Способ коррекции координат, высоты и вертикальной скорости летательного аппарата и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах навигации подвижных объектов, в частности летательных аппаратов (ЛА), для оценки ошибок и коррекции абсолютных координат местоположения, высоты и вертикальной скорости инерциальной навигационной системы (ИНС) по измерениям геометрической высоты и эталонным картам рельефа местности и могут быть использованы в системах управления движением ЛА. Технический результат - повышение эффективности и достоверности коррекции координат, высоты и вертикальной скорости при наличии сбоев в исходной информации и слабой информативности рельефа в зоне коррекции. Для этого используют данные с множественными участками недостоверности при отсутствии информативности рельефа по некоторым траекториям либо в условиях определения невозможности проведения достоверной коррекции. Дополнительно введен блок хранения и суммирования информации и блок оценки достоверности информации, соединенные друг с другом. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к средствам навигации подвижных объектов, в частности летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам и устройствам для оценки ошибок и коррекции абсолютных координат местоположения, высоты и вертикальной скорости инерциальной навигационной системы (ИНС) по измерениям геометрической высоты и эталонным картам рельефа местности, и может быть использовано в системах управления движением ЛА.

Известен способ [1] поискового оценивания ошибок абсолютных координат местоположения по измерениям радиометрического и барометрического высотомеров, заключающийся в нахождении минимума невязки приращений высоты из эталонной карты рельефа с измеренными приращениями высоты. Поиск минимума невязки производится перебором по всем гипотезам (возможным траекториям движения объекта в пределах заранее заданной зоны коррекции), а координаты найденного минимума (в системе координат, связанной с зоной коррекции) указывают на искомые величины ошибок координат местоположения.

Одним недостатком данного способа является невозможность работы на рельефе с низкими градиентами высот вследствие увеличения шумовой составляющей погрешностей при взятии приращения разности высот. Еще одним недостатком данного способа является использование барометрического высотомера, что может вносить дополнительную погрешность измерения, в том числе зависимую от режимов движения объекта.

Известен способ [2] рекуррентно-поискового оценивания, заключающийся в разделении вектора состояния на поисковую и рекуррентную части. Для первой части производится поисковый перебор гипотез о значениях переменных в этой части. Вторая часть оценивается методом рекуррентной фильтрации для каждой из гипотез о значениях переменных первой части. Способ позволяет оценивать ошибки вертикального канала одновременно с поиском новых ошибок и работать без измерителя абсолютной высоты (барометрического высотомера).

Недостатком данного способа является невозможность работы с исходными данными, содержащими множественные участки недостоверности. То есть способ предполагает достоверность измерений радиовысотомера на протяжении всего цикла работы. Другим недостатком является высокая вероятность необнаруженной ложной коррекции при низкой информативности рельефа и высоких погрешностях исходной информации (измерений высотомера и эталонного массива высот).

Известно устройство коррекции координат, высоты и вертикальной скорости ЛА, содержащее блок фильтра Калмана, радиометрический высотомер, блок эталонной информации, блок преобразования систем координат, бесплатформенную инерциальную навигационную систему, поисковый блок.

Блок-схема данного устройства приведена на фиг.1.

Устройство, представленное на фиг.1, содержит блок (6) фильтра Калмана, на вход которого поступают измерения высоты радиометрического высотомера (1), данные о высоте из блока (3) эталонной информации и данные о высоте из блока (4) преобразования систем координат. Выборки значений высот из блока (3) эталонной информации производятся по каждой гипотезе, координаты выборки поступают из блока (4) преобразования систем координат, на вход которого поступают измерения БИНС (2). На выходе блока (6) фильтра Калмана формируется массив квадратов невязок по каждой гипотезе, который далее суммируется и поступает в поисковый блок (5). Поисковый блок (5) находит истинную гипотезу по критерию минимума сумм квадратов невязок и вычисляет соответствующие ей ошибки по плановым координатам местоположения. После нахождения истинной гипотезы с выхода блока (6) фильтра Калмана берется состояние фильтра, содержащее ошибку по высоте и вертикальной скорости.

