close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Методы повышения точности измерений значений параметров полета летательного аппарата резервной системой ориентации.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
КОРНИЛОВ Анатолий Викторович
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ЗНАЧЕНИЙ
ПАРАМЕТРОВ ПОЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА РЕЗЕРВНОЙ
СИСТЕМОЙ ОРИЕНТАЦИИ
Специальность 05.11.01 - Приборы и методы измерения
(механические величины)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург – 2014
2
Работа выполнена на кафедре измерительных технологий и компьютерной
томографии
Санкт-Петербургского
национального
исследовательского
университета информационных технологий, механики и оптики
Научный руководитель:
Федоров Алексей Владимирович
доктор технических наук,
профессор кафедры ИТиКТ
Университет ИТМО
Официальные оппоненты:
Мельников Валерий Ефимович
доктор технических наук, профессор,
профессор ФГБОУ ВПО «Московский
авиационный институт (национальный
исследовательский университет)»
Унтилов Александр Алексеевич
Кандидат
технических
наук,
зам.
начальника отд. 0843 ГНЦ РФ ОАО
«Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»
Ведущая организация:
ФГУП
«Санкт-Петербургское
ОКБ
«Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова»,
г. Санкт-Петербург., 198095, Россия,
Санкт-Петербург, ул. М. Говорова, д. 40
Защита состоится «28» октября 2014 г. в 16.00 на заседании
диссертационного совета Д212.227.04 при Санкт-Петербургском национальном
исследовательском университете информационных технологий, механики и
оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49, ауд. 206
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского
национального университета информационных технологий, механики и оптики
по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49. и на сайте
www.ifmo.ru.
Автореферат разослан «___» _________ 2014 г.
Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах),
заверенные печатью, просим направлять по адресу университета: 197101,
Санкт-Петербург,
Кронверкский
пр.,
д.49,
ученому
секретарю
диссертационного совета Д212.227.04.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д.212.227.04,
кандидат технических наук, доцент
Киселев С.С.
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
Создание перспективной авиационной техники и совершенствование
технических
характеристик
пилотируемых
высокоманевренных
аэродинамических летательных аппаратов военного назначения (в дальнейшем
именуемых ЛА ВН), является одним из приоритетных направлений развития
научно-технического потенциала России, в результате чего может быть
достигнуто обеспечение нужд обороны страны и безопасности государства.
Одним из способов решения научно-технической задачи повышения
качества авионики является совершенствование методов и средств измерения
значений параметров полета летательных аппаратов на основе использования
современных информационно-измерительных систем (ИИС). Данные системы
обеспечивают измерение значений различных механических величин (угловой
скорости, линейного ускорения, давления и т.д.), на основе которых в
дальнейшем рассчитываются значения параметров ориентации и навигации ЛА.
В составе ЛА ВН наиболее значимыми ИИС считаются навигационные
системы и пилотажные приборы (ПП).
В качестве основных источников навигационной информации широко
применяются платформенные инерциальные системы, построенные с
использованием астатических гироскопов и акселерометров традиционного
исполнения (например, поплавковых акселерометров), или более современные
бесплатформенные инерциальные системы на датчиках угловой скорости
различного принципа действия (например, лазерных гироскопах) и
акселерометрах с чувствительным элементом из полупроводникового кремния
или кварцевого стекла. Оба типа систем обеспечивают высокую точность и
прецизионность измерений значений параметров движения ЛА ВН.
Применение указанных датчиков первичной информации (ДПИ) в
резервных ПП, входящих в состав резервной системы ориентации (РСО),
сопряжено с рядом трудностей, главной из которых является обеспечение
требуемой точности измерения характеристик полета ЛА при минимальных
массе и габаритных размерах ДПИ. В настоящее время в составе РСО попрежнему применяются платформенные гировертикали, а также различные
аналоговые
геотехнические
средства.
К
недостаткам
таких
электромеханических ПП относятся сложность исполнения карданова подвеса,
значительное энергопотребление, высокая стоимость, существенное время
подготовки к работе и ограниченность информационных связей с другими
системами пилотажно-навигационного комплекса (ПНК).
Резервная система ориентации летательных аппаратов рассматривается в
настоящей диссертации в качестве объекта научных исследований.
Общие вопросы разработки навигационных приборов и систем, в том
числе РСО различных типов летательных аппаратов, исследовались в трудах
отечественных ученых: Ю.В Иванова, О.С. Салычева, В.Я. Распопова, В.Г.
Пешехонова, Г.И. Джанджгавы, В.Е. Мельникова, О.А. Степанова, А.И.
