КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА НАВИГАЦИИ Российский патент 1994 года по МПК G01C23/00 

Изобретение относится к авиационному приборостроению, в частности к информационным средствам навигации и посадки летательных аппаратов (ЛА).

Известны датчики полярных координат ориентиров (ДПКО) с лазерным дальномерным каналом, (см., например, Лазарев А.П. Инфракрасные и световые приборы самонаведения летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1970 г.) измеряющих дальность Дo и угол визирования ориентира ϕ_o
Известен инерциально-спутниковый (спутниковый) датчик координат (СДК) (см. , например, Кирс М.А) Навигационная кибернетика полета, М.; Воениздат, 1971; Регламент эксплуатации изделия А-735. ФБМИ. 461531.002 РЭ, МКБ "Компас", М. ; 1991), измеряющий географические координаты местоположения ЛА.

Система, содержащая датчик полярных координат ориентира ДПКО, спутниковый датчик координаты СДК, задатчик горизонтальных координат и величины π, датчик курса ДК, преобразователь координат ПК, блок формирования относительных координат и угла БФОКУ, выбирается в качестве прототипа (Бортовой комплеккс радиоэлектронного оборудования самолета "Ямал". Эскизный проект, Моск. обл. , г. Раменское, РПКБ, 1991). Данная система формирует в БФОКУ географические координаты ЛА относительно ориентира на основе измерений СДК
х_и = х_сг + х_oг = х_с + Δ₁
z_и = z_cг - z_oг = z_c + _Δ2 где x_c, z_c-действительные значения коорди нат ЛА относительно ориентира;
х_oг, z_oг - географические координаты ориентира;
Δ_1, Δ₂ - постоянные погрешности СДК, а также географические координаты ЛА относительно ориентира на основе измерений курса датчиком курса ДК и полярных координат D_o, ϕ_o , измеряемых ДПКО,
х_o= D_osin ( π - ϑ_и - ϕ_o ) ,
z_o = D_ocos ( π - ϑ_и - ϕ_o ) , в современныx ДПКО Δ D ≈ 0 , Δ ϕ ≈ 0, тогда при ( π - ϑ_и - ϕ_o ) = α_и = α - Δ , где Δ - постоянная погрешность курса.

х_o = х_с^. сos Δ - z_c^. sinΔ ;
z_o = z_c^. cosΔ + х_с^. sinΔ.

Для современных датчиков Δ₁ = Δ₂ ≈ 20 м, Δ ≈ 0,5^o и погрешности δ z_o = Δ ˙ x_c , δ x_o = Δ ˙ z_c, что, например, при х_с = z_c = 2000 м составляет δ x_o = δ z_o = 20 м; наличие этих погрешностей является недостатком прототипа как системы информационных параметров навигации и особенно режима захода на посадку и посадки ЛА.

Цель изобретения - повышение точности системы в работе.

Это достигается тем, что в комплексную систему навигации, содержащую спутниковый датчик координат, блок формирования относительных координат и угла, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами спутникового датчика координат, последовательно соединенные датчик полярных координат ориентира, второй выход которого соединен с третьим входом блока формирования относительных координат и угла, и преобразователь координат, второй вход которого соединен с первым выходом блока формирования относительных координат и угла, задатчик горизонтальных координат ориентира и величины π первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым входами блока формирования относительных координат и угла, и датчик курса, выход которого соединен с седьмым входом блока формирования относительных координат и угла, дополнительно введены блок линий задержки, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока формирования относительных координат и угла, а третий и четвертый входа - соответственно с первым и вторым выходами преобразователя координат, блок интеграторов, первый выход которого соединен с пятым входом блока линий задержки и восьмым входом блока формирования относительных координат и угла, а также блок коррекции, входы которого с первого по пятый соединены соответственно с выходами с первого по пятый блока линий задержки, шестой и седьмой входы блока коррекции соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока формирования относительных координат и угла, восьмой и девятый входы - соответственно с вторым и третьим выходами блока интеграторов, десятый и одиннадцатый входы - соответственно с первым и вторым выходами преобразователя координат, а двенадцатый вход объединен с пятым входом блока линий задержки, выходы блока коррекции с первого по третий соединены соответственно с входами блока интеграторов с первого по третий, причем блок интеграторов выполнен на основе трех интеграторов. Входы первого второго и третьего интеграторов подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока интеграторов, к первому, второму и третьему выходам которого подключены соответственно выходы третьего, первого и второго интеграторов, блок линий задержки выполнен на основе пяти блоков задержки.

Причем первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки задержки включены соответственно между первым-пятым входами и первым-пятым выходами блока линии задержки. Блок коррекции выполнен на основе шести блоков умножения, одиннадцати блоков разности, двух сумматоров, блока деления и блока формирования арктангенса, причем первый блок разности, первый блок умножения, второй блок разности, второй блок умножения, первый сумматор, блок деления и блок формирования арктангенса соединены последовательно, третий блок разности, второй сумматор и третий блок умножения соединены последовательно, четвертый блок разности, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора и пятый блок разности, выход которого соединен с вторым входом блока деления, соединены последовательно, шестой блок разности и пятый блок умножения, выход которого соединен с вторым входом пятого блока разности, соединены последовательно, седьмой блок разности и восьмой блок разности соединены последовательно, выход девятого блока разности соединен с вторым входом второго блока разности, десятый и одиннадцатый блоки разности соединены последовательно, первый вход шестого блока умножения соединен с выходом первого блока разности, а выход - с вторым входом второго сумматора, выход второго блока разности соединен с вторым входом пятого блока умножения, выход шестого блока разности подключен также к второму входу третьего блока умножения, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, первые входы соответственно четвертого, шестого, девятого, третьего и первого блоков разности являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами блока коррекции, объединенные второй вход четвертого блока разности и первый вход десятого блока разности являются шестым входом блока коррекции.

Объединенные второй вход шестого и первый вход седьмого блоков разности являются седьмым входом блока коррекции, вторые входы десятого и седьмого блоков разности являются соответственно восьмым и девятым входами блока коррекции, объединенные вторые входы девятого блока разности, шестого блока умножения и одиннадцатого блока разности являются десятым входом блока коррекции, объединенные вторые входы третьего блока разности, первого блока умножения и восьмого блока разности являются одиннадцатым входом блока коррекции, второй вход первого блока разности является двенадцатым входом блока коррекции, выходы одиннадцатого, восьмого блоков разности, блока формирования арктангенса, десятого и седьмого блоков разности являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока коррекции.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы-прототипа; на фиг.2 показано взаимное положение летательного аппарата (точка С, СС₁ - продольная ось) и ориентира (точка А) в географической системе координат ОХ (СN - направление на север, ϑ- географический курс, ϕ - угол визирования ориентира, α- относительный угол; х_cг, Z_cг - географические координаты летательного аппарата; х_oг, z_oг - географические координаты ориентира А; на фиг.3 - структурная схема предлагаемой системы, содержащей спутниковый датчик координат СДК 1, блок формирования относительных координат и угла БФОКУ 2, задатчик горизонтальных координат и величины π 3ГК5, датчик курса ДК6, датчик полярных координат ориентира ДПКO 3, преобразователь координат ПК 4, блок интегрирования БИ 8, блок коррекции БК 9, блок линий задержки БЛЗ 7; на фиг. 4 структурная схема БИ8, содержащего первый-третий интеграторы И1(10), И2(11), И3(12); на фиг.5 cтруктурная схема БЛЗ 7, содержащего первый-пятый блоки запаздывания Б31(13), Б32(14), Б33(15), Б34(16), Б35(17); на фиг. 6 структурная схема БФОКУ 2, содержащего первый-третий элементы разности ЭР1(18), ЭР2(19), ЭРЗ(20); на фиг.7 структурная схема БК9, содержащего первый-одиннадцатый блоки разности БР1(21), БР2(23), БРЗ(28), БР4(31), БР5(33), БР6(34), БР7(36), БР8(37), БР9(38), БР10(39), БР11(40); первый-шестой блоки умножения БУ1(22), БУ2(24), БУ3(30), БУ4(32), БУ5(35), БУ6(41); первый и второй сумматоры СI(25), С2(29); блок формирования aрктангенса БФА 27; блок деления БД26.

Система работает следующим образом.

СДК1 измеряет и выдает с одного и другого выходов географические координаты х_сг, z_сг, поступающие на первый и второй входы БФОКУ 2; ДКПО 3 измеряет и выдает с одного своего выхода дальность D поступающую на один вход ПК 4, а с другого выхода - угол визирования ориентира ϕ поступающий на третий вход БФОКУ 2, на четвертый-шестой входы которого с ЗГК 5 поступают постоянные сигналы географических координат ориентира х_ог, z₀₁ и постоянной величины π= 180^oC.

На седьмой и восьмой входы БФОКУ2 поступают соответственно сигнал угла курса ϑ_и = ϑ + Δ с ДК 6 и сигнал поправки -n с третьего выхода БИ 8.

В БФОКУ 2 (см. фиг.6) первый и пятый входы подключены к одному и другому входам ЭР1 18, где формируется сигнал х_и = =х_сг + х_oг = х_с + Δ₁ , поступающий на второй выход БФОКУ 2, откуда сигнал х_и поступает на первый вход БЛЗ 7 и на шестой вход БК 9; второй и шестой входы БФОКУ 2 подключены к одному и другому входам ЭР2 19, где формируется сигнал z_и = z_cг - z_oг = z_c + +Δ₂, поступающий на третий выход БФОКУ 2, откуда сигнал z_и поступает на второй вход БЛЗ 7 и на седьмой вход БК 9; третий, четвертый, седьмой и восьмой входы БФОКУ 2 подключены соответственно к первому-четвертому входам ЭРЗ 20, где формируется сигнал α_к = π - ϑ_и - ϕ -(-n) = α - Δ + n, который с первого выхода БФОКУ 2 поступает на другой вход ПК 4, где формируются сигналы
х_o = D sin ( α - Δ +n) = = х_с сos (Δ -n) - z_csin ( Δ-n),
z_o = D cos ( α - Δ +n) = = х_с sin (Δ -n) + z_ccos ( Δ-n), которые с одного и другого выходов ПК 4 поступают соответственно на десятый и одиннадцатый входы ПК 9 и соответственно на третий и четвертый входы БЛ 37, на пятый вход которого с первого выхода БИ 8 поступает сигнал -n, поступающий также на двенадцатый вход БК 9. В БЛ3 7 первый-пятый входы подключены соответственно к входам Б31(13)Б, Б32(14), Б3315, Б34(16), Б35(17), на выходах которых формируются соответственно сигналы с запаздывания на время τ
х₁ = х_и(t - τ), z₁ = z_и(t- τ), х₂ = х_o(t- τ), z₂ = =z_o(t- τ), -n(t- τ) = n₁, поступающие с первого-пятого выходов БЛ3 7 на первый-пятый входы БК9, на восьмой и девятый входы которого с второго и третьего выходов БИ 8 поступают сигналы δ x , δ z.

