4.Принципы построения курсовых систем. Комплексная обработка информации в курсовых системах.

4.1.Особенности построения курсовых систем

Курс является одним из важнейших параметров, знание ко­торого необходимо для решения задач навигации и управления. Для определения курса самолетов была создана самая многочис­ленная группа курсовых приборов и систем, основанных на раз­личных физических принципах.

Направление меридиана можно определить на борту летатель­ного аппарата с помощью компаса, гирокомпаса, радиокомпаса к астрокомпаса.

Первыми курсовыми приборами, применявшимися на само­летах, были авиационные магнитные компасы (АМК). В зависи­мости от назначения они отличались по своим точностным, габа­ритным и массовым данным. Наиболее точными были штурман­ские компасы типа А, использовавшиеся в навигационных целях, менее точными с меньшими габаритными размерами были компасы для пилота, а также аварийные (дублирующие) типа КИ.

Авиационным магнитным компасом присущи существенные недостатки:

1)для определения истинного (географического) курса тре­буется вводить вручную поправку на магнитное склонение;

2)большие магнитные девиации, вызываемые ферромагнит­ными массами, расположенными на борту, и девиации, перемен­ные во времени, вызываемые электромагнитными полями, созда­ваемыми электрооборудованием;

3)креповая девиация, появляющаяся при наклоне объекта относительно картушки. Если при отсутствии данного наклона девиация устраняется с помощью девиационного устройства, то при наклоне (крене) она появляется вследствие изменения взаим­ного расположения ферромагнитных масс и картушки;

4) поворотная погрешность, появляющаяся при выполнении поворотов (виражей) вследствие наклона картушки относительно горизонта вместе с объектом. Зависимость поворотной погреш­ности от крена , магнитного курса, угла магнитного накло­нения имеет вид [7]

(11)

Данная погрешность принимает наибольшее значение при раз­воротах объекта на курсах, равных 0° и 180°, и поэтому ее еще называют северной поворотной погрешностью. При крутых виражах (большие значения) может составлять десятки градусов и даже, равное . В полярных районах с уменьшением горизонтальной компоненты (увеличение) данная погре­шность увеличивается;

5)угол застоя (погрешность трения) от наличия сил трения в опоре картушки. Погрешность является значительной вследствие малости величины удельного устанавливающего момента;

6)погрешность от смещения центра тяжести картушки отно­сительно точки опоры, возникающая при наличии переносного ускорения (ускорения объекта), в движении набора скорости и выполнения эволюции;

7)погрешность от увлечения (поворота) картушки заполняющей корпус жидкостью (силами вязкого трения жидкости), которая, в свою очередь, увлекается (раскручивается) корпусом прибора при эволюциях объекта. Погрешность зависит от продолжитель­ности и угловой скорости разворота и может составлять от не­скольких до десятков градусов;

8)свободные и вынужденные колебания картушки от возмущений, создаваемых объектом, которые даже при спокойном полете роисходят с амплитудой 3 ... 5°. Эти колебания затруд­няют отсчет показаний курса и пилотирование;

9)ограничение применения по широте места. С изменением широты в сторону приближения к магнитному полюсу, умень­шается горизонтальная компонента H_МПЗ и соответственно возрастает угол застоя. Ограничения, связанные с появлением магнитных бурь, главным образом, в полярных областях и наличием значительных переменных по высоте магнитных аномалий.

Далее был создан прибор гирополукомпас (ГПК). Ось ротора гироскопа гирополукомласа обладает способностью сохранять свое положение неизменным относительно неподвижных звезд. Однако вследствие вращения Земли и собственных ухо­дов гирополукомпас накапливает погрешность с течением вре­мени. Влияние уходов которого на показания курса периодически вручную корректировались по показаниям АМК.

Пользование двумя приборами АМК и ГПК с периодической коррекцией показаний ГПК через каждые 10 ... 15 мин практи­чески весьма затруднительно. Для решения этого вопроса и для последующего развития идей построения курсовых систем был разработан прибор с автоматической коррекцией на базе двух указанных. Магнитная система устанавливалась в опорах на ко­жухе гироузла. При рассогласовании положений оси гироскопа (кожуха) и магнитной системы на гироскоп (посредством пневмо-системы) накладывался момент, приводящий его в согласованное положение (в меридиан). Прибор получил название - гиромагнит­ного компаса (ГМК).

