2. Комплексные системы навигации как источники избыточной навигационной информации. Основные характеристики комплексных систем навигации.

Комплексные системы навигации как источники избыточной навигационной информации. На предыдущей лекции мы сформулировали основную цель комплексирования- использование различных навигационных устройств и систем для получения избыточной навигационной информации и объединение их в единую КСН на базе БЦВК для повышения точности и надежности определения местоположения, пространственной ориентации ЛА и параметров его движения.

Поясним смысл сформулированного принципа. Состояние любого ЛА, как управляемой динамической системы можно охарактеризовать некоторым вектором состояния х(х1,х2,х3,....хn)Т. Для получения информации о компонентах вектора состояния используются навигационные датчики и системы, позволяющие измерять либо отдельные компоненты вектора состояния, либо навигационные элементы, функционально связанные с оцениваемыми параметрами состояния ЛА. Если бы навигационные измерители имели идеальные характеристики (то есть не имели погрешностей и были бы абсолютно надежными) то для получения абсолютно полной информации о состоянии ЛА достаточно было бы провести единственное измерение каждой из n-компонент х1,х2,х3,....хn. , используя для этого минимально необходимый набор навигационных устройств и систем. Поскольку, однако, любая измерительная система не идеальна, то для повышения точности оценок параметров состояния ЛА необходимо использовать несколько измерений одного и того же параметра, то есть создать информационную избыточность.

Практически информационная избыточность обеспечивается использованием в структуре КСН некоторого числа навигационных устройств и систем, позволяющих проводить измерения одних и тех же параметров. Это позволяет повысить надежность КСН и точность решения навигационных задач.

Нижеследующая таблица дает представление о составе навигационного оборудования, используемого для получения тех или иных параметров движения ЛА.

Наименование параметра	Применяемые навигационные устройства и системы
Угловые координаты, град: угол крена угол рысканья угол тангажа	Гировертикали, авиагоризонты Курсовые системы Гировертикали, авиагоризонты
Угловые скорости скорость крена скорость рысканья скорость тангажа	Скоростные гироскопы, дифференцирующие устройства
Угловые ускорения: ускорение крена ускорение рысканья ускорение тангажа	Дифференцирующие устройства
Курс	Курсовые системы
Координаты центра масс: высота полета боковое отклонение пройденный путь	Высотомеры, системы воздушных сигналов. ИНС
Линейные скорости истинная воздушная путевая вертикальная боковая	Указатели скорости, система воздушных сигналов, ДИСС, вариометр, ИНС
Углы относительно вектора скорости угол атаки угол скольжения угол сноса	Измерители углов атаки и скольжения, ДИСС
Линейные ускорения относительно осей ЛА продольное нормальное боковое	Акселерометры
Положение ЛА наземному ориентиру или цели азимут угол места наклонная дальность превышение	Радиолокационные, оптические и инфракрасные устройства
Положение ЛА в строю: линейная дистанция дистанция временная интервал превышение	Радиолокационные, оптические и инфракрасные устройства

Основные характеристики КСН. Для того, чтобы КСН обеспечивала выполнение возложенных на неё функций, входящие в неё навигационные измерители должны обладать определенными характеристиками. К числу таких характеристик относятся: погрешность измерений (точность), рабочая зона, дальность действия, помехозащищенность, разрешающая способность, надежность, эффективность, габаритные размеры и масса.

Погрешность измерений - представляет собой разность между истинным и измеренным значениями навигационного параметра.

Погрешности измерений зависят прежде всего от метода, положенного в основу тех или иных навигационных измерителей, особенностей их технической реализации, условий эксплуатации. В зависимости от причин, порождающих погрешности измерений, их можно разделить на четыре группы:

Методические погрешности. Они обусловлены неточностью исходных математических моднелей, описывающих сигналы и процессы измерений, несовершенством метода измерений.

Инструментальные погрешности, вызванные несовершенством аппаратуры. Причинами инструментальных погрешностей могут быть схемные и конструктивные недостатки устройств, непостоянство напряжения источников питания и.т.д.

