Комплексная система навигации и управления летательного аппарата



Комплексная система навигации и управления летательного аппарата
Комплексная система навигации и управления летательного аппарата
Комплексная система навигации и управления летательного аппарата
Комплексная система навигации и управления летательного аппарата
Комплексная система навигации и управления летательного аппарата
Комплексная система навигации и управления летательного аппарата

 


Владельцы патента RU 2590936:

Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") (RU)

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в составе комплексов пилотажно-навигационного оборудования летательных аппаратов (ЛА). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого использованы взаимосоединенные входами-выходами по каналу информационного обмена комплект многофункциональных индикаторов, комплект навигационно-пилотажных средств, переносной носитель исходных данных, вычислительная система, включающая взаимосоединенные входами-выходами по магистрали вычислительного информационного обмена вычислительно-логические модули объединенной базы данных (ОБД), формирования навигационно-пилотажных параметров (ФНПП), формирования отображаемой информации (ФОИ), формирования управляющих сигналов (ФУС), ввода-вывода и управления информационным обменом (ВВУИО). Комплексная система навигации и управления ЛА дополнительно снабжена введенными в состав вычислительной системы вычислительно-логическими модулями оценки положения ЛА относительно навигационной точки и формирования фиктивного угла сноса. 4 ил.

 

Предлагаемое устройство предназначено для применения в области авиационного приборостроения, в частности в пилотажно-навигационном оборудовании летательных аппаратов (ЛА).

Полет любого ЛА можно разделить на:

- взлет;

- полет по маршруту;

- посадку.

Полет по маршруту наиболее продолжительный этап, во время которого, как правило, выполняется главная целевая задача ЛА. Очень часто для выполнения этой целевой задачи требуется вывод ЛА в заданную область воздушного пространства относительно известной навигационной точки (НТ) с таким расчетом, чтобы ЛА находился относительно НТ на заранее заданной дальности и с заранее заданным курсом.

Посадка включает в себя следующие этапы: предпосадочное маневрирование, которое также называют этапом возврата, заход на посадку и непосредственно приземление.

Целевой задачей этапа возврата является вывод ЛА в заданную область воздушного пространства относительно взлетно-посадочной полосы (ВПП) с таким расчетом, чтобы ЛА находился на продолжении оси ВПП на установленной высоте и дальности относительно торца ВПП с курсом, примерно равным направлению ВПП.

Т.е., и при выполнении возврата и очень часто при следовании по маршруту, ЛА должен быть выведен в заданную область воздушного пространства с заданными параметрами пространственного положения по курсу и дальности относительно НТ, где гарантированно обеспечиваются благоприятные условия для выполнения целевой задачи текущего этапа полета.

Различные аспекты функционирования бортового оборудования, обеспечивающего подобное маневрирование ЛА, приведены в следующих работах:

1. Батенко А.П. Управление конечным состоянием движущихся объектов. М. "Советское радио", 1977 г., 256 с.

2. Воробьев Л.М. Воздушная навигация, М.: Машиностроение, 1984.

3. Рогожин В.О. и др. Пiлотажно-навiгацiйнi комплекси повiтряних суден, К.: Книжкове видавництво НАУ, 2005 (на украинском языке).

4. Справочник пилота и штурмана гражданской навигации. Под редакцией Васина И.Ф., М.: Транспорт, 1988.

5. Патент РФ на изобретение №2240589 с приоритетом от 31.07.2003. Способ автоматического управления летательным аппаратом при выходе на линию взлетно-посадочной полосы.

6. Патент РФ на изобретение №2276328 с приоритетом от 21.06.2005. Прицельно-навигационный комплекс многофункционального самолета авианосного и наземного базирования.

7. Патент РФ на изобретение №2481558 с приоритетом от 25.07.2011. Комплексная система навигации и управления летательного аппарата.

Описание наиболее близкого к предлагаемому изобретению устройства приведено в патенте РФ на изобретение №2481558 [7].

