Автономни навигационни системи ц. С. Карагьозов



Дата06.10.2017
Размер73.03 Kb.
#31759
ТипЛекция


ЛЕКЦИЯ 4

АВТОНОМНИ НАВИГАЦИОННИ СИСТЕМИ
Ц. С. Карагьозов
Автономните навигационни системи са бордови системи, предназначени за определяне на местоположението на подвижния обект самостоятелно (без използване на външни навигационни опорни точки).

Основен признак, характеризиращ типа на автономните навигационни системи, е ФИЗИЧЕСКОТО ПОЛЕ, използвано за получаване на навигационната информация за определяне на местоположението на подвижния обект в зададена координатна система. По този признак автономните радионавигационни системи се разделят на:



  • инерциални, използващи гравитационното поле на Земята (полето на земното притегляне);

  • корелационно-екстремални, използващи физическите полета на повърхността на Земята (топографското поле на вертикалния профил на земната повърхност, полето на радиолокационното отражение от земната повърхност, полето на собственото радиотоплинно излъчване от земната повърхност и др.);

  • оптически, използващи светлинните полета на естествените източници на светлина (звездите) и изкуствените такива (светлинни маяци)

  • радионавигационни, използващи физическите явления излъчване и отразяване на електромагнитните вълни.




  1. ИНЕРЦИАЛНИ НАВИГАЦИОННИ СИСТЕМИ

Принципът на действие на инерциалните навигационни системи се основава на измерването на текущото значение на вектора на ускорението на подвижния обект и неговото двойно интегриране. В резултат на това се изчисляват вектора на скоростта и вектора на положението (координатите на местоположението) на обекта.

Движението на въздушен подвижен обект, който се намира в гравитационното поле на Земята, се описва с векторното диференциално уравнение:

, (1)

където:


  • е радиус векторът на центъра на масата на подвижния обект в инерциалната (геоцентрична) координатна система на Земята;

  • е векторът на ускорението на подвижния обект под действието на външни сили (тяга на двигателя, движение на въздушната маса и др.);

  • е векторът на гравитационното ускорение (ускорението на земното притегляне);

  • е векторът на центробежното ускорение:

(2)

В израза (2) Ω е векторът на инерционната ъглова скорост на въртенето на Земята.

Влиянието на гравитационното и центробежното ускорения обикновено се изразява чрез вектора на еквивалентното ускорение на свободното падане:

(3)

На височината на морското равнище ускорението на свободното падане е

g0 = 978.049 (1 + 0.00053.sin2φ) sm/sec2 (3а)

и намалява примерно с 10-6 на всеки 3 m височина над морското равнище. В последните изрази φ е геодезическата ширина, а RЗ е радиусът на Земята.

Както бе споменато по-горе, принципът на действие на инерциалните навигационни системи се основава на измерването на навигационния параметър (съставните на вектора на ускорението а) и решаване чрез двукратно интегриране на обобщеното уравнение на движението на въздушния обект:

. (4)

В резултат на това се определят съставните на вектора на скоростта и вектора на местоположението , където С1 и С2 са константи на интегрирането.

Обобщената структурна схема на инерциалната навигационна система, осигуряваща решаването на навигационното уравнение (4) е представена на фиг.1.

Фиг. 1. Инерциална навигационна система

Тя включва в състава си:


  • жиростабилизирана платформа;

  • акселерометри;

  • бордов компютър;

  • бордов еталон за време (часовник);

  • датчици за начално положение и скорост;

  • интегратори на скорост и положение;

  • индикатор.

Стабилизираната платформа, с помощта на жироскопи и следящи системи, запазва пространствената ориентация на парциалните акселерометри. По този начин тя осигурява независимостта на показанията на тези акселерометри от ъгловите премествания на въздушния обект и държи осите им на чувствителност във фиксирани спрямо Земята направления. Обикновено осите на двата акселерометъра в хоризонтална плоскост съвпадат съответно със северното и източното направления, а оста на третия акселерометър съвпада с посоката на вектора на ускорението на свободното падане.

Парциалните акселерометри измерват трите съставни на вектора на ускорението а и подават съответни напрежения на последователно свързаните интегратори за изчисляване на съставните на радиус – вектора по скорост и положение.Бордовият компютър, решавайки навигационното уравнение (4), изчислява местоположението (координатите) и скоростта на подвижния обект, коригира текущото значение на вектора на ускорението на свободното падане g и формира командни сигнали (ωx, ωy, ωz) към жироскопите, благодарение на което стабилизираната платформа поддържа ориентацията си спрямо Земята. Тези сигнали управляват формирането на моментите на корекция, под действието на които жироскопите на стабилизираната платформа се въртят около съответните оси X, Y и Z със скорости:

ωx = ρx; ωy = Ωy + ρy; ωz = Ωz + ρz, (5)

където ρx, ρy и ρz са съставящите на ъгловата скорост на въртене на платформата спрямо Земята, а Ωy и Ωz са съставящите на ъгловата скорост на въртене на Земята спрямо инерциалното пространство.

За непрекъснато изчисляване на координатите (местоположението) на подвижния обект в инерциалната координатна система на основата на измерването на съставящите на вектора на ускорението а, е необходимо въвеждането на информация за началните скорости и координати (векторите и ), а така също за началното положение по крен, тангаж и курс и началните скорости на изменение на ориентировката на стабилизираната платформа.

