Формирование облика бортовой интегрированной системы управления беспилотного летательного аппарата Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

4. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах // B.C. Анищенко, В.В. Астахов, Т.Е. Вадивасова, А.Б. Нейман, ГЛ. Стрелкова, Л. Шиманский-Гайер.

- М.,-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 544 с.

5. Колесников А.А., Капустина А.С. Синергетический метод динамической обработки и защиты информации // Межвузовский научный сборник «Управление и информационные технологии - 2007». - Пятигорск: Изд-во ПГТУ, 2007. - С. 23-31.

6. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного: Введение. - М.: Изд-во ЛКИ, 2008.

- 352 .

Кононов Антон Федорович

Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: [email protected].

347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.

Тел.: 8(8634)318-090.

Кафедра синергетики и процессов управления.

.

Kononov Anton Fedorovich

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: 8(8634)318-090.

Department of Synergetics and Control.

Associate professor.

УДК 629.7.072.1

Н.Ш. Хусаинов

ФОРМИРОВАНИЕ ОБЛИКА БОРТОВОЙ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО

АППАРАТА

Рассматриваются вопросы создания информационно-тгоритмического обеспечения для системы радионавигации, основанной на использовании наземной радиомаяковой схемы для коррекции координат летательных аппаратов на завершающем участке траектории. Основное внимание уделено вопросам проектирования схема взаимодействия подсистем навигации и управления в рамках единой бортовой интегрированной системы.

Система ближней радионавигации; бортовая интегрированная система навигации и управления; определение местоположения; коррекция координат.

N.Sh. Khusainov

FORMING OF THE FACE OF ON-BOARD INTEGRATED CONTROL SYSTEM FOR UNMANNED FLYING VEHICLE

The problems of design of informational-algorithmic support for automatic local radio navigation system based on land beacons and intended for correction of flying vehicle coordinates especially on the finish part of trajectory are discussed. The main attention is paid for development of rules for interaction of navigation sub-system and control one within framework of unified on-board system.

Local radio navigation system; on-board integrated navigation & control system; location computing; coordinate correction.

Рассматриваемая в работе бортовая интегрированная система управления (БИСУ) беспилотного летательного аппарата (ЛА) ориентирована на решение :

♦ определение местоположения ЛА в заданной системе координат по информации от инерциальной навигационной системы (ИНС) и системы ближней радионавигации (СБРН);

♦ коррекция координат ИНС;

♦ управление движением ЛА н а конечном участке траектории.

С учетом решаемых задач БИСУ должна удовлетворять следующим основным требованиям [1]:

♦ обеспечение заданной точности, достоверности и надежности навигационных измерений за счет совместной обработки показаний ИНС и радионавигационных сигналов СБРН;

♦ формирование упр авляющих сигналов, которые обеспечивают на завершающем участке полета коррекцию накопленного отклонения ЛА от заданной траектории и вывод ЛА в заданную точку приземления с

;

♦ обработка информации в реальном масштабе времени.

На основании анализа требований, предъявляемых к бортовой интегрированной системе управления, разработанных алгоритмов функционирования , ,

, 4 ( . 1):

♦ подсистема автоматического управления ЛА (САУ ЛА) решает задачи управления движением и "выведения" ЛА в заданную точку приземления. Для рассматриваемой в работе модели ЛА синтез алгоритмов цифрового управления выполнен на основе теории оптимизированных алгоритмов дельта-преобразований второго порядка [2]. Выходными данными блока являются сигналы управляющих воздействий на рули. Ключевыми модулями подсистемы САУ ЛА являются модули оценки ошибки управления (отклонения от заданной траектории) и формирования управляющих воздействий. Алгоритмы функционирования модуля построения программных траекторий позволяют повысить качественные характеристики работы алгоритмов управления в экстремальных ситуациях. Модуль коррекции коорди-

Известия ЮФУ. Технические науки

нат ИНС обеспечивает коррекцию на каждом шаге координат местоположения ЛА, формируемых инерциальной системой навигацией в соответствии с результатами выполненных коррекций; входными данными для бортовой части СБРН являются измеряемые дальности от ЛА до радиомаяков, образующих искусственное радионавигационное поле. Бортовая часть СБРН выполняет первичную обработку и фильтрацию измеренных антенным блоком дальностей, анализ целостности конфигурации радиомаяков. Далее, в соответствии с полетным заданием, сформированным в наземной части СБРН, выполняется выбор оптимального (или субоптимального, при невозможности использования отдельных сигналов дальностей) алгоритма и подгруппы радиомаяков для вычисления координат ЛА. Выходными данными блока являются пространственные координаты ЛА или флаг отсутствия выходных данных для текущего момента времени. Особенностью разработанных алгоритмов функционирования наземной и бортовой частей СБРН заключается, в частности, в том, что для определения координат ЛА могут быть использованы один или несколько алгоритмов из достаточно широкого набора алгоритмов, различающихся по вычислительной трудоемкости, требованиям к памяти и т.п.;

