Пути снижения погрешностей в системе наземной навигации специального транспортного средства Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 527.625.1; 527.624

ПУТИ СНИЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ В СИСТЕМЕ НАЗЕМНОЙ НАВИГАЦИИ СПЕЦИАЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

В.Ю. Лупанчук, В.В. Кулешов, В.М. Гончаров

Исследованы погрешности комплексированной системы наземной навигации специального транспортного средства, которые получены от различных датчиков скорости. Предложен вариант повышения точности определения текущих навигационных параметров за счет использования адаптивного управления системой навигации и применения дополнительных аппаратных средств на борту подвижного объекта, которые представлены оптоэлектронным датчиком скорости и акселерометрами инерциальной системы навигации.

Ключевые слова: специальное транспортное средство, система наземной навигации, механический датчик скорости, доплеровский датчик скорости, оптоэлек-тронный датчик скорости, акселерометр.

Процесс навигации зависит от вида движущегося объекта, характера выполняемой задачи и условий движения. Условия работы систем наземной навигации в значительной степени отличаются от условий, в которых работают авиационные, морские и космические системы навигации. Решение задач навигации определяется совокупностью большого числа параметров, называемых параметрами режима навигации. Под параметрами движения объекта обычно понимают координаты его центра масс, скорость и ускорение движения центра масс.

Необходимость правильного выбора и выдерживания маршрутов движения подвижными объектами, в том числе и наземными транспортными средствами определяется с учетом целого ряда факторов [1]:

- задач, решаемых подвижным объектом в процессе движения в зависимости от начальных условий и тактико-технических характеристик объекта (предварительное определение программы и траектории движения объекта с учетом возможностей имеющихся в наличии средств измерения параметров его движения, предполагаемых внешних условий и времени движения);

- определения метода для нахождения текущих навигационных параметров подвижного объекта с имеющимися аппаратными средствами, а также накопления ошибок измерений в зависимости от выбранного метода навигации;

- выполнения измерений и обработки навигационной информации в процессе движения объекта, а также обнаружения отклонений от заданной траектории движения и выработки команд на проведение коррекции текущих параметров для достижения требуемой траектории движения объекта относительно конечной точки пространства.

Одним из основных методов навигации для специальных транспортных средств (СТС) является метод счисления пути, который относится к автономным методам, не требующим внешних источников навигационной информации, но для его реализации необходимо иметь априорную информацию о начальном положении объекта и непрерывное измерение вектора ускорения или скорости в процессе движения объекта, интегрировании этого вектора до получения приращения координат (вектор ускорения интегрируется дважды), которые суммируются с координатами начальной точки маршрута (рис. 1).

Рис. 1. Схема прямолинейного движения СТС при реализации

метода счисления пути

Рассмотрим принцип действия системы наземной навигации СТС при реализации метода счисления пути на прямолинейном участке маршрута движения. Перемещение наземного объекта из точки 1 с координатами Xj; Y1 в точку 2, координаты которой равны X2; Y2, сопровождается измерением текущей скорости V и измерением дирекционного угла а12 между северным направлением и направлением движения продольной оси СТС. В результате интегрирования текущей скорости наземного объекта получаем приращение пути от начальной точки 1 до конечной точки 2, которое будет равно S12. Решение задачи навигации сводится к известному решению прямой геодезической задачи [2], в которой искомые координаты определяются по следующим алгоритмам:

X2 = X- + AXU = X + AS12 cos an, ^

Y2 = Yi + AY12 = Y- +AS12sma12, ( 1

где AX12, AY12 - приращения координат между точками 1 и 2, м.

Основным недостатком метода счисления пути является нарастание погрешностей определения координат пропорционально пройденному СТС пути. Это обусловлено тем, что координаты каждой последующей точки определяются от координат предыдущей точки, при этом к погреш-

ностям из-за ошибок в измерении текущих навигационных параметров добавляются погрешности определения координат предыдущей точки маршрута. Уменьшить погрешности определения приращения координат между начальной и следующей точкой маршрута можно за счет использовании на борту СТС дополнительных аппаратных и программных средств. В качестве дополнительных аппаратных средств могут использоваться инерциальные и электронно-механические высокоточные измерители навигационной информации, которые позволяют синтезировать комплекси-рованную структуру СНН.