С учетом только существенных, для предлагаемого изобретения, признаков устройство-прототип содержит взаимосоединенные входами-выходами по каналу информационного обмена (КИО) комплект многофункциональных индикаторов (МФИ), комплект навигационно-пилотажных средств (НПС), переносной носитель исходных данных (ПНИД), вычислительную систему (ВС), включающую взаимосоединенные входами-выходами по магистрали вычислительного информационного обмена (МВИО) вычислительно-логические модули (ВЛМ) объединенной базы данных (ОБД), формирования навигационно-пилотажных параметров (ФНПП), формирования отображаемой информации (ФОИ), формирования управляющих сигналов (ФУС), ввода-вывода и управления информационным обменом (ВВУИО), вход-выход которого является входом-выходом ВС.

На чертеже (см. фиг. 1) представлена блок-схема устройства-прототипа, содержащего:

1 - комплект многофункциональных индикаторов (МФИ);

2 - комплект навигационно-пилотажных средств (НПС);

3 - переносной носитель исходных данных (ПНИД);

4 - канал информационного обмена (КИО);

5 - вычислительную систему (ВС), включающую:

6 - магистраль вычислительного информационного обмена (МВИО),

7 - ВЛМ объединенной базы данных (ОБД),

8 - ВЛМ формирования навигационно-пилотажных параметров (ФНПП),

9 - ВЛМ ввода-вывода и управления информационным обменом (ВВУИО),

10 - ВЛМ формирования отображаемой информации (ФОИ),

11 - ВЛМ формирования управляющих сигналов (ФУС).

Функционирование системы-прототипа на этапе захода на НТ с заданного направления проиллюстрировано также рисунком на фиг. 3.

Устройство-прототип является комплексной системой навигации и управления ЛА, обеспечивающей формирование навигационной и пилотажной информации, ее представление на многофункциональных индикаторах, управление ЛА в ручном и автоматическом режимах.

Система-прототип функционирует следующим образом.

Информационная взаимосвязь всего оборудования устройства осуществляется по КИО, включающему электрические, механические, электромеханические связи.

МФИ содержит "n" многофункциональных индикаторов с цветными жидкокристаллическими экранами (ЖКЭ).

Комплект НПС включает инерциальные навигационные системы (ИНС), спутниковые навигационные системы (СНС), системы воздушных сигналов и другие системы, измеряющие параметры движения ЛА при подготовке и в полете, которые с входа-выхода НПС через КИО поступают на вход-выход ВС и через ВВУИО и МВИО в ФНПП, ФОИ, ФУС.

ПНИД является носителем полетных заданий с долговременной репрограммируемой памятью (типа стандартных флеш-карт), подготавливаемых на наземных пунктах планирования полетных заданий. Введенные в ПНИД исходные данные для бортового оборудования, параметры навигационных точек на маршруте, параметры возможных аэродромов базирования и другие данные через КИО поступают на вход ВС, а затем через ВВУИО и МВИО в ОБД.

ВС является вычислительной системой, при этом все ВМЛ, входящие в состав ВС, исполнены по стандартным вычислительным схемам на основе процессоров и запоминающих устройств.

ВВУИО через один вход-выход осуществляет прием, преобразование и передачу данных во взаимодействующее оборудование через вход-выход ВС по КИО. Другой вход-выход ВВУИО подключен к МВИО, осуществляющей информационный обмен между всеми ВМЛ ВС.

ОБД выполнен на стандартном долговременном запоминающем устройстве, хранящем данные, поступившие с ПНИД.

В ФНПП осуществляется комплексная обработка информации от КНПС, ОБД и формируются текущие навигационно-пилотажные параметры ЛА, поступающие по МВИО в ФОИ и ФУС.

В ФОИ по данным, полученным по МВИО от ОБД, ФНПП, ФУС и от взаимодействующего оборудования через КИО и ВВУИО, формируются обобщенные мнемокадры функциональной, цифробуквенной информации, совмещенной с представлением многофункционального пульта управления. Сформированные мнемокадры изображений с входа-выхода ФОИ через МВИО, ВВУИО, КИО поступают в МФИ для отображения на экранах с целью принятия решения экипажем для работы с оборудованием комплекса через обрамляющие экраны многофункциональных индикаторов органы управления (сенсорные кнопки, кнопки-клавиши).