Погрешности, обусловленные условиями, в которых проводятся измерения. Источниками этих погрешностей являются: внешние помехи, тряска и вибрация ЛА, турбулентность атмосферы и.т.д.

Субъективные погрешности, зависящие от профессональной подготовки операторов, совершенства его органов чувств.

По характеру проявления погрешности НИ могут быть систематическими и случайными. Систематические погрешности являются постоянными или меняющимися по определенному закону. Они вызываются причинами, которые действуют вполне определенным образом. Такие погрешности независимо от числа измерений имеют одно и тоже значение и знак. Их влияние в ряде случаев может быть установлено и заранее учтено. Примером таких погрешностей для РТИ могут быть изменение условий распространения радиоволн днем и ночью, летом и зимой.

Случайные погрешности вызываются большим числом причин, действующих при каждом отдельном измерении различным образом. Такие погрешности при измерениях полностью устранить не удастся, но используя соответствующие методы обработки информации, их можно существенно снизить.. Наиболее распространенной статистической моделью, используемой для описания погрешностей измерения навигационных измерителей является гауссовский закон распределения. Возможность аппроксимации распределения случайных ошибок измерения гауссовским распределением объективно обусловлена тем, что они, как правило, обусловлены воздействием большого числа независимых факторов, причем вклад каждого из этих факторов в формирование погрешности измерений примерно одинаков. В этом случае в соответствии с известной в теории вероятностей предельной центральной теоремой имеет место гауссовский закон распределения. В рамках такого представления для исчерпывающего статистического описания совместного распределения погрешностей измерений достаточно задать вектор математического ожидания ошибок измерений и корреляционную матрицу ошибок измерений. Точность измерений представляет собой величину величина, обратно пропорциональную погрешности измерений.

Рабочей областью (зоной) - называется пространство (площадь) в пределах которого точность определения местоположения ЛА с требуемой вероятностью не превышает заданного значения. В большей степени данный показатель используется для оценки возможностей РТИ (радиотехнических навигационных измерителей), функционирование которых связано с работой наземных радионавигационных средств.

Помехозащищеность - характеризует возможность работы НУ и систем в условиях действия непреднамеренных и организованных помех. Она определяется скрытностью работы средства и его помехоустойчивостью. Для количественной оценки помехоустойчивости навигационных измерителей используют отношение сигнал-шум по мощности или по напряжению, при котором погрешность измерения навигационного параметра не превышает заданного значения с требуемой вероятностью.

Разрешающая способность- это способность навигационного измерителя различать малые приращения измеряемых навигационных параметров. Количественно разрешающая способность оценивается минимальной разностью между двумя значениями измеряемых навигационных параметров, при которых НУ или система способна различать, то есть раздельно обнаруживать и измерять соответствующие сообщения. Различают разрешающую способность по дальности, угловым координатам, составляющим скорости и ускорения ЛА. Например, разрешающая способность по дальности представляет то минимальное расстояние в радиальном направлении между двумя объектами, при котором возможно раздельное определение дальности до каждого из них. Разрешающая способность по углу представляет собой тот минимальный угол в плоскости измерения навигационного параметра при котором возможно разделение сигналов от двух объектов, находящихся на одной дальности. Разрешающая способность НИ зависит как от конкретных физических принципов, на которых строится их работа, так и от способа обработки сигналов.

Пропускная способность характеризует способность НИ обслуживать одновременно или в единицу времени определенное число объектов. Существует ряд показателей, позволяющих оценить пропускную способность навигационных измерителей: например, число объектов, которые могут быть обнаружены одновременно или в единицу времени устройством или системой с заданной вероятностью; вероятность успешного обслуживания заданного числа подвижных объектов и др.

Надежность характеризует способность навигационных измерителей выполнять заданные функции и сохранять характеристики в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени при определенных условиях эксплуатации.

Эффективность в самом общем смысле характеризует степень приспособленности навигационной системы к выполнению заданных функций в конкретных условиях эксплуатации.

Критерии эффективности наиболее полно характеризуют возможности и качество функционирования сложных систем, то есть таких систем, которые способны выполнять заданные функции несколькими способами, хотя и с разным качеством. Рассмотрим более подробно количественные показатели эффективности КСН.