Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

L2_3Mag

.pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
14.04.2015
Размер:
1.47 Mб
Скачать

где

[xAj , y Aj , z Aj ]T , [xA , y A

, z A ]T

- декартовые координаты точки расположения

 

оп

оп

оп

 

антенн A j , Aоп относительно ц.м. объекта в связанных осях.

 

С другой стороны, располагая измеренными по данным ПА СНС декартовыми

координатами Aоп e1;e2;e3

опорной Aоп антенны и известными эфемеридами e1i ; e2i ; e3i

НСi

в гринвичской системе координат, можно рассчитать направляющие косинусы орта

si соответственно в гринвичской (e) и географической (h) системах координат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

s

 

 

 

 

 

1

 

 

e1i

 

 

 

 

 

 

 

ei _ pr

 

 

(e

e )2

(e

e )2

(e

e )2

2i

 

 

 

e

 

 

 

1i

1

2i

2

3i

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3i

e1

e2 , (4.2.5)

e

3

(данные направляющие косинусы могут поступать непосредственно от приемника СНС в специальных сообщениях)

s

C

s

,

(4.2.6)

hi _ pr

e,h

ei _ pr

 

 

где Ce,h ( , ) - матрица перехода от гринвичских к географическим осям.

Традиционный алгоритм решения задачи ориентации объекта в ПА СНС, т.е. нахождения элементов искомой матрицы Ch,o (K, , ) сводится к решению следующей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

системы уравнений при наблюдении нескольких НСi

 

относительно баз b j

 

s

bj(z)

ort

)

T

C

 

 

h(R)

,

 

 

 

 

 

 

т

(4.2.7)

i,i 1

(b

jo

 

h,o

s

i,i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h(R)

 

 

 

 

 

где s

bj( z)

s

bj(z)

s

bj(z)

,

 

- вторые разности

фаз

i,i 1

i 1

 

 

i

 

 

s

i,i 1

s

h(i 1) _ pr

s

hi _ pr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

соответственно измеренные (z) ПА СНС и расчетные (R) .

При этом до вычисления параметров ориентации должна быть предварительно решена задача оценки смещений в целое число длин волн в измеренных значениях

sibj,i( z1) , т.е. исключена неоднозначность в фазовых измерениях.

Следует заметить, что для решения задачи ориентации могут использоваться и первые разности фазовых измерений. Однако в этом случае для исключения погрешностей в измерениях (4.2.1), обусловленных нестабильностью опорных генераторов двух приемников, необходимо применение специализированной ПА СНС. Такая аппаратура позволяет формировать измерения от нескольких антенн с использованием одного опорного генератора.

В качестве примера можно привести отечественную трехантенную аппаратуру МРК-11 [62], разработки Красноярского ГТУ и «НПП «Радиосвязь», а также выпускаемые фирмой Javad GNSS [63] платы Duo-G2, Duo-G2D (двухантенные), Quattro-G3D

(четырехантенные), приемники Delta, Sigma и систему Triumph-4x-G2T на основе этих плат. При использовании общего опорного генератора измерения от разных антенн синхронизированы и в задаче ориентации непосредственно могут использоваться первые разности. Однако использование для определения курса нескольких одноантенных плат или приемников является наиболее распространенной практикой.

Традиционные алгоритмы [26] разрешения неоднозначности фазовых измерений в современных GPS-компасах используют обычно измерения для вторых разностей sibj,i( z1) , сформированные относительно выбранного опорного НСi . При этом применяется двухэтапный подход к решению данной проблемы [64-68].

На первом этапе измерения sbj( z)

обрабатываются с помощью метода

i,i 1

 

наименьших квадратов или фильтра Калмана с учетом корреляции измерений, но без

учета целочисленного характера периодов фазы – плавающее решение. На втором этапе происходит уточнение результата плавающего решения с учетом целочисленности –

фиксированное решение. Этот этап сводится к поиску такого значения N для m - мерного вектора N целого числа периодов фазовых измерений, которое минимизирует

квадратичную форму

ˆ

T

1

ˆ

ˆ

- соответственно оценка и

q(N) (N N)

 

PN

(N N) , где

N, PN

ковариационная матрица ее ошибок, полученные в результате плавающего решения. Теоретическое обоснование такого двухэтапного решения данной проблемы содержится в работе [67]. Достоверность исключения неоднозначности в фазовых измерениях обычно оценивается с помощью различных статистических критериев [64-66,68] или апостериорной вероятности выбранного значения целого числа периодов [67].