В БК 9 (см.фиг.7) первый и шестой входы подключены к одному и другому входам БР4(31), где формируется сигнал х_u - х₁ = х_с(t) - х_с(t-τ ) = х₃, поступающий на один вход БУ2(24) и на один вход БУ3(30);
второй и седьмой входы подключены к одному и другому входам БР6(34), где формируется сигнал
z_и-z₁ = z_c(t) - z_c(t-τ ) = z₃, поступающий на один вход БУ5(35) и на один вход БУ3(30);
третий и десятый входы подключены к одному и другому входам БР9(38), где формируется сигнал х₄ = х_o - х₂ = х₃сos( Δ-n)-z₃sin( Δ-n), поступающий на один вход БР2(23);
четвертый и одиннадцатый входы подключены соответственно к одному и другому входам БРЗ(28), где формируется сигнал
z₄ = z_o - z₂ = z₃ cos ( Δ-n) + х₃ sin (Δ-n) - n₂ х_o, поступающий на один вход С2(29);
пятый и двенадцатый входы подключены соответственно к одному и другому входам БР1(21), где формируется сигнал
n₂ = [(-n)-n₁] = n(t- τ) - n(t), поступающий на один вход БУ6(41) и на один вход БУ1(22), на другой вход которого поступает сигнал z_o(t) c одиннадцатого входа БК 9, десятый вход которого подключен к другому входу БУ6(41), где формируется сигнал (n₂^.х_o), поступающий на другой вход С2(29), где формируется сигнал u₂ = n₂х_o + z₄ = z₃cos( Δ-n)+х₃sin( Δ-n), поступающий на другой вход БУ3(30) и на другой вход БУ4(32), где формируется сигнал (u₂ x₃), поступающий на один вход БР5(33); в БУ1(22) формируется сигнал (n₂^.z_o), поступающий и на другой вход БР2(23), где формируется сигнал u₁ = х₄ - n₂z_o = х₃сos( Δ-n)-z₃sin(Δ -n), поступающий на другой вход БУ2(24) и на другой вход БУ5(35), где формируется сигнал (u₁z₃), поступающий на другой вход БР5(33), где формируется сигнал γ₁ = u₁ z₃ - u₂х₃ = -(х²₃ + z²₃) sin ( Δ-n), поступающий на один вход БД(26); в БУЗ(30) формируется сигнал (u₂z₃), поступающий на один вход С1(25); в БУ2(24) формируется сигнал (u₁х₃), поступающий на другой вход С1(25), где формируется сигнал γ₂ = u₁х₃ + u₂z₃ = (х²₃ + z²₃₎ cos ( Δ -n), поступающий на другой вход БД(26), где формируется сигнал
= -tg(Δ-n) = tg(n-Δ), поступающий на вход БФА(27), где формируется сигнал n-Δ = arctg, поступающий на третий выход БК 9, восьмой вход БК 9 (сигнал δ х) подключен к одному входу БР10(39), к другому входу которого подключен шестой вход БК9 (сигнал х_u), в БР10(39) формируется сигнал х_cк = х_и-δх = х_с+Δ₂-δх, поступающий на четвертый выход БК9 и на один вход БР11(40), на другой вход которого подключен десятый вход БК9 (сигнал х_o), в БР11(40) формируется сигнал (х_ск - х_o), поступающий на первый выход БК9; девятый вход БК9 (сигнал δ z) подключен к одному входу БР7(40), на другой вход которого подключен седьмой вход БК9 (сигнал z_и), в БР7(40) формируется сигнал z_cк = z_u - δz = z_c+Δ₂- δz, поступающий на пятый выход БК 9 и на один вход БР8(37), на другой вход которого подключен одиннадцатый вход БК 9 (сигнал z_o), в БР8 (37) формируется сигнал (z_cк - z_o), поступающий на второй выход БК 9. Первый-третий выходы БК 9 подключены к первому-третьему входам БИ8. В БИ 8 (см. фиг. 4) первый-третий входы подключены соответственно к И1(10), И2(11), И3(12), где формируются сигналы
δx = (x_ск-x_o) · ,
δz = (zz_o) ·
-n = (n-Δ) где Т, τ - постоянные времени;
Р - оператор дифференцирования, поступающие соответственно на второй, третий и первый выходы БИ 8.

Таким образом, на третьем выходе БИ 8 будет -n = - Δ(τp+1)^-1 или n = Δ (τp+1)^-1, соответственно (Δ-n) = Δ ˙ (τp+1)^-1τp -> 0 (при Δ = сonst) и на одном, и на другом выходах ПК4 после окончания переходного процесса при cos (Δ-n) ->1, sin(Δ-n) -> 0 будут откорректированные сигналы
х_o = х_с, z_o = z_c, выдаваемые потребителям.

При х_o = х_с, z_o = z_c на выходах И1(10) и И2(11) будут сигналы
δx = (x_ск-x_с) · δz = (z_ск-z_с) · соответственно на выходах БР10(39) и БР7(36) будут сигналы
x_ск= x_c+Δ₁- (x_ск-x_с) · ,
z_ск= z_c+Δ₂- (z_ск-z_с) · или x_ск= x_c+Δ₁· , z_ск= z_c+Δ₂· , откуда следует, что при Δ₁ = сonst, Δ₂=const, Δ₁· _→ 0, Δ₂· _→ 0, х_cк = х_с, z_cк = z_c, эти сигналы поступают на четвертый и пятый выходы БК 9, откуда выдаются потребителям. Таким образом проводится компенсация погрешностей Δ₁ , Δ₂ , Δ ,соответственно достигается технико-экономический эффект.

Изобретение относится к авиационному приборостроению, в частности к комплексным системам навигации. Цель изобретения - повышение точности системы. Это достигается введением в систему блока линий задержки, блока интеграторов и блока коррекции. При этом в блоке формирования относительных координат и угла формируются относительные координаты x_и= x_от-x_сг, z_и= z_от-z_сг , поступающие в блок коррекции и блок линий задержки, и относительный угол α = 180^°-Ψ_и-ϕ_o+n, поступающий на один из входов преобразователя координат, где формируются относительные координаты x_o, z_o , поступающие в блок линий задержки и блок коррекции, в который поступают также сигналы поправок δx, δz, (-n), причем сигнал -n поступает также в блок линий задержки, где формируются сигналы с запаздыванием τ″ x₁= x_и(t-τ), z₁= z_и(t-τ), x₂= x_o(t-τ), z₂= z_o(t-τ), n₁= -n(t-τ) поступающие в блок коррекции 9, где формируются сигналы (x_o-x_ск), (z_o-z_ск), (-Δ+n) , поступающие в блок интеграторов 8, где формируются сигналы , , . При близких к постоянным значениям погрешностей спутникового датчика координат и датчика курса и близких к нулю погрешностях датчика полярных координат ориентира в блоке коррекции формируются откорректированные относительные координаты x_ск, z_ск , после окончания переходных процессов равные действительным относительным координатам. 7 ил.

