1. Использование срнс для определения ориентации

Определение ориентации с помощью СРНС главным образом основывается на исполь­зовании идеи приема сигналов СРНС на разнесенные антенны. При этом между антеннами образуются базы, на которых вычисляется разность фаз сигналов, принимаемых на каждую антенну. Эта разность пропорциональна соответствующему углу между осевой линией базы и направлением на НКА. Если имеется несколько таких баз, то полностью вычисляются со­ответствующие углы ориентации [1]. Метод реализован, в частности, в образцах аппаратуры Ashtech 3DF, Trimble Vector, NovAtel GPSCard™. В табл. 11.1 приведены {зезультаты оценки расхождений показаний этих средств на судне водоизмещением 1600 т с показаниями ИНС (а следовательно, и согласия с ними) [1].

Различие в точности определяется базовыми расстояниями, т.е. расстояниями между антеннами. Антенны аппаратуры фирмы Trimble Vector были расположены ближе всего друг к другу (около 2 м) тогда, как базовые расстояния для аппаратуры 3DF фирмы Ashtech и GPSCard™ фирмы NovAtel были более 9 м.

Приводятся также результаты (табл. 11.2) оценки расхождений в показаниях аппара­туры 3DF (4 антенны, расположенные на концах прямоугольника 5,4 на 4,1 м) и GPSCard™ (3 антенны) при практически идентичном расположении их антенн на исследовательском судне в других экспериментах. При этом использовались как прямые вычисления (столбцы 4 и 5), так и метод наименьших квадратов (МНК).

Таблица 11.1. Согласие между показаниями ИНС и приемников GPS, град.

Параметр ориентации	Вероятность, р=68%	Вероятность, р=95%
Курс 3DF	0,04	0,08
Продольный крен 3DF	0,05	0,11
Поперечный крен 3DF	0,05	0,11
Курс Vector	0,15	0,39
Продольный крен Vector	0,16	0,42
Поперечный крен Vector	0,15	0,31
Курс GPSCard™	0,026	0,052
Продольный крен GPSCard™	0,040	0,084
Поперечный крен GPSCard™	0,048	0,097

Таблица 11.2. Расхождения в показаниях приемников 3DF и GPSCard™

Параметр	Среднее значение, угловые мин, МНК	СКО, угловые мин, МНК	Среднее значение, угловые мин	СКО, угловые мин
Курс	3,97	5,4	5,3	6,6
Продольный крен	-0,43	6,7	2,2	8,1
Крен	-12	14,8	-12,6	16,2

Для конфигурации расположения антенн аппаратуры GPSCard™ на гидрографическом судне (рис. 11.1) в табл. 11.3 приведены величины (СКО) расхождений в определении углов ориентации по данным системы GPS и с помощью ИНС в 2-х сериях испытаний.

жия антенн гояния между точками:

1 - 2 42,7 м

1. 3 26,5м

1. -4 26,7м

2. 3 17,9 м

2. - 4 17,8 м

3. 4 11,9м

Рис. 11.1. Конфигурация расположения антенн аппаратуры GPSCard™ на гидрографическом судне

Таблица 11.3. Расхождения (СКО) в показаниях GPSCard™ и ИНС

Параметр ориентации	I-я серия, градусы	П-я серия, угловые минуты
Курс	0,015	0,87
Продольный крен	0,013	0,80
Крен	0,044	2,65

Сочетание метода определения ориентации с помощью приемников СРНС с возмож­ностями других средств ориентации (например, ИНС) исследовалось применительно к авиа­ции в [2-10].

В [11] рассмотрен другой метод, основанный на определении составляющих скорости GPS-приемником, работающим от одной антенны, и их обработке с помощью фильтра Калма- на с последующими вычислениями путевого угла, а также углов крена и тангажа (рис. 11.2). Для проверки метода был выбран приемник NovAtel GPS. В качестве эталонного использо­вался спутниково-инерцнальный комплекс (Rockwell Migit). Летные испытания были прове­дены на одномоторном самолете Piper Arrow в условиях средней турбулентности атмосферы при скорости ветра 52 км/ч на различных этапах полета. Оценивались показания индикаторов того и другого средства. Оценка летного состава положительна, что позволяет рекомендовать использование метода в качестве резервного.

ориентации

Рис. 11.2. Упрощенная блок-схема определения углов ориентации подвижного объекта

Ряд работ посвящен определению углов ориентации космических аппаратов. Так, в [12] приведены результаты исследования метода пространственной ориентации вращающегося КА при использовании 4-х предварительно неориентированных антенн. В [13] исследуется метод обработки измерений, позволяющий получать углы ориентации КА с помощью 2-х базовых линий на основе вектора измерений 2-го порядка, состоящего из двойных разностей фаз. При­ведены результаты моделирования, подтверждающие возможность использования метода на КА. В [14] описан интерферометрический метод определения ориентации КА и его реализа­ция с помощью приемника GPS и микромеханических инерциальных датчиков. Метод и тех­нические средства предназначены для использования на небольших связных КА с ограничен­ной энергетикой в тех случаях, когда необходимо определять направление с точностью по­рядка 0,1.. 0,5°. В [15] рассмотрены аспекты определения углов ориентации для малых КА при использовании одной антенны приемника GPS. Исследование проведено применительно к первому португальскому микроспутнику PoSAT-1. Показана возможность определения углов крена и тангажа с точностью 3°, а курса 10° соответственно.

В работе [16] рассмотрены вопросы реализации функции ориентации с использованием очень коротких баз (от 4 до 90 см), реализуемых на гидроакустических буях в Арктике в ходе наблюдений, выполняемых канадскими вооруженными силами. Буи должны работать на ши­ротах выше 80° и определять направление с точностью не хуже 5^е. В ходе работ с приемника­ми GPS Canadian Marconi СМТ 8700 и Motorola VPOncore были получены вполне удовлетво­рительные результаты. Аналогичной проблеме посвящена работа [17] применительно к КА. В [18] приведены результаты оценки возможностей определения положения и ориентации вра­щающейся ракеты. В [19] исследованы возможности комплексной системы определения ори­ентации, предусматривающей использование двух приемников GPS, компаса и волоконно- оптического гироскопа. Показана возможность определения азимута с точностью 0,5°, а вер­тикали - 1,4°, а также возможность беспрерывной работы в условиях городской застройки.