книги из ГПНТБ / Селезнев В.П. Инерциальная навигация летательных аппаратов

В соответствии с этим он включает с помощью переключателя (П) необходимый навигационный корректор для сравнения его показа­ ний с показаниями навигационного автомата. Разность этих пока­ заний вводится в виде поправки в показания навигационного автомата.

Фиг. 3.1. Блок-схема комплексной полуавтоматической системы навигации

Предположим, что навигационный автомат дает на выходе по­

казания X и К, причем

где X, Y — истинные значения координат местонахождения;

&Х. ДY — погрешности.

Показания i-го навигационного корректора

При сравнении показаний будем иметь следующие разности:

К — Д К = К + ДК - (ДК - ДК,) = У + дк,.

Следовательно, после коррекции погрешности навигационного автомата доводятся до уровня погрешностей навигационного кор­ ректора. На фиг. 3.2 показан график возможного изменения резуль­ тирующей погрешности навигационного автомата во время полета

(Д5 = 1/ ГдТ'8+ДКа).В интервале времени от 0 до t x навигационный автомат накапливает погрешность. В период времени от tx до происходит коррекция погрешностей, в результате чего уровень по­ грешностей снижается до Д5,.

134

Далее процесс повторяется с коррекцией ошибок навигацион­ ного автомата в интервалах времени от ts до t*, от ts до fe и т. д

Ф и г. 3.2. График изменения результирующей погрешности навигационно­ го автомата после периодической коррекции

Процесс полуавтоматической коррекции погрешностей навига­ ционных систем связан с определенной затратой времени и труда со стороны пилота. Поэтому желательно, чтобы интервал времени между двумя очередными коррекциями был как можно больше. Допустимая продолжительность интервала времени Тяоп между двумя проверками определяется из условия, чтобы накапливаемые погрешности навигационного автомата не превосходили допусти­ мые погрешности ЛД0П и ДКдоп:

скорости и скорости ветра; Д7 и Д§ — погрешности в измерении истинного курса и на­

правления ветра.

Поскольку все эти погрешности носят случайный характер, то можно воспользоваться среднеквадратической погрешностью в из­ мерении путевой скорости:

Д W x = Y {ДУ sin Т)2 + ( W cos Т)2 + (Ду sin °)2 + (Д^и cos8)2;

AWy — Y (ДУ cosf)2-f- (Д т^stn 8)2 -j- (An cos 8)2-|-(Д8и sin 8)2.

Полагая, что в интервале времени между двумя коррекциями среднеквадратические погрешности меняются несущественно, мо­ жем определить допустимую продолжительность 7'доп следующим образом:

135

Так, например, при погрешности AU7, составляющей 5% путе­ вой скорости, которую примем равной 1000 км/час, допустимых по­ грешностях ДЛ"доп = АКД0П= Ю км и погрешностях коррекции АЛ", = А У) =- 2 км получим 7Д0П*= 13,6 мин.

Одним из способов увеличения интервала времени между дву­ мя очередными коррекциями является использование не только самих поправок к координатам, но и средних производных от по­ правок:

АА'ср = . Д^ср = (3 .8 )

где Т — время между двумя очередными коррекциями Поправки ДЛ'ср и Л Кср суммируются с соответствующими сиг­

налами, идущими на вход интеграторов навигационного автомата. Введение средних производных от поправок позволяет увели­

чить длительность 7’доп в два-три раза.

Полуавтоматическая комплексная систем а навигации

сдопплеровским изм ерителем скорости в качестве основы

Радиолокационный допплеровский измеритель скорости изме­ ряет составляющие путевой скорости по направлениям продольной и поперечной осей летательного аппарата. Полученный таким путем

вектор путевой скорости W проектируется с помощью курсовой системы по направлениям навигационной системы координат. Из­ меренные навигационным автоматом координаты равны:

i t

136

Предположим, что в качестве курсовой системы применяется гирополукомпас, погрешность которого может быть представлена в виде:

где а„ — начальная погрешность гирополукомпаса и

u>r — угловая скорость ухода гироскопа в азимуте, являющи­ еся неизвестными величинами.

