6. Анализ точностных характеристик кимс.

Мы рассмотрели принцип построения РИД КИМС и структуру ФК, обеспечивающего оптимальную обработку измерений комплексируемых устройств. Теперь в соответствии со схемой проектирования КСН необходимо провести оценку потенциальных точностных характеристик КИМС.

С учетом того, что измерения РВ и ДИСС представляют собой дискретные сигналы для анализа потенциальных точностных характеристик КИМС необходимо перейти от непрерывного ФК к его дискретному аналогу. Схема дискретизации непрерывной модели, обеспечивающая её эквивалентность была рассмотрена нами на примере анализа точности КСИВ.

В соответствии со структурой КИМС её выходные сигналы можно представить в следующем виде:

1. при измерении координат пространственного местоположения:

Х_кимс(t) = Х(t)+ Х_ин(t) - Х*_ин(t),

Y_кимс(t) = Y(t)+ Y_ин(t) - Y*_ин(t),

H_кимс(t) = H(t)+ H_ин(t) - H*_ин(t),

2. при измерении вектора скорости:

W_Хкимс(t) = W_Х(t)+ W_Хин(t) - W_Х*_ин(t),

W_Yкимс(t) = W_Y(t)+ W_Yин(t) - W_Y*_ин(t),

W_Zкимс(t) = W_Z(t)+ W_Zин(t) - W_Z*_ин(t),

То есть точность определения координат местоположения ЛА будет определяться точностью оценок в фильтре Калмана ошибок ИНС Х_ин(t) Y_ин(t) H_ин(t), то есть диагональными элементами оптимальной ковариационной матрицы ошибок фильтрации k₁₁,k₂₂,k₃₃. Точность определения вектора скорости ЛА будет определяться точностью оценок в фильтре Калмана ошибок ИНС W_Хин(t) W_Yин(t) W_Zин(t), то есть диагональными элементами оптимальной ковариационной матрицы ошибок фильтрации k₄₄,k₅₅,k₆₆.

• Ошибки определения высоты в КИМС значительно выше точности вертикального канала ИНС и почти в 9 раз выше точности измерения высоты с помощью РВ. При этом ошибки определения высоты не накапливаются во времени за счет присутствия во входном сигнале фильтра разности H_ин(t) - H_р(t)

• Ошибки определения составляющих вектора скорости ЛА значительно выше точности измерения скорости в ИНС и в несколько раз выше точности измерения скорости с помощью ДИСС. При этом ошибки определения скорости не накапливаются во времени за счет присутствия во входном сигнале фильтра разности W_ин(t) - W_дисс(t),

7. Особенности построения кимс по замкнутой схеме компенсации.

Рассмотренная нами структурная схема КИМС, построенного на основе разомкнутой схемы компенсации ошибок безусловно проста в реализации. Однако, ошибки ИНС накапливаются в процессе движения ЛА и стечением времени становятся нелинейными. Это приводит к ухудшению качества фильтрации и как следствие к снижению точностных характеристик КИМС. Ранее мы отмечали что ошибки оценки горизонтальных координат ЛА накапливаются с течением времени. Поэтому КИМС на основе разомкнутой схемы компенсации целесообразно использовать в случае кратковременных полетов ЛА (в пределах часа).

Для создания КИМС, используемых на ЛА продолжительностью полета более часа целесообразно использовать КИМС, построенный на основе замкнутой схемы компенсации ошибок. Структура КИМС, построенного на основе замкнутой схемы компенсации ошибок приведена на следующем рисунке.

Б

П

О

И

X,Y

ИНС

Н_ИН

W_ИН

ФК

ДИСС

W_Д

r₂(t)

W*_ИН

Н*_ИН

X*, Y*

РВ

+

Нр

-

r₁(t)

В замкнутой схеме компенсации ошибок ФК включается в цепь обратной связи. Выходные сигналы фильтра используются для коррекции накапливающихся ошибок ИНС ((ошибок акселерометров, дрейфов гироскопов и.т.д).. Достоинство такой схемы состоит в том, что удается сохранить ошибки на выходе ИНС малыми за счет их коррекции внутри самой ИНС. В качестве примера рассмотрим схему, иллюстрирующую коррекцию накапливающихся ошибок вертикального канала ИНС.

Воздушно-доплеровские КИМС.

Принцип функционирования ВД КИМС. Воздушно-доплеровские КИМС более просты в реализации, чем рассмотренный ранее РИД, поэтому они довольно широко используются в ПНК ЛА. Определение местоположения ЛА в системах такого типа осуществляется в ортодромической СК ОХУZ путем интегрирования составляющих путевой скорости по осям ОХ и ОУ.

Ортодромическая СК. В ортодромической СК за основную плоскость отсчета принимается плоскость большого круга (ортодромия), проходящая через начальную и конечную точки маршрута. Форма Земли считается сферической, а начало координат совмещают с её центром. Точку А пересечения ортодромии с плоскостью экватора называют узлом ортодромии и через неё проводится ось ОХ, а остальные координатные оси образуют правую тройку.

О

У

Z

Х

У

Для определения местоположения ЛА в ВД КИМС используется информация о курсе ЛА , поступающая с курсовой системы, о воздушной скорости Vв и текущей высоте Нб, поступающих от системы воздушных сигналов, а также информация о путевой скорости W и угле сноса , поступающих от ДИСС.

Координаты местоположения ЛА определяются либо по данным ДИСС и курсовой системы, либо по данным ДИСС и измерителя воздушной скорости в структуре СВС. При отказе ДИСС составляющие путевой скорости вычисляются по данным воздушной скорости и значениям скорости ветра U. Расчет координат местоположения ЛА производится путем интегрирования составляющих вектора путевой скорости:

X(t)=X(0)+Wxdt

У(t)=У(0)+Wуdt

Wx(t)=Wcos (-+)

Wу(t)=Wsin (-+)

-угол, характеризующий ориентацию ости Х ортодромической СК относительно направления северного меридиана.

ВД системам присущ существенный недостаток: наличие погрешности в измерении исходных навигационных параметров (путевой скорости, угла сноса и курса) приводит к накапливающимся во времени ошибкам определения местоположения ЛА. Поэтому в случае длительных полетов для ВД КИМС должен быть предусмотрен режим коррекции. Для коррекции ВД КИМС обычно используются РСБН и РСДН.

Из приведенных выражений для координат ЛА следует, что снижения погрешностей в определении местоположения ЛА можно добиться оптимальным комплексированием ДИСС и СВС при измерении скорости. Показано, что наибольшего эффекта при комплексировании можно добиться, если использовать первичную комплексную обработку информации.

Рассмотрим структуру алгоритма совместной оптимальной обработки сигналов ДИСС и СВС.

Оптимальная комплексная обработка информации в ВД КИМС. При решении задачи синтеза алгоритма совместной обработки сигналов ДИСС и СВС предполагается, что вектор измерения содержит две компоненты. Первая представляет собой выходной сигнал ДИСС, а вторая выходной сигнал измерителя воздушной скорости.

Предполагается, что выходной сигнал ДИСС по одному лучу имеет вид:

r₁(t)=S(t)+₁(t)

S(t)=A(t) cos{₀ (t) -2D(t)/c+ (t))}

A(t), ₀ - амплитуда и опорная частота сигнала ДИСС. D(t)– текущая наклонная дальность до точки отражения радиосигнала в направлении луча ДИСС; (t)-случайная фаза сигнала ДИСС.

₁(t)-ошибка измерения, которая применительно к сигналу ДИСС может быть аппроксимирована гауссовским белым шумом с корреляционной функцией:

R_()=N_(t-)

N_- заданная интенсивность белого шума