Лабораторная работа №6,7,8 «Комплексирование навигационных систем беспилотного маневренного ла»

Задание

Целью данных лабораторных работ является изучение студентами принципов и особенностей комплексирования современных бортовых навигационных систем современных и перспективных маневренных ЛА с использованием программно-математического обеспечения, предназначенного для обеспечения следующих функций:

• Моделирование неуправляемого движения маневренного ЛА;

• Моделирование процессов функционирования контура стабилизации маневренного ЛА;

• Моделирование процесса навигационных определений бортовым интегрированным комплексом в различных вариантах комплексирования.

В результате выполнения лабораторных работ студенты должны:

• Познакомиться со структурой программного комплекса моделирования процесса управоляемого полета маневренного ЛА и моделями информационных приборов.

• Используя возможности программного комплекса в режиме имитационного моделирования провести исследования эффективности бортовой интегрированной навигационной системы.

Указания к выполнению

Функциональная схема интегрированной бортовой системы беспилотного вертолета

На рис. 7.1. приведена функциональная схема интегрированной бортовой системы беспилотного вертолета, основанной на использовании слабо связанной схемы комплексирования данных БИНС, СНС, радиобаровысотомера и корреляционно-экстремального алгоритма навигации (КЭАН), обрабатывающего данные РЛС или ЛЛ.

Рис. 7.1

Расширенный фазовый вектор состояния вертолета, включающий координаты ц.м. вертолета ,, компоненты вектора скорости, вектор абсолютной угловой скорости вертолета, вектор кажущегося ускорения, а также Эйлеровы углы ориентациипоступают в ПНК в соответствии с частотой его работы. Блок чувствительных элементов БИНС реализует измерения акселерометров и ДУСов, являющиеся исходной информацией для навигационного алгоритма БИНС. Результатом процесса функционирования БИНС являются оценки координат ц.м. вертолета, компонент вектора скорости, а также Эйлеровых углов ориентации вертолета. Параллельно с БИНС с требуемой частотой реализуются навигационные РБВи приемника СНС. Полученная совокупность навигационных решений поступает в интегральный фильтр Калмана, где происходит комплексирование выходных данных подсистем и коррекция базового навигационного решения и параметров чувствительных элементов БИНС.

Одновременно с БИНС и СНС функционируют бортовая РЛС (или ЛЛ), выходные данные которой поступают на вход корреляционно-экстремального алгоритма навигации (КЭАН), осуществляющего привязку текущего кадра РЛС (ЛЛ) к цифровой карте местности (эталону сцен), хранимой на борту вертолета. Полученное навигационное решение поступает на вход интегрального фильтра Калмана, использующего выход КЭАН в случае деградации комплекса. Под деградацией комплекса здесь понимается ухудшение точностных характеристик базового навигационного решения, например, вследствие отсутствия сигналов СНС.

Навигационное решение бортового интегрированного комплекса поступает на вход так называемого «идеального пилота», представляющего собой элемент контура управления, вырабатывающий на основе данных ПНК и бортовой цифровой карты местности (эталона сцен) сигналы командного управления для реализации МВП, формирующие команды на отклонение органов управления вертолета.

Ниже рассмотрены математические модели и алгоритмы, образующие функционально-программный прототип бортовой интегрированной системы перспективного беспилотного вертолета в режиме МВП.

Математическая модель динамики управляемого движения вертолета

В данном разделе приводится специальная математическая модель динамики вертолета, включающая систему линеаризованных в окрестности так называемых балансировочных траекторий дифференциальных уравнений, и уравнения обратных связей обеспечивающих режимы стабилизации и траекторного управления с использованием введенной выше модели «идеального пилота». Использование подобной модели динамики объясняется следующими причинами [7.3]:

1. Более детальная модель движения вертолета, описывающая, в частности, механизм создания аэродинамических сил и моментов несущим винтом с учетом особенностей обтекания лопастей винта, аэродинамического взаимодействия винтов и корпуса вертолета требует «привязки» к конкретной модификации вертолета и, следовательно, не отвечает целям изучения особенностей маловысотного полета с точки зрения динамических возможностей вертолета при маневрах, осуществляемых при таком полете. Действительно, при изучении особенностей движения вертолета при совершении маневров типа «обход» и «облет» решающее значение имеют такие факторы, как точность решения навигационной задачи и запаздывание, вносимое автопилотом и «идеальным пилотом» [7.1, 7.2].

2. Использование стандартных обратных связей и «идеального пилота» позволяет более отчетливо выявлять влияние навигационных ошибок на динамику маневров вертолета при маловысотном полете.

Таким образом, специальная частично линеаризованная модель обеспечивает:

• формирование траекторий вертолета в необходимом диапазоне изменения скорости и высоты МВП;

• адекватную (с учетом ограничений на маневренные возможности) реакцию вертолета на воздействия управляющих и возмущающих факторов;

• формирование балансировочной траектории при отсутствии управляющих воздействий.