Ткаченко, М.Г. Погорелова, П.П. Афанасьева, А.П. Шведова, В.А. Орлова, а
4
также в работах зарубежных ученых G.Lachapelle, R.Jaffe, P.G. Savage,
P.Chesne, H.C.Lefevre, E.V.Hinueber. Проводимые в рамках диссертации
исследования опираются на достижения указанных выше ученых и являются
основой для создания новых научно-технических решений, обеспечивающих
повышение качества РСО ЛА ВН.
Качество РСО ЛА ВН характеризуется множеством показателей. При
этом одними из основных показателей назначения РСО ЛА ВН принято считать
следующие параметры полета: углы крена, тангажа и курса, приборную и
вертикальную скорости, высоту полета ЛА, число Маха. На сегодняшний день
решение задачи повышения точности измерений значений параметров полета
ЛА РСО, а вместе с тем и всего ПНК, может быть основано на применении
современных ДПИ, реализации принципов интеграции с различными
корректирующими устройствами, а также применении специальных
алгоритмов обработки измеряемой информации.
Качество большинства современных ДПИ не соответствует требованиям
к показателям качества РСО ЛА ВН (точность, масса и габариты,
эргономичность, надежность, стоимость). В навигационных системах
летательных
аппаратов
гражданского
назначения
используются
малогабаритные дешевые ДПИ «тактического» (среднего) и низкого классов
точности, для снижения погрешностей которых необходимо осуществлять
коррекцию с помощью внешних источников информации (спутниковая
навигационная система, система воздушных сигналов и т.д.), что лишает такие
системы автономности и недопустимо в случае с РСО ЛА ВН. Ввиду
отсутствия возможности отечественной промышленности производить
высокоточные датчики, все малогабаритные ДПИ «навигационного» класса
точности являются иностранными, и в соответствии с постановлением
Минпромторга РФ о принятии мер по формированию долгосрочной
технологической независимости предприятий российского обороннопромышленного комплекса [1], не могут быть использованы в составе РСО ЛА
ВН.
Очевидно, что в настоящее время недостаточно проработаны модели,
методы и средства, позволяющие достичь требуемой точности измерения
значений параметров полета ЛА ВН автономной бесплатформенной
моноблочной РСО при использовании отечественных ДПИ «тактического»
класса точности, а также обеспечить ее высокое качество в процессе
эксплуатации.
Согласно государственной программе вооружения до 2020 г. «Создание
научно-технического задела и обеспечение разработки новейших систем и
образцов вооружения» [2], политике Российской Федерации в области развития
науки и технологий [3], а также приоритетным направлениям развития науки,
технологии и техники в Российской Федерации [4], разработка современных
РСО
является
актуальной
задачей.
Необходимо
отметить,
что
высокотехнологичные РСО крайне востребованы в авиации, а задачи
разработки таких систем соответствуют тематике научно-исследовательских и
опытно-конструкторских работ, проводимых предприятием ОАО АНПП
5
«Темп-Авиа» (г. Арзамас). Все перечисленные факторы подтверждают
актуальность темы диссертационных исследований.
Предметом научных исследований являются методы и средства,
позволяющие повысить точность измерений значений параметров полета ЛА
ВН автономной бесплатформенной моноблочной РСО, с учетом применения
датчиков первичной информации отечественного производства «тактического»
класса точности, до требуемой.
Цель работы – разработка методов и средств повышения точности
измерений значений параметров полета ЛА ВН автономной бесплатформенной
моноблочной РСО, построенной с применением датчиков первичной
информации отечественного производства «тактического» класса точности, до
требуемой, в условиях автономного режима работы в течение
продолжительного времени.
Задачи исследования:
1) анализ современного состояния и перспектив развития автономных
резервных ПП и систем ориентации пилотируемых высокоманевренных
аэродинамических летательных аппаратов; разработка структуры автономной
бесплатформенной моноблочной РСО, обоснование выбора основных
элементов и определение принципов функционирования системы;
2) исследование возможных причин возникновения погрешностей ДПИ
РСО в автономном режиме работы и разработка методов снижения
погрешностей магнитометра и датчиков давления;
3) разработка методов повышения точности измерений значений
параметров полета ЛА ВН автономной бесплатформенной моноблочной РСО
на основе комплексирования измерительной информации;
4) экспериментальная апробация методов повышения точности
измерений значений параметров полета ЛА ВН автономной бесплатформенной
моноблочной РСО.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовался
комплексный подход с применением методов теории инерциальной навигации,
теории оценивания и теории измерений, теории вероятности, методов
имитационного моделирования и полиномиальной аппроксимации.