Для решения задач навигации (в горизонтальном полете по маршруту) требовалось применять более точный штурманский магнитный компас. Поэтому наряду с ГМК естественным было развитие дистанционных магнитных компасов (ДМК) с приме­нением дистанционных передач и следящих систем. При раз­работке решалась задача создания эффективного средства устра­нения девиаций, особенно переменных во времени, путем уста­новки магнитной системы в местах, где абсолютная величина де­виации мала. Одновременно решалась и другая задача уменьше­ния дублирования курсовых приборов. ДМК состоит из двух основных частей: магнитного датчика (МДМ) направления меридиана (указателя меридиана) и дистанционной передачи угла поворота объекта относительно магнитного датчика, включая и сам указатель курса. В зависимости от типа дистанционной передачи ДМК получили соответствующие названия: при исполь­зовании потенциометрической дистанционной передачи — потенциометрические дистанционные компасы (ПДК); при исполь­зовании индукционной дистанционной передачи — индукцион­ные дистанционные компасы - (ИДК).

С целью облегчения пилотирования (выдерживания курса) и выполнения разворотов на заданные углы наряду с ДМК ис­пользовались также и ГПК. Недостаточная точность определе­ния курса при помощи ДМК и необходимость дополнительно ис­пользовать помимо ДМК второй прибор ГПК естественно рождали идеи построения курсовых приборов в двух направлениях: изыскание новых принципов и средств использования МПЗ для повышения точности ДМК и построение дистанционных ГМК, исключающих необходимость применения двух приборов.

С созданием ДМК стало возможным вместо недистанционного ГМК осуществить идею создания и дистанционного ГМК, т. е. ДГМК, обладающего лучшими свойствами из-за дистанционности размещения магнитного датчика.

Магнитные дистанционные гидроскопические компасы типа ДГМК предназначены для определения курса и углов разворота ЛА. Чувствительным элементом ДГМК является магнитная система, устанавливающаяся по направлению компасного меридиана. В компасах ДГМК применяется потенциометрическая дистанционная передача. Указатели магнитного дистанционного компаса ДГМК-3 выдают компасный курс, указатели компаса ДГМК-5 совместно с радиокомпасом выдают компасный курс, курсовой угол радиостанции и магнитный пеленг радиостанции.

В отличие от компасов ДГМК-3 и ДГМК-5 компас ДГМК-7 может указывать истинный курс, так как конструкция компаса обеспечивает автоматическое устранение девиации и ручной ввод поправки на магнитное склонение.

Трехэлементный магнитный зонд и гировертикаль, на которую он устанавливается, образуют индукционный датчик (ИД) МПЗ. Для преобразования значений ЭДС индукционных элементов в угло­вую величину, определяющую направление магнитного меридиана, используется сельсин, функционирующий в трансформаторном режиме. Система, состоящая из ИД, сельсина со следящей систе­мой, основного указателя (штурмана) и дополнительных дистан­ционных указателей (повторители), образует дистанционный ин­дукционный компас (ДИК).

Курсовая система ДИК обладает существенными преимущест­вами по своим характеристикам по сравнению с системами ДМК и тем более по сравнению с АМК. Эти преимущества определяются свойствами ИД и сводятся к следующему: нет больших значений поворотных погрешностей (медленное возрастание из-за отклоне­ния гировертикали); нет в обычном смысле угла застоя; нет по­грешности от увлечения; устойчивые показания курса, так как нет свободных и вынужденных колебаний индукционного дат­чика; меньше ограничения применения по широте места; приме­няемый в приборе девиационный механический корректор позво­ляет устранить с достаточной точностью постоянную во времени девиацию (кроме креновой), а также систематические инструмен­тальные погрешности; высокая точность в полете по маршруту (погрешность указателя штурмана ±1°, повторителей ±2°).

Однако ДИК имеет и существенные недостатки: сложность, большие габаритные размеры и масса устройства ИД; при нали­чии длительных ускорений объекта как при наборе скорости, так и при выполнении эволюции накапливается значительная погреш­ность, которая, с момента движения, без ускорений медленно устраняется вследствие медленного восстановления гироскопа к вертикали. Подобный прибор применялся на тяжелых само­летах.

Используя законо­мерность движения небесных светил (в первую очередь Солнца), были созданы астрокомпасы для определения истинного курса.

Основными идеями построения астрокомпасов являются две: первая - построение модели автоматически действующей небес­ной сферы (точнее части ее), в результате чего образуется указа­тель истинного меридиана (экваториальный астрокомпас); дру­гая - измерение курсового угла светила путем пеленгации пос­леднего и вычисление азимута светила по данным координат ме­стонахождения объекта и географического места светила (гори­зонтальный астрокомпас). Суммирование этих двух углов дает истинный курс. Астрокомпасы находят широкое применение, они лишены большинства недостатков, присущих компасам АМК и ДМК. Однако их функционирование возможно при оптической видимости Солнца и знании географических координат место­нахождения.

На основе известных способов определения направления на объект, излучающий радиоволны, были созданы радиокомпасы, являющиеся указателями этого направления и позволяющие измерить курсовой угол радиостанции. Эти средства используются для управления при полете по маршрутам, оборудованным радио­навигационными станциями, и особенно при полете в направлении на и от радиостанции.