Этап плавающего решения является стандартным, тогда как процедура фиксированного решения имеет много вариантов. Все они сводятся к реализации поисковых алгоритмов по перебору возможных значений целого числа периодов и преследуют цель сокращения объема вычислений [26]. Так, например, в [64] предложено производить вычисления минимизируемой квадратичной формы q(N ) только для тех

значений вектора N , компоненты которого N j , ( j 1...m) удовлетворяют условиям

ˆ

N j N

 

 

 

 

 

 

j / j 1

j / j 1 q ,

j 1...m

(4.2.8)

где

ˆ

 

ˆ

условная по отношению к

младшим

N j / j 1 , j / j 1 - рассчитанные из

N, PN

компонентам N1 ,... N j 1 оценка N j

и СКО ее ошибки; q - априори заданный порог.

 

Значительным продвижением в развитии методов разрешения неоднозначности

фазовых измерений стало применение декомпозиции Холецкого для матрицы P 1 CT C

 

 

 

 

 

N

[65], где C - нижнетреугольная матрица. Такое представление P 1 позволяет вычислять

 

 

 

 

N

 

квадратичную форму q(N ) по рекуррентной формуле

 

 

j

2

 

 

 

 

ˆ

 

 

qo 0 , q qm ,

(4.2.9)

 

q j q j 1 C j,i (Ni Ni ) , j 1...m ,

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

где C j,i - элементы матрицы C ( j

- номер строки, i - номер столбца).

 

Если q j > q , то с учетом q1 ... qm 1 q становится ясно, что и q > q . В этом случае вычисление q для данных значений N1 ,... N j прерывается.

Известны и другие более удачные методы перебора целого числа периодов.

При исключении неоднозначности фазовых измерений в задаче ориентации

привлекается также информация о длине b j используемых баз между антеннами. На

основе этой дополнительной информации составляются неравенства, используемые для отбраковки перебираемых значений целого числа периодов. При этом выбирается то значение, которое минимизирует функцию потерь [69,70].

Вкачестве вспомогательного измерителя для сокращения перебора целого числа периодов, проверяемых на соответствие полученным измерениям, используются гироскопические датчики угловой скорости [71,72]. Нередко для этой цели привлекается

идополнительная информация о модели углового движения объекта, в частности, при определении ориентации космического аппарата [73].

Вработе [77] для получения плавающего решения на каждом шаге с помощью

фильтра Калмана оценивается вектор состояния X [ST , NT , T ]T . На вход фильтра

поступает вектор вторых разностей фазовых одномоментных измерений, представляемый в виде

Y HS N ,

(4.2.10)

где S постоянный трехмерный вектор относительных координат фазовых центров двух антенн в прямоугольной геоцентрической системе координат; H матрица, образованная из разностей направляющих косинусов вспомогательных и основного НСi на текущий

момент; N вектор целого числа периодов для вторых разностей фазовых измерений, использованных от начала решения; матрица, выделяющая из вектора N компоненты, относящиеся к текущим вторым разностям фазовых измерений, и предусматривающая их умножение на соответствующую длину волны для перевода в линейную меру; , v векторы коррелированных во времени и белошумных составляющих помех для вторых разностей фазовых измерений на текущий момент.

Направляющие косинусы НСi могут поступать непосредственно от приемника в специальных сообщениях. Если используемая модель приемника не предусматривает выдачу направляющих косинусов, их можно рассчитать, пользуясь эфемеридами НСi и координатами потребителя от БИИМ.

Необходимость учета коррелированных помех в (4.2.10) возникает в тех случаях, когда осуществляется длительное накопление и обработка рассматриваемых измерений в алгоритмах реального времени (1 ч и более).

