Замкнутая многоконтурная автоматическая система коррекции погрешностей бесплатформенной инерциальной навигационной системы малоразмерного беспилотного летательного аппарата
Диссертация
Автор: Панов, Сергей Владимирович
Название: Замкнутая многоконтурная автоматическая система коррекции погрешностей бесплатформенной инерциальной навигационной системы малоразмерного беспилотного летательного аппарата
Справка: Панов, Сергей Владимирович. Замкнутая многоконтурная автоматическая система коррекции погрешностей бесплатформенной инерциальной навигационной системы малоразмерного беспилотного летательного аппарата : диссертация кандидата технических наук : 05.13.05 / Панов Сергей Владимирович; [Место защиты: Рыбин. гос. авиац.-технол. акад.] Рыбинск, 2007 144 c. : 61 07-5/4679
Объем: 144 стр.
Информация: Рыбинск, 2007
Содержание:
Перечень сокращений Введение
Глава
I Общая характеристика классической беснлатформенной инерциальной навигационной системы
11 Общая последовательность одной миссии беснилотного летательного аппарата
12 Обзор навигационных систем
13 Алгоритм определения навигационных параметров бесплатформенной инерциальной навигационной системы
14 Навигационные датчики, применяемые в бесплатформенных инерциальных навигационных системах
15 Моделирование работы классической бесплатформенной инерциальной навигационной системы при использовании датчиков линейных ускорений и датчиков угловых скоростей различной точности
Выводы
Глава
II Алгоритмы компенсации погрешностей вычислительных каналов навигационной системы
21 Алгоритм компенсации погрешностей канала вычисления скорости и координат летательного аппарата
211 Алгоритм компенсации текущих погрешностей канала вычисления скорости и координат летательного аппарата
212 Алгоритм компенсации погрешностей датчиков линейных ускорений
22 Алгоритм компенсации погрешностей канала вычисления угловой ориентации летательного аппарата
221 Алгоритм компенсации текущих погрешностей канала вычисления угловой ориентации летательного аппарата
22 Алгоритм компенсации погрешностей датчиков угловых скоростей
Выводы
Глава
III Линейная модель вычислительных каналов навигационной системы Структурная схема бесплатформенной инерциальной магнитометрической адаптивной навигационной системы
31 Анализ устойчивости вычислительных каналов навигационной системы
311 Линейная модель канала вычисления скорости и координат летательного аппарата
312 Линейная модель канала вычисления угловой ориентации летательного аппарата
32 Структурная схема бесплатформенной инерциальной магнитометрической адантивной навигационной системы
Выводы
Глава
IV Исследование работы бесплатформенной инерциальной магнитометрической адаптивной навигационной системы с использованием системы компьютерного моделирования MATLAB
41 Моделирование канала вычисления скорости и координат
42 Моделирование бесплатформенной инерциальной магнитометрической адаптивной навигационной системы
Выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложение
Введение:
Актуальность работы В настоящее время представляется перспективным использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для выполнения задач видовой разведки. Применение в данных летательных аппаратов (ЛА) целях традиционных с высокой пилотируемых связано эксплуатационной стоимостью, относительно малой полезной нагрузкой, с риском для жизни пилота и возможностью потери дорогостоящего ЛА в сложных метеоусловиях. При ведении видовой разведки целесообразно использовать малоразмерные БПЛА это ЛА со стартовой массой до 50 кг. Такой ЛА сложнее обнаружить, при уменьшении массы ЛА снижается стоимость единичного пуска, требования к пусковым установкам, транспортному оборудованию, ресурсу двигателей, приборному оборудованию, средствам спасения и посадки. В связи с требованиями минимизации размеров и цены ЛА накладываются жёсткие ограничения по массе, габаритам и стоимости его приборного обеспечения, в состав которого входят: навигационно- пилотажная система (ППС), аппаратура радиоканала, полезная нагрузка (ТВили ИК-камера). Важным требованием, предъявляемым к самолётам разведчикам, является возможность автономного решения целевой задачи. ЛА не должен терять управление, находясь на значительном удалении от места старта в среде с воздействием умышленных или неумышленных радиопомех. В такой ситуации навигационная система (НС) ЛА, отвечающая за проведение самолёта по заданному маршруту, должна действовать автономно, без получения сигналов из вне, а траектория движения БПЛА должна быть заложена в память бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ) заранее. Па данном этапе развития ПС, применительно к малоразмерному БПЛА, наибольший интерес представляет бесплатформенная инерциальная навигационная система (БППС). БИПС аналитически рассчитывает навигационные параметры ЛА, используя сигналы с датчиков линейных ускорений (ДЛУ) и датчиков угловых скоростей (ДУС), установленных на корпусе ЛА. Процесс измерения ускорения и линейной скорости не связан ни с местом старта, ни с какими-либо устройствами, находящимися вне данного ЛА. Поэтому с точки зрения автономности БИПС пока не имеет аналогов. Современные БИПС характеризуются малыми массой и габаритами, низким потреблением функционирования в жестких условиях электроэнергии, возможностью эксплуатации и существенно меньшей стоимостью, чем их традиционные аналоги. Основная проблема, которая ограничивает возможность применения БИПС в малоразмерных БПЛА это низкая точность системы в долгосрочный период. Погрешности БИПС вследствие ошибок датчиков первичной информации, ошибок начальной выставки алгоритма вычисления навигационных параметров и особенностей неограниченно возрастают с течением времени. Поэтому практическое использование БИПС в автономном режиме возможно на сравнительно небольших интервалах времени. Паиболее выгодным путём решения данной проблемы является выявление и компенсация погрешностей БИПС автоматически в процессе полёта. В связи с этим представляет интерес создание автоматической системы, которая позволит скорректировать текущие погрешности БИПС и устранить основную причину их появления ошибки датчиков первичной информации.