Комплексирование, основанное на применении различных измерительных средств, позволяющих получать достоверные навигационные данные, которые в дальнейшем обрабатываются различными математическими методами или фильтрами с учетом весовых коэффициентов измерений, позволяет проектировать системы с адаптивными свойствами. Известно, что адаптация, как способ обеспечения функционирования СНН с требуемыми характеристиками, оказывается необходимой при изменении условий ее функционирования [3].

Системы навигации характеризуются различными характеристиками: точностью, универсальностью, временем подготовки к работе, удобством в эксплуатации, помехозащищенностью, скрытностью в работе и другими. Обобщенной характеристикой СНН является ее эффективность, которая определяется отношением степени приспособленности системы к решению навигационных задач с требуемой точностью, надежностью, в течение заданного времени и во всем диапазоне эксплуатационных условий к затратам на ее разработку, производство и эксплуатацию. В наибольшей степени всем этим требованиям удовлетворяет СНН, обладающая адаптивными принципами управления.

Сущность предлагаемого адаптивного управления заключается в следующем. Несколько измерительных датчиков (ИД) навигационной информации с различными физическими свойствами измеряют навигационные параметры СТС с обеспечением требуемых характеристик СНН. Расчетные условия применения ИД могут оказаться неблагоприятными для некоторых из них, тогда возникает необходимость исключения этих измерителей из процесса обработки навигационной информации. Следовательно, навигационная система, помимо датчиков первичной информации, должна содержать блок анализа информации как от систем контроля блоков СНН, так и от внешних источников информации.

В существующих СТС применяется путевая стойка в составе СНН, которая решает только задачи по хранению информации об исправности навигационных каналов, осуществлению отключения неисправных ИД, а также согласовывает форматы передаваемой информации между устройствами.

На рис. 2 представлена структурная схема комплексированной путевой СНН с тремя датчиками, измеряющими входную навигационную информацию. Состав представленной схемы: ИД1г2,3 - измерительные датчики, определяющие входную навигационную информацию х(1)\ ЛБ - логический блок, обеспечивающий коммутацию каналов 2$); ВУ - вычислительное устройство.

х(0 ИД1 р! РгДч ЛБ F3.Fi В -►

Х(0

ид2 -^^-„ гьг3© ь

х(0 2з(0

ИДз -►

Стойка путевая ВУ

Рис. 2. Структурная схема комплексированной путевой СНН

1. Аппаратные средства построения путевой СНН СТС. В состав путевой СНН СТС для определения текущих навигационных параметров скорости и ускорений движения на разных скоростных этапах включены следующие аппаратные средства:

- механический датчик скорости (МДС), предназначенный для преобразования чувствительными элементами угла поворота его входного вала, связанного с ходовой частью подвижного объекта, в число импульсов, соответствующее скорости движения или пройденному пути;

- доплеровский датчик скорости (ДДС), использующийся для получения достоверной скорости подвижного объекта на основе эффекта Доплера, который основан на излучении электромагнитных волн по линии движения СТС.

В качестве дополнительного источника навигационной информации в статье предлагается использовать оптоэлектронный датчик скорости (ОЭДС), который предназначен для получения текущих навигационных параметров скорости движения объекта на основе использования сигналов, отраженных от неоднородностей дорожного покрытия при освещении его мини-прожектором СТС в процессе движения, а также акселерометры, установленные в составе приборов автономного навигационного комплекса. Рассмотрим более подробно принципы работы аппаратных средств и их погрешности.

1.1. Механический датчик скорости

Механический датчик скорости является наиболее простым, надежным и достаточно широко используемым измерителем скорости движения объекта. Иногда он называется механическим измерителем пути (МДП).

Конструктивно существующие в настоящее время МДП и МДС не отличаются, разница между ними состоит лишь в принятом алгоритме обработки их выходных сигналов. Так, количество импульсов на выходе МДП пропорционально пройденному СТС расстоянию, а количество импульсов на выходе МДС в единицу времени пропорционально скорости.

Рис. 3. Обобщенная схема МДС

Принцип действия основан на преобразовании механического вращения колеса и подсчета импульсов от генераторов, установленных на валу датчика, в скорость движения объекта (рис. 3).