Произведем две очередных коррекции через интервалы време­ ни Т\ и Т2. Поправки после первой коррекции равны:

АХ, = ДЛ'д , - Д А Д , :

где АХп , АХ{и, ДУп , Д К<и-— погрешности корректора.

Сделаем допущение, что в интервале между коррекциями курс и скорость летательного аппарата менялись незначительно и их можно принять за постоянные величины.

G учетом этих допущений получим из уравнений '(3.11), (3.12),

Wj,2 — средние значения путевой скорости в интервале вре­ мени Т\ и 7’2;

<оСр — средняя скорость ухода гироскопа.

Из уравнений (3.15) могут быть найдены составляющие по­

137

После вычисления а0 и ш*р может быть введена поправка в показа­ ния гирополукомпаса на угол

Благодаря этому компенсируется средняя скорость ухода ги­

роскопа в азимуте.

Таким образом, в комплексной системе с допплеровским нави­ гационным автоматом коррекция от других навигационных систем может быть использована не только для устранения погрешностей в измерении координат, но и для уменьшения погрешностей курсо­ вой системы. Это в свою очередь позволяет увеличить интервал времени между очередными коррекциями.

§33 САМОКОРРЕКТИРУЮЩИЕСЯ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

СНАВИГАЦИОННЫМ АВТОМАТОМ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВЫ

Самокорректирующая навигационная система основана на применении навигационного автомата счисления пути, который автоматически корректируется от наземных радионавигационных средств или бортовых навигационных корректоров.

Благодаря автоматическому самокорректированию, обеспечи­ вается большая точность и надежность комплексной системы, чем это возможно в каждом навигационном приборе в отдельности.

Основной проблемой при использовании данных о местона­ хождении летательного аппарата, полученных из разных источни­ ков, является определение того, каким данным верить. Для реше­ ния этой задачи необходимо иметь устройство, которое позволяет автоматически «взвешивать» достоверность навигационной инфор­ мации различных корректоров. Если достоверность высока, то си­ гналы такого корректора используются для введения поправок в навигационный автомат. При этом используется различие в ха­ рактере .погрешностей навигационного автомата и навигационных корректоров. Навигационный автомат отличается высокой надеж­ ностью и непрерывностью работы, однако его погрешности моно­ тонно возрастают. Навигационные корректоры могут работать дискретно, и их погрешности не накапливаются, а изменяются в широком спектре частот. В связи с тем, что спектры частот нави­ гационного автомата и корректоров существенно различаются между собой, то эти системы могут дополнять друг друга.

Методика самокоррекции сводится к следующему. На основе анализа инструментальных и методических погрешностей устанав-

138

ливают полную погрешность счисления пути т| % (для навигацион­

то показания навигационного корректора полагаем надежным. При этом в показания навигационного автомата вносится поправка. Когда разница в показаниях превосходит допускаемую величину, то надежность сигнала навигационного корректора подвергается сомнению. Причинами большого рассогласования могут быть не­ правильные сведения о скорости ветра или чрезмерные погрешно­ сти корректора.

Выходныг

ПК

5)

Ф и г. 3.3. Схема самокорректирующейся навигационной си­ стемы с навигационным автоматом в качестве основы:

л —блок-схема; б —структурная схема; « —амплитудно-частотная характери­ стика фильтра

В связи с этим сигнал корректора запоминается, но поправки: в показаниях навигационного автомата не вводятся. Если при по­ вторных сравнениях показаний их разность сохраняется и превос­ ходит допуск т>, то надежность показаний навигационного коррек­

139

тора возрастает и соответствующие поправки подаются в датчики скорости и курса навигационного автомата. Весь этот процесс ана­ лиза и коррекции выполняется счетно-решающим устройством автоматически и непрерывно. При этом счетно-решающее устрой­ ство учитывает величину рассогласования, продолжительность времени между двумя очередными коррекциями, точность счисле­ ния и особенности навигационных корректоров. Методику подбора фильтра, через который проходят поправки в навигационный авто­ мат, можно установить из анализа структурной схемы на фиг. 3.3,6.