В ФУС, на этапе захода на НТ по текущим координатам ЛА φЛА, λЛА из ФНПП, координатам НТ φНТ, λНТ и курсу прохода НТ ψНТ из ОБД определяют текущие координаты ЛА ХЛА, YЛА в системе координат, связанной с НТ:

XЛА=Δλ·sinψНТ+Δφ·cosψНТ,

YЛА=-Δλ·cosψНТ+Δφ·sinψНТ,

где Δφ=(φЛАНТ)·R, Δλ=(λЛАНТ)·R·cosφЛА, R - радиус Земли, который с достаточной точностью для рассматриваемой задачи может быть принят равным 6371 км.

По текущим координатам ЛА ХЛА, YЛА, истинному углу сноса αСНи из ФНПП и заданным координатам центра вынесенной окружности относительно НТ Х0НТ, Y0=R3 из ОБД определяют заданный курс ЛА ψ3 на точку касания А вынесенной окружности в географической системе координат, который вместе с сигналом истинного курса ЛА ψИ из ФНПП поступает на индикацию и в систему автоматического управления (САУ) ЛА:

где - линейная дальность до точки А касания заданной вынесенной окружности,

ψA - направление линии касательной к вынесенной окружности и проходящей через точку местоположения ЛА.

Отклонение рулевых поверхностей ЛА для маневра в боковой плоскости осуществляется с учетом рассогласования между текущим и заданным курсами и после того, как текущий курс ЛА ψИ сравняется с заданным курсом ψ3 ЛА летит на точку А касания заданной окружности.

Таким образом, ЛА летит в точку А касания заданной окружности с радиусом R3, вынесенной относительно НТ на расстояние ДНТ. После прохождения точки А производится разворот ЛА в сторону НТ, а затем выравнивание ЛА по линии проходящей через НТ с курсом ψНТ.

Основным недостатком этого устройства при заходе на НТ с заданного направления является тот факт, что в непосредственной близости ЛА от вынесенной окружности на качество функционирования способа могут влиять погрешности пилотирования ЛА и погрешность определения курса ЛА. Вследствие воздействия таких погрешностей, ЛА, еще не достигнув расчетной точки касания заданной окружности, может оказаться внутри вынесенной окружности. Поскольку определить направление линии касательной к окружности находясь внутри окружности не представляется возможным, разворот ЛА в сторону НТ начнется в не расчетной точке, что в итоге приведет к выходу на заданный курс на дальности не соответствующей заданной.

Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности выхода ЛА на НТ с заданного направления по дальности путем обеспечения инвариантности устройства к погрешностям пилотирования ЛА и погрешности определения курса ЛА.

Поставленная цель достигается тем, что в известную комплексную систему навигации и управления ЛА, включающую взаимосоединенные входами-выходами по каналу информационного обмена комплект многофункциональных индикаторов, комплект навигационно-пилотажных средств, переносной носитель исходных данных, вычислительную систему, включающую взаимосоединенные входами-выходами по магистрали вычислительного информационного обмена вычислительно-логические модули объединенной базы данных (ОБД), формирования навигационно-пилотажных параметров (ФНПП), формирования отображаемой информации (ФОИ), формирования управляющих сигналов (ФУС), ввода-вывода и управления информационным обменом (ВВУИО), дополнительно введены в состав вычислительной системы вычислительно-логические модули оценки положения ЛА относительно навигационной точки (ПОНТ) и формирования фиктивного угла сноса (ФФУС), взаимосоединенные между собой и с вычислительно-логическими модулями ОБД, ФНПП, ФОИ, ФУС и ВВУИО по магистрали вычислительного информационного обмена.

