CC BY
9
Смирнов Владимир Александрович, канд. техн. наук, доцент, veld071@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ивахно Наталия Валериевна, д-р техн. наук, доцент, natalia_iv@list. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF THE INFLUENCE OF THE CHARACTERISTICS OF THE ELECTRONIC MODULE ON THE ERRORS OF THE INERTIAL NAVIGA TION SYSTEM
A.E. Solovev, A.V. Prohortsov, V.A. Smirnov, N.V. Ivakhno
The article evaluates the influence of the operation of the main components of the electronic module (active filters, analog-to-digital converter) on the final error of the strapdown inertial navigation system of a small-sized unmanned aerial vehicle.
Key words: strapdown inertial navigation system, electronic module, active filter, analog-to-digital converter, errors, mathematical model.
Soloviev Alexander Eduardovich, doctor of engineering, docent, head of the department, ivts.tulgu@rambler.ru, Russia, Tula, Tula state University,
Prokhortsov Alexey Vyacheslavovich, doctor of technical sciences, docent, head of department, proxav@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Smirnov Vladimir Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, veld071@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Ivakhno Natalia Valerievna, doctor of technical science, docent, natalia_iv@list. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.38
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-444-447
ЭЛЕКТРОННЫЙ МОДУЛЬ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
А.Э. Соловьев, А.В. Прохорцов, В.А. Смирнов, Н.В. Ивахно, Р.Н. Хмелев
Представлено описание электронного модуля бесплатформенной инерциальной навигационной системы, построенной на волоконно-оптических гироскопах, предназначенной для использования в составе бортовой аппаратуры малогабаритного беспилотного летательного аппарата.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, бесплатформенная инерциальная навигационная система, электронный модуль, волоконно-оптический гироскоп, акселерометр, стабилизатор напряжения, генератор, усилитель-демодулятор, усилитель мощности, фильтр.
Бесплатформенные инерциальные навигационные системы(БИНС), как правило, входят в состав бортовой аппаратуры малогабаритных беспилотных летательных аппаратов различных типов (БПЛА). Поэтому эффективность таких аппаратов во многом определяется характеристиками БИНС. Основным элементом БИНС является блок инерциальных чувствительных элементов (БИЧЭ), тип, характеристики и состав которых определяется из условий эксплуатации, времени функционирования БПЛА и допустимыми ошибками определения его параметров навигации и ориентации.
Кроме того, необходимо учитывать, с одной стороны, существенную шумовую составляющую сигналов БИЧЭ, а с другой - очевидные ограничения по массо-габаритным и энергетическим характеристикам, накладываемым на БИНС малогабаритных БПЛА. Поэтому одной из важнейших частей любой БИНС является электронный модуль, отвечающий за питание БИЧЭ и обработку поступающей с него информации.
В качестве примера рассмотрим электронный модуль БИНС (разработана в Тульском государственном университете), БИЧЭ которой содержит три маятниковых акселерометра ДА-11 (производство РПКБ [1]) и три волоконно-оптических гироскопа (ВОГ) VG 949P (производство «Физоптика» [2,3]). Сигналы с чувствительных элементов через, через устройство сопряжения, то есть через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) «Леонардо-II» (производство ЗАО «Руднев-Шиляев» [4,5]), поступают в вычислитель, в котором реализован алгоритм работы БИНС.
444
Электронный модульБИНС обеспечивает функционирование БИЧЭ, фильтрацию и согласование выходных сигналов с ВОГ, акселерометров и датчиков температуры с входами платы устройства сопряжения. Этот модуль включают в себя следующие функциональные устройства: стабилизаторы напряжения +5В для питания ВОГ;
табилизаторы постоянного напряжения и -5В для питания всех остальных узлов; генераторы гармонического сигнала 19,2 кГц и 12 кГц со стабилизацией частоты и амплитуды для питания датчиков угла отклонения акселерометров, усилителей-демодуляторов и схем вибрационного оживления опор акселерометров;
усилители-демодуляторы для съема выходных сигналов датчиков угла отклонения акселерометров и подачи сигналов обратной связи на датчики момента акселерометров; усилители мощности для усиления сигналов генераторов;
усилители-фильтры выходных сигналов ВОГ и акселерометров для согласования с устройством сопряжения;
электронный измеритель температуры для измерения температуры БИЧЭ. Функционально электронный модуль БИНС представляет собой три идентичных и взаимозаменяемых канала. Каждый канал обслуживает один ВОГ и один акселерометр. Стабилизаторы постоянного напряжения и - 5В и генераторы гармонического сигнала являются общими для всех каналов. Функциональная схема блока приведена на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема электронного модуля БИНС
445
Для минимизации взаимного влияния каналов каждый ВОГзапитываетсяот отдельного стабилизатора напряжения, а узлы каналов, питающиеся от общих источников напряжения разделены филь-трующими^С-цепями.