Датчик представляет собой электромеханический генератор импульсов, в котором диафрагма приводится во вращение от вращения колеса. Диафрагма представляет собой плоский круг с чередующимися прозрачными и непрозрачными сегментами. Генераторы импульсов (ГИ), расположенные по периметру диафрагмы, вырабатывают импульсы в момент прохождения вблизи них непрозрачного сегмента диафрагмы. При количестве непрозрачных сегментов, равном п (применительно к рисунку п = 3), частота импульсов генераторов будет в п раз больше частоты вращения колеса [5].

Зависимость между скоростью движения СТС и частотой импульсов, вырабатываемых генераторами за один оборот колеса, соответствующего по времени периоду Тк его вращения, при отсутствии погрешностей определения скорости подвижного объекта будет иметь вид

г = ^, Г =1 2рКк/К , (2)

Тк п

где V - скорость подвижного объекта, м/с; п - количество непрозрачных секторов на диафрагме электромеханического преобразователя вращательного движения в частоту; Як - радиус колеса, м; /к - циклическая частота на выходе преобразователя, 1/м.

Погрешности МДС определяются двумя основными составляющими ошибок:

- ошибкой определения скорости СТС от МДС, не зависящей от времени, - средней квадратической погрешностью (СКП) определения скорости МДС;

- ошибкой определения скорости СТС от МДС, зависящей от времени, которая состоит также из двух основных составляющих ошибок определения скорости, обусловленных изменением макро- и микрорельефа местности, а также изменением радиуса качения одометрического колеса. Общую СКП определения скорости СТС от МДС за промежуток времени движения можно представить в виде [4]

°МДС(t) = y!sD + sT ■t , °МДС(t) = <lsD +^ММР + sPКК? ■t, (3) где омдс - общая СКП определения скорости СТС от МДС; oD - СКП МДС, не зависящая от времени; oT - СКП МДС, зависящая от времени; аММР -СКП МДС, обусловленная изменением макро- и микрорельефа местности;

- СКП МДС, обусловленная изменением радиуса качения колеса подвижного объекта; t - время движения объекта, с.

Поскольку основными погрешностями МДС являются погрешность в определении пути, обусловленная изменением радиуса колеса СТС, и погрешность в определении пути, обусловленная сложным микрорельефом местности.

Погрешности, обусловленные микрорельефом пути, проявляются следующим образом. Если высота неровностей микрорельефа дорожного пути не превышает хода амортизатора подвески колес агрегата, а расстояние между ними меньше его колесной базы, то продольная ось агрегата практически не будет изменять своего положения относительно плоскости горизонта, в то время как его колеса будут «обкатывать» каждую неровность рельефа. Тогда погрешность счисления горизонтальной составляющей пройденного пути может быть представлена в следующем виде [6]:

АС1 v V n с/1 1 2nRrn (1 - cosa*) C/1 _

AS = S - Sr = X S( 1 - cos aj =-!-- = S( 1 - cos a*). (4)

i=i m

Из этого выражения следует, что с увеличением угла неровностей рельефа а, а также количества неровностей Sr возрастает значение погрешности AS. Таким образом, МДС необходимо калибровать как при калибровке аппаратуры СНН на эталонном участке (определяется АКмдс), так и во время его движения.

1.2. Доплеровский датчик скорости

Эффект Доплера - Белановского для наземных подвижных объектов, на котором основан ДДС, можно сформулировать следующим образом: если с борта движущегося агрегата излучать в сторону Земли радиосигнал и принимать здесь же на борту сигнал, отраженный от ее поверхности, то частота принимаемого сигнала отличается от частоты излученного на величину, называемую доплеровским сдвигом, которая пропорциональ-

на скорости движения СТС (рис. 4). При установке приемопередатчика на одном подвижном объекте скорость агрегата измеряется относительно скорости точки, от которой отражается сигнал [2].

Из пучка лучей, излучаемых передатчиком расположенном в точке А, выбран только один ¡-й луч, пройдя до поверхности Земли расстояние луч отражается от поверхности в точке Б1 и возвращается на приемную антенну, расположенную в точке А. Угол между вектором скорости V и направлением луча обозначен у1.