'САУ

Модуль интегрирования и формирования инерциальных координат ЛА (с накоплением)

,ИНС

Модуль измерения показания акселерометров и ДУСов

Модуль

формирования

управляющих

воздействий

Модуль построения

программных

траектории

Модуль коррекции координат ИНС

Модуль

комплексирования

координат

Модуль

формирования

весовых

коэффициентов

Модуль оценки ошибки управления и формирования квантов управления

_/

Л г

Подсистема рулевых приводов ЛА

Подсистема хранения полетного задания, интервалов контактов, заданной траектории движения

Модуль оценки целостности информационной схемы и расчета координат

/■—N

V—\/

Набор модулей реализации алгоритмов расчета координат ЛА по СБРН

Модуль предварительной обработки и фильтрации («ЗАХВАТ»)

Модуль измерения и расчета дальностей

СБРН

Рис. 1. Структурная схема БИСУ

♦

♦ подсистема комплексирования координат, получаемых от ИНС и от бортового модуля СБРН, предназначена для формирования единого выходного вектора координат, используемого для коррекции пространственного положения ЛА. В ходе разработки БИСУ выбрана схема комплексирования ИНС и СБРН и разработан алгоритм комплексирования координат ЛА на базе расчета статических весовых коэффициентов по отношениям статистических оценок уровней ошибок двух навигационных подсистем;

♦ подсистема ИНС, получая на вход сигналы с блока акселерометров и датчиков угловой скорости (ДУСов), выполняет расчет инерциальных навигационных параметров (координаты и составляющие скорости) и параметров ориентации ^глы тангажа, крена и рыскания) ЛА. Частота обновления данных с измерительных блоков для современных ИНС составляет порядка 100 Гц [3]. При компьютерном моделировании функционирование подсистемы ИНС может имитироваться путем численного решения дифференциальных уравнений описания движения рассматриваемого ЛА.

Проектирование схемы взаимодействия подсистем БИСУ связано с опре, -, ( )

.

БИСУ в порядке убывания приоритета можно выделить следующие (рис. 2):

♦

ЛА по информации от ДУСов и акселерометров. Считывание показаний с датчиков и их интегрирование выполняется модулем интегрирования и формирования координат с некоторым постоянным шагом (порядка 100 Гц для широкого спектра современных ИНС) в режиме жесткого реального времени. В программной модели БИСУ функционирование датчиков угловых скоростей и акселерометры имитируется путем численного решения дифференциальных уравнений, описывающих движение ЛА в пространстве, при этом шаг интегрирования составляет 1 мс. Для имитации "ухода" ИНС в программной модели БИСУ в инерциальные координаты, получаемые на каждом , . -нерируется однократно для всего "пролета", а величина ошибки пред-

( ),

соответствует уровню точности ИНС;

♦

" " . -

ния дальностей от ЛА до радиомаяков используется модель генератора дальностей и генератора искажений измерений дальностей. Интервал между очередным измерением дальности по каждому РМ определяется конструктивными особенностями антенного модуля и составляет порядка десятков миллисекунд, измерения по всем радиомаякам выполняются синхронно и (с учетом некоторых допущений, которыми на данном этапе можно пренебречь) одновременно. Таким образом, кортеж из N дальностей (где N - количество маяков в конфигурации) вы-

" " 70 . , -

тенный блок не смог сформировать измерение дальности, соответствует особое (фиксированное, заранее предопределенное) выдаваемое зна-;

При наличии

<ХУ2>Корр коррекция координат <ХУ2>сду = <ХУ2>корр

Построение программной траектории

Расчет заданных координат <ХУ2>зад для момента времени Ттвк по текущей траектории

ш

<XYZ>33i

Оценка ошибки <хуг>т-<х^г>сАУ для

Формирование квантов управления

.вызов с шагом ей

вызов с шагом — dContacf

Диспетчер процессов (управление многозадачностью) с таймером системного модельного времени

Расчет истинные расстояний ЛА-РМ. Генерация шумов. Формирование векторов измеренных дальностей