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА НАВИГАЦИИ, содержащая спутниковый датчик координат, блок формирования относительных координат и углов, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами спутникового датчика координат, последовательно соединенные датчик полярных координат ориентира, второй выход которого соединен с третьим входом блока формирования относительных координат и угла, и преобразователь координат, второй вход которого соединен с первым выходом блока формирования относительных координат и угла, задатчик горизонтальных координат ориентира и величины π , первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым входами блока формирования относительных координат и угла, и датчик курса, выход которого соединен с седьмым входом блока формирования относительных координат и угла, отличающаяся тем, что в нее введены блок линий задержки, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока формирования относительных координат и угла, а третий и четвертый входы - соответственно с первым и вторым выходами преобразователя координат, блок интеграторов, первый выход которого соединен с пятым входом блока линий задержки и восьмым входом блока формирования относительных координат и угла, а также блок корреляции, входы которого с первого по пятый соединены соответственно с выходами с первого по пятый блока линий задержки, шестой и седьмой входы блока коррекции соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока формирования относительных координат и угла, восьмой и десятый входы - соответственно с вторым и третьим выходами блока интеграторов, десятый и одиннадцатый входы - соответственно с первым и вторым выходами преобразователя координат, а двенадцатый вход объединен с пятым входом блока линий задержки, выходы блока коррекции с первого по третий соединены соответственно с входами блока интеграторов с первого по третий, а четвертый и пятый выходы являются выходами системы, причем блок интеграторов выполнен на основе трех интеграторов, входы первого, второго и третьего интеграторов являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока интеграторов, выходы первого, второго и третьего интеграторов являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока интеграторов, блок линий задержки выполнен на основе пяти блоков задержки, причем входы блоков задержки с первого по пятый являются входами блока линий задержки с первого по пятый соответственно, а выходы блоков задержки с первого по пятый являются соответственно выходами блока линий задержки с первого по пятый, блок коррекции выполнен на основе шести блоков умножения, одиннадцати блоков разности, двух сумматоров, блока деления и блока формирования арктангенса, причем первый блок разности, первый блок умножения, второй блок разности, второй блок умножения, первый сумматор, блок деления и блок формирования арктангенса соединены последовательно, третий блок разности, второй сумматор и третий блок умножения соединены последовательно, четвертый блок разности, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, и пятый блок разности, выход которого соединен с вторым входом блока деления, соединены последовательно, шестой блок разности и пятый блок умножения, выход которого соединен с вторым входом пятого блока разности, соединены последовательно, седьмой блок разности и восьмой блок разности соединены последовательно, выход девятого блока разности соединен с вторым входом второго блока разности, десятый и одиннадцатый блоки разности соединены последовательно, первый вход шестого блока умножения соединен с выходом первого блока разности, а выход - с вторым входом второго сумматора, выход второго блока разности соединен с вторым входом пятого блока умножения, выход шестого блока разности соединен с вторым входом третьего блока умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, первые входы соответственно четвертого, шестого, девятого, третьего и первого блоков разности являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами блока коррекции, объединенные второй вход четвертого блока разности и первый вход десятого блока разности являются шестым входом блока коррекции, объединенные второй вход шестого и первый вход седьмого блоков разности являются седьмым входом блока коррекции, вторые входы десятого и седьмого блоков разности являются соответственно восьмым и девятым входами блока коррекции, объединенные входы девятого блока разности, шестого блока умножения и одиннадцатого блока разности являются десятым входом блока коррекции, объединенные вторые входы третьего блока разности, первого блока умножения и восьмого блока разности являются одиннадцатым входом блока коррекции, второй вход первого блока разности являются двенадцатым входом блока коррекции, выходы одиннадцатого блока разности, восьмого блока разности, блока формирования арктангенса, десятого и седьмого блоков разности являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами блока коррекции.