Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
New1_L.doc
Скачиваний:
34
Добавлен:
19.09.2019
Размер:
5.73 Mб
Скачать

1.2.5. Простейшая модель ошибок построения вертикали в инерциальной системе

В общем случае (см. подраздел 4.2) для описания ошибок инерциальных навигационных систем используются линейные нестационарные уравнения высокого порядка с вектором состояния, включающим ошибки выработки координат, составляющих скорости, ошибки построения инерциального трехгранника, ошибки вертикали, ошибки ЧЭ и т.п. [4, 63]. Для приближенного описания ошибок нередко уравнения упрощают, что дает возможность исследовать поведение отдельных составляющих с помощью уравнений невысокого порядка. Например, для описания ошибок построения вертикали в восточном канале инерциальной навигационной системы могут быть использованы следующие уравнения [59, 62]:

где , – ошибка вертикали и восточной составляющей скорости; – радиус Земли; – значение нормального ускорения силы тяжести; , – ошибки гироскопов и акселерометров.

Такое представление может быть получено в пренебрежении связей между уравнениями, описывающими ошибки северного и восточного каналов ИНС [4]. Вводя , , запишем:

(1.2.33)

, (1.2.34)

где , – ошибки гироскопов и акселерометров.

Поскольку , , то, используя (1.1.20), (1.1.33), получаем:

;

,

где – частота, соответствующая периоду Шулера, мин.

Характеристическое уравнение для такой системы имеет два комплексно-сопряженных корня , т.е. она является нейтрально устойчивой. Нетрудно заметить, что (1.2.33) представляет собой частный случай системы, рассмотренной в примере 1.1.4.

Используя таблицы преобразований Лапласа, получаем выражение для фундаментальной матрицы

.

Исследуем поведение системы (1.2.33), (1.2.34) во времени. Представим выход системы в виде суммы свободного и вынужденного движений, т. е.

.

С учетом введенных обозначений запишем:

(1.2.35)

. (1.2.36)

Входящие в уравнения (1.2.35), (1.2.36) составляющие удобно анализировать, когда по уровню вклад каждой из них одинаковый. Для этого необходимо, чтобы начальные значения удовлетворяли следующему условию:

.

В этом случае:

,

т.е. ошибки представляют собой синусоиды, сдвинутые друг относительно друга на 90. Графики этих функций приведены на рис. 1.2.5.

Рис. 1.2.5. Графики изменения ошибки вертикали и скорости при ненулевых начальных условиях и отсутствии входных воздействий

Вынужденные составляющие, обусловленные входными воздействиями, задаются как

;

.

Эти составляющие аналитически удобно записать, применяя преобразование Лапласа

. (1.2.37)

Используя (1.2.37), можно проанализировать влияние различных по характеру воздействий на поведение ошибок построения вертикали и скорости. В частности, поскольку постоянной величине k соответствует изображение по Лапласу в виде k/р, при постоянных входных воздействиях и будем иметь:

На основании этих соотношений и таблицы преобразований Лапласа П1.2 получим следующие выражения для ошибок вертикали и скорости:

; (1.2.38)

. (1.2.39)

Таким образом, можно оценить вклад постоянных ошибок гироскопов и акселерометров в ошибки определения вертикали и скорости. Заметим, что при анализе промежуточных результатов полезной оказывается проверка на совпадение размерностей. В данном случае имеем:

;

.

Для того чтобы вклад двух слагаемых, входящих в полученные выше выражения, был бы одинаковым, необходимо выполнение условия . Полагая это условие выполненным и задаваясь, к примеру, величиной , получаем:

;

.

Графики изменения этих величин изображены на рис. 1.2.6.

Рис. 1.2.6. Графики изменения ошибок определения вертикали и скорости

при нулевых начальных условиях и постоянных входных воздействиях

Проведенный анализ показывает, что составляющие ошибок построения вертикали и скорости, обусловленные постоянными ошибками гироскопов и акселерометров, также представляют собой сдвинутые относительно друг друга на четверть периода шулеровские колебания с периодом Тш.

Принимая во внимание, что при малых интервалах времени ( ) , , вместо выражений (1.2.35)(1.2.38) могут быть использованы следующие приближенные соотношения:

; ;

;

или

,

.

Нетрудно заметить, что на коротком интервале времени ошибки выработки навигационных параметров при нулевых начальных условиях можно описать с помощью приближенного уравнения

(1.2.39)

где  ошибки определения координаты.

Приведем приближенный анализ точности в целях определения вклада ошибок чувствительных элементов (гироскопов и акселерометров) инерциальной навигационной системы в погрешность выработки основных навигационных параметров (НП) – координат и скорости. Так, полагая ошибки ЧЭ постоянными, нетрудно, например, получить результаты, представленные в таблицах и соответствующие различным уровням ошибок ЧЭ.

Т а б л и ц а 1.2.1

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]