Недостатком данного устройства является невозможность работы с исходными данными, содержащими множественные участки недостоверности. Другим недостатком является высокая вероятность необнаруженной ложной коррекции при низкой информативности рельефа и высоких погрешностях исходной информации (измерений высотомера и эталонного массива высот).

Задачами, на решение которых направлены данные изобретения, являются повышение эффективности и достоверности коррекции координат, высоты и вертикальной скорости при наличии сбоев в исходной информации и слабой информативности рельефа в зоне коррекции.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в способе коррекции координат, высоты и вертикальной скорости, заключающемся в разделении вектора состояния на поисковую часть, в которой производится поисковый перебор гипотез о значениях переменных в этой части, и рекуррентную часть, которая оценивается методом рекуррентной фильтрации для каждой из гипотез о значениях переменных первой части, согласно изобретению для работы поисковой части используют только невязки, полученные из достоверных измерений радиометрического высотомера среди Nmax последних, и те же невязки по всем гипотезам используют для оценки достоверности коррекции координат, высоты и вертикальной скорости, рекуррентный фильтр использует измерения высоты радиометрического высотомера только при наличии сигнала достоверности.

К существенным отличиям заявленного способа относится возможность использования данных с множественными участками недостоверности при отсутствии информативности рельефа по некоторым траекториям, либо определения невозможности проведения достоверной коррекции, что повышает надежность получения достоверной навигационной информации на борту ЛА.

В устройство, содержащее блок фильтра Калмана, радиометрический высотомер, блок эталонной информации, соединенные с блоком фильтра Калмана, блок преобразования систем координат, соединенный с блоком эталонной информации и блоком фильтра Калмана, бесплатформенную инерциальную навигационную систему, соединенную с блоком преобразования систем координат, поисковый блок, соединенный с блоком фильтра Калмана, согласно изобретению дополнительно введены блок хранения и суммирования информации, соединенный с блоком фильтра Калмана, радиометрическим высотомером и поисковым блоком, и блок оценки достоверности информации, соединенный с блоком хранения и суммирования информации.

К существенным отличиям заявленного устройства относится введение блока оценки достоверности информации и блока хранения и суммирования информации.

Блок-схема устройства, реализующего предложенный способ, приведена на фиг.2.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Из БИНС (2) информация о координатах поступает в блок (4) преобразования координат, который преобразует координаты в ортогональную систему, в которой задан эталонный массив высот рельефа в зоне коррекции. Из блока (3) эталонной информации с учетом величины неопределенности по координатам извлекается массив данных о высоте. Каждый элемент массива соответствует некоторой гипотезе о значениях ошибок по координатам, выборка значений производится с соответствующим каждой гипотезе смещением относительно координат из блока (4) преобразования координат. Таким образом, полученный массив данных о высоте содержит предполагаемые высоты рельефа, соответствующие каждой гипотезе о значениях ошибок по координатам.

В блоке (6) фильтра Калмана вычисляется измеренная высота рельефа как разность данных о высоте БИНС из блока (4) преобразования координат и измерений радиометрического высотомера (1). Эта разность содержит ошибку БИНС и некоторый шум высотомера. Далее вычисляются разности эталонных высот из блока (3) эталонной информации и измеренной высоты. Полученный массив разностей подается на отдельные для каждой гипотезы фильтры Калмана, которые оценивают ошибки вертикального канала. Вектор состояния фильтра содержит ошибку по высоте и вертикальной скорости. При этом на выходе блока (6) фильтра Калмана формируется массив квадратов невязок по невязкам из каждого фильтра. При отсутствии достоверности измерения высоты радиометрического высотомера формирование невязки или обновление состояния фильтра не производится. Фильтрация основана на детерминированности поведения ошибок БИНС на коротких участках прямолинейного полета.

Затем массив квадратов невязок поступает в блок (7) хранения и суммирования, в котором формируется сумма всех массивов квадратов невязок, соответствующих достоверным измерениям из Nmax последних. То есть в блоке (7) хранятся все Nmax последних массивов невязок, но суммы вычисляются только по тем из них, что соответствуют достоверным измерениям радиометрического высотомера. Может быть введена задержка суммирования, то есть первые Nд массивов квадратов невязок после появления сигнала достоверности радиометрического высотомера не участвуют в суммировании.

