11.2. Система навигации по рельефу местности

Принцип действия системы навигации по рельефу местности. Эти ОСС основаны на том, что каждому участку суши соответствует свой неповторимый характер изменения высот (рис. 11.3,а). Высота полета ЛА может быть определена барометрическим высотомером () или радиовысотомером (). Высотаотсчитывается от некоторого заранее выбранного уровня, например, от уровня мирового океана, а радиовысотомер измеряет профильотносительно точки, находящейся под ЛА.

Профиль участка местности характеризуется функцией . Для работы ОСС выбирается контрастный по рельефу участок местности, протяженностькоторого определяется значением возможного отклонения ЛА вдоль траектории полета при навигации по системе счисления.

Рис. 11.3. Формирование ТКМ и ЭКМ в системе навигации по рельефу

Принцип формирования карт местности. Для получения цифровой карты местности участок протяженностью делится на отрезки длиной, где– скорость полета, а– интервал дискретизации по времени. При этом функция квантуется по уровню ().

С учетом сказанного ТКМ (профиль рельефа) представляет собой одномерную карту (рис. 11.3,б), имеющую вид одной строки матрицы ЭКМ (рис. 11.3,в). Поперечный размер эталонной карты выбирается в соответствии в возможным боковым отклонением ЛА от заданной траектории из-за погрешностей системы счисления за время от предыдущей коррекции.

При рассмотренном способе требуется большой объем памяти для хранения эталонного изображения и большой объем вычислений, возрастающий с увеличением числа уровней квантования. Объем памяти и число вычислительных операций радикально снижают, применяя бинарное квантование () сигнала(рис. 11.4,а). При этом несколько уменьшается точность местоопределения. Для получения бинарно-квантованного изображения сначала формируют сигнал, соответствующий среднему наклону местности, а затем определяют отклонениевысот рельефа от(рис. 11.4,б). Сигналквантуется на два уровня (рис. 11.4,в):

Рис. 11.4. Бинарно-квантованный сигнал, характеризующий отклонение

от среднего наклона местности

Структурная схема системы навигации по рельефу местности. Приведенные к одному масштабу сигналы с выходов барометрического высотомера БВ и радиовысотомера РВ (рис. 11.5) поступают на вычитающее устройство, которое формирует сигнал . Этот сигнал подается на ЭВМ ОСС, программное обеспечение которой формирует карту местности (ФТКМ), выбирает соответствующую участку коррекции эталонную карту (ДЭКМ) и выполняет корреляционную обработку сформированных карт (Кор). Корректирующие сигналы УС3 для системы счисления пути ССП вырабатывает навигационная ЭВМ (НЭВМ). Сигналы УС1 служат для выбора эталонной карты, а сигналы УС2 необходимы для формирования ТКМ. При необходимости на НЭВМ может также подаваться внешняя информация от бортовых систем ЛА. Сигналы на систему автоматического управления (САУ) могут сниматься либо с ССП, либо с НЭВМ.

Рис. 11.5. Структурная схема системы навигации оп рельефу местности

Корреляционная обработка сигналов, соответствующих ТКМ и ЭКМ, производится путем поэлементного сравнения карт, в результате чего выбирается соответствующая строка эталонной карты, по положению которой относительно центральной строки сначала определяется поперечное смещение ЛА, а затем сдвиг карт по оси X.

Алгоритмы корреляционной обработки. Мерой совпадения оцифрованных изображений служит нормированная КФ или связанная с КФ функция. Соответствующие корреляционные алгоритмы сравнения выбирают исходя из минимума требуемых для вычисления КФ операций.

Одна из групп простых цифровых корреляционных алгоритмов основана на использовании парных функций , представляющих собой число пар элементов (ячеек) с уровнями квантованияи, совпадающих при данном сдвигеи. Самые простые – алгоритм суммирования парных функций, при котором вычисляется аналог нормированной КФ:

, (11.1)

где – число уровней квантования, а– число ячеек карты, и алгоритм перемножения парных функций:

, (11.2)

где – число ячеек эталонного изображения с уровнем квантования, равным.

При бинарном квантовании () возможны четыре типа парных функций (рис. 11.6), которые составляют матрицу

,

где для упрощения записи принято . Тогда алгоритмы (11.1) и (11.2) принимают вид

; (11.3)

(11.4)

где и– число ячеек карты, содержащих 0 и 1 соответственно, а.

Рис. 11.6. Парные функции при бинарном квантовании

Поясним сказанное на примере сравнения бинарно-квантованных эталонной ЭКМ и текущей ТКМ карт, содержащих ячеек и сдвинутых на(рис. 11.7). При указанном сдвиге изображений все парные функции равны 2, а функциии. Сдвигая ЭКМ относительно ТКМ, добиваются максимального значения функцийи, равного 1. Дальнейший сдвиг изображений приведет к уменьшениюи.

Ширина главного пика функций изависит от дискрета. Поэтому точность определения сдвига(а следовательно, и отклонения ЛА от заданной точки траектории) тем выше, чем меньше. Нетрудно заметить, что алгоритм (11.4) лучше (11.3), так как боковые лепестки функцииимеют меньший уровень, чем при использовании алгоритма (11.3). Уровень боковых лепестков можно снизить, усложнив корреляционный алгоритм.

Рис. 11.7. Сравниваемые карты местности (а) и аналоги их нормированной КФ (б)

Точность системы навигации по рельефу местности. Расчеты показывают, что погрешность определения местоположения составляет 0,6 размера соответствующей стороны ячейки. Наилучшая точность достигается на малых высотах полета. Рассматриваемые системы малоэффективны при больших высотах полета ЛА и малом контрасте (перепаде высот) рельефа местности.