6.7. Комплексирование радиотехнической системы ближней навигации и автономных средств

Радиотехническая система ближней навигации (РСБН) предназначена для определения координат самолета. В отличие от дальномерной системы, рассмотренной выше, РСБН использует один радиомаяк РМ, расположенный вблизи аэропорта (рис.6.9). Для определения координат вырабатываются измерения дальности и азимута. Радиомаяк дальномерного канала имеет всенаправленную антенну, однако из-за влияния отражений от местных предметов возможно появлений провалов в диаграмме направленности и нарушений приема на некоторых направлениях. Прием сигналов может также нарушаться при маневрировании самолета. Поэтому для повышения точности и надежности определения координат используется комплексирование аппаратуры РСБН и автономных средств. Предполагаем, что проекции вектора воздушной скоростина осииформируются с использованием угла курса. Эти проекции можно получить также с помощью ИНС, ошибки которой также моделируются в виде экспоненциально-коррелированного процесса.

Комплексирование строится на основе принципа инвариантности, и вектор состояния определяется системой уравнений (6.26).

Уравнение наблюдения является нелинейным и содержит измерения дальности и азимута:

, (6.32)

где и– дискретные белые шумы с известными дисперсиямии, соответственно.

Уравнения и структура алгоритма экстраполяции в данном случае определяются выражениями (6.29).

Но уравнения фильтрации отличаются от (6.31) из-за того, что в случае РСБН наблюдение содержит два измерения. Соответственно разностьсодержит две строки:

, (6.33)

где ;.

Для вычисления коэффициента усиления необходимо определить производную нелинейной функции в точке:

, где .

Размер коэффициента усиления в данном случае равен, и уравнения фильтрации, согласно, (6.28) имеют вид:

(6.34)

Построим структуру алгоритма фильтрации в соответствии с выражением (6.34). Разности иопределяются путем сравнения измеренных значений дальностии азимутас прогнозируемыми экстраполированными значениями дальностии азимута, соответственно (рис.6.10). Вес поправок, вносимых в экстраполированные значения вектора состояния, согласно (6.34) определяется составляющими матрицы коэффициента усиления, где,. При вычислении коэффициента усиления учитывается положение самолета относительно радиомаяка благодаря использованию производной нелинейной функции, зависящей от оценок координати.

В рассмотренной системе автономные данные не используются в измерителях дальности и азимута для повышения помехоустойчивости, то есть эта система использует слабую интеграцию автономных и радиотехнических устройств.

6.8. Комплексирование гнсс и инс

Комплексная обработка сигналов ГНСС и ИНС является актуальной проблемой из-за широкого применения ГНСС. Рассмотрим принцип измерения координат объекта с помощью спутников. При измерении положения объектов используется геодезическая система координат, начало которой расположено в центре Земли (рис. 6.11). Ось лежит на пересечении плоскости экватора и плоскости Гринвичского меридиана, осьпроходит через Северный полюс, а осьнаправлена так, чтобы система координат была правой. Определение координат объекта основано на измерении задержек распространения сигналов между объектом и спутниками, координаты которых,известны благодаря информационным сообщениям. Приизмерении задержек принятых сигналов используется шкала времени потребителя, которая может иметь сдвиг времени относительно шкалы времени спутниковой системы. Влияние погрешности временной шкалы устраняется с помощью использования избыточных измерений, и для измерения трех координат и сдвига времени производится прием не менее четырехсигналов спутников. Современные приемники принимают сигналы всех видимых в данный момент спутников (от 6 до 11 спутников системы).

Строим систему на основе принципа инвариантности с использованием автономных данных о проекциях скорости объекта ,и. Ошибки измерения скорости моделируем как экспоненциально-коррелированный процесс. Случайное изменение трех координат полагаем независимым и для каждой координаты составляем уравнения подобные (6.23). Кроме того, добавляем в систему два уравнения, моделирующих изменение сдвига часов потребителя из-за нестабильности задающего генератора. Для этой цели используем уравнения вида (3.28), заменив в них обозначения на ина. Размер вектора состояния системыпри этом равен восьми.

Уравнение состояния имеет вид:

,(6.35)

где ;

;

, при этом

; ;;;.

Матрицы в уравнении (6.35) составлены из блоков, взятых из уравнений (3.26), (3.27) и (6.24).

Если в качестве наблюдаемого вектора взять выходных сигналов измерителей, следящих за задержкой кода, получим комплексную систему со слабой интеграцией. Вектор наблюдения имеет вид:

, (6.36)

где –-мерная функция;– число принимаемых спутников;– вектор дискретного белого шума с известной диагональной корреляционной матрицей.

-тая строка функции, называемая псевдодальностью-того спутника, равна:

, (6.37)

где – скорость света;– дальность от объекта до-того спутника.

Оценку комплексной обработки получаем с помощью расширенного фильтра Калмана. Для этого находим производную нелинейной функциив точке:

, (6.38)

где ,и– направляющие косинусы отрезка, соединяющего объект и-тый спутник;;

;.

Далее с помощью выражений (5.41 – 5.46) определяем оптимальный коэффициент усиления и составляем уравнение фильтрации.

. (6.39)

Рассмотрим структуру разности .-тая строка разности имеет вид, и представляет собой разность между измеренным и прогнозируемым значениями псевдодальности. Экстраполированные значения составляющих векторавычисляются с помощью уравнения экстраполяции.

. (6.40)

Автономные данные, используемые при экстраполяции, содержатся в слагаемом .

Для прогноза используются результаты экстраполяции вектора состояния и координаты спутника , полученные с помощью так называемого эфемеридного расчета. Расчет координат спутника основан на данных, содержащихся в информационном сообщении этого спутника.

Используя выражения (6.39) и (6.40) построим структурную схему фильтра (рис. 6.12). В этой схеме автономные данные не используются в измерителях задержки для повышения их помехоустойчивости. При кратковременном подавлении радиосигналов помехами комплексный фильтр переходит в режим экстраполяции с использованием автономных данных. Точность определения координат в комплексном фильтре будет выше, чем в автономной системе, так как составляющие автономной скорости в фильтре корректируются поправками ,и.