При достижении количества достоверных массивов квадратов невязок в блоке (7) значения Nmin начинает работать блок (8) оценки достоверности. В этом блоке осуществляется проверка критериев достоверности и выдача сигнала достоверности коррекции. Критерием достоверности может быть, например, пороговый контроль нормированного значения невязки в найденной точке минимума. Более эффективным критерием является контроль обусловленности и стабильности минимума на нескольких последних итерациях.

При наличии сигнала достоверности на выходе блока (8) найденные значения ошибок могут быть использованы для однократной коррекции БИНС. После чего устройство может начать новый цикл работы при наличии эталонной информации для подстилающего участка рельефа (новой зоны коррекции).

Таким образом, введение новых действий и операций в виде ограничения накопления информации и оценки достоверности обеспечивает повышение эффективности и достоверности коррекции координат, высоты и вертикальной скорости при наличии сбоев в исходной информации и слабой информативности рельефа в зоне коррекции.

Источники информации

1. Патент №2161296 «Устройство автономной коррекции» с приоритетом от 24.06.1999 г.

2. Белоглазов И.Н., Джанджгава Г.И., Чигин Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985, с.213.

1. Способ коррекции координат, высоты и вертикальной скорости летательного аппарата, заключающийся в разделении вектора состояния на поисковую часть, в которой производится поисковый перебор гипотез о значениях переменных в этой части, и рекуррентную часть, которая оценивается методом рекуррентной фильтрации для каждой из гипотез о значениях переменных первой части, отличающийся тем, что для работы поисковой части используют только невязки, полученные из достоверных измерений радиометрического высотомера среди Nmax последних, и те же невязки по всем гипотезам используют для оценки достоверности коррекции координат, высоты и вертикальной скорости, при этом рекуррентный фильтр использует измерения высоты радиометрического высотомера только при наличии сигнала достоверности.

2. Устройство для коррекции координат, высоты и вертикальной скорости летательного аппарата, содержащее блок фильтра Калмана, соединенные с ним радиометрический высотомер, блок эталонной информации, поисковый блок, блок преобразования систем координат, соединенный с блоком эталонной информации и бесплатформенной инерциальной навигационной системой, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок хранения и суммирования информации, соединенный с блоком фильтра Калмана, радиометрическим высотомером и поисковым блоком, и блок оценки достоверности информации, соединенный с блоком хранения и суммирования информации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении различных радиолокационных систем, предназначенных для управления движением летательных аппаратов.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах программного позиционирования и ориентации подвижных объектов. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в возможности просматривать пользователем перекрывающиеся графические объекты без изменения уровня масштабирования.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) для решения задач управления доводочными ступенями (ДС) различного назначения.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в позиционных системах ориентации подвижных объектов различной физической природы. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении различных приборных систем локации, предназначенных для определения местоположения движущихся объектов с использованием волн, излучаемых в виде лучей, и управления движением движущихся объектов путем коррекции их местоположения.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах определения позиции контролируемого объекта на основе использования нескольких разнесенных источников излучения.

Изобретение относится к навигационным приборам и предназначено для использования при измерении углов ориентации любых подвижных летательных аппаратов, кораблей, наземных транспортных средств.

Изобретение относится к системам навигации и предназначено для регистрации проезда, по меньшей мере, одного платного участка дороги, по меньшей мере, одним транспортным средством с помощью системы определения положения, которая предназначена для регистрации текущего положения упомянутого транспортного средства.