Положения, выносимые на защиту:
1) структура автономной бесплатформенной моноблочной РСО на основе
электро-радиоизделий отечественного производства: триады одноосных
волоконно-оптических гироскопов, триады интегральных одноосных
акселерометров, резонансных датчиков давления и аналогового магнитометра;
2) метод, позволяющий вносить поправки, компенсирующие установочную
погрешность магнитометра и магнитную девиацию, а также метод расчета
значений дополнительной погрешности, вносимой преобразующими
элементами модуля сопряжения автономной бесплатформенной моноблочной
РСО, при измерении значений высотно-скоростных параметров (ВСП) ЛА ВН;
3) метод повышения точности измерения значений ВСП, основанный на
комплексировании измерительной информации, получаемой от датчиков
давления (ДД) и акселерометров; метод универсального включения-
6
отключения коррекции, позволяющий повысить точность измерения значений
параметров ориентации ЛА ВН при различных режимах полета.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) разработан новый метод внесения поправок, компенсирующих
установочную ошибку магнитометра и магнитную девиацию, позволяющий, в
отличие от известных методов, вычислять значения девиационных поправок
путем поворота ЛА ВН на любой угол, но не менее 45°;
2) разработан новый метод коррекции, основанный на комплексировании
измерительной информации, получаемой от ДД и акселерометров, который
позволяет повысить точность измерения ВСП, а также значений параметров
ориентации ЛА ВН.
Обоснованность и достоверность обеспечиваются согласованностью
результатов исследований и их соответствием положениям теории
инерциальной навигации, теории оценивания и теории измерений;
экспериментальной апробацией разработанных методов и средств при
проведении наземных испытаний и при летной отработке опытных образцов
автономной бесплатформенной моноблочной РСО в составе ПНК ЛА ВН.
Практическая ценность работы. Разработанный метод расчета
дополнительной погрешности, вносимой преобразующими элементами модуля
сопряжения автономной бесплатформенной моноблочной РСО, может быть
использован при дополнительной калибровке ДД в составе РСО, что позволяет
снизить погрешность измерения ВСП ЛА ВН в среднем на 30 %.
Для снижения величины погрешности измерений значений параметров
ориентации ЛА ВН при различных режимах полета может быть использован
метод универсального включения-отключения коррекции, позволяющий
снизить значения послевиражных погрешностей минимум в 2 раза.
Внедрение результатов работы. Основные результаты работы
реализованы при создании опытных образцов изделий «Интегрированная
система резервных приборов ИСРП» и «Датчик курса и вертикали ДКВ» в ОАО
АНПП «Темп-Авиа», а также в учебном процессе кафедры «Авиационные
приборы и устройства» АПИ (ф) НГТУ им. Р.Е. Алексеева, о чем
свидетельствуют Акты о внедрении.
Апробация
результатов
работы.
Полученные
результаты
докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:
Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии
в машино- и приборостроении» (Н. Новгород, 2008, 2010), Международной
молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки»
(Н.Новгород, 2009, 2012), XVII Санкт-Петербургской международной
конференции по интегрированным навигационным системам (Санкт-Петербург,
2010), XIII и XV конференциях молодых ученых «Навигация и управление
движением» (Санкт-Петербург, 2011, 2013), V областном конкурсе
инновационных молодежных команд «РОСТ» (Н. Новгород, 2011).
Исследования проводились в рамках ОКР «Разработка датчика курса и
вертикали ДКВ-21» и ОКР «Разработка интегрированной системы резервных
приборов ИСРП-35».
7
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных
работ, 3 из них – в периодических изданиях из списка ВАК. Получен 1 патент
на изобретение на техническое решение, с использованием средств измерений,
применяемых в разработанной РСО.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4
глав, заключения, списка использованной литературы (100 наименований) и
приложений. Основной текст диссертации (119 страниц) содержит 7 таблиц и
46 рисунков.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационных
исследований, сформулированы цель и задачи исследований, научные
положения, выносимые на защиту, приведена краткая аннотация работы.
В главе 1 представлена классификация навигационных систем
подвижных объектов. Определены параметры полета аэродинамического
высокоманевренного летательного аппарата, подлежащие измерению РСО.
Рассмотрены достоинства и недостатки применяемых на пилотируемых
летательных аппаратах платформенных и бесплатформенных ПП. Разработана
структура автономной бесплатформенной моноблочной РСО (рисунок 1),
основными
элементами
которой
являются
электро-радиоизделия
отечественного производства.
Преобразователь
Микросхема
контроллера
Микросхема
контроллера
(Нx, Hy, Hz)
МА-2
(Нx, Hz)
Микросхема
контроллера
Рисунок 1 - Структурная схема автономной бесплатформенной моноблочной РСО
8
На основе проведенного анализа современных ДПИ, с учетом требований
к
массогабаритным
и
точностным
характеристикам
автономной
бесплатформенной моноблочной РСО, предложено использовать следующие
отечественные первичные преобразователи «тактического» класса точности:
–
три одноосных волоконно-оптических гироскопа ВГ071П (ЗАО
«Физоптика», Россия);
–
три одноосных интегральных компенсационных акселерометра АТ110450 (ОАО АНПП «Темп-Авиа», Россия) со встроенными датчиками
температуры;
–
узел датчиков давления (ОАО «Аэроприбор-Восход», Россия);
–
располагаемый дистанционно двухосевой феррозондовый МА-2 или
трехосевой аналоговый магнитометр МА-8 (ОАО «Раменское
приборостроительное конструкторское бюро», Россия).