Конструктивно электронные узлы смонтированы на шести печатных платах измерительных каналов, по две на каждый канал датчик ВОГ - акселерометр, и на двух платах общего назначения (генераторы, стабилизаторы постоянного напряжения, электронный измеритель температуры). Все платы выполнены с применением поверхностного монтажа, что обеспечило минимальные габариты плат и позволило установить их на корпусе ЧЭ. Такое расположение плат обеспечивает минимальную длину соединений и тем самым минимизирует помехи.
Все примененные комплектующие и компоненты отечественного производства или их полные аналоги зарубежного производства.
Первичное питание блока электроники и БИНС в целом осуществляется от внешнего источника стабилизированного напряжения (+15В; -15В; +5В; потребляемый ток по каждому из каналов менее 0,4А). Для подачи питания используется герметичный разъем РСГ19, для передачи выходных сигналов гироскопов и акселерометров в устройство сопряжения устройство используется герметичный разъем РС32ТВ.
В целом электронные узлы имеют некоторую конструктивную избыточность, что позволит при дальнейших экспериментальных исследованиях улучшить точностные характеристики БИНС.
На рис. 2 приведена фотография БИНС без кожуха, на которой хорошо видно расположение плат электронного модуля.Объем изготовленнойБИНС1,8х10-3 м3, масса 1,2 кг.
Рис. 2. Бесплатформенная инерциальная навигационная система
Проведенные испытания показали работоспособность БИНС и электронного модуля. Поэтому предложенные структура и составэлектронного модуля могут быть взяты за основу и использованы при создании иных БИНС на ВОГ.
Список литературы
1. Прохорцов А.В., Минина О.В.Обзор высокоточных акселерометров российских производителей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып.10. С. 301-305.
2. Физоптика. [Электронный ресурс] URL: https://www.fizoptika.ru (дата обращения: 29.03.2023).
3. Богданов М.Б., Прохорцов А.В., Смирнов В.А., Минина О.В. Математическая модель ВОГа ВГ949П, полученная экспериментально. Известия Института инженерной физики. №4. Серпухов, 2019. С. 25-27.
4. ЗАО "Руднев-Шиляев" - Разработка и создание измерительных систем и программного обеспечения. [Электронный ресурс] URL: https://rudshel.ru (дата обращения: 29.03.2023).
5. Руководство пользователя платы АЦП «Леонардо-2». М.: Изд-во ЗАО «Руднев-Шиляев», 2005. 30 с.
Соловьев Александр Эдуардович, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, ivts.tulgu@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Прохорцов Алексей Вячеславович, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, proxav@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
446
Смирнов Владимир Александрович, канд. техн. наук, доцент, veld071@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ивахно Наталия Валериевна, д-р техн. наук, доцент, natalia_iv@list. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хмелев Роман Николаевич, д-р техн. наук, профессор, ivts.tulgu@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ELECTRONIC NAVIGATION SYSTEM MODULE A.E. Solovev, A.V. Prokhotsov, V.A. Smirnov, N.V. Ivakhno, R.N. Khmelev
The article describes the electronic module of a strapdown inertial navigation system based on fiberoptic gyroscopes, intended for use as part of the onboard equipment of a small-sized unmanned aerial vehicle.
Key words: unmanned aerial vehicle, strapdown inertial navigation system, electronic module, fiberoptic gyroscope, accelerometer, voltage stabilizer, generator, demodulator amplifier, power amplifier, filter.
Soloviev Alexander Eduardovich, doctor of technical sciences, docent, head of the department, ivts.tulgu@rambler.ru, Russia, Tula, Tula state University,
Prokhortsov Alexey Vyacheslavovich, doctor of technical sciences, docent, head of department, proxav@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Smirnov Vladimir Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, veld071@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State Universit,y
Ivakhno Natalia Valerievna, doctor of technical science, docent, natalia_iv@list.ru, Russia, Tula,Tula State University,
Khmelev Roman Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, ivts.tulgu@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.588; 62.512
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-447-451
СТРУКТУРА ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПЕРЕДВИЖНОГО РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНОГО ПУНКТА
П.Н. Булгаков
Предложена структура построения алгоритмов функционального программного обеспечения передвижного разведывательного пункта. Рассмотрены функциональные зоны экрана для вывода информации, приведены алгоритмы работы с экраном в режимах разного типа подготовки передвижного разведывательного пункта. Рассмотрена универсальная структура алгоритмов функционального программного обеспечения автоматизированных рабочих мест оператора и командира.
Ключевые слова: командир, оператор, автоматизированное место, боевая работа, объект противника, принятие решения, функциональное программное обеспечение.
Одним из важнейших стратегических направлений создания новых и модернизации существующих военно-технических систем, интенсивно развиваемых в настоящее время ведущими странами-разработчиками перспективных вооружений, является автоматизация процессов подготовки и выполнения боевой задачи, а также роботизация отдельных функций этих процессов [1,2,3]. Реализация данного направления требует создания и развития комплексов аппаратуры управления и связи, относящихся к классу информационных вычислительных систем [1,4]. Развитие комплексов такого типа характеризуется тремя основными факторами:
повышением сложности самих систем ввиду возрастания числа решаемых задач и, как следствие, увеличение объема информационного и программного обеспечения;
447
