КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА НАВИГАЦИИ Российский патент 2000 года по МПК G01C23/00 

Изобретение относится к авиационному приборостроению, в частности к информационным средствам навигации, прицеливания и пилотирования летательных аппаратов.

Из известных комплексных систем навигации на основе комплексной обработки данных системы воздушных сигналов и данных корректирующей системы в качестве прототипа выбирается комплексная система навигации, описание которой приведено в книге [1] Помыкаева И.И. и др. "Навигационные приборы и системы", Москва, Машиностроение, 1983 г., стр. 385-388. Структурная схема прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:
СВС - система воздушных сигналов, БПК - блок преобразования координат, БАС - блок алгебраического суммирования, КС - корректирующая система, БК - блок коррекции, БФК - блок формирования координат.

В БПК по поступившим на первый-третий входы с первого-третьего выходов СВС воздушным параметрам V, α, β (модуль истинной воздушной скорости, углы атаки и скольжения) и на четвертый-шестой входы с первого-третьего выходов КС углам эволюций летательного аппарата ψ, γ, ν (углы курса, крена и тангажа) формируются соответствующие воздушные скорости в земной системе координат V₁, V₂, V₃, которые с первого-третьего выхода БПК поступают на первый-третий входы БАС, на четвертый-шестой входы которого поступают составляющие путевой скорости в земной системе координат V_1п, V_2п, V_3п. На седьмой-девятый входы БАС поступают корректирующие сигналы X₁, X₂, X₃ с первого-третьего выходов БК, на первый-третий входы которого поступают сигналы (V_i - X_i - V_iп) (здесь i = 1, 2, 3), по которым формируются корректирующие сигналы x_i = (TP)^-1 • (V_i - X_i - V_iп),
где T - постоянная времени;
P - оператор дифференцирования.

При (здесь V_i0 - точное значение составляющих путевой скорости; Δ_i - погрешность; U_i, - систематическая и флуктуационная (порывы ветра) центрированная погрешности).

Например, при Δ_i = const , U_i = const с течением времени осуществляется подавление флуктуационной погрешности до любого близкого к нулю уровня и выделение (Δ_i-u_i)

В БАС формируются откорректированные составляющие путевой скорости V_ik = V_i - X_i = V_iо + U_i, которые с четвертого-шестого выходов БАС выдаются потребителям и поступают на пятый-шестой входы БФК, где формируются координаты местоположения λ_i = ∫ v_iкdt , которые с первого-третьего выходов БФК выдаются потребителям. Сигналы x_i = (Δ_i-u_i) ) с первого-третьего выходов БК также выдаются потребителям (в систему управления, в систему индикации, в прицельную систему), но систематические составляющие скорости ветра U_i выдаются с погрешностью Δ_i , что является недостатком прототипа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого технического решения, является повышение точности работы системы.

Достигается технический результат тем, что в комплексную систему навигации, содержащую последовательно соединенные по первым-третьим выходам - входам систему воздушных сигналов, блок преобразования координат, блок алгебраического суммирования, блок коррекции, подключенную первым-третьим выходами к четвертому-шестому входам блока преобразования координат корректирующую систему, четвертый-шестой выходы которой подключены соответственно к четвертому-шестому входам блока алгебраического суммирования, блок формирования координат, на первый-третий входы которого подключены соответственно четвертый-шестой выходы блока алгебраического суммирования, на седьмой-девятый вход которого подключены первый-третий выходы блока коррекции, дополнительно введены блок запаздывания, блок идентификации погрешностей, блок оптимальной фильтрации и блок формирования составляющих скорости ветра, на первый-третий входы которого подключены первый-третий выходы блока формирования координат. Четвертый-двенадцатый выходы блока преобразования координат подключены к первому-девятому входам блока запаздывания, на десятый-двенадцатый выходы которого подключены седьмой-девятый выходы блока алгебраического суммирования. Первый-третий выходы системы воздушных сигналов подключены также к десятому-двенадцатому входам блока алгебраического суммирования, на тринадцатый-пятнадцатый входы которого подключены первый-третий выходы блока оптимальной фильтрации, четвертый-девятый выходы которого подключены к четвертому-девятому входам блока формирования составляющих скорости ветра. На первый-восемнадцатый входы блока оптимальной фильтрации подключены первый-восемнадцатый выходы блока идентификации погрешностей, на первый-сорок пятый входы которого подключены первый-сорок пятый выходы блока запаздывания, на тринадцатый-пятнадцатый входы которого подключены первый-третий выходы блока формирования координат.