Изобретения относятся к области приборостроения и могут найти применение в системах ориентации и навигации летательных аппаратов (ЛА), предназначенных для вычисления и отображения основных пилотажно-навигационных параметров ЛА. Технический результат - повышение точности вычисления собственного дрейфа датчиков угловых скоростей и определения значений параметров пространственного положения ЛА. Для этого в состав каждого прибора трехкомпонентного жесткозакрепленного магнитометра (ТЖМ) введены дополнительные интерфейсные средства между магнитометрами, а также дополнительные средства для осуществления более точной выставки резервной системы ориентации на основе измерения составляющих погрешности магнитного поля Земли, измеренных ТЖМ каждого прибора за один и тот же период времени. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области навигации движущихся объектов. Достигаемый технический результат - повышение точности навигации. Указанный результат достигается за счет того, что в способе используют эталонную карту местности как априорную информацию о навигационном поле, выбирают участок местности (мерный участок), находящийся в пределах эталонной карты, составляют текущую карту путем вычисления плановых координат мерного участка на основе измерений дальностей с помощью многолучевого режима измерения при помощи радиоволн, находящихся в двух ортогональных плоскостях и излучаемых в виде лучей, из которых первым излучают центральный, а потом - левые и правые боковые относительно центрального, при этом центральный луч перпендикулярен направлению движения движущихся объектов, плоскости лучей повернуты вокруг центрального луча на угол равный 45 градусов относительно направления движения движущихся объектов. Затем определяют разности результатов многолучевых измерений наклонных дальностей, определяют углы эволюции движущихся объектов по азимуту, крену и тангажу в динамике на основе анализа значений доплеровских частот, возникающих при измерениях дальностей по каждому лучу. Значение и знак углов азимута, крена и тангажа при каждом цикле измерений дальностей определяются изменением положения измеренного массива доплеровских частот относительно массива доплеровских частот, соответствующего нулевым значениям углов азимута, крена и тангажа. Вычисляют высоты движущихся объектов в координатах мерного участка в точке определения местоположения движущихся объектов в плановых координатах мерного участка. Сравнивают значения плановых координат текущей и эталонной карт. Вычисляют слагаемые показателя близости для всех возможных положений движущегося объекта. Проводят поиск экстремума показателя близости. Вычисляют сигнал коррекции траектории движения. Управляют движением движущихся объектов путем коррекции их местоположения по трем координатам эталонной карты (плановые координаты и высота) в координатах мерного участка за время движения движущихся объектов над мерным участком. 6 ил.

Изобретение относится к области управления системами навигации и ориентации, в частности к блокам коррекции погрешностей численных критериев степени наблюдаемости навигационных комплексов (НК) с инерциальной навигационной системой (ИНС). Технический результат - повышение точности. Для этого навигационный комплекс включает ИНС с одним входом и одним выходом, допплеровский измеритель скорости и угла сноса (ДИСС) с одним выходом, сумматор, имеющий первый и второй входы и один выход, блок оценивания и регулятор. Выход ИНС соединен с первым входом сумматора, а выход ДИСС соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом блока оценивания, выполненного в виде фильтра Калмана. Выход блока оценивания соединен с входом регулятора. Навигационный комплекс снабжен вторым блоком оценивания, выполненным в виде фильтра Калмана, блоком осреднения, блоком сравнения, коммутатором и вторым регулятором. При этом выход сумматора соединен с входом второго блока оценивания, а первый выход первого блока оценивания соединен с входом блока осреднения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом коммутатора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области создания систем управления летательных аппаратов, преимущественно к способам получения достоверной информации и диагностики работоспособности акселерометров и датчиков угловой скорости летательного аппарата с избыточным числом измерителей и идентификацией их отказов. В способе отбора достоверной информации и идентификации отказов измерителей, при пяти измерителях в каждом тракте в бесплатформенной инерциальной навигационной системе (БИНС), основанном на показаниях, полученных в результате циклического синхронного опроса измерителей, оси чувствительности любых трех из которых некомпланарны, и вычислении в каждом цикле векторов кажущегося ускорения и угловой скорости с использованием значений направляющих косинусов осей чувствительности измерителей, согласно изобретению, указанные векторы вычисляют при всех возможных комбинациях троек измерителей. Полученные векторы в каждом из трактов распределяют по группам, которые включают четыре вектора, вычисленные по показаниям четырех измерителей. По векторам групп рассчитывают средние векторы и показатели разброса относительно среднего вектора, находят группу с минимальным показателем разброса в текущем цикле и средний вектор этой группы принимают за достоверный вектор текущего цикла. Отказы измерителей тракта идентифицируют, исходя из исправности измерителей, по показаниям которых вычислен достоверный вектор, и результата сравнения с допуском модуля разности фактического показания измерителя, которое не использовано в расчете достоверного вектора и его расчетного показания. При этом расчетное показание определяют как проекцию достоверного вектора на ось чувствительности проверяемого измерителя. Технический результат - отбор достоверной информации и безотказная работа измерительных трактов с одним отказом измерителя и идентификация отказов измерителей при избыточной информации в каждом тракте в БИНС. 1 табл.