Фильтр Калмана вырабатывает

оценку

ˆ

и ковариационную матрицу PX ее

X

ошибки без учета целочисленного характера компонент вектора

N

это, собственно, и

есть плавающее решение. Значения

ˆ

и

PX

используются

для

поиска наиболее

X

вероятного (имеющего максимальную апостериорную вероятность) значения N , т.е. для получения фиксированного решения. Можно показать по аналогии с [26], что искомое значение определяется выражением

 

N argmax g(N), N M ,

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.2.11)

где M целочисленное множество соответствующей размерности;

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

2

 

ˆ

 

T

1

 

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g(N ) exp

 

 

 

L

S (N )

 

 

L

(N ) (N N )

 

PN

(N N )

L (N )

-

величина,

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пропорциональная апостериорной вероятности значения N ;

 

 

 

 

здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

1

 

 

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S(N) S PSN PN

(N N) оценка вектора S относительных координат антенн;

 

2

 

 

 

T

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

(N ) S (N )

 

PS S (N ) /

S (N )

 

 

дисперсия

 

погрешности

оценки

расстояния между

антеннами;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P P

P 1PT

 

ковариационная

матрица

 

погрешностей оценки

вектора

S в

P

 

S

S

SN

 

N

SN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

предположении, что значение N является истинным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

ˆ

и

PS ,

PSN , PN оценки векторов S,

N и

 

В приведенных выражениях S ,

N

соответствующие блоки ковариационной матрицы погрешностей, которые извлекаются из

полученных на этапе

плавающего решения

ˆ

и PX . Отметим, что возможность

X

оценивания трехмерного вектора S при известном N обеспечивается выполнением условия

на число используемых

НС

i

 

НС

min , проверка которого предваряет этап поиска N .

 

 

 

НС

 

 

Пороговое значение minНС устанавливается не ниже 5, что гарантирует наблюдаемость S. При использовании 4 НСi возможны ситуации с высоким значением геометрического

фактора PDOP, когда их расположение не обеспечивает достаточную наблюдаемость S. Перед выполнением собственно поиска N* применяется часто при исключении

неоднозначности фазовых измерений процедура LAMBDA (Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment) [74,75,76]. В данной процедуре результаты плавающего

 

 

 

 

~

 

T ˆ

~

 

T

 

 

решения пересчитываются в

ˆ

Z

 

Z

PN Z , где матрица Z такая, что вектор

N

N , PN

 

~

Z

T

 

 

 

 

 

 

 

~

 

N

 

N остается целочисленным,

но при этом

PN

оказывается близка к диагональной.

Это существенно ускоряет поиск наиболее вероятного значения ~ . Наиболее вероятное

N

значение исходного вектора N определяется в результате обратного преобразования

N Z T N~ .

2.2. GPS – компас «ИСОН-1» с автономным режимом работы для морских судов 2.2.1. Структура построения и особенности алгоритмического обеспечения

Необходимое для практики увеличение информационной автономности ИСОН морского применения в части выработки курса, угловой скорости изменения курса ( K ) и углов качки было достигнуто в разработанном в ЦНИИ «Электроприбор» экспериментальном образце двухантенного GPS–компаса «ИСОН-1» (рис. 4.2.8а…4.2.8б) с длиной базы между антеннами 1.5 м [80].

Это было достигнуто тем, что :

в измерительный модуль БИИМ дополнительно к блоку на ММД и магнитометрах (МД) устанавливается ВОГ с измерительной осью, ортогональной плоскости

палубы. Как показали исследования, точностные требования к ВОГ могут быть на уровне ВОГ типа ВГ035ПД ф. «Физоптика» (1 ):

-смещение нуля от пуска к пуску – до 10 0/ч;

-нестабильность нуля в пуске 0.3…0.6 0/ч;

-шумовая составляющая около 7 0/ч на частоте 100 Гц;

-погрешность масштабного коэффициента на уровне 0.1 %;

в вычислительный модуль системы дополнительно поступают данные от судового лага и блока магнитометров для формирования соответствующих разностных измерений и их обработки с целью реализации автономного режима работы ИСОН;

данные встроенных в корпусе БИИМ двух плат приемников СНС используются при начальном запуске БИИМ с целью определения начального значения курса судна и калибровки ВОГ. А также и периодически в процессе эксплуатации при движении судна с постоянным курсом и видимости НСi используется информация от приемников СНС.

