Навигационный комплекс, использующий естественные и искусственные поля земли

Изобретение относится к авиационному приборостроению. Предложенный навигационный комплекс предназначен для обеспечения высокоточной навигации на основе комплексной обработки информации (КОИ) систем навигации по искусственным полям Земли (СНИПЗ) и нескольких физических полей Земли (ФПЗ). Навигационный комплекс построен по интегрально-модульной архитектуре (ИМА), для чего входящие в его состав инерциальная система (ИС), баровысотомер, датчики полей (ДП), бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ) и СНИПЗ выполняются в виде отдельных модулей с соответствующими чувствительными элементами и устанавливаются в едином корпусе. Данный навигационный комплекс позволяет за счет КОИ СНИПЗ и нескольких ФПЗ повысить точностные характеристики навигационного комплекса, а также надежность его работы в условиях постановки радиопомех или выведения из строя спутниковой группировки; за счет перехода с федеративной структуры комплекса на ИМА устранить асинхронность и задержку потоков данных от ИС, ДП и баровысотомера в БЦВМ и тем самым повысить его точностные характеристики, а также снизить массу, габариты, стоимость и упростить кабельную систему на борту летательного аппарата. 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, в частности к комплексам навигации летательных аппаратов (ЛА).

В наиболее близком аналоге [Красовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория корреляционно-экстремальных навигационных систем. - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1979 г., стр. 323] представлена блок-схема навигационного комплекса, использующего естественные поля Земли для корректировки инерциально-счисленных координат и состоящего из инерциальной системы (ИС), датчика поля (ДП), баровысотомера и бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ). В качестве ДП могут выступать различные датчики естественных физических полей Земли (ФПЗ), например радиовысотомеры для измерения рельефа земной поверхности (РЗП), магнитометры для измерения аномалий магнитного поля Земли (МПЗ). В БЦВМ хранятся эталонные карты соответствующего ФПЗ. Принцип действия данного навигационного комплекса состоит в том, что входная информация в виде сигналов ФПЗ (D), формируемых ДП, поступает в БЦВМ, где определяется выходной сигнал коррекции путем сравнения текущего сигнала ДП с эталонной картой. Вырабатываемый в БЦВМ сигнал экстремальной коррекции используется для уточнения сигналов от ИС (х, y, Нис, ϑ, γ, ψ). Сигнал от баровысотомера (Н) используется для коррекции вертикального канала ИНС.

Недостатком наиболее близкого аналога являются:

- ограничения по высокоточной навигации на участках полета над местностью с низкой информативностью ФПЗ;

- асинхронность и задержка потоков данных от ИС, ДП и баровысотомера в БЦВМ, обусловленная федеративной структурой построения навигационного комплекса, что приводит к снижению его точностных характеристик;

- большие массогабаритные и стоимостные характеристики навигационного комплекса и наличие сложной кабельной системы на борту летательного аппарата (ЛА) для организации передачи данных, что также обусловлено федеративной структурой построения комплекса.

Задачей изобретения является обеспечение высокоточной навигации не зависимо от информативности ФПЗ, а также сокращение массогабаритных характеристик навигационного комплекса.

Достигается указанный результат тем, что в навигационный комплекс, содержащий БЦВМ, с входом которой соединены выходы ИС, баровысотомера и ДП, дополнительно вводятся датчик другого ФПЗ и система навигации по искусственным полям Земли (СНИПЗ), подключенные ко входу в БЦВМ, реализующей коррекцию данных ИС путем комплексной обработки информации СНИПЗ и нескольких ФПЗ, а также меняется федеративная структура навигационного комплекса на интегрально-модульную архитектуру (ИМА), для чего ИС, баровысотомер, оба ДП, БЦВМ и СНИПЗ выполняются в виде отдельных модулей с соответствующими чувствительными элементами и устанавливаются в едином корпусе.

На фиг.1 представлена блок-схема навигационного комплекса, использующего естественные и искусственные поля Земли (НК-ЕИПЗ), содержащего: 1 - корпус НК-ЕИПЗ, 2 - модуль ИС, 3 - модуль ДП1, 4 - модуль ДП2, 5 - модуль СНИПЗ, 6 - модуль баровысотомера, 7 - модуль БЦВМ, 8 - чувствительные элементы ИС, ДП и СНИПЗ.