Изобретение относится к области создания систем управления летательных аппаратов (ЛА), преимущественно к способам получения достоверной информации и диагностики работоспособности акселерометров и датчиков угловой скорости (ДУС) ЛА с избыточным числом измерителей и идентификацией их отказов. В способе отбора достоверной информации и идентификации измерителей, при шести измерителях в каждом тракте бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), основанном на показаниях, полученных в результате циклического синхронного опроса измерителей, оси чувствительности любых трех из которых некомпланарны, и вычислении в каждом цикле векторов кажущегося ускорения и угловой скорости с использованием значений направляющих косинусов осей чувствительности измерителей, согласно изобретению, указанные векторы вычисляют при всех возможных комбинациях троек измерителей. Полученные векторы в каждом из трактов распределяют по группам, которые включают четыре вектора, вычисленные по показаниям четырех измерителей. По векторам каждой группы рассчитывают средний вектор и показатель разброса относительно среднего вектора, находят группу с минимальным показателем разброса из всех групп тракта в текущем цикле и средний вектор этой группы. Последовательно выполняют аналогичные действия применительно сначала к составу групп, который отличается от полного состава групп исключением группы с первым найденным, а затем с двумя найденными минимальными показателями разброса, рассчитывают модули разности между каждым из трех средних векторов упомянутых групп и средним вектором, который был вычислен и записан в память вычислителя как достоверный вектор предыдущего цикла. Находят минимальный модуль разности из трех. Средний вектор, модуль разности которого с достоверным вектором предыдущего цикла минимален, принимают за достоверный вектор текущего цикла. Отказы измерителей тракта идентифицируют исходя из исправности измерителей, по показаниям которых вычислен достоверный вектор, и результатов сравнения с допуском модуля разности фактического и расчетного показаний проверяемого измерителя, показания которого не использованы в расчете достоверного вектора. При этом расчетное показание определяют как проекцию достоверного вектора на ось чувствительности проверяемого измерителя. Техническим результатом изобретения является отбор достоверной информации и безотказная работа измерительного тракта до двух отказов в каждом тракте, идентификация отказов измерителей при избыточной информации в каждом тракте БИНС. 1 табл.

Группа изобретений относится к системе помощи водителю транспортного средства с прицепом. Система помощи при размещении метки на прицепе включает в себя камеру, устройство обработки изображения и дисплей. Камера установлена на буксирующем транспортном средстве и предназначена для получения изображения прицепа. Устройство обработки изображения выполнено с возможностью обрабатывать полученное изображение для определения области размещения метки и накладывать изображение метки на изображение области для ее размещения. Дисплей выполнен с возможностью отображения изображения прицепа с наложенной меткой. Достигается повышение возможности помощи водителю при управлении транспортным средством с прицепом. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к телекоммуникационным устройствам индивидуального пользования. Комплект содержит размещенный на одном из рукавов одежды дисплей с экраном, связанный по беспроводному интерфейсу с приемным блоком, служащим для приема, обработки и формирования навигационной информации сигналов ГЛОНАСС. Согласно изобретению комплект дополнительно снабжен видеокамерой, закрепленной на радиошлемофоне или спасательном жилете и планшетным компьютером или смартфоном, связанным с радиошлемофоном и с видеокамерой по протоколу беспроводной связи Blue Tooth, а также посредством преобразователя сигнала NMEA-2000 в Wi-Fi, по протоколу беспроводной связи Wi-Fi - с бортовой радиолокационной станцией и автоматизированной идентификационной системой. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности плавания за счет своевременной и качественной оценки навигационной и гидрометеорологической обстановки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх