Способ ввода информации инерциального датчика бесплатформенной инерциальной навигационной системы

Изобретение относится к области навигации, а именно к области бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), а также к области защиты информации, и может быть использовано для повышения точности БИНС. Техническим результатом является устранение ошибки, возникающей в приборе для навигационных расчетов от потери или искажения кода при приеме достоверной суммы. Способ заключается в аналого-цифровом преобразовании выходного параметра инерциального датчика, чтении результата преобразования и размещении цифрового кода измеренного параметра в область чтения внешним вычислителем БИНС, при этом до размещения цифрового кода в область чтения вычислителем БИНС производят суммирование цифровых кодов, текущий цифровой код суммы ограничивают до необходимой разрядности и полученный код размещают в область чтения внешним вычислителем БИНС. 1 ил.

 

Изобретение относится к области навигации, а именно к бесплатформенным инерциальным навигационным системам (БИНС), и более конкретно к способам ввода информации инерциальных датчиков (гироскопов и акселерометров) в вычислитель БИНС с обеспечением защиты вводимой информации.

Известен способ ввода информации измерительных устройств [1], заключающийся в аналого-цифровом преобразовании (АЦП) выходного параметра измерительного устройства, чтении результата преобразования и размещении цифрового кода измеренного параметра для последующего чтения внешним обрабатывающим устройством.

Недостатком известного способа является недостаточная защита цифрового кода измеренного параметра. В соответствии с известным способом по каналу связи с обрабатывающим устройством передается измеряемая величина. Искажение кода при передаче или неприем кода может приводить к ошибкам обрабатывающего устройства. Если измерительным устройством является гироскоп или акселерометр, а обрабатывающим устройством является вычислитель БИНС, то неприем цифрового кода или прием ложной информации приведет к возрастающей ошибке навигационной информации БИНС.

Для исключения ошибок передачи цифрового кода параметра по линии связи в известном способе может быть использована защита данных посредством корректирующего кода [2].

Однако этот способ требует передачи более длинного кода и выполнения соответствующего количества проверок. Кроме того, проблема не решается при неприеме кода. На практике защита с использованием корректирующего кода в системах реального времени не используется.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение ошибок, вызванных искажением кода измеряемого параметра при передаче по каналу связи, и оптимизация загрузки канала связи с внешним вычислителем БИНС.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе ввода информации инерциального датчика БИНС, заключающемся в аналого-цифровом преобразовании выходного параметра инерциального датчика, чтении результата преобразования и размещении цифрового кода измеренного параметра в область чтения внешним вычислителем БИНС, согласно изобретению, дополнительно до размещения цифрового кода в область чтения вычислителем БИНС производят суммирование цифровых кодов, текущий цифровой код суммы ограничивают до необходимой разрядности и полученный код размещают в область чтения внешним вычислителем БИНС.

К существенным отличиям заявленного решения от известного относится то, что до размещения цифрового кода в область чтения вычислителем БИНС производят суммирование цифровых кодов, текущий цифровой код суммы ограничивают до необходимой разрядности и полученный код размещают в область чтения внешним вычислителем БИНС.

Суммирование кодов измеряемого параметра до его размещения в область чтения обрабатывающим устройством позволяет минимизировать ошибки, вызванные искажением информации при передаче по каналу связи. Ограничение кода суммы до необходимой разрядности позволяет оптимизировать загрузку канала связи, а следовательно, минимизировать запаздывание от момента готовности кода до его размещения в вычислителе БИНС. Минимизация ошибки происходит за счет того, что ошибки БИНС, обусловленные искажением информации при передаче по каналу связи, устраняются без запаздывания.

На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации способа ввода информации инерциального датчика БИНС, причем устройство содержит инерциальный датчик 1 (гироскоп или акселерометр), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, промежуточное вычислительное устройство 3, область 4 чтения внешним вычислителем БИНС, внешний вычислитель 5 БИНС.

Инерциальный датчик 1 своим выходом соединен с входом АЦП 2, выход которого подключен к входу промежуточного вычислительного устройства 3, в состав которого входит область 4 чтения внешним вычислителем БИНС, которая связана с внешним вычислителем 5 БИНС.

В качестве АЦП 2 может быть использован сигма-дельта АЦП [3]. В качестве промежуточного вычислительного устройства 3 может быть использован микроконтроллер.

Способ реализуют следующим образом.

Инерциальный датчик 1 формирует на выходе напряжение, пропорциональное величине измеряемого параметра (кажущегося ускорения или угловой скорости). Выход инерциального датчика 1 соединен с входом АЦП 2, который преобразует входное напряжение в цифровой код. Выход АЦП 2 соединен с входом промежуточного вычислительного устройства 3, которое читает текущий цифровой код на выходе АЦП 2. Промежуточное вычислительное устройство 3 суммирует принятый от АЦП 2 цифровой код с текущей накопленной суммой кодов данного АЦП 2, затем копирует текущий код суммы в промежуточную ячейку памяти, преобразует его в код заданной разрядности и размещает полученный результат в область 4 чтения внешним вычислителем 5 БИНС. Внешний вычислитель 5 БИНС читает код результата из области 4 чтения промежуточного вычислительного устройства 3.