Для снижения массогабаритных и стоимостных характеристик при проектировании модулей и корпуса НК-ЕИПЗ целесообразно использовать международные стандарты для малогабаритных систем, например форм-фактор РС104+, описанный в [PC/104-Plus Specification Version 2.0 November 2003].

Информационный обмен данными между модулями производится по внутренней шине, что обеспечивает устранение задержек при передаче данных и их синхронность. В качестве внутренней шины можно выбрать, например, шину PCI 32-bit PC/104-Plus, описанную в [PCI Local Bus Specification Production Version Revision 2.1 June 1, 1995].

Корпус НК-ЕИПЗ 1 обеспечивает конструктивную возможность реализации принципов ИМА за счет установки в нем модулей, входящих в состав НК-ЕИПЗ. Основу корпуса составляет пространственный каркас (шасси) с боковыми стенками. Конструктивно шасси может быть выполнен как субблок (крейт) из доработанных деталей стандарта Евромеханика. К нему крепятся передняя и задняя стенки, дно и крышка, пакет модулей формата РС104+, создавая тем самым единство конструкции в целом и обеспечивая прочность и устойчивость изделия к внешним воздействующим факторам.

Модуль ИС 2 обеспечивает обработку поступающей информации от чувствительного элемента (инерциальных датчиков) о географических координатах, скоростях и угловых эволюциях летательного аппарата. Модуль ИС 2 может быть построен в соответствии с известными принципами, изложенными, например, в [Помыкаев И.И., Селезнев В.П., Дмитроченко Л.А. Навигационные приборы и системы. - М.: Машиносторение, 1983 г., стр. 226-329].

Модули ДПЗ и ДП4 обеспечивают измерение сигналов ФПЗ. Наиболее распространенными ФПЗ в системах экстремальной коррекции являются РЗП и МПЗ.

Для измерения РЗП модуль ДПЗ представляет собой модуль приемопередатчика радиовысотомера (ППР). Модуль ППР подключается через высокочастотные разъемы к своим чувствительным элементам (передающей и приемной антеннам). Модуль ППР может быть построен в соответствии с известными принципами, изложенными, например, в [Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983, стр. 15-20, 108-115].

Для измерения МПЗ модуль ДП4 представляет собой модуль преобразователя сигналов магнитометра (ПСМ). Модуль ПСМ подключается через разъем к чувствительному элементу (магнитометрическому датчику). Модуль МПЗ может быть построен в соответствии с известными принципами, изложенными, например, в [Белоглазов И.Н., Джанджгава Г.И., Чигин Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. - М.: Наука, 1985, стр. 88-99].

Благодаря принципам ИМА в НК-ЕИПЗ может быть установлено и больше двух модулей ДП, что расширяет область применения экстремальной коррекции и улучшает ее точностные характеристики.

Модуль СНИПЗ 5 обеспечивает измерение навигационных параметров на основе обработки данных об искусственных полях Земли. К подобным системам можно отнести глобальную спутниковую навигационную систему (СНС), радиотехническую систему ближней навигации и т.п. В частности, СНС обеспечивает определение текущих координат, времени и вектора скорости по сигналам спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС, GPS и SBAS. Модуль СНС может быть построен на базе приемника спутниковой навигационной системы, например, МНП-7 [ПРИЕМНИК НАВИГАЦИОННЫЙ МНП-М7. РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦВИЯ.468157.113 РЭ].

Модуль баровысотомера 6 обеспечивает измерение статического, динамического давления атмосферы и обработки этих сигналов для выдачи информации об абсолютной высоте полета. Модуль баровысотомера может быть построен в соответствии с известными принципами, изложенными, например, в [Помыкаев И.И., Селезнев В.П., Дмитроченко Л.А. Навигационные приборы и системы. - М.: Машиносторение, 1983 г., стр. 48-50].

