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

где

Сделаем ряд упрощающих предположений. Предположим, что летательный аппарат находится в полете тяготения одного небес­

ного тела (или заменим действие нескольких тел одним эквива-

П

Здесь, как обычно.

О JL Н>0~

Из уравнения (3.54) следует, что система может быть сделана устойчивой при условиях

одна пара простых комплексных корней с отрицательными вещест­ венными частями. Поскольку при комплексных корнях процессы в системе можно сделать наиболее короткими, то выбор переда­ точных чисел k$ и следует производить из этого условия.

154

В астроинерциальной системе, путем выбора передаточных чи­ сел k3 и можно получить любую частоту незатухающих колеба­ ний при оптимальном затухании. Так, например, при полете в поле тяготения Солнца период инерциальной системы вместо несколь­ ких сот дней можно сделать равным нескольким дням или часам.

Погрешности навигации

Причинами погрешностей навигации являются погрешности ■астрономических измерений, погрешности в задании масс, размеров и координат небесных тел, погрешности автокомпенсации и ин­ струментальные погрешности акселерометров, интеграторов, вычи­

Сделаем приближенную оценку погрешностей навигации; для этого воспользуемся предположениями о постоянстве коэффициен­ тов левых частей уравнений (3.56). В этих предположениях опера­

155-

ционные решения уравнений (3.56) при нулевых начальных усло­ виях можно представить в виде

номов в числителях (3.57) не выше степеней полиномов в знаме­ нателях.

Из выражения (3.57) следует, что если все корни полинома (3.58) вещественные отрицательные или комплексные с отрица­ тельными вещественными частями, то движения в системе будут

частоте и может быть сделано достаточно малым.

Если астронавигационная информация не поступает в инерци­ альную систему (из-за потери видимости светил), то полином (3.58)

Появляются вещественные положительные и мнимые корни, и си­ стема становится неустойчивой. Однако нарастание погрешностей

растают незначительно.

Найдем установившиеся значения погрешностей навигации ДА'у.-т, ДКуст, iZ ycT в предположении, что исходные погрешности не зависят от времени и система корректируется астрономической на­ вигационной информацией. Если воспользоваться тем, что в режи­ ме форсированного устранения погрешностей Ы> со0 и й2> т)2,

/)2, т)2. А, В, С, то из (3.56) получаем приближенные соотношения:

15(5

Отсюда следует, что погрешности навигации, вызванные неточ­ ностью акселерометров (Дах п, Дау п, Дог п), уходом гироплатформы

(дахТ, Лауг, Да2Г) и неточной компенсацией ускорений (&gxK, Д^гк, Д^г к)? уменьшаются обратно пропорционально квадрату час­ тоты й5. С этой точки зрения увеличение частоты й при оптималь­ ном затухании не только способствует быстрому затуханию пер­ вичных погрешностей, но также приводит к уменьшению устано­ вившихся погрешностей, вызванных указанными причинами. Что касается погрешностей ДА",,, ДКП, ДZп,тo они не зависят от частоты й и целиком воспроизводятся системой. Отсюда следует, что погреш­ ности астроинерциальной системы в измерении координат не могут быть меньше погрешностей, вносимых астронавигационной информацией. Поэтому к точности астроизмерений следует предъявлять высокие требования.

Таким образом, астроинерциальная система может работать

вследующих трех режимах:

—в режиме «памяти» при отсутствии видимости небесных тел, при котором погрешности непрерывно накапливаются;

—в режиме форсированного устранения погрешностей в опре­

делении координат местоположения (й 0,о);

— в режиме нормальной работы, когда собственная частота системы близка к частоте обращения летательного аппарата во­

круг небесного тела (й > ]/ 2 а>0).

При этом погрешности в измерении скорости и координат мес­ тонахождения достаточно малы. Из изложенного следует, что орга­ ническое объединение астрономической и гироинерциальной систем позволяет создать комплексную астроинерциальную систему, обла­ дающую оптимальными динамическими характеристиками (устой­ чивость, демпфирование, сокращенный период) и измеряющую ко­ ординаты и скорости с допустимыми погрешностями.

§ 3.6. САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ

Комплексные самонастраивающиеся системы обладают важ­ ным достоинством: имеющаяся в ее распоряжении навигационная информация используется для уменьшения погрешностей и време­ ни переходных процессов. Однако такие системы еще не обладают достаточной надежностью. При выходе из строя какой-либо изме­ рительной системы, особенно основной системы счисления пути, работа комплексной системы может быть нарушена.