Рис. 4. Схема положения излучаемого сигнала (единичный луч)

Согласно принципу действия доплеровского датчика информация о скорости движения объекта определяется разностью круговых частот приемника и передатчика. Эту разность можно представить в виде:

DW = w i - Wo = Wo(1 + 2Vcos g) - Wo = — Vcos g, (5)

r c c

где - разность между частотами приемника и передатчика, 1/с; rnnpMi -частота приемника i-го луча, отраженного от точки на поверхности Земли, 1/с; ю0 - частота передатчика i-го луча, 1/с; c - скорость света, м/с.

Используя известные соотношения, круговую частоту можно представить в виде циклической частоты и рассчитать зависимость между доп-леровским сдвигом частот и скоростью движения объекта:

w f 1 „ 2cos g-

f =— и J- = —, Df Д i = Fu i =-/J- V, (6)

J 2p с A JM1 Дi Aq (6)

где f - циклическая частота, 1/с; X - длина волны гармонического сигнала, м; Fui - доплеровский сдвиг частот i-го луча, 1/с.

Любая антенна обладает конечной шириной диаграммы направленности, то есть излучает пучок лучей определенной ширины в необходимом направлении. В этом случае для каждого i-го луча будет свое значение угла yi, следовательно, свое значение доплеровской частоты. Таким образом, сигнал приемника будет содержать спектр частот, отраженных от поверхности Земли. При симметричной диаграмме направленности антенны спектр частот сигнала будет симметричен относительно частоты луча, совпадающего с осью симметрии (рис. 5).

62

Рис. 5. Ширина диаграммы направленности пучка лучей передающей антенны ДДС

Указанный луч - ось симметрии диаграммы направленности составляет с вектором скорости угол у0, значение которого и входит в окончательное выражение для нахождения доплеровского сдвига частот, а также окончательного определения скорости движения СТС с помощью ДДС:

-- = ^ ■ ^, '=• ^ (7)

Погрешности ДДС определяются тремя основными составляющими ошибок:

- ошибка определения длины волны излучаемого передатчиком сигнала (нестабильность длины волны или частоты излучаемого сигнала) при определении скорости СТС от ДДС;

- ошибка определения угла между вектором скорости СТС и осью симметрии диаграммы направленности передающей антенны ДДС;

- ошибка в измерении доплеровской частоты при определении скорости СТС от ДДС.

Общую СКП определения скорости СТС от ДДС можно представить в виде

I 2 2 2

аДДС + ау + % , (8)

где оддс - общая СКП определения скорости СТС от ДДС; ац - СКП определения скорости из-за ошибки определения длины волны излучаемого передатчиком сигнала; о у - СКП определения скорости из-за ошибки определения угла между вектором скорости СТС и осью симметрии диаграммы направленности передающей антенны ДДС; - СКП определения скорости из-за ошибки в измерении доплеровской частоты при определении скорости СТС от ДДС.

1.3. Оптоэлектронный датчик скорости

Датчик измеряет время запаздывания тЗ в приеме светочувствительными элементами датчика сигналов, отраженных от неоднородностей дорожного покрытия при освещении их источником света движущегося объ-

63

екта (рис. 6). При этом чувствительные элементы (ЧЭ), расположенные на движущемся объекте, разнесены вдоль его продольной оси на строго определенном расстоянии I один относительно другого. Тогда скорость движения СТС можно определить по формуле

I

(9)

V '

Вместо двух ЧЭ, расположенных на определенном расстоянии друг от друга с постоянной базой Ь вдоль направления движения СТС, в опто-электронном датчике скорости используется один оптоэлектронный чувствительный элемент, в котором совмещены функции двух чувствительных элементов [6].

Принцип действия оптоэлектронного ЧЭ поясняется с помощью рис. 6. Отраженные от микрорельефа дороги 3 импульсные сигналы, проходя через специальную линзу 2, попадают на матрицу светодиодов 1. Все светочувствительные диоды интегральной диодной матрицы размерностью 6х6, которые используются в качестве ЧЭ, образуют шесть диодных линеек, разбитых на две параллельные группы А и В. Выходные сигналы с выходов линеек каждой группы сдвинуты относительно друг друга на время транспортного запаздывания тз, которое определяется расстоянием между линейками Ь, равным шагу диодной матрицы, и пропорционально скорости движения.

