§ 22.4. НАВИГАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ САМОЛЕТОВ И СУДОВ

Под навигационным комплексом понимают совокупность бортовых измерительных средств и вычислителей, позволяющих определять местоположение и скорость самолета (судна) относительно Земли. Ни один из существующих навигационных измерителей не может полностью решить эти задачи, так как каждый из них в отдельности не обеспечивает необходимой точности, помехозащищенности или надежности.

Задачи, решаемые навигационным комплексом, многообразны. Среди них одной из важнейших является счисление пути, обеспечивающее непрерывное измерение координаты объекта. Основным недостатком систем счисления является ухудшение точности определения координат с увеличением времени работы.

Рис. 22.20

Поэтому для получения требуемой точности счислимые координаты необходимо непрерывно или периодически корректировать на основании информации, поступающей от радиотехнических измерителей, т. е. осуществлять комплексную обработку данных.

Структурная схема типового навигационного комплекса самолета приведена на рис. 22.20 [13]. Основу этого комплекса составляет инерциальная навигационная система (ИНС) на гиростабилизированной платформе. Она измеряет как угловое положение самолета (углы крена, тангажа, рыскания и их производные), так и составляющие ускорения и скорости. Скорость самолета измеряется также с помощью ДИСС и датчика воздушной скорости, входящего в состав системы воздушных сигналов (СВС). В качестве вспомогательного измерителя курса используется система курсовертикали (СКВ). Высота и скорость ее изменения измеряются с помощью радиовысотомеров (РВ). Сигналы этих устройств обрабатываются в вычислительном устройстве, являющемся частью распределенной бортовой вычислительной системы. В качестве систем коррекции координат местоположения самолета используются данные радиотехнических систем ближней РСБН) и дальней (РСДН) навигации (таких, как «Омега», «Лоран-С» или системы с использованием ИСЗ), бортовых РЛС,корреляционно-экстремальных систем, а также данные, получаемые с выхода других измерителей, например астрономических ориентиров, оптических или электроннооптических визиров.

В навигационных комплексах с более высокой степенью интеграции оборудования используются обратные связи (показаны на рис. 22.20 пунктирными линиями). За счет этих связей обеспечиваются коррекция положения гироплатформы ИНС, предварительная настройка ДИСС по данным датчика воздушной скорости или ИНС, установка визиров в предполагаемое местоположение ориентиров и т. п. Так как системы, входящие в навигационный комплекс, определяют навигационные параметры в собственной системе координат, в алгоритмах навигационного вычислительного устройства предусмотрена процедура пересчета данных этих систем в основную систему координат, в которой осуществляется счисление пути.

Навигационный комплекс является составной частью пилотажно-навигационного комплекса (ПНК), который включает в себя также систему автоматического управления самолетом и систему индикации и отображения пилотажно-навигационной информации. ПНК предназначен для навигации и пилотирования самолета на всех этапах полета. В круг задач, решаемых ПНК, помимо непрерывного определения координат местоположения самолета, счисления пути и его коррекции входят программирование маршрута полета, вычисление и передача в САУ управляющих сигналов, выдача информации системам отображения и индикации, автоматический контроль исправности бортовых устройств и систем ПНК, а также автоматическая стабилизация и управление самолетом во всех режимах полета.

Навигационные комплексы морских судов имеют схожую структуру. На рис. 22.21 приведена структурная схема интегрированного навигационного комплекса «Data Bridge» норвежской фирмы «Norcontrol», предназначенного для автоматизации судовождения и предотвращения столкновений. Счисление пути в этом комплексе осуществляется по данным лага и гирокомпаса. В качестве систем коррекции координат местоположения используются навигационные системы Декка (непрерывная коррекция в условиях прибрежного плавания), «Омега», «Лоран-С», а также спутниковая навигационная система «Транзит».

Рис. 22.21

В бортовой ЭВМ реализуются соответствующие алгоритмы преобразования координат и комплексной обработки информации всех навигационных датчиков, а также вырабатываются необходимые сигналы для систем автоматического управления движением судна и системы индикации и отображения обстановки в районе плавания. В систему индикации вводится и радиолокационное изображение, полученное судовой РЛС.

Запишите векторно-матричное уравнение линейного формирующего фильтра, моделирующего траекторию подвижного объекта, и изобразите его структурную схему.

Каким образом можно описать маневрирование движущихся объектов?

В каких случаях уравнение измерений объекта будет линейным?

Когда для решения задачи фильтрации можно воспользоваться результатами теории оценок параметров?

По аналогии с уравнениями (22.21), (22.22) получите уравнение оценки параметров квадратичной траектории и изобразите структурную схему соответствующего нерекуррентного фильтра.

Что представляет собой эффект расходимости оценок в рекуррентных фильтрах и какими способами его можно предотвратить?

Пользуясь выражениями (22.45), (22.46), найдите переходную матрицу дискретной системы при условии, что соответствующая непрерывная система имеет матрицу

Запишите выражение для корреляционной матрицы ошибок фильтрации для расширенной системы, описываемой уравнениями (22.52), (22.53).

Укажите основное условие, при выполнении которого комплексирование двух измерительных систем эффективно.

В чем заключается принцип инвариантности при комплексировании и как он реализуется при использовании программных методов обработки?