Модуль БЦВМ 7 обеспечивает комплексную обработку поступающей информации от модулей ИС2, ДПЗ, ДП4, СНИПЗ 5, баровысотомера 6 с целью определения навигационных параметров. При этом для коррекции ошибок ИС, имеющих расходящийся характер во времени, используется несколько методов:

- экстремальная коррекция по РЗП и по МПЗ;

- коррекция по ИПЗ.

Экстремальная коррекция на основе обработки эталонной информации о РЗП и текущих данных радиовысотомера и бароинерциального фильтра обеспечивает автономное определение координат над среднепересеченным и сильнопересеченным рельефом с точностью 50-100 м (σ).

Экстремальная коррекция на основе обработки эталонной информации о МПЗ, пересчитанной на абсолютную высоту полета, и текущих данных магнитометра обеспечивает автономное определение координат над всеми видами поверхности, в том числе водной, но с худшей точностью 200-500 м (σ).

Экстремальная коррекция по ФПЗ (РЗП и МПЗ) на основе анализа поведения функционалов позволяет помимо выдачи поправок к координатам (Δφ - по широте, Δλ - по долготе) оценить их достоверность и погрешность (σ).

Коррекция по ИПЗ, в частности спутниковая коррекция, обеспечивает высокоточное определение координат от единиц метров (в дифференциальном режиме) до 30 м и не зависит от информативности ФПЗ. Однако данный вид коррекции не является автономным, а поэтому уязвим при постановке радиопомех или выведения из строя спутниковой группировки.

Новизна предлагаемого подхода состоит в том, что модуль БЦВМ 7 производит одновременно все виды коррекции. При наличии достоверных поправок, выработанных в ходе экстремальной коррекции по РЗП (Δφрзп, Δλрзп) и МПЗ (Δφмпз, Δλмпз), оценивается достоверность спутниковой коррекции (Δφснс, Δλснс) на основе следующего критерия:

если

или, если |Δφмпз-Δφснс|≤δφ и |Δλмпз-Δλснс|≤δλ,

то поправки, выдаваемые СНС, достоверны.

В выражении (1) δφ и δλ - допустимые величины в расхождении данных экстремальной коррекции по ФПЗ и спутниковой коррекции.

В случае, если проводится экстремальная коррекция по 2-м ФПЗ (РЗП и МПЗ) и коррекция по данным СНС, и все три выдаваемые поправки к координатам ИС достоверны, то итоговая линейная несмещенная оценка поправок ΔZ (Δφ или Δλ) вычисляется на основе их взвешенной суммы в соответствии со следующим выражением, выведенным авторами:

где D1 - дисперсия ошибок экстремальной коррекции по РЗП;

D2 - дисперсия ошибок экстремальной коррекции по МПЗ;

D3 - дисперсия ошибок спутниковой коррекции;

x1 - поправка по Δφ или Δλ экстремальной коррекции по РЗП;

x2 - поправка по Δφ или Δλ экстремальной коррекции по МПЗ;

x3 - поправка по Δφ или Δλ спутниковой коррекции.

При коррекции по двум достоверным поправкам выражение (2) упрощается:

Таким образом, в БЦВМ реализована коррекция данных ИС путем комплексной обработки информации ИПЗ и нескольких ФПЗ. Изложенный выше алгоритм позволяет повысить точностные характеристики навигационного комплекса, а также надежность его работы в условиях постановки радиопомех или выведения из строя спутниковой группировки.

БЦВМ может быть построена на базе процессорной платы форм-фактора РС-104+ высокой производительности, например, РСМ-3362 фирмы Advantech с интегрированным центральным процессором Atom N450 с тактовой частотой 1.6 GHz, оперативной памятью до 2 Гб, постоянной памятью 2 Гб [Процессорная плата формата PC/104-Plus с процессором Atom N450. Спецификация].

Чувствительные элементы 8 обеспечивают модули ИС2, ДП3, ДП4, СНИПЗ 5 первичной информацией.