Рис. 6. Оптоэлектронный ЧЭ датчика скорости

С помощью коммутации номеров линеек в группах диодов А и В можно менять значения базового расстояния Ь и тем самым изменять масштаб измерения скорости движения СТС.

64

При обработке сигналов оценивается не вся совокупность импульсов, поступающих с ЧЭ, а лишь отдельные, имеющие достаточно большие выбросы импульсы. Это позволяет значительно облегчить обработку результатов измерений.

К преимуществам оптоэлектронных ЧЭ с малой базой, используемых для построения ОЭДС, следует отнести следующие:

- отсутствие влияния колебаний скорости движения специального транспортного средства (неравномерность движения на малых отрезках), т.к. время тЗ мало;

- в меньшей степени влияние на точность измерения скорости движения колебания по высоте СТС;

- отсутствие влияния на результатах измерений скорости движения изменения микрорельефа дорожного покрытия.

Основные погрешности ОЭДС связаны с нестабильностью размеров базы Ь и точностью определения времени запаздывания тЗ [7].

Проанализируем относительную погрешность определения скорости. Для этого продифференцируем выражение измерения скорости движения СТС (9):

ДТЛ дУ А, дУ А 1 д, / .

АУ _—А/ + —Ат = —А1 -— Ат. (10)

д1 дт Т т

Переходя в выражении (10) к среднеквадратическим погрешностям, получим

&2 _ 1 &2 + 1 &2 &2 _ / &А/ + 1 &2т (11)

&АУ _~2 &Ы +~л sАт, &АУ (11)

т т т / т т

22 &2/ &2т

где и — относительные среднеквадратические погрешности оп-/2 т2

ределения Л/ и Лт.

Учитывая, что т = //У, перепишем выражение (11) в следующем

виде:

&2у _ у2 4- + у2 у2

/2 т

22 &Ы , &Ат / 2 т2 V / т У

(12)

Относительную погрешность определения Ат электроника позволяет выбрать практически любой малости. Возьмем аЛт /Т = 110-4.

Считая ЛУ случайной величиной, определим /Ь при условии, что за 4 часа движения СТС со средней скоростью У = 12,5 км/ч = 3,47 м/с среднеквадратическая ошибка в пройденном пути составляла 20 м:

_ &АУ, (13)

где оЛ$ - среднеквадратическая ошибка (СКО) пройденного пути; аЛи - СКО в определении скорости; ? - время движения СТС, с.

Подставляя (13) в (14), получим

2 2 2 ~

V /2 г2 / Ь V 2 г2 откуда относительная погрешность определения базы будет иметь вид

^ _ 3,9 • 10-4. (15)

/

Для согласования выходных сигналов ОЭДС и МДС при их ком-плексировании базовое расстояние Ь не должно превышать номинальную цену импульса механического датчика. Однако, если выбрать базу ОЭДС, равную номинальной цене импульса МДС, то в случае отсутствия характерной, четко выраженной неоднородности поверхности дороги (трещины, полосы, вкрапления, пятна и т.д.) информация от ОЭДС будет поступать не в каждом такте приема соответствующей информации от МДС. Поэтому с целью повышения достоверности при получении информации о скорости с помощью ОЭДС последний должен производить 10 - 20 замеров на расстоянии, равном номинальной цене импульса МДС с последующим осреднением результатов измерений. С другой стороны, минимальное базовое расстояние ограничено микрорельефом дороги, т.е. размерами характерных, четко выраженных неоднородностей поверхности [5]. Используя условие (17), предъявим требования к составляющим среднеквадрати-ческой погрешности определения базы:

N 2 4

X (г1и < 3,9 • 10 /. (16)

1 _1

Для определения точных значений I требуется проводить калибровку ОЭДС при периодических регламентных испытаниях агрегата. Калибровка ОЭДС проводится одновременно с калибровкой ДДС.

