4.2 Способы оценки и прогнозирования погрешности измерительных систем.

В связи с тем, что основном вклад в погрешности БИНС вносит дрейф гироскопа, построим прогнозирующую модель его погрешности, для дальнейшей корреци.

В зависимости от характера проявления действующих на БЛА возмущений угловая скорость ухода Ω гироприборов может быть разделена на скорость ухода , не зависящую от ускорения и скорость ухода , пропорциональную разбалансировке и зависящую от ускорения. В свою очередь, в себя скорости уходаи, пропорциональные осевой и радиальной разбалансировкам соответственно. При этом величина скорости уходапримерно в 5 раз больше скорости[61].

Наиболее чувствительной к техническому состоянию гироприбора, определяющему его точностные характеристики, является составляющая . В связи с этим для разработки метода оценки и прогнозирования инструментальных погрешностей СУ перспективных БЛА использована возможность оценки и прогнозирования работоспособности гироприбора по характеру изменения скорости ухода

Метод предусматривает:

- определение стабильной составляющей скорости ухода на основании информации, полученной в результате измерения её как в процессе предыдущих испытаний, так и по замерам в данном запуске гироприборов с целью ввода поправок на эту составляющую в алгоритмы управления;

- прогноз величины стабильной составляющей скорости ухода на последующий запуск гироприбора и оценка соответствия её заданному допуску;

- определения и прогноз точностных характеристик гироприбора на время полёта ЛА по времени нахождения переменной составляющей скорости ухода в пределах заданного допуска.

Последние два пункта позволяют принять решение о возможности постановки гироприбора на борт БЛА.

Разделение общей задачи оценки и прогноза основных инструментальных погрешностей интеллектуальной системы управления на задачу определения величины стабильной составляющей скорости ухода в запуске с целью ввода соответствующих поправок в алгоритмы управления и задачу оценки и прогноза точностых характеристик гироприбора на время полёта ЛА является условным и сделано только из методических соображений удобства решения общей задачей. В действительности обе указанные задачи находятся в тесной взаимосвязи и в целом раскрывают методологические вопросы индивидуальной оценки и прогноза точностных характеристик отдельного гироприбора, а также определения и компенсации его инструментальных погрешностей.

Представим математическую модель процесса скорости ухода гироприбора в следующем виде [31]:

(4.7)

где - - скорость ухода гироприбора, полученная на основании модели;

- соответственно значения стабильной и переменной составляющих в данном запуске гироприбора;

- значение «скачка» стабильной составляющей скорости ухода гироприбора от запуска к запуску;

j, s – индексы, соответствующие изменению скорости ухода в запуски и от запуска к запуску.

В связи с тем, что ввод поправок осуществляется на величину , то для данной задачи примеми эффективность ввода поправок на стабильную составляющую скорости определяется степенью приближения моделируемой скорости ухода к её реальному значению, т.е.

при , (4.8)

где - точность оценки стабильной составляющей скорости ухода за время её измерения, не превышающего допустимое значение

При правильно выбранной структуре модели (1) погрешность оценки будет зависеть только от точности определения параметров модели, которая может характеризоваться стабильностью значений этих параметров во времени по мере накопления измерительной информации.

Для оценки стабильности параметров модели могут быть использованы следующие критерии[61]:

(4.9)

где – математическое ожидание;

Δ,,- заданные точности определения параметров модели, получаемые из условия обеспечения минимального влияния инструментальных погрешностей СУ на точность приведения БЛА в заданную область пространства;

i= 1,2,…,n – последовательность оценок параметров модели.

Исследования показали, что критерий является более чувствительным к изменению параметров модели (1).

Для оценки и прогноза точностных характеристик гироприбора по результатам прогноза величины «скачка» стабильной составляющей скорости ухода от запуска к запуску из общей модели (1) воспользуемся слагаемым характеризующим процесс изменения «скачка».

При наличии математической модели «скачков» от запуска к запуску появляется возможность осуществить прогноз её величины и сравнить с заданным допуском при условии обеспечения требуемой точности определения параметров моделипо критерию.

Для получения полной оценки прогнозируемых точностных характеристик гироприборов на время полёта БЛА и принятия решения о возможности постановки их на борт необходимо, помимо прогноза провести оценку соответствия величины переменной составляющей заданному допуску скорости ухода на время полёта БЛА,

Поведение переменной составляющей скорости ухода гироприбора может быть описано с помощью второго члена общей модели процесса изменения скорости ухода (1). При этом время нахождения в пределах заданного допуска наилучшим образом описывается с помощью смешанного распределения Вейбулла.