Акселерометры и гироскопы объединены в инерциальный измерительный
блок (ИИБ) таким образом, что измерительные оси каждого типа датчиков
ортогональны друг другу. Применение одноосных ДПИ обусловлено
требованиями по обеспечению надежности автономной бесплатформенной
моноблочной РСО.
Устройство сопряжения служит для преобразования аналоговых
сигналов, поступающих от датчиков давления и ИИБ, в цифровой код и
передачи его в модуль контроллеров, предназначенный для преобразования
аналоговых сигналов, поступающие от ИИБ и магнитометра.
В вычислительном модуле реализуются алгоритмы вычисления
пространственного положения летательного аппарата и его высотноскоростных параметров. Информация с вычислительного модуля передается на
модуль формирования изображения (МФИ), в технологический порт и в модуль
сопряжения. Модуль сопряжения, представляющий собой программируемую
логическую интегральную схему, служит для преобразования частотных
сигналов с ДД в цифровой код (с помощью реализованного частотомера) и
передачи его в вычислительный модуль, а также для обеспечения приема и
выдачи информации по имеющимся каналам информационного обмена.
Проанализированы характеристики ДПИ, используемых в современных
системах ориентации ЛА ВН. Показано, что для повышения точности
измерений значений параметров полета ЛА ВН автономной бесплатформенной
моноблочной РСО необходима разработка моделей и методов, учитывающих
погрешности ДПИ и специфические особенности построения системы.
В главе 2 исследован принцип вычисления магнитного курса ЛА ВН,
выявлены основные факторы, влияющие на точность определения значений
курса, главным из которых является магнитная девиация. Также исследованы
способы ее снижения (компенсация и списание в процессе выполнения
специальных девиационных работ).
Ввиду того что на многих датчиках измерения составляющих магнитного
поля Земли (МПЗ), в том числе и на применяемых в составе автономной
бесплатформенной моноблочной РСО магнитометрах, отсутствует возможность
компенсации девиационной погрешности, целесообразна разработка метода
9
внесения
поправок,
компенсирующих
установочную
погрешность
магнитометра и магнитную девиацию. Применяемый в настоящее время способ
трудоемок и требует существенных временных затрат.
На основе алгоритмического способа списания девиации разработан
метод, позволяющий исключить искажения МПЗ и погрешность,
обусловленную установкой магнитометра на борту ЛА ВН. Согласно методу,
ЛА ВН, на котором проводятся работы по списанию погрешности девиации,
поворачивается вокруг своей оси на 360°, при этом нет необходимости
фиксировать ЛА ВН на определенных углах. На рисунке 2 представлены
результаты по оценке девиационной погрешности магнитометра с применением
предложенного метода. Оценка проводилась на специальном стенде ОАО
АНПП «Темп-Авиа», сличение измеряемых значений производилось с
показаниями буссоли, погрешность измерения которой не превышает 10 угл.
мин.
Рисунок 2 - График измерения значений магнитного курса с применением
предложенного метода
Также показано, что использование предложенного метода позволяет
осуществлять списание девиационной погрешности двухосевого магнитометра
при развороте ЛА ВН на любой угол, но не менее 45° (рисунок 3).
Рисунок 3 - Результаты измерения значений курса ЛА ВН
10
При расчете ВСП ЛА ВН к погрешности измерения значений параметров
ДД добавляется погрешность преобразователя «частота-код», входящего в
состав модуля сопряжения, возникающая в результате изменения опорной
частоты кварцевого генератора при изменении температуры. В этой связи
разработан метод проведения дополнительной калибровки ДД в составе
автономной бесплатформенной моноблочной РСО (рисунок 4), позволяющий
рассчитать дополнительную погрешность, вносимую преобразующими
элементами модуля сопряжения автономной бесплатформенной моноблочной
РСО, при измерении значений ВСП.
Рисунок 4 - Схема реализации предложенного метода дополнительной
калибровки ДД
Метод позволяет вычислять как температурные зависимости поправки на
частоту ДД, учитывающей погрешность вычисления частоты, вносимой
преобразующими
элементами
модуля
сопряжения
автономной
бесплатформенной моноблочной РСО (рисунок 5), так и значения ВСП ЛА ВН.