В качестве чувствительного элемента ИС можно использовать, например, инерциальные датчики на микромеханических элементах [Власенко А. Интегральные гироскопы iMEMS - датчики угловой скорости фирмы Analog Devices Российское Представительство Analog Devices, Inc. Электронные компоненты №2 2003 г.].

В качестве чувствительного элемента ДП РЗП (радиовысотомера) можно использовать антенны, построенные по известным принципам, изложенным, например, в [Справочник по радиолокации. Редактор М. Сколник. - М.: Советское радио, 1978, стр. 96-101].

В качестве чувствительного элемента ДП МПЗ (магнитометра) можно использовать магнитометрический феррозондовый датчик, построенный по известным принципам, изложенным, например, в [Белоглазов И.Н., Джанджгава Г.И.,. Чигин Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. - М.: Наука, 1985, стр. 88-99].

В качестве чувствительного элемента СНИПЗ, например СНС, можно использовать, например, навигационные антенны [Каталог «Навигационная аппаратура ГЛОНАСС/GPS» ОАО «Ижевский радиозавод»].

Навигационный комплекс, содержащий бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ), с входом которой соединены выходы инерциальной системы (ИС), баровысотомера и датчика естественного физического поля Земли (ФПЗ), отличающийся тем, что в него дополнительно введены датчик другого ФПЗ и система навигации по искусственным полям Земли (СНИПЗ), подключенные ко входу БЦВМ, реализующей коррекцию данных ИС путем комплексной обработки информации СНИПЗ и нескольких физических полей Земли, конструктивно построенные по интегрально-модульной архитектуре (ИМА), для чего ИС, баровысотомер, оба датчика ФПЗ, БЦВМ и СНИПЗ выполняются в виде отдельных модулей с соответствующими чувствительными элементами и устанавливаются в едином корпусе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области индикации мгновенного расхода топлива в транспортном средстве. Система отображения информации для транспортного средства содержит устройства: управления, предназначенное для определения текущего мгновенного значения эффективности на основании текущих условий работы транспортного средства; приема информации, относящейся к тормозной системе; вычисления откорректированного мгновенного значения эффективности.

Изобретение относится к регуляторам текучей среды. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и точности регулирования текучей среды.

Группа изобретений относится к устройству и способу для указания состояний движения гибридного автомобиля. Устройство содержит индикаторную поверхность, индикаторное средство, управляющее устройство.

Изобретение относится к электрооптическому устройству вывода портативного измерительного прибора для отображения результатов измерения расстояния. .

Изобретение относится к устройствам для информирования водителя гибридного транспортного средства о состоянии приведения в действие источников мощности. .

Изобретение относится к технике обработки и отображения информации и может быть использовано для отображения различной информации. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электроэнергетике и других отраслях промышленности для управления производственными процессами и автоматического контроля потребительских систем.

Изобретение относится к устройствам для информирования водителя гибридного транспортного средства о состоянии приведения в действие источников мощности. .

Изобретение относится к области определения высоты парашютной системы над поверхностью земли. Способ определения высоты парашютной системы заключается в определении высоты полета самолета и высоты снижения до раскрытия парашюта.

Группа изобретений относится к автономным цифровым интегрированным комплексам бортового электронного оборудования многодвигательных воздушных судов. Бортовая система информационной поддержки содержит модуль динамики взлета, модуль высотно-скоростных и метеорологических параметров, модуль летно-технических характеристик, модуль аэродинамики, модуль тяги силовых установок, модуль базы данных аэродромов и мировую базу данных рельефа подстилающей поверхности EGPWS повышенной точности в 3D формате и минимальных безопасных высот, модуль анализа и принятия решений и другие модули.

Изобретения относятся к области приборостроения, являются средствами навигации, у которых система ориентации интегрирована с гидростатическим блоком наклона (ГБН) и трехосевым компасом, и могут быть использованы.для морских объектов. Единый технический результат группы изобретений - повышение точности определения выходных навигационных параметров бесплатформенной инерциальной системы ориентации (углов ориентации, линейных скоростей и координат местоположения) за счет определения углов наклона между связанной и навигационной системами координат и определения угла азимута. Сущность изобретения-устройства: бесплатформенный навигационный комплекс содержит инерциальную систему ориентации (ИСО) на "грубых" чувствительных элементах, которая подключена к вычислительной платформе и включает расположенные по трем ортогональным осям ИСО три акселерометра и три датчика угловых скоростей.