На фиг. 1 представлена структурная схема прототипа.

На фиг. 2 представлена структурная схема предлагаемой системы, содержащей: 1 - система воздушных сигналов СВС, 2 - блок алгебраического суммирования БАС, 3 - корректирующая система КС, 4 - блок преобразования координат БПК, 5 - блок коррекции БК, 6 - блок формирования координат БФК, 7 - блок запаздывания БЗ, 8 - блок идентификации погрешностей БИП, 9 - блок оптимальной фильтрации БОФ, 10 - блок формирования составляющих скорости ветра БФВ.

В качестве КСЗ используется, например, инерциально-спутниковая система (см. книгу [2] Бабича О.А. "Обработка информации в навигационных комплексах", Москва, "Машиностроение", 1991 г., стр. 476-478).

Составляющие скорости ветра принимаются в виде (см. книгу [3] Загайнова Г. И. "Управление полетом самолета", Москва, Машиностроение, 1980 г., стр. 132) , где U_i0 = const, U_i1 = const, - центрированные независимые случайные процессы; λ_i - координаты местоположения летательного аппарата.

Система работает следующим образом.

СВС1 измеряет и выдает с первого-третьего выходов параметры модуля путевой скорости v = v₀+Δ₁ , угла атаки α = α₀+Δ₂ , угла скольжения β = β₀+Δ₃ (здесь с индексом "0" обозначены точные значения параметров, Δ_i = const - погрешности), поступающие на первый-третий входы БПК4 и на десятый-двенадцатый входы БАС2.

КСЗ формирует параметры углов курса ψ , крепа γ и тангажа ν и составляющих путевой скорости, V_in = V_i0 + U_i.

Параметры ψ, γ, ν с первого-третьего выходов КСЗ поступают на четвертый-шестой входы БПК4. Параметры V_in = V_i0 + U_i (i = 1, 2, 3) четвертого-шестого выходов КСЗ поступают на четвертый-шестой входы БАС2. В БПК4 по поступившим параметрам формируются составляющие истинной воздушной скорости в осях летательного аппарата

и соответственно составляющие истинной воздушной скорости в осях летательного аппарата ([3], стр. 129)

и параметры функций

Параметры V_i с первого-третьего выходов БПК4 поступают на первый-третий входы БАС2. Параметры f_i1, f_i2, f_i3 с четвертого-двенадцатого выходов БПК4 поступают на первый-девятый входы БЗ7.

На седьмой-девятый входы БАС2 поступают корректирующие сигналы x_i.

В БАС2 формируются параметры:
(V_i - V_in - X_i), которые с первого-третьего выходов поступают на первый-третий входы БК5;
V_ik = V_i - X_i, которые с четвертого-шестого выходов поступают на первый-третий входы БФК6;

которые с седьмого-девятого выходов поступают на десятый-двенадцатый входы БЗ7. БК5 является блоком интеграторов, в нем формируются корректирующие сигналы X_i = (TP)^-1 • (V_i - V_in - x_i), которые с первого-третьего выходов БК5 поступают на седьмой-девятый входы БАС2, тогда
V_i-V_in-X_i=TpX_i

откуда следует, что, например, при (Δ₁f_i1+Δ₂f_i2+Δ₃f_i3) = Δ_i = const, U_i0 = const, U_i1 = 0, - флуктуационной центрированный высокочастотный шум, x_i _→ Δ_i-u_i0. , соответственно V_ik = V_i - X_i ---> V_i0 + U_i0 = V_in, тогда в БФК6, являющегося блоком интеграторов, формируются координаты местоположения λ_i = ∫v_iпdt, которые с первого-третьего выходов БФК6 выдаются потребителям, поступают на первый-третий входы БФВ10 и на тринадцатый-пятнадцатый входы БЗ7.

В БЗ7 на элементах запаздывания ([4], Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. "Практика аналогового моделирования динамических систем", Москва, Энергоиздат, 1987 г., стр. 257) при i = 1,; 2; 3; K = 1; 2; 3 формируются:
девять сигналов
y_ik τ₁, τ₂, τ₃ - постоянные времени запаздывания;
десять сигналов f_i1(t-τ_к) ;
девять сигналов f_i2(t-τ_к) ;
девять сигналов f_i3(t-τ_к) ;
девять сигналов λ_i(t-τ_к) , которые с первого-сорок пятого выходов БЗ7 поступают на первый-сорок пятый входы БИП8.