Предлагаемое техническое решение, а именно защита кода измеренного параметра суммированием и оптимизация длины кода может быть реализовано в составе АЦП или инерциальном датчике с цифровым выходом.

Современные АЦП (например, сигма-дельта АЦП [3]) обладают хорошими точностными характеристиками. Погрешности, вносимые АЦП, по уровню соизмеримы с погрешностями, обусловленными передачей измерений АЦП по каналу связи с вычислителем БИНС. Канал связи может исказить код передаваемого параметра или не обеспечить его передачу. В первом случае обрабатывающее устройство получит неверный параметр, во втором случае параметр не будет передан в обрабатывающее устройство. Вычислитель БИНС в случае непередачи параметра или при идентификации передачи ложного параметра использует в своих вычислениях предыдущее достоверное значение параметра. Основная идея настоящего изобретения состоит в том, чтобы по каналу связи передавать коды параметров минимальной длины, содержащие в себе средства защиты от ошибок канала связи.

В правильно построенном канале связи вероятность двойной или более кратной ошибки пренебрежимо мала. Для исправления одинарной ошибки может быть использован приведенный ниже алгоритм коррекции, размещаемый в вычислителе БИНС.

Пусть

Δ_i=s_i-s_i-1,

где s_i - переданная по каналу связи сумма измеренного параметра на i-м шаге;

s_i-1 - переданная по каналу связи сумма измеренного параметра на i-1-м шаге;

Δ_i - значение измеренного параметра на i-м шаге.

Если s_i не получено или установлено, что передано ложное значение S_i, то в вычислителе БИНС принимают Δ_i=Δ_i-1. Т.е. в качестве текущего измерения принимают его значение на предыдущем шаге.

При однократном сбое в канале связи можно минимизировать ошибку вычислителя БИНС, выполнив следующие операции.

Найдем

Δ² _i=s_i+1-s_i-1 и Δ_i+1=Δ² _i-Δ_i-1.

Δ² _i - разность между достоверными значениями, принятой вычислителем БИНС суммы.

Δ_i+1 используем при расчетах в качестве измеренного параметра на шаге i+1.

Аналогичным образом строится защита от кратных ошибок передачи параметра по каналу связи с внешним вычислителем БИНС.

Точность расчета навигационной информации БИНС зависит от точности измерения ускорений и угловых скоростей и точности представления (разрядности) измеренных параметров.

Оценка разрядности представления может быть получена по формуле

цмр - цена младшего разряда (величина квантования по уровню).

Пусть:

- для акселерометра с диапазоном измерения 100 м/с², точность представления составляет 10^-3 м/с²;

- для датчика угловой скорости (ДУС) с диапазоном измерения 200°/c, точность представления составляет 0,1°/час.

Тогда разрядность кода акселерометра должна быть не менее разрядов

разрядность кода ДУС должна быть не менее разрядов

При интегральном съеме разрядность представления параметра, кроме диапазона измерения и точности представления, определяется также частотой съема информации. Расчетная формула оценки разрядности для интегрального съема

При 100 Гц частоте съема для приведенных выше диапазонов измерения разрядность акселерометров с цмр = 10^-2м/с составит 8 разрядов, разрядность ДУС с цмр = 10'' составит 11 разрядов.

При организации защиты от сбоев в канале связи предлагаемым способом необходимо иметь в коде суммы один (1) дополнительный разряд для защиты от одиночных сбоев и два (2) дополнительных разряда для защиты от трех последовательных сбоев.

Предлагаемый способ обеспечивает защиту от ошибок передачи измеренного параметра по каналу связи. Причем устранение такой ошибки происходит с минимальным запаздыванием. Определен алгоритм выбора разрядности кода, размещаемого в область чтения, в соответствии с которым может быть рассчитана оптимальная длина кода для передачи по каналу связи с внешним вычислителем БИНС. Таким образом, поставленная техническая задача решена.

Источники информации.

1.Агеев В.М., Павлова Н.В. «Приборные комплексы летательных аппаратов и их проектирование». - М.: Машиностроение, 1990 г., стр.95-96. (прототип).

2. Агеев В.М., Павлова Н.В. «Приборные комплексы летательных аппаратов и их проектирование». - М.: Машиностроение, 1990 г., стр.81-83.

3. Бондаренко А.А. «Высокоточный цифровой преобразователь аналоговых сигналов», стр.47, в сборнике «Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2002», Пермский государственный университет, Пермь, 2002 г.

Способ ввода информации инерциального датчика бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), заключающийся в аналого-цифровом преобразовании выходного параметра инерциального датчика, чтении результата преобразования и размещении цифрового кода измеренного параметра в область чтения внешним вычислителем БИНС, отличающийся тем, что до размещения цифрового кода в область чтения вычислителем БИНС производят суммирование цифровых кодов, текущий цифровой код суммы ограничивают до необходимой разрядности и полученный код размещают в область чтения внешним вычислителем БИНС.