, (4.10)

где - параметры масштаба и формы, характеризующие время нахожденияв пределах заданного допуска и степень износа гироприбора соответственно;

- параметр положения, соответствующий конечному значению времени, до которого выход за допуск невозможен.

При допущении γ= 0 вероятность P(t) и среднее время нахжденияв заданном допуске определяются соответственно как

, (4.11)

С учетом того, что процесс изменения скорости ухода в запусках может быть описан авторегриссионной моделью типа.

(4.12)

а процесс изменения «скачков» стабильной составляющей скорости ухода - моделью типа

, (4.13)

для определения параметров моделей могут быть использованы соотношения

, (4.14)

где - разность первого порядка.

Для определения параметров Вейбулла в (4) воспользуемся методом максимального правдоподобия, то уравнения для оценки параметров будет иметь вид:

(4.15)

,

где n - количество информации о времени нахождения переменной составляющей в пределах заданного в формуляре на прибор допуска

- время нахождения переменной составляющей в пределах допуска, полученного по результатам испытаний прибора (i=1,2,…,n)

Для решения системы уравнений (9) воспользуемся методом случайного поиска, который подразумевает нахождение минимальной невязки

ΔE=, (4.16)

где - являются, соответственно, первым и вторым уравнением системы (8). В качестве начальных приближений могут быть использованы значения параметров и , полученные в результате предыдущих испытаний данного прибора или партии, и в дальнейших расчетах на каждом шаге поиска в качестве этих значений принимаются величины

(4.17)

где ;N - число шагов поиска; l - масштаб, определяемый возможными пределами изменения; ξ - нормальное распределение случайной величины.

Поиск прекращается при условии ΔE<, где- заданная точность решения.Полученные значения позволяют определить показатели.

Таким образом, разработанный метод позволяет с помощью соотношений и оценить и спрогнозировать работоспособность отдельного гироприбора СУ по его точностным параметрам. При этом прибор допускается к эксплуатации, если выполняются условия

(4.18)

где - допустимое значение «скачка» стабильной составляющей скорости ухода;- заданное значение вероятности нахождения переменной составляющей скорости ухода заданном диапазоне за время полёта БЛА.

Структура и параметры модели (1), а также среднее значения , количества запусков прибораn на заводе и значения P(t) идолжны быть определены в условиях завода- изготовителя и записаны в формуляр на гироприбор. После поступления прибора в эксплуатацию параметры модели не уточняются. В то же время в процессе испытаний гироприбора на техническом комплексе уточняют параметры Вейбулла с помощью алгоритма

(4.19)

где K, - количество запусков и парметры, определяемые по результатам испытаний гироприбора на ТК.

После уточнения ирассчтывются показателиP(t), и в соответствии с (12) по результатам испытаний гироприбор на ТК делается вывод о возможности установки его на борт БЛА. Оценку стабильной составляющейс целью ввода поправок на её величену и алгоритмы управления осуществляют на стартовом комплексе с помощью модели при значении параметраопределенном по результатам испытаний, что существенно сокращает временной интервал для оценки и прогнозирования величины стабильной составляющей скорости ухода гироприбора.

В процессе полёта БЛА помимо представленных априорных моделей целесообразно применять динамические модели, построенные на борту БЛА. Априорные модели отличаются простотой реализацией, но обладают невысокой точностью. Модели, построенные с помощью алгоритмов самоогранизации генетическими алгоритмами, имеют высокую точность и позволяют учитывать субъективные особенности измерительных систем. Модифицированная методика позволяет провести анализ результатов прогнозов в полёте и выделить наилучшую конфигурацию НК, а также определить точность выполнения БЛА поставленных задач.

3. Основные результаты и выводы.

1. Разработана математическая модель реализации навигационной системы на базе наземных навигационных передатчиков, позволяющая производить оценку точностных и надежностных характеристик АП СНС при работе в автономном и совместном режиме с СНС ГЛОНАСС на высоких широтах.

2. Разработана математическая модель компенсации погрешностей дрейфа гироскопа.

