2. Погрешности автономных навигационных систем
Погрешности БИНС можно разделить на два типа: методические и инструментальные.
Методические погрешности БИНС обусловлены способом проведения измерений. К ним обычно относят ошибки, вызываемые, например, неточным знанием структуры и параметров гравитационного поля Земли и количественных характеристик ее формы. Сюда же следует причислить погрешности, обусловленные упрощением алгоритмов. Обычно основная часть методических погрешностей успешно компенсируется.
К инструментальным ошибкам, возникающим вследствие погрешностей инерциальных датчиков и вычислительного устройства, относятся, например, случайный дрейф гироскопов, нестабильность масштабных коэффициентов датчиков момента гироскопов и акселерометров, погрешности передачи информации. Причиной ряда других ошибок служат конструкционно – технологические факторы: погрешности выполнения посадочных баз под инерциальные датчики, а также нестабильность взаимного положения этих баз, погрешностями начальной выставки, состоящими из неточности внешней информации и ошибок устройств ввода данной информации в БИНС.
Рассматривая реакцию автономной БИНС на определенные возмущающие факторы, можно сделать выводы о характере погрешностей БИНС.
Доминирующее влияние на суммарную погрешность БИНС в определении пройденного пути оказывает скорость дрейфа гироскопов. Систематическая скорость дрейфа гироскопов вызывает нарастающую со временем составляющую погрешности БИНС, а также колебательную составляющую с периодом Шулера.
Нарастающая с течением времени скорость дрейфа обуславливает появление погрешности БИНС, которую также можно представить в виде двух составляющих. Первая составляющая изменяется пропорционально квадрату времени функционирования БИНС, а вторая составляющая совершает колебания с периодом Шулера.
Модель погрешностей одного горизонтального канала БИНС [].
(1)
где
Здесь
–
ошибки ИНС в определении скорости, 
–
углы отклонения вычислительной системы
координат относительно сопровождающего
трехгранника, 
–
скорость дрейфа гироскопа; g
– ускорение свободного падения; В
– смещение нуля акселерометра, B
= 10-2;
R
– радиус Земли; Т
– период дискретизации; 
–
средняя
частота случайного изменения дрейфа
гироскопа; 
– дискретный аналог белого гауссового
шума.
Предполагается, что измеряется только первая компонента вектора состояния, т.е.
(2)
где
– вектор измерений; 
;
– измерительный шум, который представляет
собой дискретный аналог белого гауссового
шума; 
и
– независимые
процессы.
Приведенные уравнения ошибок БИНС в дискретной форме используются в дальнейшем в алгоритме оценивания.
3. Анализ погрешностей навигационных систем
На каком бы движущемся объекте ни была установлена БИНС, принцип ее работы сохраняется неизменным: координаты объекта определяют, интегрируя уравнения движения его центра масс в инерциальной системе координат. Ускорение центра масс измеряют акселерометрами, ориентация осей чувствительности которых осуществляется с помощью гироскопов. В то же время разнообразие объектов, различие их траекторий, параметров и времени движения обусловливают существенные особенности БИНС как в теории, так и при их технической реализации.
Одна из основных характеристик БИНС — время работы, т. е. время непрерывного решения навигационных задач. При длительной работе БИНС возникает необходимость в калибровке и последующем учете параметров дрейфа гироскопов, коэффициентов передачи и смещения нулей акселерометров. Часто это выполняют непосредственно на движущемся объекте при работающей БИНС.
В любых БИНС, предназначенных для объектов, перемещающихся в околоземном пространстве, тем или иным способом моделируются инерциальный трехгранник и вертикаль места. Характерной временной константой вертикали является период Шулера Тш = 84,4 мин. Модель инерциального трехгранника совершает колебания с периодом, близким к периоду вращения Земли Тс.
Сведем достоинства и недостатки БИНС и СНС в таблицу 1 [22]:
Системы |
Достоинства |
Недостатки |
БИНС |
Автономность; высокий темп выдачи координат, скорости и углов ориентации; возможность выработки динамических параметров; аппаратное дублирование. |
Накопление ошибок; проблема начальной выставки и калибровки; проблема определении курса у полюса; зависимость точности от гравитационных аномалий. |
CHC |
Нет накапливающихся ошибок; нет зависимости от гравитационных аномалий; Малое время готовности; нет зависимости от широты; измерение времени. |
Низкая скорость выдачи навигационных параметров; низкая помехозащищенность; потеря сигналов (затенение); проблема целостности; начальная неоднозначность фазовых измерений; потеря целого числа периодов. |
Таблица 1. Сравнение свойств ИНС и GPS.
Понятно, что при использовании данных от БИНС и СНС открываются возможности построения интегрированных систем, в которых сохраняются достоинства и в значительной степени снижается влияние недостатков каждого из них.