<0>КОитакт

вызов

і

Процедура "ЗАХВАТ". Формирование векторов достоверных дальностей <0>захв

с шагом dNavigation

Вызов при наличии неиспользованных <ХУ2>сбрн —

Генерация и наложение возмущений <ХУ2>шуына текущем шаге. Расчет координат <ХУ2>инс

Имитация ^движения ЛА

Выбор из полетного задания ОР по ХУ2сду или

по Ткомгакг

Контроль целостности и расчет навигационных координат ЛА <ХУ2>сбрн по системе навигации с использованием дерева отказов

Расчет координат ЛА по заданному алгоритму и группе РМ <ХУ2>

Формирование смещенных навигационных координат <ХУ2!>сбрн

Комплекси рова ниє <ХУ2>бинс и <ХУ2!>дсбрн. Формирование <ХУ2>корр

Комплексирование координат СБРН и ИНС

<D>

<XYZ>

Рис. 2. Схема взаимодействия подсистем и процессов в модели БИСУ

♦ формирование воздействий на рули управления в рамках САУ ЛА. Процесс является процессом жесткого реального времени, вызывает-

0,2 ;

♦ коррекция координат, построение программных траекторий, оценка

. , ,

представляют собой "верхний" логический уровень управления и . -, ;

♦ расчет "навигационных" координат ЛА в подсистеме СБРН по информации о дальностях от ЛА группы радиомаяков. Вызов модуля оценки целостности информационной схема и расчета координат ЛА носит асинхронный (нерегулярный) характер и осуществляется при наличии "неиспользованных" дальностей с выхода процедуры " ". ( -

)

времени и может прерываться рассмотренными выше процессами. Длительность расчета навигационных координат на борту ЛА существенно зависит от количества радиомаяков, указанного в ТЗ алго-, . -граммной модели длительность выполнения данного процесса характеризуется только верхней границей времени;

♦ комплексирование координат. Вызов соответствующего модуля также носит асинхронный (нерегулярный) характер, выполняется только при наличии "неиспользованного" выхода с СБРН. Процесс может

, , -гнозируемое с высокой точностью время выполнения и имеет малую (по сравнению с другими процессами) трудоемкость.

Разработанная схема реализована в рамках программной модели управления движением ЛА с коррекцией на завершающем участке траектории по информации от искусственного радионавигационного поля.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. . ., . . -ления самолетов: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МАИ, 1998. - 268 с.

2. . . -

порядка. Цифровое управление, сжатие, параллельная обработка информации - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - 192 с.

3. -

нове современных информационных технологий / Под ред. М.Н. Красильщикова и ГГ. Серебрякова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 280 с.

Хусаинов Наиль Шавкятович

Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: [email protected].

347928, . , . , 44.

Тел.: 8(8634)371-746.

Кафедра математического обеспечения и применения ЭВМ.

.

Nail' Sh. Khusainov

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: 8(8634)371-746.

Department of Software Engineering.

Associate Professor.

УДК 004.4'22

Ю.И. Рогозов, A.C. Свиридов, H.C. Горбань, A.A. Дубровский,

ЮЛ. Жибулие, Н.В. Почечуев, РЖ. Микита, С.А. Друппов, О.В. Шевченко

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

Предлагается интегрированный подход к созданию информационных

Zachman.

,

является «формой», по которой на каждом уровне представления (этапе) из информационной среды может быть получено необходимое архитектурное .

; ; .

U.I. Rogozov, A.S. Sviridov, N.S. Gorban, A.A. Dubrovskiy, U.A. Jibulis, N.V. Pochechuev, R.M. Mikita, S.A. Druppov, O.V. Shevchenko

THE SYSTEM APPROACH TO CONSTRUCTIONOF INFORMATION SYSTEMS ON THE BASIS OF LIFE CYCLE

Integrated approach to creation of information systems on a basis on model Zachmanis offered. The approachis realised to base on the uniform information environments, thus offered model of life cycle is "form" on which at each level of representation (stage) from the information environment necessary architectural model can be received.

Information system; life cycle model; designing.

Введение

Архитектура информационной системы (ИС) определяется не только особенностями предметной области, но и в значительной мере - структурой жизненного цикла (ЖЦ) ИС, а точнее, моделью жизненного цикла ИС, используемой при разработке и сопровождении.

Ранее была предложена модель ER++ основанная на расширенной модели Zachman [1]. Также было выдвинуто предположение, что в случае использования на протяжении ЖЦ модели ER++ это даст возможность провести интеграцию этапов, создать основу для построения современных CASE-средств.