1.1 Постановка задачи
Суть работы заключается в разработке программного обеспечения для бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), использующей информацию от спутниковой навигационной системы (СНС).
Программа, получая параметры навигации и ориентации ракетоносителя от блоков лазерных гироскопов и маятниковых акселерометров, а также информацию от спутниковой навигационной системы, должна оценивать полученные данные и выдавать более точные параметры. Для оценивания точностных параметров комплекса командных приборов БИНС применяется дискретный фильтр Калмана. Также программа должна учитывать все возможные погрешности.
Ракетоноситель, на котором установлена БИНС, движется по жесткой траектории, время активного участка полета составляет от 300 до 500 секунд.
БИНС состоит из трех лазерных гироскопа и трёх маятниковых акселерометра.
Номинальные углы установки осей чувствительности акселерометров и гироскопов относительно приборной системы координат БИНС равны нулю.
БИНС рассчитывает параметры ориентации методом кватернионов.
В ходе разработки программы были учтены следующие
погрешности:
погрешности акселерометров;
погрешности лазерных гироскопов;
погрешность начальной выставки БИНС.
Информацию от спутниковой навигационной системы БИНС получает по средствам GPS.
1.2 Выбор и обоснование функциональной схемы бинс
Для реализации поставленной задачи будет рассмотрена бесплатформенная инерциальная навигационная система БИНС-СП [5].
Бесплатформенная инерциальная навигационная система БИНС - СП предназначена для определения, комплексной обработки и выдачи навигационной, пилотажной и спутниковой информации.
БИНС - СП построена на базе трех кольцевых лазерных гироскопов KJI-3 и трех кварцевых акселерометров АК-15.
БИНС - СП состоит из:
блока инерциального измерительного БИИ-5;
спутниковой антенны с предусилителем;
рамы монтажной РМ-71.
Основные технические характеристики БИНС-СП приведены в таблице 1.
Диапазон рабочих угловых скоростей, град/с |
+/- 400 |
Погрешность определения координат автономный режим |
1,85 км/час полёта |
В режиме спутниковой коррекции, м, не более |
100 |
Погрешность определения курса истинного, град, не более |
0,l+0,01t |
Погрешность определения углов тангажа и крена, град, не более |
0,l |
Потребляемая мощность при питании постоянным током 27 В, Вт, не более |
70 |
Габаритные размеры блока БИИ-5, мм, не более |
190 х108x400 |
Масса, кг, не более |
15 |
Таблица 1. Основные технические характеристики БИНС-СП
На данный момент ни один приборостроительный завод не дает более подробных сведений о своих изделиях, в частности бесплатформенных инерциальных навигационных систем, поэтому ниже приведены общие функциональные и структурные схемы.
Функциональная схема БИНС приведена на рисунке 1.
Рис.1 Фунциональная
схема БИНС:
,
,
,
;
,
,
- оценки
ориентационных па-
раметров;
,
,
,
;
,
- оценки
навигационных параметров.
Блок гироскопов является датчиком угловых скоростей и состоит из трех кольцевых лазерных гироскопов KJI-3. Блок акселерометров является датчиком кажущихся ускорений и состоит из кварцевых маятниковых акселерометров АК-15. Блок лазерных гироскопов (БЛГ) и блок акселерометров (БА), измеряя значения угловых скоростей и кажущихся ускорений, передают информацию на бортовой компьютер. На бортовом компьютере полученные параметры ориентации и навигации переводятся в нужную систему координат (СК). Параметры ориентации определяется с использованием кватернионов поворота при построении инерциальной системы координат в БИНС.