На чертеже (см. фиг. 2) представлена блок-схема предлагаемого устройства, содержащего:

1 - комплект многофункциональных индикаторов (МФИ);

2 - комплект навигационно-пилотажных средств (НПС);

3 - переносной носитель исходных данных (ПНИД);

4 - канал информационного обмена (КИО);

5 - вычислительную систему (ВС), включающую:

6 - магистраль вычислительного информационного обмена (МВИО),

7 - ВЛМ объединенной базы данных (ОБД),

8 - ВЛМ формирования навигационно-пилотажных параметров (ФНПП),

9 - ВЛМ ввода-вывода и управления информационным обменом (ВВУИО),

10 - ВЛМ формирования отображаемой информации (ФОИ),

11 - ВЛМ формирования управляющих сигналов (ФУС),

12 - ВЛМ оценки положения ЛА относительно навигационной точки (ПОНТ),

13 - ВЛМ формирования фиктивного угла сноса (ФФУС).

Функционирование предлагаемой системы на этапе захода на НТ с заданного направления проиллюстрировано рисунком на фиг. 4.

Предлагаемая система функционирует следующим образом.

Информационная взаимосвязь всего оборудования устройства осуществляется по КИО, включающему электрические, механические, электромеханические связи.

МФИ содержит "n" многофункциональных индикаторов с цветными жидкокристаллическими экранами (ЖКЭ).

Комплект НПС включает инерциальные навигационные системы (ИНС), спутниковые навигационные системы (СНС), системы воздушных сигналов и другие системы, измеряющие параметры движения ЛА при подготовке и в полете, которые с входа-выхода НПС через КИО поступают на вход-выход ВС и через МВИО и ВВУИО в ФНПП, ФОИ, ФУС.

ПНИД является носителем полетных заданий с долговременной репрограммируемой памятью (типа стандартных флеш-карт), подготавливаемых на наземных пунктах планирования полетных заданий. Введенные в ПНИД исходные данные для бортового оборудования, параметры навигационных точек на маршруте, параметры возможных аэродромов базирования, параметры возможных кораблей базирования и другие данные через КИО поступают на вход ВС, а затем через ВВУИО и МВИО в ОБД.

ВС является вычислительной системой, при этом все ВМЛ, входящие в состав ВС, исполнены по стандартным вычислительным схемам на основе процессоров и запоминающих устройств.

ВВУИО через один вход-выход осуществляет прием, преобразование и передачу данных во взаимодействующее оборудование через вход-выход ВС по КИО. Другой вход-выход ВВУИО подключен к МВИО, осуществляющей информационный обмен между всеми ВМЛ ВС.

ОБД выполнен на стандартном долговременном запоминающем устройстве, хранящем данные, поступившие с ПНИД.

В ФНПП осуществляется комплексная обработка информации от КНПС, ОБД и формируются текущие навигационно-пилотажные параметры ЛА, поступающие по МВИО в ФОИ и ФУС.

В ФОИ по данным, полученным по МВИО от ОБД, ФНПП, ФУС и от взаимодействующего оборудования через КИО и ВВУИО, формируются обобщенные мнемокадры функциональной, цифробуквенной информации, совмещенной с представлением многофункционального пульта управления. Сформированные мнемокадры изображений с входа-выхода ФОИ через МВИО, ВВУИО, КИО поступают в МФИ.

В ФУС, на этапе захода на НТ по текущим координатам ЛА φЛА, λЛА из ФНПП, координатам НТ φНТ, λНТ и курсу прохода НТ ψНТ из ОБД определяют текущие координаты ЛА XЛА, YЛА в системе координат, связанной с НТ:

XЛА=Δλ·sinψНТ+Δφ·cosψНТ,

YЛА=-Δλ·cosψНТ+Δφ·sinψНТ,

где Δφ=(φЛАНТ)·R, Δλ=(λЛАНТ)·R·cosφЛА, R - радиус Земли, который с достаточной точностью для рассматриваемой задачи может быть принят равным 6371 км.