Самоорганизующаяся комплексная система, обладая ценными свойствами самонастраивающейся системы, кроме этого, может изменять состав и структуру системы в зависимости от условий по-

157

лета и степени неисправности отдельных агрегатов. При этом ра­ ботоспособность комплексной системы сохраняется даже при выходе из строя значительной ее части, что обеспечивает большую надежность выполнения навигационной задачи. В составе ком­ плексной системы содержится так называемый автомат самооргани­ зации (фиг. 3.8), который связан с навигационными корректорами (АО — астроориентатор, РЛ — радиолокационный визир, РНС — радионавигационная система, ДП —допплеровская радиолокацион­ ная система) и гироинерциальной системой (ГО), принятой за ос­ нову. Вычисление всех математических задач комплексной систе­ мы и выработка управляющих сигналов на автопилот (АП) произ­ водится вычислительным центром.

Автомат самоорганизации выполняет следующие функции:

— производит периодическую проверку всех агрегатов ком­ плексной системы путем, например, решения задачи с известным ответом:

--- автоматически выключает неисправное оборудование и под­ ключает аналогичное запасное Сили дублирующее) оборудование, предусмотренное программой;

— сигнализирует о состоянии работы комплексной системы. Принцип действия автомата самоорганизации можно уяснить на блок-схеме (фиг. 3.9). Система управления автомата подключает

Сигнализатор

Фиг. 3.9. Блок-схема автомата самоорганизации

158

для проверки очередной объект комплексной системы (астроориентатор, гироориентатор и др.)> а вместо этого объекта в комплекс­ ную систему вводится дублирующий объект или выходной сигнал проверяемого агрегата заменяется сигналом из генератора эталон­ ных выходных сигналов. На вход проверяемого объекта подается сигнал из генератора эталонных сигналов. По окончании переход­ ного процесса выходной сигнал проверяемого объекта сравнивается с эталонным сигналом, вырабатываемым генератором выходных сигналов. Величины эталонных входных и выходных сигналов под­ бираются в соответствии с параметрами проверяемого агрегата. Разность выходного и эталонного сигналов подается в анализатор. Если разностный сигнал не превосходит допустимой величины, то проверяемый объект считается исправным и пригодным к работе. В этом случае анализатор дает сигнал в систему управления авто­ матом, в результате действия которого производится включение проверяемого агрегата для работы в комплексную систему и под­ ключение следующего агрегата для проверки. Если же разностный сигнал превосходит допустимые пределы, то анализатор дает си­ гнал в программное устройство. Это устройство в соответствии с заранее составленной программой подключает в комплексную систему вместо неисправного объекта такой объект, который в дан­ ных условиях может выполнять соответствующие функции наилуч­ шим образом. Одновременно с этим неисправный агрегат подвер­ гается периодической проверке с целью выявления его работоспо­ собности в случае устранения неисправности. В некоторых случаях прекращение работы объекта или появление неисправности носит временный характер. Так, например, фотоэлектрические следящие системы за небесными светилами прекращают работу в случае от­ сутствия видимости светил. При возобновлении видимости светил фотоследящие системы вновь приобретают работоспособность.

Если выключенный из состава комплексной системы неисправ­ ный объект возобновил свою работу, то он автоматически подклю­ чается в комплексную систему. Для увеличения достоверности про­ верки автомат самоорганизации, кроме проверки эталонными си­ гналами, производит также сравнение показаний однородных при­ боров между собой. Если два однородных прибора в результате проверки эталонными сигналами оцениваются как исправные и разность их показаний не превосходит допускаемого, то они счи­ таются вполне пригодными для работы. В случае, если один из приборов с помощью эталонных сигналов был забракован и его показания существенно отличаются от другого однородного при­ бора, то его неисправность считается достоверно установленной. Возможны и такие случаи, когда забракованный эталонными си­ гналами объект при сравнении своих показаний с другим исправ­ ным не обнаружит существенной разницы в показаниях. В этом случае подвергается сомнению исправность самого автомата само­ организации. Дальнейшая проверка должна производиться с по­ мощью дублирующих устройств, предусмотренных в автомате са­ моорганизации. Полное время последовательной проверки комплек­

159

риантных демпфированных инерциальных систем с произвольным периодом. ДАН

СССР, том 125, № 5, 1959.

4. А. Ю. И ш л и н с к и й . К теории гироскопического маятника. Приклад­ ная математика и механика, т. XXI, в. 1, 1957; Теория двухгироскопической вер­ тикали. Прикладная математика и механика, т. XXI, в. 2, 1957; Об уравнениях задачи определения местонахождения движущегося объекта посредством гироско­ пов и измерителей ускорений. Прикладная математика и механика, т. XXI, в. 6, 1957.

циальных демпфированных систем с произвольным периодом, инвариантных по от­ ношению к маневрированию объектов. Известия АН СССР. Энергетика и автома­ тика, № 3, 1959.

161

ОГЛАВЛЕНИЕ

163