Способ восстановления параметров движения летательного аппарата Российский патент 2017 года по МПК G01C23/00 

Изобретение относится к способам обработки экспериментальных данных и может быть использовано для восстановления параметров фактической (опытной) траектории на атмосферном участке полета при проведении летных испытаний летательного аппарата (ЛА).

Известен «Способ обработки информации о перемещении летательного аппарата» (Патент РФ №2436047, А.И. Клименко, А.А. Клименко, А.В. Абакумов, Е.Н. Скрипаль, Р.В. Ермаков, Л.А. Филиппов, МПК G01C 23/00 (2006.01), опубл. 10.12.2011 г., Бюл. №34), который включает операции, связанные с получением информации об основных параметрах навигации: от инерциальной навигационной системы (ИНС), состоящей из функционирующих в режиме регистрации информации по меньшей мере одного трехосевого акселерометра, по меньшей мере одного трехосевого датчика угловой скорости, по меньшей мере одного трехосевого магнитометра и от спутниковой навигационной системы (СНС). Комплексирование данных СНС осуществляют с возможностью корректировки параметров навигации и ошибок, накапливающихся при функционировании инерциальных навигационных систем. При этом маркируют выбранную траекторию перемещения ЛА точками его возможного нахождения, находящимися друг относительно друга в пространстве на расстоянии, равном заранее заданной величине. Реальные координаты положения ЛА определяют с использованием данных от ИНС и СНС в дискретные моменты времени, значения которых зависят от динамики и направления угловых скоростей ЛА. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Известный способ предназначен для восстановления траектории ЛА в процессе полета, техническим результатом способа является повышение эффективности обработки информации путем обеспечения определения и восстановления траектории ЛА. Однако данный способ не обеспечивает высокоточного определения фактических (опытных) значений вектора скорости и параметров ориентации на атмосферном участке полета при проведении летных испытаний управляемых ЛА, что необходимо для подтверждения правильности функционирования бортовых систем навигации и управления, определения экспериментальных значений аэродинамических характеристик (АДХ) корпуса и органов управления ЛА, уточнения его тактико-технических характеристик.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение высокой точности определения фактических параметров поступательного и вращательного движения летательного аппарата на атмосферном участке полета.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявляемом способе восстановления параметров траектории ЛА, включающем получение информации о движении ЛА от бортовой инерциальной навигационной системы на всем атмосферном участке полета ЛА и информации об основных параметрах навигации от бортовой аппаратуры спутниковой навигации (БАСН), обработку полученных данных от ИНС и БАСН и определение параметров движения ЛА, в отличие от прототипа, дополнительно получают информацию об основных параметрах навигации от БАСН на доплазменном и не менее чем в двух точках на послеплазменном участке полета ЛА, информацию от ИНС и БАСН получают телеметрически и проводят ее обработку апостериорно. В ходе обработки параметров движения ЛА с использованием информации ИНС и информации о параметрах движения навигационных спутников (НС) производят определение расчетных радиальных скоростей и дальностей ЛА относительно НС; формируют массивы данных об измеренных и расчетных значениях радиальных скоростей и дальностей ЛА относительно НС и с использованием данных о координатах точки падения и моменте встречи ЛА с земной поверхностью, определяют поправки, согласующие измеренные и расчетные данные о значениях радиальных скоростей и дальностей, восстанавливают параметры движения с учетом полученных поправок.

Обеспечение высокой точности определения фактических параметров поступательного и вращательного движения летательного аппарата на атмосферном участке полета достигается за счет использования всей совокупности признаков заявляемого способа.

На фиг. 1 показан алгоритм реализации заявляемого способа обработки; на фиг. 2 - алгоритм обработки информации в соответствии с заявляемым способом, полученной в ходе осуществлении заявляемого способа при помощи математических моделей ИНС и БАСН, а также комплексной модели движения управляемого ЛА при проведении летных испытаний летательного аппарата.

Способ восстановления параметров движения летательного аппарата реализуется следующим образом.

В процессе полета ЛА телеметрически получают информацию:

- данные о параметрах движения (поступательного и вращательного) на атмосферном участке полета летательного аппарата от бортовой ИНС, состоящей из по крайней мере одного трехосевого акселерометра (либо трех одноосевых акселерометров) и по крайней мере одного трехосевого датчика угловой скорости (либо трех одноосевых датчиков угловой скорости), функционирующих в режиме регистрации информации на всем атмосферном участке полета ЛА:

- координаты положения, составляющие вектора скорости и параметры ориентации ЛА в инерциальной геоцентрической системе координат (ИГСК);

- проекции кажущихся скоростей и приращений углов поворотов на измерительные оси трехосевого датчика угловой скорости (ДУС) (либо трех одноосевых датчиков угловой скорости) и измерительные оси трехосевого акселерометра (либо трех одноосевых акселерометров) (АКС) из состава ИНС, измеряемые в каждом цикле навигационных определений;

- информацию об основных параметрах навигации от БАСН на доплазменном и не менее чем в двух точках на послеплазменном участке траектории полета ЛА:

- измеренные значения радиальных скоростей и дальностей до видимых НС;

- моменты измерений радиальных скоростей и дальностей;

- номера навигационных спутников, относительно которых получены измерения радиальных скоростей и дальностей.

После проведения испытаний ЛА из архива Информационно-аналитического центра координатно-временного и навигационного обеспечения (ИАЦ КВНО) ЦНИИмаш получают информацию о:

- параметрах движения навигационных спутников в гринвичской геоцентрической системе координат, относительно которых получены измерения радиальных скоростей и дальностей.