На рис. 4.2.7 изображена блок-схема рассматриваемой ИСОН, содержащей автономный режим работы.

Рис. 4.2.7. Блок-схема интегрированной системы «ИСОН-1» (ИБ на ММД и МД – измерительный блок на микромеханических датчиках и

магнитометрах, входящий в состав БИИМ; K - курс, Kmk - курс магнитный, , - углы

качки; h - вертикальные перемещения судна;

ˆ

ˆ

ˆ

K , , - оценки погрешностей по

курсу и углам качки; DGPS – в вычислительном модуле системы предусмотрена возможность приема диффпоправок)

Существо алгоритмического обеспечения задачи совместной обработки навигационных данных в рассматриваемой интегрированной системе сводится к формированию следующих разностных измерений:

известных скоростных и позиционных измерений вида (2.4.4) и (2.4.5) с опорой на данные навигационного решения от ПА СНС;

фазовых измерений

путем сравнения расчетных

sb1(R)

(по данным БИИМ и

 

 

 

 

 

 

i,i 1

 

эфемерид

НС

i

) и

измеренных sb1( z)

(по

данным

приемников СНС от

 

 

 

i,i 1

 

 

 

разнесенных на определенной базе антенн) значений вторых разностей фазовых измерений

b1

b1(R)

b1(z)

 

 

Zi,i 1

si,i 1

si,i 1

,

(4.2.12)

где в разностях присутствуют с соответствующими весами погрешности решения в БИИМ задачи ориентации объекта, неоднозначности вторых разностей фазовых измерений, погрешности ориентации базы в осях объекта и шумы измерений;

скоростных измерений вида (2.4.11) с опорой на данные VL относительного лага

z

L VE _ pr VL sin K VE VN V

 

,

 

V

 

E

 

 

E

 

 

 

(4.2.13)

 

 

 

 

 

z

L VN _ pr VL cosK VN VE V

N

,

V

N

 

 

 

 

 

 

 

где Vi (i E, N ) - шумы измерений, включающие морские течения, неизмеряемую

поперечную составляющую вектора линейной скорости судна и инструментальные погрешности лага;

дополнительного курсового измерения, которое используется в качестве резервного при отказе ПА СНС и которое приближенно может быть представлено в виде

 

 

zМК K K mk

K

mk K mk ,

(4.2.14)

где K mk - - курс от магнитного

магнитометров

 

 

 

 

 

 

 

Kmk arctg( F

/ F

),

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

k

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

x

 

 

 

 

Co,hk

 

 

o

 

здесь

F k

( , ) Fyo

,

 

F

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

zo

 

компаса (МК), формируемый по данным блока

(4.2.15)

Fi(i xo , yo ,zo ) - сигналы магнитометров в осях

объекта;

K mk , K mk - систематическая и флуктуационная погрешности МК.

Измерения (4.2.12) совместно с скоростными и позиционными измерениями вида (2.4.4) и (2.4.5) используются как при запуске системы, так и в процессе плавания для оценки и коррекции погрешностей БИИМ по курсу, углам качки и навигационным параметрам. А также для калибровки дрейфов ВОГ и ММД в условиях отсутствия «сбоев» ПА СНС и видимости НСi .

При отсутствии данных от ПА СНС работа ИСОН осуществляется в автономном режиме с использованием скоростных измерений (4.2.13).

Формирование измерений для задачи ориентации

Для вторых разностей измеренных значений фазовых измерений дальностей от НСi до антенн приемников СНС (разности между первыми разностями, относящиеся к одному моменту времени, но к разным НСi ), имеем

 

sb1(z)

sb1(z) sb1( z) .

(4.2.16)

 

i,i 1

i 1

i

 

где sib1( z) - вычисленное по

измерениям разности фаз сигнала НСi на разнесенные

антенны (опорную антенну Aоп

и отнесенную A1 ) значение направляющего косинуса орта

 

 

 

 

 

si

(задающего направление на

НСi ) относительно базы b1 .

