Анализ результатов имитационного моделирования

Отчет

По лабораторным работам

По дисциплине

«Информационно-статистическая теория измерений»

На тему

«Оптимальная фильтрация в комплексной навигационной системе»

Выполнили студенты группы 3О-506С-15:

Дашковский Е.А.

Салихов А.Р.

Синицкий П.Ю.

Принял доцент кафедры 305: Веремеенко К.К.

Цель работы: изучение принципов построения инерциально-спутниковых навигационных систем как наиболее перспективного бортового навигационного средства, а также исследование их ошибок.

Теоритическая часть

В настоящее время одной из наиболее широко применяемых в авиации навигационных систем является инерциальная навигационная система (ИНС). Хорошо известны преимущества этих систем:

- полная автономность работы;

- высокая информативность (система позволяет определять все параметры движения объекта – координаты, проекции скоростей и углы ориентации);

- высокая скорость выдачи информации потребителю (частота обновления информации около 10 Гц по координатам и скорости и около 100 Гц по параметрам ориентации);

- высокая помехозащищенность;

- высокая стабильность показаний на ограниченном интервале времени работы.

Вместе с тем, эти системы обладают существенным недостатком: их ошибки неограниченно возрастают со временем. Это явление связано, прежде всего, с наличием инструментальных дрейфов гироскопов и требует принятия специальных мер для ограничения роста ошибок.

Одним из наиболее перспективных средств коррекции для ИНС являются спутниковые навигационные системы (СНС), но его использованию в качестве единственного средства навигации препятствует уязвимость с точки зрения помехозащищенности.

Однако, сравнительный анализ показывает, что спутниковые и инерциальные навигационные системы хорошо дополняют друг друга. Их объединение позволяет ограничить рост погрешностей ИНС и снизить шумовую составляющую ошибок СНС, повысить темп выдачи информации бортовым потребителям, существенно поднять уровень помехозащищенности. В таблице 1 приводятся основные преимущества комплексных инерциально-спутниковых систем. Данные, приведенные в таблице 1, базируются на анализе большого числа работ и убедительно говорят о перспективности комплексирования СНС и ИНС.

Факторы	Степень улучшения
Точность	Существенно
Масса	Уменьшение на 30 - 70 %
Объем	Уменьшение на 50 - 60 %
Потребляемая мощность	Уменьшение на 25 - 50 %
Надежность	Увеличение » в 2 раза
Степень резервирования	Увеличение на 50% и более
Стоимость	Существенно

Таблица 1. «Основные преимущества интегрированных систем»

Учитывая сказанное, представляется целесообразным создание комплексных инерциально-спутниковых систем, объединяющих достоинства ИНС и СНС. Для реализации этого подхода необходимо совершенное программно-математическое обеспечение для БЦВМ, в которой должна быть организована совместная обработка данных, поступающих от ИНС и СНС.

Комплексирование ИНС и СНС в нашем случае происходит по упрощенной системе, архитектура которой изображена ниже:

Рисунок 1 «Комплексирование ИНС и СНС»

СНС является корректором, работающим в дифференциальном режиме.

Измерения в ОФК формируются как разность показаний ИНС и корректора между величинами одной физической природы.

Дискретный оптимальный фильтр Калмана, на выходе которого . Это будет являться оценкой.

Пример формирования измерения:

где – широта по показаниям ИНС и корректора

– ошибки определения в ИНС и корректоре

Измерение представимо в виде разности ошибок ИНС и корректора. Обычно ошибки корректора существенно меньше ошибок ИНС. На основе этих измерений должен работать ОФК. Для его работы уравнения измерения должны быть дополнены уравнением состояния и представлены в матричном виде:

В дискретном виде в форме записи для БЦВМ это записывается так:

За вектор состояния примем вектор ошибок ИНС:

где – ошибка координаты;

– производная от ошибки координаты (скорость);

– ошибка ориентации в вычислениях БИНС;

– постоянный дрейф гироскопа;

– постоянная ошибка акселерометра.

В уравнениях измерения Z с вектором состояния связана первая компонента , вторая компонента объявляется шумом измерений и входит в состав вектора шумов измерений.