Выходные параметры навигационного автомата — составляю­ щие пройденного расстояния по меридиану и параллели— равны:

где W u и W„ — составляющие путевой скорости на меридиан и па­ раллель. Полагая, что выходные параметры SM, S„ и координаты

S M, S„, измеренные корректором, имеют погрешности, так что

где Su, S „ — истинные значения координат;

-погрешности навигационного автомата.

РР

Всоответствии со структурной схемой получим следующие уравнения:

140

Учитывая (3.19) и (3.18), получим следующие значения погрешно­ стей в. измерении составляющих скорости:

'2diо, р 4 «1

Д И 4 ;

р 2 4- 2du>j р 4 - «1

2 d w 2p -[- «2

Щ ,.

р 2 4 - 2 d <»2р - f со*

Коэффициент демпфирования d может быть около единицы. Время переходного процесса при d = 1 определяется величиной

(3 : 4) 1 .

'«1,2

Чем выше достоверность показаний навигационного корректора, тем меньше должно быть время переходного процесса. При малом «весе» (или малой достоверности) навигационной информации, по­ лучаемой от корректора, время переходного процесса должно со­ ставлять суммарную длительность 2—3-х интервалов времени меж­ ду очередными коррекциями. Следовательно, для каждого нави­ гационного корректора подбираются индивидуальные фильтры с со­ ответствующими передаточными функциями Ф, (р) и Ф2 (р).

Реакция навигационного автомата на погрешности корректо­

ра, меняющиеся с частотой и амплитудой Ди^ом. может быть установлена из амплитудно-частотной характеристики (фиг. 3.3,е).

Замечаем, что характерные для навигационных корректоров высокочастотные погрешности не вызывают заметных погрешно­ стей у навигационного автомата.

Если навигационный корректор не включен, то навигационный автомат работает в режиме «памяти» и на входы интеграторов в цепи коррекции не поступает каких-либо сигналов. Навигацион­ ный автомат получает с выходов этих интеграторов постоянные си­ гналы поправок AU/Mи Alt’7,,, которые компенсируют составляю­ щие скорости ветра и его инструментальные погрешности.

Таким образом, в самокорректирующихся навигационных си­ стемах отпадает необходимость измерений и вычислений скорости ветра, а также ручных операций по вводу поправок в навигацион­ ный автомат.

Самокорректирующиеся системы обладают повышенной поме­ хозащищенностью, так как сигналы помех, воспринимаемые кор­ ректорами, не вызывают накапливающихся погрешностей у нави­ гационного автомата.

§3.4. САМОКОРРЕКТИРУЮЩИЕСЯ КОМПЛЕКСНЫЕ

АСТРОИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ

Дстроинерциальные ориентаторы являются наиболее точными автономными системами навигации. Однако им свойственны недо­ статки: при ненулевых начальных условиях, а также после полета

141

без видимости небесных светил возникают незатухающие колеба­ ния инерциальной вертикали и соответствующие погрешности на­ вигации. Демпфирование этих колебаний только за счет внутренних связей в инерциальной системе, как это было показано выше, свя­ зано с нарушением инвариантности по отношению к ускорениям летательного аппарата и появлением больших погрешностей. В связи с этим перед самокорректирующимися системами ставится задача получения приемлемого переходного процесса в астроинерциальной системе за счет дополнительной навигационной инфор­ мации при сохранении инвариантности по отношению к ускорениям летательного аппарата. Одновременно с этим должна быть увели­ чена точность и надежность измерения скорости полета и коорди­ нат местонахождения. Для изменения периода колебаний и их демпфирования необходимо иметь информацию о скорости или координатах местонахождения, полученную каким-либо другим не­ инерциальным методом.

Будем полагать, что в состав комплексной системы включены различные навигационные корректоры. На фиг. 3.4 представлены две структурные схемы, в которых изменение динамических свойств астроинерциального ориентатора осуществляется от навигацион­

а)

б)

Фиг. 3.4. Структурные схемы самокорректирующихся комплексных астроинерциальных систем навигации

tf-cxc.ua к о р р е к ц и и ш> к о о р д и н а т е : о — сх е м а к о р р е к ц и и по скорости

142