На основании результатов, можно сделать следующие выводы:

1. Комплексирование СНС с НД, радиовысотамерами обеспечивают требуемые точности определения навигационных параметров для проведения специальных работ с применением БЛА на высоких широтах.

2. В случая отсутсвия сигнала от СНС или от НД, погрешности определения координат БИНС могут быть компенсированы с помощью внутренних алгоритмов прогнозиорования.

Заключение.

Диссертация направлена на решение актуальной научно-технической задачи улучшение точностных и надежностных характеристик АП СНС при проведении специальных полётов БЛА на высоких широтах в соответствии с требуемыеми навигационными характеристиками.

В работе получены следующие результаты:

****

Список литературы.

1. Выступлением Президента РФ на заседании Совета Безопасности «О защите национальных интересов России в Арктике и Основами государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу»

2. «Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года, утвержденная 20 февраля 2013г. Президентом РФ

3. Чикагская конвенция о международной гражданской авиации.

4. Н.П.Юшкин Арктика в стратегии реализации топливно-энергетических перспектив – М.:Наука, 2006.-С.254

5. Арктика: зона мира и сотрудничества/ Отв.ред. – А.В.Загорский.-М.:ИМЭМО РАН, 2011.-195с.

6. А.И.Пилясов «Научные исследования и инновации в арктическом регионе» http://russiancouncil.ru

7. First ever release of USGS arctic offshore assessment/Offshore.-2009.

8. Arctic.info.ru

9. Arcticfrontiers.com

10. И.В. Никулина Геоэкономические тенденции в Арктике: причины, проблемы, факторы. ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет» Якутск www.rusnauka.com

11. Ю.П.Токарев «Методы управления беспилотными летательными аппаратами в общем воздушном пространстве с использованием полетной информации при автоматическом зависимом наблюдении.Санкт-петербург 2011г.

12. Б. Алешин «Перспективы развития комплексов с беспилотными летательными аппаратами на период до 2025 года. ascourier.net

13. А.Б.Сухачев Беспилотные летательные аппараты. Состояние и перспективы развития. – М.:МНИТИ,2007

14. http://www.iecca.ru

15. CNS/ATM Материалы международной конференции Россия XXI век.

16. А.А. Апполонов Улучшение точностных и надежностных характеристик аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем в высоких широтах Москва 2009 г.

17. 21russia.ru

18. https://www.eurocae.net

19. http://www.faa.gov

20. Воздушный кодекс РФ

21. Поправка №43 к международным стандартам «Правила полётов» (Приложение 2 «Конвенция о международной гражданской авиации»)

22. Федеральные правила использования воздушного пространства.

23. Федеральные авиационные правила.

24. Нормы летной годности.

25. И.С. Голубева, Ю.И. Янкевич Развитие, основы устройства, проектирования, конструирования и производства летательных аппаратов (дистанционно-пилотируемые летательные аппараты) – М.:Изд-во МАИ

26. А.Б Сухачев Беспилотные летательные аппараты. Состояние и перспективы развитя. –М.:МНИТИ,2007.

27. Bento Maria de Fatima. Unmanned Aerial Vehicles : An Overview // Inside GNSS. 2008. Vol. 3. № 1.

28. ФАП Полёты в полярных районах Северного и Южного полушария Земли

29. М.Н. Красильщиков, Г.Г. Себрякова. Управление и наведение беспилотных манёвренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий – М.:Физматлит,2003

30. Б.С.Алешин, К.К.Веремеенко, А.И.Черноморский Ориентация и навигация подвижных объектов.- М.:ФИзматлит,2006

31. В.В.Матвеев Инерциальные навигационные системы –.Изд.ТулГУ 2012г.

32. Мелешко В.В., Нестеренко О.И. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы. Учебное пособие. – Кировоград: ПОЛИМЕД , 2011.

33. В.Л.Легостаев Методы, алгоритмы и структура программно-технического комплекса бесплатформенной инерциально навигационной системы.

34. О.А. Степанов Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. – СПб: ГМЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор»,2003.

35. Ю.А,Соловьев Комплексирования глобальных спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS с другими навигационными измерителями/Радиотехника 1999г.№1

36. С. Ривкин З.М.Бирман, И.М.Окон, Определение параметров ориентации объекта бесплатформенной инерциальной навигационной системы.-СПб, : ГМЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор»,1996.