По текущим координатам ЛА ХЛА, YЛА, истинному углу сноса αСНи из ФНПП, заданным координатам центра вынесенной окружности относительно НТ Х0НТ, Y0=R3 из ОБД и фиктивному углу сноса из ФФУС определяют заданный курс ЛА ψ3 в географической системе координат, который вместе с сигналом истинного курса ЛА ψИ из ФНПП поступает на индикацию и в систему автоматического управления (САУ) ЛА:

где - линейная дальность до точки А касания заданной вынесенной окружности,

ψА - направление линии касательной к вынесенной окружности и проходящей через точку местоположения ЛА.

αСНф - фиктивный угол сноса ЛА, определяемый в ФФУС, с использованием командных сигналов из ПОНТ, сигнала ψА из ФУС и сигнала ψНТ из ОБД, следующим образом:

где D0 - известная заданная пороговая величина дальности, а Кα - известный заданный коэффициент.

Анализ положения ЛА относительно НТ и точки А и выработка командных сигналов для ФФУС осуществляется в ПОНТ на основе сигналов D и YЛА из ФУС.

Отклонение рулевых поверхностей ЛА для маневра в боковой плоскости осуществляется с учетом рассогласования между текущим и заданным курсами.

Таким образом, до достижения ЛА дальности до точки касания вынесенной окружности D0, ЛА, выдерживая равенство истинного курса уи с заданным курсом ψ3, летит на точку А касания вынесенной окружности.

Затем, выдерживая равенство истинного курса ψИ с заданным курсом ψ3, ЛА летит по траектории гарантированно обеспечивающей облет заданной вынесенной окружности с внешней стороны. В процессе облета вынесенной окружности, точка А касания вынесенной окружности перемещается по периметру вынесенной окружности и в пределе совпадает с точкой выноса окружности на заданную дальность выхода на НТ ДНТ.

В результате разворот ЛА в сторону НТ и выравнивание ЛА по линии, проходящей через НТ с курсом ψНТ, осуществляется безударно непосредственно в процессе облета вынесенной окружности.

Комплексная система навигации и управления летательного аппарата, содержащая взаимосоединенные входами-выходами по каналу информационного обмена комплект многофункциональных индикаторов, комплект навигационно-пилотажных средств, переносной носитель исходных данных, вычислительную систему, включающую взаимосоединенные входами-выходами по магистрали вычислительного информационного обмена вычислительно-логические модули объединенной базы данных (ОБД), формирования навигационно-пилотажных параметров (ФНПП), формирования отображаемой информации (ФОИ), формирования управляющих сигналов (ФУС), ввода-вывода и управления информационным обменом (ВВУИО), отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена введенными в состав вычислительной системы вычислительно-логическими модулями оценки положения ЛА относительно навигационной точки (ПОНТ) и формирования фиктивного угла сноса (ФФУС), взаимосоединенными между собой и с вычислительно-логическими модулями ОБД, ФНПП, ФОИ, ФУС и ВВУИО по магистрали вычислительного информационного обмена.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в составе комплексов пилотажно-навигационного оборудования летательных аппаратов (ЛА).

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в составе комплексов навигационно-пилотажного оборудования летательных аппаратов (ЛА). Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Предложенное изобретение относится к навигационной технике наземных транспортных средств, летательных аппаратов и судов. Бесплатформенная аппаратура счисления координат содержит блок датчиков проекций абсолютной угловой скорости на оси системы координат транспортного средства (СК ТС), вычислитель проекций относительной угловой скорости на оси СК ТС, вычислитель проекций скорости изменения углов Эйлера Крылова (УЭК) на оси геодезической системы координат (ГСК), вычислитель приращений УЭК и вычислитель текущих значений УЭК, блок датчиков проекций скорости на оси СК ТС, соответствующим образом соединенные между собой.