1.4. Акселерометры

Акселерометры являются инерциальными приборами, предназначенными для измерения составляющих кажущегося ускорения движения (линейного или углового) центра масс объекта на выбранные направления. Выходные сигналы акселерометров интегрируются (дважды интегрируются) для получения информации о скорости объекта или пройденном пути. Акселерометры делятся на два типа: гироскопические и негироскопические. По характеру движения инерционной массы различают маятниковые акселерометры и акселерометры с линейным перемещением инерционной массы (осевые).

Принцип работы акселерометров заключается в следующем: при движении с ускорением корпуса, на котором закреплен акселерометр, на инерционную массу действует инерционная сила та, которая вызывает смещение массы на величину С от исходного положения. В установившем-

ся положении инерционная масса уравновешивается упругой силой, возникающей при деформации пружины или какого-либо другого демпфера.

В настоящее время в навигационных системах для СТС специального назначения наиболее широкое применение получили маятниковые акселерометры с поплавковым подвесом, которые представляют собой физический маятник, охваченный жесткой обратной связью по углу его поворота.

Схема маятникового акселерометра с поплавковым подвесом представлена на рис. 7. Он состоит из следующих основных элементов: инерционной массы 1; устройства обратной связи, состоящего из датчика угла ДУ 7, датчика моментов ДМ 3, усилителя обратной связи УОС.

Использование акселерометров в современных СТС позволяет определять ускорение подвижного объекта на начальном этапе его движения порядка 50 м или в течение 10 мин. Дальнейшее использование акселерометров приводит к большим погрешностям измерений.

Рис. 7. Схема маятникового акселерометра с поплавковым подвесом:

1 - маятник; 2 - поплавок; 3 - датчик моментов; 4 - сильфон; 5 - цапфы поплавка; 6 - поддерживающая жидкость; 7 - датчик угла;

8 - корпус

В настоящее время существует широкий спектр отечественных серийных акселерометров с характеристиками, обеспечивающими их применение в инерциальных навигационных системах. Важнейшими характеристиками акселерометров навигационного класса являются чувствительность и временная стабильность нулевого сигнала и масштабного коэффициента. Необходимым значениям этих характеристик отвечают поплавковые (интегрирующие) акселерометры, изготавливаемые по традиционным (макромеханическим) технологиям. Всем акселерометрам этой группы

67

присуща высокая стоимость, обусловленная сложными технологическими процессами их изготовления, чувствительность к ускорениям по перекрестным осям, отсутствие в некоторых моделях сервисной электроники или, наоборот ее усложнение.

В навигационных системах для СТС специального назначения наиболее широкое применение получили поплавковые маятниковые акселерометры. Помимо маятниковых акселерометров поплавкового типа, определенный интерес представляют маятниковые акселерометры компенсационного типа ДА-11 разработки Раменского приборостроительного конструкторского бюро и капиллярные маятниковые акселерометры компенсационного типа АК разработки Арзамасского ОКБ «Темп».

Указанные акселерометры имеют следующие характеристики:

- диапазон измерений.................................до 100 &

- порог чувствительности.................................10-6&;

- частотный диапазон измерений..................0.. .60 Гц;

- диапазон рабочих температур....................-60 ^ +80;

- масса.........................................................800 г;

- нулевой сигнал.......................................±1,5*10"4.

Кроме макромеханических акселерометров, разработаны отечественными и зарубежными фирмами и используются в различных изделиях интегральные, микромеханические и другие типы акселерометров более современных технологий, превосходящие по критерию «цена/качество» акселерометры «макромеханической» группы. Но они пока уступают по своим точностным характеристикам, что затрудняет их использование в системах инерциальной навигации.

Погрешности акселерометров подразделяют на методические и инструментальные, а последние - на статические и динамические. Соответствующей точной установкой акселерометров на стабилизированную платформу методическую погрешность сводят к пренебрежимо малой величине.

Статические погрешности характеризуются следующими основными составляющими:

- порог чувствительности обусловлен в основном сухим трением в подвесе чувствительного элемента и конечной разрешающей способностью датчика углов цепи обратной связи;

- смещение нуля акселерометра обусловлено вредными моментами в подвесе инерционной массы (моменты тяжения токоподводов и другие), отклонением исходного положения инерционной массы от положения электрического нуля датчиков углов и моментов, дрейфом усилителя обратной связи;

- нелинейность выходной характеристики и отклонение масштабного коэффициента акселерометра от номинала обусловлены изменением плеча маятника и коэффициента передачи усилителя обратной связи и дат-

чика моментов. Одними из способов повышения точности измерений являются калибровка, электрическое спаривание и группирование акселерометров.