Изобретение относится к области техники навигации наземных транспортных средств и представляет собой объединение аппаратуры счисления координат (АСК) и спутниковой навигационной аппаратуры (СНА).

Изобретение относится к информационно-вычислительным системам и устройствам, обеспечивающим решение задач дистанционного управления движением подвижных объектов по заданному алгоритму в автоматическом и ручном режимах.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах контроля целостности выходных сигналов бортовых спутниковых навигационных приемников.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в бортовых телевизионных или радиотехнических системах летательных аппаратов. Технический результат - повышение точности автономной работы инерциальной навигационной системы при прерывании радиосвязи с внешней неавтономной радионавигационной системой.

Изобретение относится к области авиации, в частности к устройствам отображения информации. Командно-пилотажный индикатор вертолета содержит экран, на котором индицируются неподвижный относительно центра отсчетный индекс «Самолет», обозначающий текущее положение вертолета в пространстве, и подвижный индекс "Лидер", имеющий возможность поворота вокруг своего центра симметрии, а также перемещения по вертикали и горизонтали относительно индекса "Самолет" и обозначающий требуемое положение в пространстве, генератор символов, соединенный с экраном, средства управления подвижным индексом "Лидер", выполненные в виде блока вычисления характеристик "Лидера".

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в малогабаритных бесплатформенных инерциальных навигационных системах (БИНС), интегрированных с различными внешними системами беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в малогабаритных бесплатформенных инерциальных навигационных системах (БИНС), интегрированных как со спутниковой навигационной системой (СНС), так и с одометрической системой для использования в мобильных наземных аппаратах различного типа.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах навигации и ориентации, в частности для коррекции погрешностей, численных критериев степени наблюдаемости навигационных комплексов (НК) с инерциальной навигационной системой (ИНС). Технический результат - повышение точности и надежности. Для этого селективный навигационный комплекс (СНК) включает ИНС с одним выходом, приемник спутниковой навигационной системы (ПСНС) с одним выходом, радиолокационную станцию (РЛС) с одним выходом, блок определения степеней наблюдаемости и формирования измерений, имеющий три входа и один выход, фильтр Калмана и сумматор, имеющий два входа и один выход. Выход ИНС соединен с первым входом блока определения степеней наблюдаемости и формирования измерений, второй вход которого соединен с выходом ПСНС, а третий вход соединен с выходом РЛС. Выход ИНС также соединен со вторым входом сумматора, а выход фильтра Калмана соединен с первым входом сумматора. СНК снабжен квадратором и накопительным устройством, а блок определения степеней наблюдаемости и формирования измерений выполнен с четвертым входом. В блоке определения степеней наблюдаемости и формирования измерений в критерии степени наблюдаемости вычисляются дисперсии компонент вектора состояния в процессе полета. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к авиационному приборостроению. Предложенный навигационный комплекс предназначен для обеспечения высокоточной навигации на основе комплексной обработки информации систем навигации по искусственным полям Земли и нескольких физических полей Земли. Навигационный комплекс построен по интегрально-модульной архитектуре, для чего входящие в его состав инерциальная система, баровысотомер, датчики полей, бортовая цифровая вычислительная машина и СНИПЗ выполняются в виде отдельных модулей с соответствующими чувствительными элементами и устанавливаются в едином корпусе. Данный навигационный комплекс позволяет за счет КОИ СНИПЗ и нескольких ФПЗ повысить точностные характеристики навигационного комплекса, а также надежность его работы в условиях постановки радиопомех или выведения из строя спутниковой группировки; за счет перехода с федеративной структуры комплекса на ИМА устранить асинхронность и задержку потоков данных от ИС, ДП и баровысотомера в БЦВМ и тем самым повысить его точностные характеристики, а также снизить массу, габариты, стоимость и упростить кабельную систему на борту летательного аппарата. 1 ил.

Наверх