При этом используется распространенный способ формирования вторых разностей, когда выбирается основной (опорный) НСi , первые разности измерений для которого

вычитаются из первых разностей измерений для остальных наблюдаемых НСi .

 

 

 

 

 

Как уже отмечалось, располагая данными о декартовых координатах

e

; e

2 pr

; e

3 pr

 

 

 

 

 

 

 

1pr

 

 

 

в гринвичской системе координат точки размещения на объекте опорной

Aоп

антенны и

параметрах ориентации объекта от БИИМ, а также известными эфемеридами

e1i ; e2i ; e3i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НСi от ПА СНС,

 

можно рассчитать направляющие косинусы орта si соответственно в

гринвичской sie _ pr

(4.2.5) и географической sih _ pr (4.2.6) системах координат.

 

 

 

 

 

В связанных с объектом осям получим

 

 

 

 

 

 

 

(C

 

 

T

 

 

 

(4.2.17)

 

s

 

)

s

 

 

 

io

o,h _ pr

 

 

ih _ pr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда можем

сформировать расчетное значение направляющего косинуса

орта

si

относительно базы b1

s

b1(R)

 

ort T

 

 

.

 

(4.2.18)

 

 

(b

 

)

s

 

 

i

 

 

1o

 

io _ pr

 

 

 

Соответственно для вторых разностей расчетных значений фазовых измерений

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sb1(R)

sb1(R) sb1(R) .

 

(4.2.19)

 

 

i,i1

 

 

i1

 

i

 

 

Сравнивая расчетные и измеренные значения вторых разностей фазовых

измерений, формируются искомые разностные измерения

 

 

 

b1

 

 

 

b1(R)

 

b1(z)

 

 

Zi,i 1 si,i1

si,i1

,

(4.2.20)

которые содержат с соответствующими весами в основном погрешности решения БИИМ

задачи ориентации объекта (погрешности

Co,h _ pr

матрицы

ориентации, однозначно

связанные

с

погрешностями

аналитического

построения

географического

сопровождающего трехгранника: , , ; где

- основная погрешность по курсу, ,

-

погрешности построения вертикали места), погрешности bort ,

bort

 

 

ориентации базы

b

 

 

 

 

 

1x

1z

 

1

(для продольной базы) относительно связанных с объектом осей, неоднозначности вторых

разностей фазовых измерений ( i 1 i 1

i i ) /

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

b1

 

 

(где

- длина волны излучаемого

НСi сигнала,

i –целое число длин

волн – собственно

неоднозначность в фазовых

измерениях) и шумы измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

Полагая

начальные погрешности БИИМ

по

навигационным параметрам и

параметрам ориентации объекта в пределах малости (например, по курсу – порядка 100 при использовании магнитных датчиков, по углам качки - 30), допустима линеаризация измерений (4.2.20). При этом вклад погрешностей БИИМ в измерения (4.2.20), как правило, при базе в пределах 1 м не превышает половины длины волны излучаемого НСi

сигнала.

Предварительная обработка разностных измерений (4.2.20) заключается в следующем. Т.к. априори известно, что полезная информация вместе с шумами составляет

менее одной длины волны излучаемого НСi

сигнала

в значениях приведенного

измерения Z b1

 

 

 

 

 

целое число (

 

 

)

 

Z b1

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

, то исключая

i 1

из значения

 

b

 

i 1

и

i,i 1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

i,i 1

 

 

1

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оставляя его дробную часть Z b1

 

b

/

i 1

, тем самым исключается из восстановленных

 

 

 

 

 

i,i 1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~b1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

измерений Zi,i1 неоднозначность фазовых измерений до уровня одной длины волны. При

этом необходимо учитывать также и дополнительную неоднозначность вида i 1 i

 

 

 

 

 

/

b1

,

где i 1 i 1

i - различие в длине волны излучаемых сигналов

НСi

ГЛОНАСС.

Остаточная неоднозначность фазовых измерений в пределах одной длины волны как случайная величина включается в число оцениваемых параметров [20, 79].

Измерения ~b1 вместе с разностными измерениями по навигационным

Zi,i1

параметрам поступают для последующей обработки в задачу оценивания с использованием алгоритмов обобщенного фильтра Калмана.

Оценки, выработанные в ФК, поступают в обратную связь для коррекции погрешностей БИИМ в выработке параметров ориентации и навигационных параметров, компенсации погрешностей гироскопов и акселерометров, а также коррекции измерений

~b1

 

 

 

 

 

Z

i,i1

в части их остаточной неоднозначности и погрешностей ориентации базы

b

 

 

1

относительно связанных с объектом осей.

При разнесении двух антенн ПА СНС в осях объекта номинальные b1orto _ m и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приборные b ort

 

значения направляющих косинусов вектора b

 

в связанных с объектом

 

 

 

 

 

 

 

1o _ pr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

осях будут равны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bort

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bort

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1x _ m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1x

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b ort

 

 

bort

 

,

 

b ort

 

 

 

b ort

 

 

b ort ,

 

b ort

bort

 

 

 

 

 

 

 

(4.2.21)

 

 

 

 

 

1o _ m

 

 

 

1y _ m

 

 

1o _ pr

 

 

1o _ m

 

 

1o

 

 

1o

 

 

 

 

 

 

1y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bort

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bort

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1z _ m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bort , ( j x, y, z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

-

погрешности

ориентации

орта

 

b ort

 

 

 

. При

этом значения

 

 

 

1 j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1o _ pr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bort

 

,bort

 

 

 

 

могут

 

оцениваться

по

результатам

обработки

 

измерений

(4.2.20),

а

1x _ pr

 

 

1z _ pr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bort

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

составляющая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

из

 

 

условия

 

 

нормирования

 

орта

b ort

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1y _ pr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1o _ pr

 

(bort

 

 

)2

(bort

 

)2

(bort

 

 

)2

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1x _ pr

 

 

 

 

1y _ pr

 

 

 

 

 

1z _ pr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В этом случае линеаризованные разностные измерения вида (4.2.20)

для

~b1

 

 

 

Zi,i 1

после предварительной обработки могут быть представлены в следующем виде

 

 

 

~

bort

 

(s

 

 

s

 

 

 

) bort

 

 

 

(s

 

s

 

 

) bort

 

(s

 

 

s

 

 

 

 

) bort

 

(s

 

s

 

)

 

Z b1

 

iE

(i 1)E

 

 

 

iN

(i 1)N

 

iN

(i 1)N

 

iH

(i 1)H

 

i,i 1

 

 

 

1N _ pr

 

 

 

 

 

1E _ pr

 

 

 

 

 

 

1H _ pr

 

 

 

 

 

 

1N _ pr

 

 

 

 

bort

 

 

 

(s

iH

s

(i

1)H

) bort

 

(s

iE

s

(i 1)E

 

) (s

ix

s

(i 1)x

) bort (s

iz

s

(i 1)z

) bort

 

 

 

 

 

1E _ pr

 

 

 

 

 

1H _ pr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1x

 

 

 

 

 

 

1z

 

 

 

 

 

Cf (i 1) i

zi ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.2.22)

где bort

,bort ,bort - направляющие косинусы вектора-базы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

в географических осях, т.е.

 

1E

 

1N

 

1H

 

bort

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, bort

, bort

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

элементы вектора

C

 

 

 

b ort

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1E 1N 1H

 

 

 

 

o,h _ pr 1o _ pr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sij , s(i 1) j , ( j E, N , H )

 

 

 

sij , s(i 1) j , ( j x, y, z)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

-

 

элементы

 

ортов

sih _ pr ,

sio _ pr

(направляющие косинусы орта si НСi относительно соответственно географических осей и осей объекта), формируемые согласно соотношениям (4.2.6), (4.2.17);

Cf(i 1) i - погрешности, обусловленные остаточной неоднозначностью вторых разностей фазовых измерений для пары спутников НСi 1 и НСi ;

zi - шумы измерений, включающие в основном измерительные шумы ПА СНС.