Въвеждането на гореспоменатите начални навигационни параметри (юстировката) в инерциалните навигационни системи може да се извърши при неподвижен обект (на земята) или по време на полета. Във втория случай в качеството на начални координати и скорости се използват данните за тях от външни системи за навигация (спътникови навигационни системи).

В сравнение с радионавигационните системи, инерциалните навигационни системи притежават следните предимства:


  • непрекъснатост на определяне на местоположението и скоростта на подвижния обект;

  • абсолютна шумоустойчивост;

  • глобалност на действие;

  • независимост на точността на фиксираната навигационна информация от маневрирането на обекта;

  • максимален обем на формираната навигационна информация;

  • автономност.

Ето някои от недостатъците на инерциалните навигационни системи:

  • възможни грешки в определянето на началните навигационни параметри;

  • несъвършенство на акселерометрите и жироскопите;

  • възможна неточност на информацията за измененията на гравитационното поле по протежението на трасето на полета;

  • висока стойност (цена) на прецизните електромеханически елементи;

  • необходимост от предварителна юстировка на системата.

На фиг. 2 е показан външния вид на съвременна безплатформена инерциална навигационна система БИНС-500.

Тази система се използва като основен датчик на пилотажно-навигационна информация.



Фиг. 2 Безплатформена инерциална навигационна система

БИНС-500
Технически характеристики на БИНС-500:

1) Време на жирокомпасиране:



  • от студен старт – 20 min.;

  • от горещ старт – 10 min.

2.) Грешка на определянето в режим на корекция от спътникова навигационна система (СНС), не повече:

  • на координатите на местоположението – 25 m;

  • на пътната скорост – 0,5 m/sec.

3) Грешка на определянето в автономен инерциален режим, не повече:

  • на координатите на местоположението (1 s) – 3,7 km/h;

  • на пътната скорост – 14 km/h;

  • на истинския курс – 0.5 grad;

  • на крена и тангажа – 0.15 grad.

4) Диапазон на измерваните ъгли – неограничен.

5) Диапазон на измерваните ъглови ускорения – 10g.

6) Диапазон на измерваните ъглови скорости – 300 grad/sec.

7) Маса (тегло) – 3,3 kg.

8) Габарити – 240х160х110 mm.

9) Електрозахранване – + 27V.

10) Консумирана мощност – 15W.

11) Работен температурен диапазон – от – 400 до + 600С.

Структурната схема на БИНС-500 е показана на фиг. 3

Фиг. 3. Структурна схема на БИНС-500

Системата е построена на базата на триосен влакнесто-оптичен датчик на ъглова скорост ТИУС 500 – Триосен Измерител на ъглови (Угловых) Скорости – и три установени ортогонални акселерометри.

Трите бобини на влакнестите датчици на ъглова скорост (ДУС) са разположени ортогонално на твърда конзола от дуралуминий. Паралелно с влакнестите датчици на ъглова скорост по същите оси са разположени ортогонално акселерометри (датчици на ускорение по x, y и z).

Аналоговите сигнали, пропорционални на ускоренията по ортогоналните оси, от трите акселерометъра постъпват на трите канала на 24-разряден аналого-цифров преобразовател (АЦП). На четвъртия вход на АЦП постъпва информация от температурен датчик (ТД).

Изчислителят на интерфейсното устройство обработва информацията от всички датчици на ъглова скорост, ускорение и температура и я подава в последователен канал за обмен с изчислителя на системата.

Изчислителят на системата решава задачата на автономната юстировка, ориентацията и навигацията.

Изчислителят обменя информацията по последователен канал. Подава на потребителя информация за ъгловото положение (курс, тангаж и крен), координатите (дължина, ширина, височина) и скоростта на обекта. Приема от потребителя началните данни.

Спътниковият приемник 1К-161 предава на изчислителя на системата по последователен канал коригираща информация за координатите и техните скорости при наличие на видими спътници GLONAS или NAVSTAR.

Изчислителят на системата коригира инерциалната система при наличие на достоверна информация от СНС.При отсъствие на информация от СНС, БИНС-500 подава на потребителя автономна инерциална информация.



Използвана литература:

  1. В. В. Шкирятов. Радионавигационные системы и устройства. М., „Радио и связь”, 1984.

  2. Радиотехнические системы. Под ред. Ю. М. Казаринова. М., „Академия”, 2008.


Каталог: tadmin -> upload -> storage
storage -> Литература на факта. Аналитизъм. Интерпретативни стратегии. Въпроси и задачи
storage -> Лекция №2 Същност на цифровите изображения Въпрос. Основни положения от теория на сигналите
storage -> Лекция 5 система за вторична радиолокация
storage -> Толерантност и етничност в медийния дискурс
storage -> Ethnicity and tolerance in media discourse revisited Desislava St. Cheshmedzhieva-Stoycheva abstract
storage -> Тест №1 Отбележете невярното твърдение за подчертаните думи
storage -> Лекции по Въведение в статистиката
storage -> Търсене на живот във вселената увод
storage -> Еп. Константинови четения – 2010 г някои аспекти на концептуализация на богатството в руски и турски език


Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница