Управление движением высокоскоростных объектов

Обеспечение повышение эффективности управления движения высокоскоростных подвижных объектов за счет применения дифференциальных систем и комплексирования инерциальнных и спутниковых систем радионавигации управления и связи

Область практического применения

1. Высокоточное управление движения обычных и высокоскоростных летательных аппаратов (ЛА) различного класса и базирования:
2. Разработка и создание высокоточного оружия (ВТО) локального и регионального радиуса действия;
3. Глобальное сопровождение подвижных объектов и грузов;
4. Системы обнаружения атомных подводных лодок (АПЛ);
5. Управление движением космических летательных аппаратов  (КЛА) на этапе вывода на орбиту;
6. Высокоточные системы съема информации с подвижных объектов;
7. Системы навигации и управление движением подвижных объектов;
8. Системы мониторинга и контроля с повышенными точностными характеристиками;
9. Системы высокоточной ориентация подвижных объектов;
10. Высокоскоростная телеметрия и телеуправление.

Спутниковые радионавигационные системы

Глобальные спутниковые радионавигационные системы (СРНС) ГЛОНАСС, GPS, Галилео являются наиболее надежными, точными и перспективными средствами обеспечения управления движением подвижных объектов (ПО), воздушных судов, морских судов и сухопутных подвижных объектов. Точность определения координат по данным спутниковых систем в значительной степени зависит от результирующей ошибки измерения.

В тоже время для ряда приложений (например, заход на посадку воздушных судов, маневрирование морских судов в "узкостях", использование для решения топогеодезических, гидрографических и других задач) необходимы более высокие точности и достоверности координатного и навигационно-временного обеспечения. Они могут быть получены при использовании дифференциального режима (ДР) работы СРНС, который позволяет на порядок снизить значение СКО навигационных параметров, .

Дифференциальный режим работы СРНС

Дифференциальный режим реализуется с помощью дополнительного оборудования, базовых станций установленных вдоль трассы с известными географическими координатами. Сравнивая известные координаты (полученные в результате прецизионной геодезической съёмки) с измеренными координатами, базовый навигационный приёмник формирует поправки, которые передаются потребителям по каналам связи, что соответственно позволяет устранить ошибки бортового приемника и повысить точность навигации до 1 метра.

В простейшем случае, принцип организации ДР показан на рис. 1.

Рис. 1  Принцип организации дифференциального режима

Использование дифференциальных методов СРНС в виде локальных, региональных и широкозонных дифференциальных подсистем (ЛДПС, РДПС и ШДПС) СРНС позволяет улучшить обеспечение требуемых навигационных характеристик в радиусе действия, соответственно до 200, 2000 и 6000 км.

Зарегистрированные пользователи ДР получают и обрабатывают следующие данные:

• о целостности СРНС, гарантирующие работу по исправным навигационным спутникам;
• дифференциальные поправки и сведения об ионосфере, позволяющие повысить точность навигационных определений;
• дальномерные сигналы от одного или более геостационарных космических аппаратов для проведения дополнительных дальномерных измерений.

Целостность системы

Как указывалось ранее, СРНС в дифференциальном режиме очень точны. Они намного более точные, чем требуется для заходов при "слепых посадках" (погодные условия соответствуют категории III, точность у входной кромки взлетно-посадочной полосы должна быть не хуже чем 60 см).

Комплексирование навигационных систем

В связи с изложенным, потребность в одновременном измерении одних и тех же параметров с помощью устройств и систем, работающих на различных физических принципах, обусловлена тем, что каждый измеритель в отдельности не удовлетворяет всем требованиям, которые предъявляются к качеству измерений навигационных параметров подвижных объектов.

Важнейшим направлением этого процесса является комплексирование, т.е. совместная обработка информации СРНС с информацией других навигационных систем и устройств.

Основой методикой является объединение точных, но ненадежных сигналов СРНС с дополнительными надежными инерциальными датчиками (т.е. гироскопами и акселерометрами), позволяет получить интегрированную навигационную систему, обладающую превосходной точностью и высокой целостностью.

В табл.3 перечислены некоторые особенности спутниковой и инерциальной навигации.

Таблица 3

Сравнение спутниковой и инерциальной навигации

Структурная схема интегрированного навигационного комплекса представлена на рис. 2.

 Рис. 2 Структурная схема интегрированного навигационного комплекса.

Основная идея навигационной системы, комплексирующей инерциальные и спутниковые данные, оценить в реальном масштабе времени ошибки инерциальных датчиков с использованием спутниковых данных, когда они доступны. В тоже время инерциальные данные могут использоваться для перекрытия пропусков фазовых циклов и во время потери захвата, но самое важное - они могут быть использованы между соседними точками измерения.

Преимущества интегрированных систем

1. повышение безопасности и надежности работы аппаратуры;
2. высокое быстродействие и высокая точность;
3. выработка выходных данных в реальном масштабе времени;
4. высокая частота выработки данных (существенно для наведения автоматических подвижных объектов);
5. выработка данных в период пропадания спутниковых сигналов;
6. высокая точность в определении местоположения, скорости, угловой скорости и углов пространственного положения;
7. существенное снижение стоимости, за счет возможности использования низкостоимостных инерциальных датчиков;
8. возможная параллельная избыточность (резервирование).

Основные направления совершенствования интегрированных инерциальных и спутниковых систем

1. обеспечение повышения эффективности работы дифференциального режима;
2. повышение характеристик целостности;
3. совершенствование алгоритмов разрешения неоднозначности спутниковых фазовых измерений;
4. повышение точности определения ориентации по данным СРНС;
5. совершенствование алгоритмов комплексной обработки.