37. Соловьев Спутниковые навигационные системы

38. Тяпкин, В. Н.Методы определения навигационных параметров подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС: монография – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012.

39. А.А. Поваляев Спутниковые радионавигационные системы: время, показания часов, формирование изменений и определения относительных координат- М.:Радиотехника,2008

40. http://stat.glonass-iac.ru

41. О.А.Горбачёв Навигационное обеспечение воздушных судов гражданской авиации в условиях возмущенной ионосферы. Диссертация на соискания учённой степени доктора технических наук.,М.:2009

42. Распределение по Земному шару атмосферных помех и их характеристик. Документы X пленарной ассамблеи МККР. Отчет 322. - М: Связь, 1965

43. В.А.Борсоев Методы и средства навигационного обеспечения полётов и управления воздушными судами в высоких широтах. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук.М.,2004.

44. В.В.Лукин Состояние природной среды Антарктиды. Оператиывные данные российских антарктических станций. Санкт-Петербург ГНЦ РФ Арктический и антарктический НИИ, 2001

45. Understanding GPS: Principles and Applications / Ed. by E D. KaplanAitech House, Inc., Norwood, Massachusetts, 1996.

46. Global Positioning System: Theory and Application / Edited by B.W. Parkinson, J.J. Spilker Jr. – AIAA. Inc., Washington, vol. 1, 1996.

47. Ю.А. Соловьев Точность определение относительных координат и синхронизации шкал времени объектов при использовании спутниковых радионавигационных систем. Радиотехника ИПРЖР, 1998, №9

48. М.С.Ярлыков, А.Т.Кудинов Повышение качества функционирования спутниковых радионавигационных систем за счёт информационной избыточности//Радиотехника,1998,№2

49. М.С.Ярлыков, А.А.Базаров, С.С.Салямех. Помехоустойчивый навигационно-посадочный комплекс на основе спутниковой радионавигационной системы//Радиотехника,1996,№12

50. Ю.А.Соловьев Точность определения относительных координат и синхронизации шкал времени объектов при использовании спутниковых радионавигационных систем //Радиотехника, ИПРЖР, 1998, №9.

51. А.А.Апполонов Повышение надежности взаимодействия спутниковых радионавигационных систем и систем на базе псевдоспутников в высоких широтах. Научный вестник МГТУ ГА №150,2009

52. А.А.Апполонов Повышение надежности взаимодействия спутниковых радионавигационных систем и систем на базе псевдоспутников в высоких широтах при использовании псевдоспутников. Научный вестник №158, 2010г.

53. А.А.Апполонов, Э.В. Баринов Формирование радиопомех с изменяющейся частотой для имитации помеховой обстановки при дифференциальных методах навигации оперделений в аппаратуре потребителей СНС. Научный вестник МГТУ ГА№139, 2008г.

54. Ван Дайк К. Использование спутниковых радионавигационных систем для обеспечения требуемого уровня характеристик глобальной спутниковой системы//Радиотехника. Радиосистемы. Радионавигационные системы и комплексы,1996,№1

55. A. Jovancevic, N. Bhatia, J. Noronha, В. Sirpatil, M. Kirchner, D.Saxena. Piercing the Veil. Tests of a Flexible Pseudolite-Based Navigation System. GPS World. Mar, 2007.

56. Л.Е.Варкин Теория сложных сигналов. М.,изд-во «Советское радио»,1970.

57. Л.Е.Варкин Системы связи с шумоподобными сигналами.-М.:Радио и связь,1985

58. С.В.Кореванов

59. Д.О.Шолохов Разработка методов комплексирования и оценивания измерительных систем беспилотного летательного аппарата. Диссертация на соискания учённой степени кандидата технических наук. Москва.2012г.

60. К.А.Неусыпин, И.В.Логинова, Вопросы теории и реализации интеллектуальных систем – М.:Сигналь МПУ, 1999г.

61. А.В. Пролетарский распределенная интеллектуализированная система управления средств выведения на основе концепции системного синтеза//Труды Восьмого международного симпозиума/Под.ред К.А.Пупкова. – Москва,2008

62. Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. - М.: Медицина, 1968.

63. С. Основский Нейронные сети для обработки информации/Пер. с польского И.Д.Рудникоцкого. – М.:Финансы статистика, 2004.

64. К.А.Пупков, В.Г.Коньков Интеллектуальные системы. –Москва,2003.