По образующим алгебраическую модель погрешностей девяти сигналам y_iк(t-τ_к) ([5] , Кузовков Н.Т., Салчев О.С. "Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация", Москва, Машиностроение, 1982 г., стр. 107) в БИП8 формируются сигналы, идентифицирующие погрешности при независимых :


и сигналы
F_j(f,λ) = F_j, F_i0(f,λ) = F_i0, F_i1(f,λ) = F_i1,
которые с первого-восемнадцатого выходов БИП8 поступают на первый-восемнадцатый входы БОФ9, содержащего девять оптимальных фильтров первого порядка ([5] Сейдж Э. "Теория оценивания и ее применение в связи и управлении", Москва, Связь, 1976 г., стр. 288), формирующих оптимальные оценки погрешностей, например, при - центрованный белый шум,



при a_j = const, a_0i = const, a_1i = const.

Например, при F_j = 1, a_j = τ, C_j(t) = (t+τ)^-1
при этом дисперсия, определяемая белым шумом с единичной спектральной плотностью, имеет вид
D_j = (t+τ)^-1 _→ 0.
Оптимальные оценки погрешностей с первого-третьего выходов БОФ9 поступают на трицадцатый-пятнадцатый входы БАС2, где формируются уточненные параметры

которые с десятого-двенадцатого выходов БАС2 выдаются потребителям.

Оптимальные оценки с четвертого-девятого выходов БОФ9 поступают на четвертый-девятый входы БФВ10, на первый-третий входы которого поступают сигналы текущих координат λ_i/ .

В БФВ10 ([5], стр. 105) формируются составляющие скорости ветра

которые с первого-третьего выходов БФВ10 выдаются потребителям.

Таким образом обеспечивается достижение технического результата - повышение точности воздушных сигналов v, α, β и u_i - составляющих скорости ветра.

Изобретение может быть использовано в области авиационного приборостроения, в частности для информационного обеспечения навигации, прицеливания и пилотирования летательных аппаратов. В комплексную систему навигации, содержащую систему воздушных сигналов, блок преобразования координат, блок алгебраического суммирования, корректирующую систему, блок коррекции и блок формирования координат, дополнительно введены блок запаздывания, блок идентификации погрешностей, блок оптимальной фильтрации, блок формирования составляющих скорости ветра, обеспечивающие в результате повышения точности определения воздушных параметров (истиной воздушной скорости, углов атаки и скольжения, выделения составляющих скорости ветра), выдаваемых потребителям в систему прицеливания, в систему индикации и в систему управления летательным аппаратом. 2 ил.

Комплексная система навигации, содержащая последовательно соединенные по первым-третьим выходам-входам систему воздушных сигналов, блок преобразования координат, блок алгебраического суммирования, блок коррекции, подключенную первым-третьим выходами к четвертому-шестому входам блока преобразования координат корректирующую систему, четвертый-шестой выходы которой подключены соответственно к четвертому-шестому входам блока алгебраического суммирования, блок формирования координат, на первый-третий входы которого подключены соответственно четвертый-шестой выходы блока алгебраического суммирования, на седьмой-девятый входы которого подключены соответственно первый-третий выходы блока коррекции, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены подключенный соответственно первым-девятым входами к четвертому-двенадцатому выходам блока преобразования координат блок запаздывания, на десятый-двенадцатый входы которого подключены соответственно седьмой-девятый выходы блока алгебраического суммирования, на десятый-двенадцатый входы которого подключены соответственно первый-третий выходы системы воздушных сигналов, блок идентификации погрешностей, первый-сорок пятый входы которого подключены соответственно к первому-сорок пятому выходам блока запаздывания, тринадцатый-пятнадцатый входы которого подключены к первому-третьему выходам блока формирования координат, подключенный первым-восемнадцатым входами соответственно к первому-восемнадцатому выходам блока идентификации погрешностей блока оптимальной фильтрации, первый-третий выходы которого подключены соответственно к тринадцатому-пятнадцатому входам блока алгебраического суммирования, подключенный первым-третьим входами соответственно к первому-третьему выходам блока формирования координат блока формирования составляющих скорости ветра, четвертый-девятый входы которого подключены к четвертому-девятому выходам блока оптимальной фильтрации.