Лекции по курсу

«Теория навигационных систем»

(Специальность: Прикладная математика)

Оглавление

Основные понятия навигации 3

Методы навигации 4

Критерии оценки навигационных устройств. 6

Форма Земли 6

Система координат 8

Основы инерциальной навигации. 9

Матрица ориентации. 9

Свойства матрицы ориентации: 10

Геонавигационная информация. 11

Форма Земли. 11

Формулы преобразования СК. 13

Гравитационное поле Земли. 15

Магнитное поле Земли. 17

Инерциальная система навигации. 19

Задачи ИНС 19

Недостатки (ограничения) ИНС. 19

Принципы построения ИНС. 21

Варианты построения ИНС. 22

Классификация ИНС. 23

Учет гравитационного ускорения. 23

Датчики первичной информации, используемые в ИС 26

Гироскопы 26

Лазерные гироскопы 29

Волоконно-оптические гироскопы 29

Динамически настраиваемые гироскопы 30

Волновые твердотельные гироскопы 32

Микромеханические гироскопы 32

Акселерометры 33

Основные погрешности акселерометров 34

БИНС 35

БИНС с углами Эйлера - Крылова 35

Уравнение Пуассона 39

БИНС с двумя уравнениями Пуассона 42

АЭРОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ 44

Аэрометрический метод определения параметров движения 44

Погрешности систем воздушных сигналов 47

Методические погрешности СВС 47

Инструментальные погрешности СВС 48

Структура доплеровской системы навигации 49

Доплеровские измерители путевой скорости и угла сноса 50

Основные понятия навигации

Навигация – наука о методах и средствах, обеспечивающих движение объекта из одной точки в другую по траекториям, обусловленным характером движения, временем его выполнения и условием окружающей среды.

Термин происходит от латинского «navigo» (в переводе на русский «на корабле»).

Основные задачи навигации:

• определение местонахождения объекта (широта, долгота);

• определение скорости (ускорения) объекта;

• определение угловой ориентации объекта (относительно инерциальной СК).

Навигационные параметры делятся на ряд категорий:

• параметры, характеризующие движение центра масс объекта относительно некоторой СК;

• параметры, определяющие ориентацию объекта (углы: курс, крен, тангаж);

• параметры, характеризующие состояние окружающей среды (ветер, воздушная поверхность, температура, влажность и т.д.);

• параметры, относительно движения объектов.

Методы навигации

1. Метод исчисления пути.

Основан на измерении составляющих вектор-скорость и ускорение. Используется в инерциальной НС.

2. Обзорно-сравнительный метод.

Основан на обзоре окружающей местности и сравнении её с картой или системой ориентиров, которые заложены в памяти.

3. Позиционный метод.

Основан на измерении физических величин, дающих линию или поверхность положения объекта.

Выбор метода навигации основан на:

• виде окружающей среды (водная, воздушная, космическая);

• физической реализуемости НС;

• диапазоне измеряемых величин (дальность, скорость, ускорение);

• требуемой точности измерения навигационных параметров;

• уровне автономности, надежности навигационных измерений.

НС могут подразделяться по степени автономности:

• автономные системы – системы, которые находятся на борту ЛА и взаимодействуют с системой, находящейся на борту. Эти системы характеризуются помехозащищенностью и скрытностью.

• неавтономные системы – системы, в которых происходит постоянный обмен с окружающей средой. Характеризуется простотой использования НС и большей точностью.

Недостатки: низкая помехозащищенность и низкая скрытность.

• ограниченно-автономные системы

В зависимости от способа получения информации подразделяются на активные НС и пассивные НС.

У активных НС внешняя информация относительно движения формируется путем излучения сигналов, вырабатываемых бортовыми устройствами.

Пассивные НС получают информацию путем измерения параметров геофизических полей и приема сигналов от естественных источников.

• смешанные системы

Могут состоять из ряда систем рассматриваемых выше. Данные системы позволяют добиться лучших навигационных параметров, чем каждая в отдельности.

НС могут подразделяться по назначению:

• НС и устройства определения и измерения скорости и ускорения;

• НС и устройства определения и измерения местонахождения объекта;

• НС и устройства определения и измерения наземного ориентирования;

• НС и устройства определения и измерения воздушных целей.

НС могут подразделяться по объему:

• однокомпонентные навигационные измерители;

• многокомпонентные навигационные измерители.

НС могут подразделяться по режиму работы:

• система ближней навигации;

• система дальней навигации;

• взлетно-посадочная НС.

НС могут подразделяться по методам:

• обзорно-сравнительные НС;

• позиционные НС;

• комплексные НС.

НС могут подразделяться по методу получения первичной информации:

• астрономические;

• радиотехнические;

• гироскопические;

• магнитные;

• аэрометрические.

НС могут подразделяться по уровню автоматизации:

• автоматические;

• неавтоматические;

• полуавтоматические.