Обработку полученных данных от ИНС и БАСН проводят апостериорно, при этом в ходе обработки параметров траектории ЛА производят определение расчетных радиальных скоростей и дальностей ЛА относительно НС, формируют массивы данных об измеренных и расчетных значениях радиальных скоростей и дальностей.

С использованием полученных данных, данных о координатах точки падения и данных о моменте встречи ЛА с земной поверхностью, полученных с помощью средств контроля, методом наименьших квадратов определяют поправки, согласующие измеренные и расчетные данные о значениях радиальных скоростей и дальностей (поправки к начальным условиям поступательного и вращательного движения), к показаниям акселерометра, а также поправку на рассогласование шкалы времени БАСН и системной шкалы времени навигационных спутников, восстанавливают параметры движения с учетом полученных поправок, то есть для восстановления параметров траектории определяют поправки, согласующие навигационные определения ИНС с результатами траекторных измерений БАСН, включая поправки к начальным условиям поступательного и вращательного движения, к показаниям акселерометра, а также поправку на рассогласование шкалы времени БАСН и системной шкалы времени НС.

Состав поправок ограничивают наиболее значимыми для восстановления опытной траектории и включают поправки в начальные условия для решения навигационной задачи в соответствии с алгоритмом работы ИНС, в том числе: три поправки в координаты положения; три поправки в составляющие вектора скорости; три поправки в параметры ориентации.

Поправки должны минимизировать функционал вида:

,

при условии, что A⋅X=b,

где X - вектор искомых поправок;

M - матрица коэффициентов влияния поправок на изменения величин отклонений квадратов радиальных дальностей (S²) до видимых НС и скалярных произведений радиальных дальностей и скоростей (S-W);

B - вектор, элементами которого являются взвешенные разности расчетных и измеренных значений:

- квадратов радиальных дальностей S;

- скалярных произведений радиальных дальностей S и скоростей W;

A - матрица коэффициентов влияния элементов вектора X на отклонения координат конечной точки траектории (точки падения ЛА);

b - вектор, содержащий отклонения координат фактической точки падения от точки прицеливания.

Искомое решение определяется из уравнений:

,

.

Дополнительно могут быть определены характеристики точности восстановления параметров движения ЛА, так же как ошибки определения поправок (с учетом и без учета идентифицированного вектора поправок), обусловленные совместным влиянием всех погрешностей ИНС, и восстановлены параметры движения с использованием расширенного вектора поправок (три поправки в координаты положения; три поправки в составляющие вектора скорости; три поправки в параметры ориентации; одна поправка в аддитивную погрешность акселерометра; две поправки в мультипликативные составляющие погрешности акселерометра).

Наибольшая точность восстановления параметров движения достигается на завершающем этапе послеполетной обработки телеметрической информации - при интегрировании уравнений движения с использованием измерений приращений кажущихся скоростей и углов поворота ЛА с учетом полученных поправок к начальным условиям и результатам измерений акселерометра. Учет указанных поправок позволяет повысить точность определения координат положения ЛА до единиц метров.

Заявляемый способ восстановления параметров движения летательного аппарата был проверен при помощи математической модели ИНС и БАСН, а также комплексной модели движения управляемого ЛА (см. фиг. 2). Проверка показала работоспособность заявляемого способа и достижение заданной точности восстановления траектории движения ЛА.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает высокоточное определение фактических (опытных) параметров поступательного и вращательного движения ЛА на атмосферном участке траектории полета, при условии наличия полной телеметрической информации о работе бортовой ИНС на всем атмосферном участке и информации от БАСН на доплазменном и не менее чем в двух точках на послеплазменном участке траектории.

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может найти применение для восстановления фактических (опытных) параметров движения при проведении летных испытаний летательного аппарата (ЛА). Технический результат – расширение функциональных возможностей. Для этого на основе телеметрической информации о работе бортовой инерциальной навигационной системы (ИНС) и бортовой аппаратуры спутниковой навигации (БАСН), а также данных о координатах точки падения ЛА и моменте встречи ЛА с земной поверхностью апостериорно определяют поправки, согласующие измеренные и расчетные данные, на основании которых восстанавливают параметры движения (поступательного и вращательного) на атмосферном участке полета ЛА. При этом обеспечивают высокоточное определение фактических (опытных) параметров (поступательного и вращательного) движения атмосферного участка траектории полета. 2 ил.

Способ восстановления параметров движения летательного аппарата (ЛА), включающий получение информации от бортовой инерциальной навигационной системы (ИНС) на всем атмосферном участке полета ЛА и информации об основных параметрах навигации от бортовой аппаратуры спутниковой навигации (БАСН), обработку полученных данных от ИНС и БАСН и определение параметров движения ЛА, отличающийся тем, что информацию об основных параметрах навигации от БАСН получают на доплазменном и не менее чем в двух точках на послеплазменном участке полета ЛА, информацию от ИНС и БАСН получают телеметрически и проводят ее обработку апостериорно, в ходе обработки параметров движения ЛА с использованием информации ИНС и информации о параметрах движения навигационных спутников (НС) производят определение расчетных радиальных скоростей и дальностей ЛА относительно НС, формируют массивы данных об измеренных и расчетных значениях радиальных скоростей и дальностей ЛА относительно НС, и с использованием данных о координатах точки падения и моменте встречи ЛА с земной поверхностью определяют поправки, согласующие измеренные и расчетные данные о значениях радиальных скоростей и дальностей, восстанавливают параметры движения с учетом полученных поправок.