2. Основы построения адаптивной СНН специального транспортного средства. Комплексирование различных датчиков и систем осуществляется на основе принципов информационной и структурной избыточности [4]. Исходя из этого, в составе путевой стойки СНН специальных ТС используются дополнительные аппаратные средства, которые обеспечивают синтез структур СНН, с отмеченными адаптивными свойствами.

На рис. 8 представлена структурная схема адаптивной путевой СНН, которая включает аппаратную часть и управляющие сигналы: БСУ -блок связи и управления; ДИЬ ¡=1-к - датчики навигационной информации; СП - стойка путевая; ВК - вычислительный комплекс; Ар - вход, на который поступает код внешних команд, определяющих условия функционирования комплексированной навигационной системы; тп - сигнал переключения каналов.

АР 1

ДИ1 ДИ2 дик Тп

-

1 г 1 г г

СП

I

ВК <-

хсолХП

Рис. 8. Структурная схема адаптивной путевой СНН

Важное место в рассматриваемой структуре занимает блок связи и управления. В основе метода адаптивного управления, используемого в указанном блоке, лежит применение цифрового автомата с памятью, имеющего: N входов - у1, у2, ... ,у#; Ь внутренних переменных - х1, х2, ... хЬ и К выходов - 21, ...2к. Логическая часть БСУ выполнена на программируемых логических матрицах, память программ реконфигурации - на триггерах. Кроме этого, используются мультиплексоры в зависимости от количества датчиков навигационной информации.

Датчики навигационной информации должны иметь достаточно эффективные системы контроля, являющиеся основой для системы проведения реконфигурации адаптивной структуры СНН.

69

Принцип функционирования адаптивной путевой СНН заключается в следующем: информация с выходов ДИ1 работающих каналов поступает на информационные входы БСУ и на входы СП, на которую поступает также управляющий сигнал с БСУ, разрешающий прохождение информации через мультиплексоры в ВК.

В этом состоянии система находится до тех пор, пока не поступит на вход Ар новый код режима функционирования СНН или периодическая команда очередного переключения рабочих каналов тП в соответствии с функцией переключения

^перг _ I(Х, ^ Сг ГП ), (19)

где хг - канал включен (выключен); Сг - канал исправен (неисправен),

г = 1, м.

При отказе работающего канала или уменьшении точности определения им навигационных параметров по сигналу, поступающему из ВК, происходит срабатывание элементов логики БСУ в соответствии с функцией поддерживания текущей конфигурации системы

УпОДг _ I(Хг, Ар, С ). (20)

При изменении условий функционирования комплексированной системы навигации в соответствии с изменением значения кода на входе Ар в БСУ также происходит срабатывание элементов его логики и выполняется соответствующая реконфигурация структуры путевой СНН.

Сущность адаптивного управления заключается в следующем: несколько измерительных датчиков навигационной информации с различными физическими свойствами измеряют навигационные параметры СТС с целью обеспечения требуемой точности. Однако нерасчетные внешние условия применения могут оказаться неблагоприятными для некоторых из них, и тогда возникает необходимость их исключения из процесса измерений указанных параметров. Кроме этого, в угрожаемый период может возникнуть необходимость отключения некоторых навигационных датчиков.

Использование адаптивного устройства рассматривается в составе комплекса основных средств и способов определения необходимых навигационных данных. Таким образом, при использовании рассмотренных дополнительных аппаратных средств появляется возможность организации адаптивной структуры путевой СНН.

Вывод

Адаптивный принцип построения путевой СНН позволяет решать следующие задачи:

- хранить в памяти информацию, поступающую от систем контроля датчиков СНН, измеряющих навигационные параметры СТС, об их работоспособности;

- определять, находятся ли точностные параметры датчиков СНН в допустимых пределах;

- реагировать на команды и сигналы, определяющие изменения внешней обстановки, и перестраивать структуру СНН в соответствии с ними;

- обеспечивать при функционировании СНН требуемую точность определения координат Х@), У^) текущего местоположения СТС;

- определять длительность и периодичность работы каждого датчика в зависимости от условий функционирования СНН.