Данная работа посвящена модернизации структуры и алгоритма вычисления классической БИНС с целью снижения погрешностей системы. Выявление и компенсация текущих погрешностей системы и погрешностей датчиков первичной информации даст нам возможность значительно повысить точность БИНС, позволит увеличить время автономного полёта БПЛА, в течение которого сохраняется приемлемое качество навигации без коррекции с системы внешних погрешностей датчиков измерений. Кроме того, комненсация реального времени позволит нам в режиме использовать для построения НС относительно дешёвые малогабаритные датчики средней точности, которые рекомендуются для применения в малоразмерных БНЛА, Такими датчиками могут быть, например, перспективные и быстроразвивающиеся сейчас микромеханические датчики, Нрименение данного типа датчиков обеспечит существенное повышение тактико-технических характеристик создаваемых навигационных систем и значительно актуальной. снизит их стоимость. Таким образом, работа является Цель днссертацноннон автоматической работы системы разработка коррекции замкнутой погрешностей многоконтурной бесплатформенной инерциальной навигационной системы малоразмерного беспилотного летательного аппарата. Направление иселсдованнй Формирование инерциальной новой концепции системы построения с бесплатформенной замкнутой навигационной включением автоматической многоконтурной системы коррекции, разработка алгоритмов компенсации текущих погрешностей НС и погрешностей датчиков первичной информации, анализ устойчивости замкнутых автоматических контуров НС, вывод соотношений между основными параметрами вычислительных каналов, нроверка достоверности полученных результатов на основе полной нелинейной модели системы. Методы неследованпй В работе используются методы теории систем автоматического регулирования, в том числе: методы построения статически устойчивых замкнутых автоматических систем, методы анализа устойчивости линейных автоматических систем в динамике, методы оценки качества переходных процессов систем. Достоверность и обоснованность Все выводы, полученные в результате теоретических исследований, подтверждены путём компьютерного моделирования построенной навигационной системы. Основные характеристики НС исследованы на основе полной нелинейной модели системы, с учётом всех возможных ограничений параметров. При анализе работы использовалась конкретного малоразмерного БПЛА и модель внешних факторов. модель возмущающих На защнту выносятся концепция построения бесплатформенной инерциальной навигационной системы с компенсацией текущих погрешностей; алгоритмы компенсации текущих погрешностей НС, в том числе: алгоритм компенсации погрешностей канала вычисления скорости и координат ЛА, алгоритм компенсации погрешностей канала вычисления угловой ориентации ЛА и алгоритмы компенсации погрешностей датчиков первичной информации ДЛУ и ДУС; полученные результаты анализа устойчивости замкнутых автоматических контуров навигационной системы; структура построенной бесплатформенной инерциальной магнитометрической адаптивной навигационной системы. Научная новизна Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: предложен новый подход к построению бесплатформенных инерциальных навигационных систем с включением замкнутой многоконтурной автоматической системы коррекции, позволяющий снизить погрешности НС; разработаны алгоритмы выявления и компенсации текущих погрешностей вычислительных каналов НС, а также погрешностей датчиков первичной информации ДЛУ и ДУС; разработана оригинальная структура бесплатформенной инерциальной магнитометрической адаптивной навигационной системы (БИМАНС), по своим точностным характеристикам превосходящая классическую БИНС; для разработанной системы выведены соотношения между основными параметрами вычислительных каналов, оценены дианазоны возможных значений коэффициентов системы. Практическая полезность Практическая полезность работы заключается в том, что полученные в ней результаты позволяют создать автономную НС, по своим тактикотехническим характеристикам превосходящую классическую БИНС. Применение данной НС в малоразмерном БПЛА позволит повысить точность проведения ЛА но заданному маршруту, даст возможность БПЛА более продолжительное время действовать в автономном режиме, без коррекции с систем внешних измерений, позволит снизить стоимость, массу и габариты БПЛА за счёт возможности применения в НС недорогих малогабаритных датчиков средней точности.Построенная в результате исследований иолная нелинейная модель НС может быть использована для последующих разработок и создания подобных НС. Реализация результатов Результаты работы используются на головном предприятии по малоразмерным БНЛА ОАО «КБ «Луч», г. Рыбинск, при разработке и исследовании БПЛА. Апробация работы Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийская научно-техническая конференция «Моделирование и обработка информации в технических системах» г. Рыбинск, 2004 г.; XXIX конференция молодых учёных и студентов г, Рыбинск, 2005 г.; Международная школа-конференция молодых учёных, аспирантов и студентов им. Н. А. Соловьёва и В. Н. Кондратьева «Авиационная и ракетнокосмическая техника с использованием новых технических решений» г. Рыбинск, 2006 г. Публикации Но результатам выполненных исследований опубликовано 7 научных трудов. Среди них четыре статьи, в том числе одна статья в журнале, рекомендованном ВАК, и три работы тезисы докладов. Структура н объём диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырёх основных глав, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации содержит 132 страницы текста, 41 рисунок, 3 таблицы. СПИСОК_ЛИТЕРАТУРЫ содержит 81 наименование. навигационно-пилотажной системы для малоразмерного
|