а)
б)
Рисунок 5 - Зависимости значений поправок на частоту датчиков статического (а) и
полного (б) давления от температуры: 1 – значения поправки, полученные опытным
путем; 2 – рассчитанные с помощью предложенного метода
В качестве эталона использовался автоматический калибратор (манометр)
с погрешностью измерения по каналу статического давления ±7 Па, по каналу
полного давления ±10 Па.
11
Применение данного метода позволяет снизить погрешность измерения
значений ВСП ЛА ВН автономной бесплатформенной моноблочной РСО в
среднем на 30 %.
Глава 3 посвящена разработке методов повышения точности вычисления
значений параметров полета ЛА ВН на основе комплексирования
измерительной информации, получаемой от ДПИ.
Первый метод основан на комплексировании измерительной
информации, получаемой от трехосного магнитометра (ТМ), трех одноосных
ДУС и трех акселерометров (рисунок 6).
Рисунок 6 - Схема реализации контура коррекции значений параметров
ориентации на основе метода комплексирования измерительной информации,
получаемой от ТМ, трех одноосных ДУС и трех акселерометров
В основе метода комплексирования лежит принцип вычисления проекций
угловых скоростей на оси ЛА ВН через пересчет показаний одноосного ДУС и
ТМ [5]. Реализованный в разрабатываемой автономной бесплатформенной
моноблочной РСО метод вычисления магнитоинерциальных параметров
использует показания всех трех ДУС и позволяет вычислять два
дополнительных значения каждой из проекций угловых скоростей:
dH y 
 где ωx, ωy, ωz – значения

dH z 
 H z    y  H x 
 x    z  H x 
H

y  проекции угловых

dt
dt


 скоростей на


 соответствующие
dH x 
dH z 



 y  x  H y 
 H z  координатные оси;
 H x  z  H y 
dt 
dt 


 Нx, Нy, Нz – значения
 проекций вектора
dH y 

dH x 

 H x  y  H z 
 z    x  H z 
 H y  напряженности МПЗ на

dt
dt
 соответствующие




координатные оси.
12
Предложенный метод позволяет выполнять двойную оценку угловой
скорости для минимизации систематической ошибки ДУС, тем самым повышая
точность измерения значений углов крена и тангажа ЛА ВН (рисунок 6).
Второй метод основан на комплексировании измерительной информации,
получаемой от ДД и акселерометров. Показано, что ошибки определения
значений параметров ориентации ЛА ВН можно корректировать с помощью
поступающей от ДД измерительной информации о полном и статическом
давлении, а также измерительной информации о вертикальном ускорении,
поступающей от акселерометра по каналу вертикального ускорения, на основе
их обработки в адаптивном фильтре Калмана (ФК). Схема, поясняющая работу
данного метода комплексирования, представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 - Схема реализации контура коррекции значений параметров ориентации
и ВСП на основе метода комплексировании измерительной информации, получаемой
от ДД и акселерометров
На основе данных о статическом давлении Рст вычисляются значения
барометрической высоты Н, путем их дифференцирования определяется
вертикальная скорость Vверт ЛА ВН. Недостатком дифференцирования является
значительная погрешность, возникающая за счет шумовых составляющих,
поэтому для снижения шума предложено дополнительно использовать
измерительную информацию акселерометра по каналу вертикального
ускорения. Путем интегрирования значений ускорения рассчитываются
инерциальные вертикальная скорость Vy и высота Hi. В данном случае разность
барометрической и инерциальной высот является вектором измерения ФК, а
вектором состояния являются значения погрешностей ускорения ay, скорости
Vy и высоты Н, которые после оценивания поступают в обратную связь. С
целью вычисления значений бароинерциальной высоты в схему вводится
измерительная информация, поступающая от датчика динамического давления
Рдин и акселерометра по каналу продольного ускорения. Затем в вектор
13
измерения ФК вводится разность Vx инерциальной приборной скорости V x и
истинной скорости V ист, рассчитанной основании барометрической приборной
скорости и коэффициента температуры торможения. В вектор состояния
добавляются погрешности измерения значений ускорения ax и скорости Vx,
оцененные значения которых также поступают в обратную связь.
Предложенный метод позволяет повысить точность определения
ускорений, по которым рассчитываются начальные значения параметров
ориентации, а также снизить погрешность вычисления значений ВСП ЛА ВН.
Показано, что на точность определения значений параметров ориентации
ЛА ВН в значительной степени влияет случайный дрейф ДУС, причем значения
измеряемых параметров изменяются в зависимости от выполняемых ЛА ВН
эволюций (прямолинейный полет, виражи, разгон, торможение).
Предложен метод универсального включения-отключения коррекции,
позволяющий снижать погрешность измерения значений параметров
ориентации ЛА ВН при различных режимах его полета.
Применение рассмотренного ранее метода коррекции, основанного на
комплексировании измерительной информации, получаемой от ТМ, трех
одноосных ДУС и трех акселерометров, целесообразно применять только в
прямолинейном равномерном полете ЛА ВН, так как при наличии эволюций
ЛА ВН происходит накопление ошибок измеряемых значений параметров
ориентации из-за измерений акселерометрами значений «кажущейся
вертикали». Поэтому на данном режиме полета при достижении пороговых
значений параметров ориентации ЛА ВН необходимо отключение контура
коррекции по акселерометрам. Следует отметить, что снижение значений
погрешности, обусловленной виражами, выполняемыми ЛА ВН в процессе
полета, без потери автономности бесплатформенной моноблочной РСО
невозможно.
Значения погрешности измерений параметров ориентации ЛА ВН,
обусловленной его разгонами и торможением, возможно уменьшить с
помощью использования измерительной информации об изменении линейной
скорости ЛА ВН, получаемой от ДД. Поэтому данный контур коррекции
целесообразно применять на режимах разгона и торможения ЛА ВН.
В главе 4 представлены результаты экспериментальной апробации
предложенных методов повышения точности измерений значений параметров
полета ЛА ВН автономной бесплатформенной моноблочной РСО при
имитационном моделирования и наземной отработке опытных образцов
автономной бесплатформенной моноблочной РСО в лабораторных условиях на
предприятии ОАО АНПП «Темп-Авиа» (г. Арзамас), а также при летной
отработке в составе бортового оборудования пилотируемых ЛА ВН на летноисследовательском комплексе МВЗ им. Миля (г. Москва) и в ЛИИ
им. М.М.Громова (г. Жуковский).
Опытные образцы блоков ориентации и индикации (БОИ) автономной
бесплатформенной моноблочной РСО ИСРП-35 (1), ИСРП-50 (2) и ИСРП-26 (3)
представлены на рисунке 8.
14
а)
б)
Рисунок 8 - Опытные образцы БОИ РСО, вид спереди (а), вид сбоку (б)
На рисунке 9 представлен опытный образец БОИ автономной
бесплатформенной моноблочной РСО ИСРП-35 с магнитометром МА-8.
Рисунок 9 - Опытный образец БОИ РСО ИСРП-35 с магнитометром МА-8
15
В программной среде «Matlab» была построена имитационная модель
каналов автономной бесплатформенной моноблочной РСО в составе ТМ, трех
одноосных ДУС и трех акселерометров. Результаты имитационного
моделирования, представленные в таблице 1 и на рисунке 10, показали, что
метод, основанный на комплексировании измерительной информации,
получаемой от ТМ, трех одноосных ДУС и трех акселерометров, позволяет
снизить погрешность определения значений параметров полета ЛА ВН в
среднем на 15 %.
Таблица 1 - Результаты имитационного моделирования апробации метода
Используемый метод
Параметр
СКО,
Дисперсия,
полета
град
град2
Метод акселерометрической коррекции
Курс
0,15
0,0227
Крен
0,32
0,1033
Тангаж
0,30
0,0528
Метод комплексирования измерительной
Курс
0,07
0,0056
информации
Крен
0,23
0,0534
Тангаж
0,22
0,0528
Рисунок 10 - Результаты имитационного моделирования по каналу измерения
значений угла тангажа автономной бесплатформенной моноблочной РСО
Наземная отработка опытных образцов автономной бесплатформенной
моноблочной РСО проводилась на испытательном оборудовании ОАО АНПП
«Темп-Авиа». При наземной отработке в качестве эталонных параметров
ориентации ЛА ВН использовались значения, получаемые от инерциальной
навигационной системы, построенной на лазерных гироскопах. Наземная
отработка проводилась с последовательной имитацией следующих типовых
режимов полета ЛА ВН: движение с малой скоростью, до 50 км/ч; разгон с
увеличением скорости на 300 км/ч; разворот по курсу (с характеристиками:
16
скорость 350 км/ч, крен 15°, угловая скорость по курсу 2 °/с); торможение до 50
км/ч.
Анализ изменения погрешностей крена и тангажа с применением
«штатной» акселерометрической коррекции
и при использовании
предложенного метода универсального включения-отключения коррекции на
опытном образце ИСРП-35 показал, что в результате применения нового
метода максимальные значения послевиражной погрешности по углам крена и
тангажа были снижены в 2 раза (угол крена) и в 5 раз (угол тангажа).
При летной отработке опытного образца автономной бесплатформенной
моноблочной РСО ИСРП-35 был апробирован метод коррекции, основанный на
комплексировании измерительной информации, получаемой от ДД и
акселерометров.
Сличение значений, зафиксированных опытным образцом автономной
бесплатформенной моноблочной РСО ИСРП-35, производилось со значениями,
измеренными основной инерциальной навигационной системы на лазерных
гироскопах (ИНС ЛГ), считавшейся эталонной.
Частично результаты летной отработки представлены в виде графиков
изменения значений параметров ориентации и ВСП, полученных по показаниям
ИНС ЛГ и автономной бесплатформенной моноблочной РСО. Также построены
графики изменения погрешности измерения значений параметров полета,
рассчитанные как разность показаний ИНС ЛГ и автономной
бесплатформенной моноблочной РСО (рисунки 11-14). Из рисунков видно, что
измеряемые ИНС ЛГ и опытным образцом РСО ИСРП-35 значения имеют
схожий характер изменения, что подтверждает достоверность вычисления
значений параметров полета ЛА ВН с помощью разработанной автономной
бесплатформенной моноблочной РСО.
Абсолютная максимальная разность значений угла крена, измеренных
основной инерциальной навигационной системой на лазерных гироскопах и
РСО ИСРП-35, после виража составила 2,6°, высоты – 164,7 м, приборной
скорости – 16 км/ч, средняя относительная разность составила 28 % по углу
крена, 1,85 % по высоте и 2,15 % по приборной скорости.
Также при выполнении равномерного прямолинейного полета на
интервале времени с 3360-й по 3460-ю секунду (рисунки 11-14) погрешностей
вычисления значений угла крена автономной бесплатформенной моноблочной
РСО составила 0,7°, угла тангажа – 1,2°, что меньше значения погрешности
автономного авиагоризонта АГР-29 [6] в установившемся горизонтальном
полете, применяемого в качестве резервного ПП. Полученные результаты
свидетельствуют о повышении уровня точности измерений значений
параметров полета ЛА ВН опытным образцом автономной бесплатформенной
моноблочной РСО с применением ДПИ отечественного производства
«тактического» класса точности (в условиях автономного режима работы в
течение продолжительного времени), и, соответственно, о повышения качества
всего ПНК ЛА ВН.
17
Рисунок 12 - Изменение значений угла крена, измеренных ИНС ЛГ (1) и опытным
образцом автономной бесплатформенной моноблочной РСО ИСРП-35 (2) при
проведении летной отработки (режим прямолинейного полета ЛА ВН после
разворота по крену на 360°)
Рисунок 13 - График изменения значений погрешности измерения угла крена
(режим прямолинейного полета после разворота по крену на 360°)
Рисунок 14 - Изменение значений приборной скорости, измеренных ИНС ЛГ (1) и
опытным образцом автономной бесплатформенной моноблочной РСО ИСРП-35(2)
при летной отработке (режим прямолинейного полета ЛА ВН)
Рисунок 15 - Изменение погрешности измерения значений приборной скорости
(режим прямолинейного полета ЛА ВН)
18
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ
1. Разработана структура автономной бесплатформенной моноблочной РСО,
обоснован выбор ДПИ, электро-радиоизделий и компонентов отечественного
производства:
волоконно-оптических
гироскопов,
интегральных
акселерометров, резонансных датчиков давления и аналогового магнитометра.
2. Исследованы возможные причины возникновения погрешностей ДПИ,
разработаны методы, позволяющие вычислять и вносить поправки,
компенсирующие магнитную девиацию, а также рассчитывать значения
дополнительной погрешности, вносимой преобразующими элементами модуля
сопряжения автономной бесплатформенной моноблочной РСО, возникающей
под влиянием температуры при измерении значений ВСП ЛА ВН
3. Разработаны методы повышения точности измерения значений
параметров полета ЛА ВН РСО на основе комплексирования измерительной
информации ДПИ, а также применения метода универсального включенияотключения коррекции, которые позволяют снизить погрешность измерения
значений параметров ориентации и ВСП ЛА ВН.
4. Проведена экспериментальная апробация предложенных методов
повышения точности измерения значений параметров полета ЛА ВН
автономной бесплатформенной моноблочной РСО при имитационном
моделировании, наземной отработке опытных образцов РСО в лабораторных
условиях и при летной отработке.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в периодических изданиях ВАК:
1. Корнилов А.В. Методика списания девиационной погрешности
двухкомпонентного магнитометра / И.Г. Гребнев, А.В. Корнилов, Д.В. Свяжин
// Гироскопия и навигация. 2010. №3 (70). С.105. - 0,02 п.л. / 0,006 п.л.
2. Корнилов А.В. Разработка схем комплексирования инерциального
измерительного модуля бесплатформенной системы ориентации / С.П. Ильясов,
А.В. Корнилов, Д.В. Свяжин // Науч.-техн. вестник Поволжья. 2013. № 4.
