 88634314945.
Щербинин Виктор Викторович
Московский авиационный институт (технического университета).
E-mail: [email protected].
127018, г. Москва, ул. Советской Армии, д. 5.
.: 84956006317.
Шаповалов Анатолий Борисович ФГУП "ЦНИИ АГ".
E-mail: [email protected].
127018, г. Москва, ул. Советской Армии, д. 5.
Тел.: 84956317191. "
Xusainov Nail Shavkyatovich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.
E-mail: [email protected].
44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.
Phone: 88634371746.
Kravchenko Pavel Pavlovich
E-mail: [email protected].
Phone: 88634314945.
Scherbinin Victor Victorovich
Moscow Aviation Institute (Technical University).
E-mail: [email protected].
5, Sovetskaya Army street, 127018, Moscow, Russia.
Phone: 84956006317.
Shapovalov Anatoly Borisovich
Vice of Chief Executive officer of "CNII AG". E-mail: [email protected].
5, Sovetskaya Army street, 127018, Moscow, Russia. Phone: 84956317191.
УДК 629.05
Н.Ш. Хусаинов
ВЫБОР УЧАСТКА КОРРЕКЦИИ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С УЧЕТОМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ФАКТОРА НАВИГАЦИОННОГО ПОЛЯ ДЛЯ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ БЛИЖНЕЙ
РАДИОНАВИГАЦИИ
В работе рассматриваются вопросы влияния геометрической конфигурации искусственного навигационного поля системы ближней радионавигации на точность местооп-.
положения поверхностей положения и фактора DOP. Выполнена постановка задачи поиска оптимальной точки коррекции координат ЛА с учетом геометрической конфигурации искусственного навигационного поля и предложены пути ее численного решения.
Автономная система ближней радионавигации; поверхность положения, ошибка определения местоположения; геометрический фактор потери точности; нелинейная оп-; .
N.Sh. Khusainov
CHOOSING OF CORRECTION REGION LOCATION FOR AIRBONE VEHICLE SUBJECT TO DILUTION OF PRECISION FOR AUTONOMOUS LOCAL RADIO NAVIGATION SYSTEM
The influence of geometry to accuracy of localization of unmanned flying vehicle are described. The approaches to estimation of localization error based on Dilution-of-Precision (DOP) are described. The problem of searching of optimal correction field subject to DOP is stand. The ways for numerical solving are proposed.
Autonomous local radio navigation; position surface; positioning error; dilution of precision; nonlinear optimization; mathematical modelling.
Введение. В [1] выполнен анализ составляющих ошибки навигации и наведения летательного аппарата (ЛА), для которого задача определения местоположения решается посредством автономной системы ближней радионавигации (АСБРН) с помощью нескольких разнесенных в пространстве радиомаяков, расположенных на относительно близком расстоянии от заданного объекта и образующих искусствен-
( ).
измеряет расстояние от ЛА до каждого из маяков и осуществляет их соответствующую обработку для определения геометрических дальностей.
В [1] показано, что одной из ключевых характеристик, задающих точность , . -смотрим данную характеристику подробнее.
Подходы к оценке точности определения местоположения ЛА c учетом . p i - ( . . -
метра есть p = R), то поверхность положения, соответствующая /'-му радиомаяку,
б0