Список литературы

1. Попов А.П. Теория навигации. М.: Министерство обороны, 1982. 248 с.

2. Разоренов Г.Н. Введение в теорию оценивания состояния динамических систем по результатам измерений: учебное пособие. М.: Министерство обороны, 1981. 272 с.

3. Котов Н.И. Автоматизированные средства определения геодезических данных: учеб. пособие для курсантов Серпуховского РВ ВИ. Серпухов, 2009. 183 с.

4. Способ определения скорости движения наземного транспортного средства: пат. на изобретение №2431847 от 01.2006.

5. Чистяков И.М., Берсенева Е.С. Анализ частных составляющих погрешности механического датчика скорости // Научно-технический журнал ФГУП «НПЦАП». М.: ФГУП «НПЦАП им. Н.А. Пилюгина», 2015. С. 37 - 43.

6. Кутузов С.В., Лупанчук В.Ю. Предложение по комплексирова-нию измерителей системы навигации наземного транспортного средства с использованием оптоэлектронного датчика скорости // Научно-технический сборник «Известия» № 256. М.: Военная академия РВСН им. Петра Великого, 2014. С. 23 - 27.

7. Глушков В.М. Синтез цифровых автоматов. М.: Физматгиз, 1962.

209 с.

8. Многоканальное адаптивное устройство: пат. на изобретение № 2270477 от 12.06.2004.

Лупанчук Владимир Юрьевич, канд. тех. наук, преподаватель, гакеиЦ/иатаИ. ги, Россия, Балашиха, Военная академия РВСН им. Петра Великого,

Кулешов Владимир Васильевич, канд. тех. наук, доц., гакеиЦ/иатаИ.ги, Россия, Балашиха, Военная академия РВСН им. Петра Великого,

Гончаров Владимир Михайлович, адъюнкт, у/аСт1г-я:опсИагоу.1986@,та1/.ги, Россия, Балашиха, Военная академия РВСН им. Петра Великого

71

WAYS OF REDUCTION OF ERRORS IN THE SYSTEM OF THE GROUND NAVIGATION

OF A SPECIAL VEHICLE

V. Y. Lupanchuk, V. V. Kuleshov, V.M. Goncharov

In the article, the errors of the complex system of ground navigation of a special vehicle, which are obtained from various speed sensors, are investigated. An option is proposed to improve the accuracy of determining current navigation parameters when positioning the STS on the Earth's surface due to the additional use of an optoelectronic speed sensor and accelerometers of an inertial navigation system under adaptive navigation system control.

Key words: special vehicle, ground navigation system, mechanical speed sensor, Doppler speed sensor, optoelectronic speed sensor, accelerometer.

Lupanchuk Vladimir Yurievich, candidate of technical sciences, lecturer, [email protected], Russia, Balashikha, Military Academy of the Strategic Missile Forces named after. Peter the Great,

Kuleshov Vladimir Vasilievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Balashikha, Military Academy of the Strategic Missile Forces named after. Peter the Great,

Goncharov Vladimir Mikhailovich, postgraduate, vladimir-

goncharov. 1986@,mail. ru, Russia, Balashikha, Military Academy of the Strategic Missile Forces named after. Peter the Great

УДК 623

КАК СБИВАТЬ БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ

В.К. Зеленко

Необходимость поражения малоразмерных БПЛА чрезвычайно актуальна. Предлагается система поражения БПЛА стрельбой из 30-мм пушек ПВО при наличии дистанционных взрывателей на снаряде и посыле команды на взрыватель после вылета снаряда из ствола после замера фактической начальной скорости.

Ключевые слова: БПЛА, скорость снаряда, дистанционный взрыватель, тен-зодатчик, эффективность поражения.

Каждый раз, рассуждая о проблеме сбития БПЛА, возникает множество вариантов возможного решения этой проблемы, но почему-то каждый из них обладает серьезными недостатками, например:

- поражение БПЛА зенитными управляемыми ракетами комплексов «Панцирь» или «Тунгуска» и даже сухопутным «Корнетом» слишком дорого;