Расчетная модель погрешностей

При формировании расчетной модели погрешностей системы «ИСОН-1» использовались следующие аппроксимации:

смещения нулей гироскопов i (i xb, yb, zb) и акселерометров ai от запуска к запуску и их изменчивость в пуске были аппроксимированы (из-за отсутствия достоверных данных об их спектральном составе) соответствующими винеровскими процессами;

погрешности Cf(i 1) i были описаны «скачкообразными» случайными величинами, дисперсия которых восстанавливается до начальной неопределенности при фиксации

«скачка» в измерениях ~b1 , т.е. при смене рабочей пары ;

Zi,i 1 НСi

шумы измерений vzi аппроксимированы дискретными белыми шумами с известными дисперсиями на частоте формирования измерений.

Вэтом случае расчетная модель погрешностей ИСОН будет иметь вид

xk 1 k 1/ k xk k 1wk ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.2.23)

zk 1 H k 1xk 1 vk 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xT

 

 

VE

VN

VH

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xb

yb

zb

-

axb

 

a yb

azb

Cf (i 1) _ i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- вектор состояния системы;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k / k 1 - переходная на шаге Tz

формирования измерений матрица состояния системы;

k 1 k 1 dT

-

 

матрица,

определяющая влияние

вектора входных шумов wk с

ковариациями Qk ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H k 1 - матрица измерений,

соответствующая разностным скоростным и позиционным

измерениям вида (2.4.4) и (2.4.5), а также уравнению (4.2.22);

 

 

 

 

 

 

 

vk 1 - шумы измерений с матрицей ковариаций Rk .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для отбраковки недостоверных измерений использовался безынерционный алгоритм контроля (1.3.21)…(1.3.22), основанный на анализе невязки разностных измерений, т.е. анализе соответствия разностных измерений (учитывая факт включения оценок в обратную связь на каждом шаге обработки измерений) их допустимым значениям, рассчитываемых по прогнозируемым значениям ковариационной матрицы ошибок оценок.

Следует заметить, что в интегрированной системе «ИСОН-1» реализован и оригинальный поисковый алгоритм [77] по оценке и исключению неоднозначности фазовых измерений из вторых разностей (4.2.16). А также предусмотрена возможность вычисления значений курса K gps по данным СНС. Значения K gps совместно с

информацией от БИИМ обеспечивают возможность формирования разностных курсовых измерений для задачи фильтрации. Данная процедура используется в условиях наблюдения группировки НСi (не менее 5…6). А при наличии интенсивных помех,

«сбоев» в ПА СНС и видимости только двух или трех НСi в задаче фильтрации формируются и обрабатываются измерения (4.2.20), (4.2.22).

2.2.2. Описание конструкции и программного обеспечения системы Особенности конструкции

GPS-компас «ИСОН-1» представляет собой интегрированную систему ориентации и навигации с автономным режимом работы . Экспериментальный (ЭО) образец системы состоит из:

центрального прибора (рис. 4.2.8а, 4.2.8в), содержащего:

-микромеханический инерциальный измерительный модуль ADIS16405, который включает три гироскопа, три акселерометра и три магнитометра;

-ВОГ ВГ035ПД ф. «Физоптика» с вертикальной осью чувствительности;

-двух приемных модулей СНС 1К-161-42 ОАО «РИРВ»;

-приемника корректирующей информации (ПКИ) от наземных станций;

-вычислителя на базе микроконтроллера TMS320F28335, обеспечивающего предварительную обработку фазовых измерений ПА СНС и выработку GPS-курса (МКСОИ),

-навигационного вычислителя на базе микроконтроллера TMS320F28335 (МК-

ОП);

антенного устройства ПА СНС (рис. 4.2.8б), содержащего два приемных антенных модуля, разнесенных на базе 1.5 м;

мобильного управляющего компьютера, выполняющего функции прибора управления и индикации.

Система «ИСОН-1» имеет также возможность приема данных от судового лага для обеспечения автономного режима работы.

Рис. 4.2.8а. Внешний вид центрального прибора системы «ИСОН-1»

Рис. 4.2.8б. Внешний вид антенного устройства ПА СНС системы «ИСОН-1»

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]