Изобретение относится к навигационной технике, а именно к способам бесплатформенной инерционной навигации малогабаритных движущихся объектов. Способ бесплатформенной инерциальной навигации заключается в том, что на борту подвижного объекта устанавливают микромеханические гироскопы и акселерометры, ориентируют их оси чувствительности относительно трех ортогональных его осей, затем гироскопами измеряют проекции вектора угловых скоростей, акселерометрами - проекции вектора действующего ускорения на оси координат объекта, полученные выходные сигналы фильтруют и вычисляют навигационные параметры и параметры ориентации, введена последовательность действий, при этом на борту подвижного объекта устанавливают n тетрад микромеханических гироскопов и n тетрад микромеханических акселерометров, которые располагают осями чувствительности вдоль диагоналей куба одной механической базы, грани которой ориентируют параллельно ортогональным осям объекта, а измеренные выходные сигналы тетрад преобразуют в проекции сигналов, действующих на ортогональную систему координат объекта.

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для видеоконтроля водных акваторий с обеспечением регистрации нештатных ситуаций, связанных с движением судов по несанкционированным курсам или их нахождением в запретных зонах.

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может быть использовано в бесплатформенных инерциальных системах, в частности в гировертикалях, курсовертикалях и навигационных системах при измерении углов крена и тангажа подвижного объекта.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах мультимодальной навигации. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к навигационной технике и может быть использовано при проектировании инерциальных и интегрированных навигационных систем. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к области навигации и может найти применение в системах навигации автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА). Технический результат - снижение трудозатрат при производстве подводных работ с использованием АНПА.

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).
Изобретение, характеризуемое как способ повышения точности начальной выставки бесплатформенной инерциальной системы (БИНС) во время нахождения летательного аппарата (ЛА) на аэродроме, после начальной выставки и перехода БИНС в режим навигации, за все время нахождения ЛА на аэродроме, осуществляют совместную обработку информации инерциального счисления и внешней информации, поступающей, по меньшей мере, от спутниковой навигационной системы (СНС), относится к области инерциальной навигации и может быть использовано в авиационных БИНС. Упомянутая обработка информации включает формирование оценок поправок к калибровочным величинам первичных погрешностей БИНС и формирование оценок поправок к выходным параметрам инерциального счисления. Совместная обработка информации дополнительно включает фильтрацию полученных упомянутых оценок поправок по условиям наблюдаемости и достоверности, причем оценки поправок, удовлетворяющие упомянутым критериям, и/или нулевые значения для оценок, не удовлетворяющих упомянутым критериям, вносят в качестве соответствующих оценок поправок к калибровочным величинам первичных погрешностей БИНС и оценок поправок к выходным параметрам инерциального счисления, включая углы ориентации, определенные на этапе начальной выставки, непосредственно в момент отрыва ЛА от взлетно-посадочной полосы. Технический результат - повышение точности начальной выставки БИНС. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.
Комплекс бортового оборудования содержит бортовое радиоэлектронное оборудование, комплексный потолочный пульт, интегрированную систему сбора, контроля и регистрации полетной информации, систему управления общесамолетным оборудованием, систему управления комплексной системой управления, вычислительную часть маршевой силовой установки, общесамолетные системы с собственными вычислителями, подключенные к бортовой сети информационного обмена определенным образом. Бортовое радиоэлектронное оборудование содержит средства управления и индикации, вторичную систему, вычислительное ядро с шестью центральными вычислителями. Система управления общесамолетным оборудованием содержит два блока вычислителей-концентраторов, блок преобразования сигналов, блок защиты и коммутации. Система управления комплексной системой управления содержит два информационно-вычислительных комплекса. Вычислительная часть маршевой силовой установки содержит два блока управления и контроля. Общесамолетные системы с собственными вычислителями содержат контроллер системы энергоснабжения, пульт бортпроводника, контроллер системы кондиционирования воздуха, электронный блок управления вспомогательной силовой установки, контроллер системы основного и резервного питания, контроллер системы автоматического регулирования давления, контроллер системы противопожарной защиты. Все контроллеры, вычислители и блоки управления выполнены по разнородной архитектуре и подключены к бортовой сети информационного обмена. Обеспечивается безопасность полета пассажирского летательного аппарата.
Наверх