С.174–177. – 0,22 п.л. / 0,08 п.л.
3. Корнилов А.В Использование функциональной избыточности как
средства повышения надежности резервной системы ориентации летательного
аппарата / С.П. Ильясов, А.В. Корнилов, Д.В. Свяжин // Науч.-техн. вестник
Поволжья. 2014. № 1. С.89–92. – 0,25 п.л. / 0,08 п.л.
Публикации в прочих изданиях:
4. Корнилов А.В. Конструктивные особенности чувствительного элемента
типа «несимметричный маятник» / И.В. Вавилов, А.В. Корнилов // Труды
Нижегородского
государственного
технического
университета
им. Р.Е. Алексеева. 2010. № 2 (81). С. 351–356. – 0,35 п.л. / 0,3 п.л.
5. Корнилов А.В. Система ориентации летательного аппарата на
интегральных датчиках // Труды Нижегородского государственного
19
технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2010. № 4(83). С. 327–332. –
0,34 п.л.
6. Корнилов А.В. Повышение надежности резервных систем ориентации
на интегральных датчиках // Труды Нижегородского государственного
технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2011. № 3 (90). C. 336–340. 0,26 п.л.
7. Гребнев И.Г., Корнилов А.В., Свяжин Д.В. Методика списания
девиационной погрешности двухкомпонентного магнитометра // Сб. матер.
XVII Междунар. конф. по интегрированным навигационным системам. СПб:
ЦНИИ «Электроприбор», 2010. С. 283–285. – 0,14 п.л. / 0,06 п.л.
8. Корнилов А.В., Лосев В.В., Свяжин Д.В. Интегрированная система
резервных приборов // Матер. докл. XIII конф. молодых ученых «Навигация и
управление движением». СПб: ЦНИИ «Электроприбор», 2011. С. 364–373. –
0,56 п.л. / 0,19 п.л.
9. Корнилов А.В. Интегрированная система резервных приборов // Тез.
докл. VIII Междунар. молодеж. науч.-техн. конф. «Будущее технической
науки». Н. Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2009. С. 328–329. – 0,11 п.л.
10.
Гребнев И.Г., Корнилов А.В. Методика устранения девиационной
погрешности интегрированной системы резервных приборов // Матер. Всеросс.
науч.-техн. конф. «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении».
Н.Новгород–Арзамас: НГТУ-АПИНГТУ, 2010. С. 145–152. – 0,48 п.л. / 0,37 п.л.
Патенты и авторские свидетельства
11.
Патент № 2427799 С1 РФ. Система для определения
пространственного положения и курса летательного аппарата / А.В. Корнилов,
Д.В. Свяжин. Заявл. 15.06.2010; опубл. 27.08.2011.
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Утверждены меры по формированию долгосрочной технологической
независимости предприятий российского оборонно-промышленного комплекса
[Электронный ресурс]: http://old.minpromtorg.gov.ru/industry/defence/108 (дата
обращения 03.07.2014).
2.
В новой Государственной программе вооружения приоритет отдан
высокотехнологичным образцам // Национальная оборона. 2013. № 4.
[Электронный ресурс]:
<http://www.oborona.ru/includes/periodics/maintheme/2011/.0314/21345724/detail.
shtml (дата обращения 12.03.2013).
3.
Перечень критических технологий Российской Федерации (Утвержден
Указом Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 г. N 899)
[Электронный ресурс]: <http://xn--d1abbgf6aiiy.xn--p1ai/ref_notes/988> (дата
обращения 12.03.2013).
4.
Приоритетные направления развития науки, технологии и техники в
Российской Федерации (Утверждены Указом Президента Российской
20
Федерации от 7 июля 2011 г. N 899) [Электронный ресурс]: <http://xn-d1abbgf6aiiy.xn--p1ai/ref_notes/987> (дата обращения 12.03.2013).
5.
Силкин А.А. Синтез и анализ алгоритмов определения пространственной
ориентации беспилотной аэродинамической платформы по измерениям
магнитного поля земли: Дис. канд. техн. наук. М.: Ин-т машиноведения им.
А.А. Благонравова РАН, 2002. 175 с.
6.
Автономные авиагоризонты со смешанной индикацией АГР-29, АГР29М, АГР-81 ОАО АНПП «Темп-Авиа» [Электронный ресурс]:
<http://www.temp-avia.ru/catalog/detail/> (дата обращения 10.11.13)
Формат: 60х84 1/16 Печать цифровая
Бумага офсетная. Гарнитура Times.
Заказ:2407 Отпечатано:
Учреждение «Университетские телекоммуникации»
197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул, д.14
+7(812)9151454, zakaz@tibir.ru, www.tibir.ru
Корректор Позднякова Л.Г.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа