автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Алгоритмы и методы повышения точности малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы контура управления маневренных объектов

На правах рукописи ОЛАЕВ ВИТАЛИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ МАЛОГАБАРИТНОЙ МАГНИТОИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ МАНЕВРЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.13.05- Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ОКТ 2009

Казань 2009

003478610

Работа выполнена , в ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А.Ильенко» г.Чебоксары

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Солдаткин Владимир Михайлович, ГОУ ВПО «Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева», г. Казань

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Насыров Ильгиз Кутдусович, ГОУ ВПО «Казанский государственный i технический 1 университет им.

А.Н.Туполева», г.Казань

доктор технических наук, профессор Корнилов Владимир Юрьевич ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», г. Казань

Ведущая организация: ФГУП «Государственный научно-исследовательский навигационно-гядрографический институт», г. Санкт-Петербург.

Защита "состоится « ZS » октября 2009г. в часов на заседании диссертационного Совета Д 212.079.04 при ГОУ ВПО «Казанский государственный технический университет (КГТУ) им. А.Н.Туполева по адресу: 420111, г. Казань, ул.К.Маркса, 31/7

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 420111, г. Казань, ул.К.Маркса,10, КГТУ им. А.Н.Туполева, ученому секретарю диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева, с авторефератом - на сайте университета: http:// www.kai.ru

Автореферат разослан «

» сентября 2009г. I 1

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор Линдваль В.Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитее межрегиональных отношений и международного сотрудничества, решение ряда хозяйственных и оборонных задач неразрывно связаны с повышением интенсивности движения транспортных средств и других подвижных объектов. Это обусловливает непрерывное повышение требований к уровню навигационной безопасности и эффективности управления их движением в региональном, территориальном и глобальном масштабах, к решению других специальных задач навигации.

Возросли требования к точности определения угловой ориентации и текущего местоположения, к автономности функционирования на заданном интервале времени или маршруте движения, к всепогодности и круглосуточности применения, инвариантности к перегрузкам и помехозащищенности, к массе и габаритам, к стоимости и другим параметрам конкурентоспособности средств навигации подвижных объектов.

Значительный вклад в разработку эффективных методов и средств навигации внесли: Андреев В.Д., Бабич O.A., Белкин A.M., Богомолов A.B., Воронов В.В., Вульфсон Г.Б., Голован A.A., Горицкий А.Ю., Грязин Д.Г., Джанджгава Г.И., Дмитроченко Л.А., Жданюк Б.Ф., Желамский М.В., Ишлинский А.Ю., Карлащюк В.И., Кожухов В.П., Коновалов C.B., Красовский

A.A., Кузовков Н.Т., Матвеев В.А., Мясников B.A.j Огарков.M.А., Панкратов

B.М., Панов А.П., Парамонов П.П., Парусников H.A., Пешехонов В.П., Плотников П.К., Помыкаев И.И., Понырко С.Н., Распопов В Л., Репников A.B., Ривкин С.С., Рыболтовский Н.Ю., Савельев В.В., Салычев О.С., Северов JI.A., Селезнев В.П., Синяков А.Н., Соколов C.B., Тихомиров В.В., Чарышев Ш.Ф., Черноморский А.И., Эльясберг П.Е. и др., а также ведущие специалисты ГНИНГИ, ГосНИИ АС, РПКБ, ЦНИИ «Электроприбор», других предприятий авиационной и судостроительной промышленности. Среди зарубежных исследователей в этой области следует отметить I.V. Bar-Jtzhak, V. Dishel, W.R. Fried, M.B. Ignagni, S. Jonson, M. Kaytono, C.T. Leondes, J.G. Mark, B. Porat, P.G. Savage, D.A. Tazartes и др.

Используемые в системах управления надводных и подводных судов различного класса и назначения, летательных аппаратов и других крупных подвижных объектов I и транспортных средств прецизионные и комплексируемые навигационные системы в качестве основных источников первичной навигационной информации используют гироскопические, инерциальные, астрономические, радиотехнические и магнитные системы угловой ориентации и различные системы счисления пути, что обусловливает их высокую стоимость, сложность и увеличенные массо-габаритные характеристики, целевую привязанность к конкретному объекту применения и условиям эксплуатации.

Широкий класс подвижных объектов различного назначения (беспилотные, дистанционно-пилотируемые и сверхлегкие летательные аппараты, патрульные катера, суда класса «река-море», легкие вертолеты и другие маневренные объекты) при решении задач управления и эффективного применения на

первый план выдвигают требования по массо-габаритным характеристикам и автономности функционирования, минимального энергопотребления и стоимости как самой навигационной системы, так и ее обслуживания и эксплуатации на объекте. При этом возрастающее множество объектов применения и решаемых навигационных задач обусловливает необходимость создания малогабаритных автономных или ограниченно автономных навигационных систем среднего класса точности, различающихся, в основном, алгоритмическим и программным обеспечением, что определяет актуальность темы диссертационного исследования.

Объект исследования. Одним из перспективных направлений по созданию универсальной малогабаритной навигационной системы среднего класса точности является построение ее на базе магнитных и инерциальных датчиков первичной информации, что позволяет построить систему без использования дополнительных датчиков угловой ориентации подвижного объекта, обеспечить автономность функционирования на заданном интервале времени или маршруте движения, снизить габариты, вес и энергопотребление системы.

Предмет исследования. Создание малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы предусматривает обоснование области эффективного применения системы, формирование требований к источникам первичной информации с учетом объекта применения и решаемой задачи, выбор рациональной структуры аппаратного и алгоритмического обеспечения, разработку методов повышения точности, анализа и синтеза малогабаритной магнитоинерциальной | навигационной системы,, разработку методик имитационного моделирования и экспериментального исследования вариантов системы, разработку инженерной методики проектирования, изготовления и установки системы на объекте.

Целью диссертационной работы является повышение точности позиционирования и эффективности управления маневренных подвижных объектов за счет создания универсальной малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы среднего класса точности.

Научная задача диссертации заключается в разработке структурного построения, алгоритмов обработки измерительной информации, математического • описания, методов повышения точности, системного проектирования и исследования вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы с учетом объекта применения.

Решение поставленной задачи научного исследования проводилось по следующим основным направлениям:

• Анализ современных требований и направлений разработок навигационных систем подвижных объектов и обоснование перспективности применения малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Разработка теоретических основ построения алгоритмического обеспечения и проектирования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Разработка математических моделей погрешностей и методов повышения точности малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Разработка методик синтеза аппаратного . и алгоритмического обеспечения малогабаритных магнитоинерциальных навигационных систем ближней и дальней навигации.

• Разработка методики моделирования и экспериментального исследования, рекомендаций по инженерному проектированию, реализации и применению вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на различных подвижных объектах.

Методы исследования. При решении поставленной задачи научного исследования использовались методы навигации, теории измерений и измерительных преобразователей, математического моделирования, анализа и синтеза измерительных систем, статистического оценивания параметров процессов и оптимальной фильтрации, имитационного моделирования и экспериментального исследования, вероятностно-статистической обработки результатов, аппарат матричного счисления.

Достоверность полученных результатов базируется на построении адекватных математических моделей, применении современных методов анализа и синтеза измерительных каналов, на тщательном имитационном моделировании с использованием пакетов прикладных программ Matlab, Symulink, Falcon, согласовании теоретических положений с результатами стендовой калибровки и натурных испытаний опытных образцов, а также на опыте внедрения и применения малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на различных подвижных объектах.

Научная новизна и теоретическая значимость работы определяется следующими основными результатами:

• Разработаны алгоритмы обработки информации для определения углового положения подвижного объекта и решения навигационной задачи в канале воздушного счисления пути без накапливающихся во времени погрешностей.

• Разработана методика повышения точности воздушного счисления пути за счет предварительной оценки и последующего учета неполной информации о параметрах ветра и погрешностей датчиков первичной навигационной информации.

• Разработаны особенности построения, алгоритмы обработки измерительной информации и методика синтеза параметров фильтров комплектированной малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Разработаны имитационные модели, методики моделирования и исследования вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на различных объектах в условиях, близких к эксплуатационным, с последующим уточнением алгоритмического и программного обеспечения системы, выработаны научно обоснованные рекомендации по проектированию»

изготовлению и применению вариантов малогабаритной навигационной системы на различных подвижных объектах.

Практическая ценность. Работа выполнялась в соответствии с заданиями Федеральной Целевой Программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 20р1-2010 г.г. и на период до 2015 года», приказом Федеральной пограничной службы от 16.05.2003 г. № 251 в рамках НИОКР ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко».

Основными результатами, определяющими практическую ценность работы, являются:

• Научно-обоснованная методика построения и инженерного проектирования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Методика анализа и расчета погрешностей малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, обоснования требований к датчикам первичной навигационной информации.

• Алгоритмы обработки измерительной информации, методика расчета параметров фильтров и периодичности подключения позиционных и скоростных корректирующих сигналов комплексированной магнитоинерциальной нквигационной системы.

• Алгоритмическое и программное обеспечение, результаты имитационного моделирования, стендовых и ходовых натурных испытаний опытных образцов, рекомендации по изготовлению и применению вариантов, совершенствованию и расширению области эффективного использования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы в контуре управления маневренных объектов.

Реализация 41 внедрение результатов работы. Полученные научно-технические результаты внедрены в ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко» при разработке и опытном производстве вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, которые внедрены в ОАО «ОКБ «Сокол» на беспилотном летательном аппарате «Дань» в составе пилотажно-навигационного комплекса ПНК-163, установлены на высоко|Маневренных кораблях заказов 1001, 11711 в составе комплекса «Чардаш», на скоростных катерах проектов 21280,21250. Результаты исследования используются при разработке резервной малогабаритной навигационной системы вертолета. Ряд полученных результатов используется в учебном процессе Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева при подготовке инженеров специальностей «Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы» и «Приборостроение».

Результаты реализации работы подтверждены соответствующими актами.

На защиту выносятся:

1. Структурное построение и алгоритмы обработки измерительной информации при определении углового положения подвижного объекта относительно центра масс и решении основной задачи навигации с использованием воздушного счисления пути.

2. Методика повышения точности воздушного счисления пути за счет алгоритмического учета неполной информации о параметрах ветра и по1решностей датчиков первичной навигационной информации.

3. Методика построения, алгоритмы обработки измерительной информации и синтез параметров фильтров комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы.

4. Имитационные модели, методики и результаты моделирования и экспериментального исследования, разработки и применения вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы в контуре управления маневренный объектов различного назначения.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на IV Российской научно-практической конференции «Современное состояние, проблемы навигации и океанографии» (Санкт-Петербург, 2001 г.), научно-практической конференции Российского форума «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2002г.), Международной научной конференции «Авиация и космонавтика-2003» (Москва, 2003г.), Всероссийской научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2004г.), XVI научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Гурзуф, 2004г.), Международной научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2006г.), Международной научно-практической конференции «Современные технологии-юпочевое звено в возрождении отечественного авиастроения» (Казань, 2008 г.) на научно-технических совещаниях в отраслевых институтах ГНИНГИ, ГосНИИ АС, НИИ АО, (2001-2008 г.г.), а также на НТС ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко» (2001-2009г.г.), на расширенном заседании кафедры приборов и информационно-измерительных систем Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева, 2009 г.

Личный вклад автора. Автором разработаны принципы построения, алгоритмы обработки информации, методика алгоритмического учета неполной информации канала воздушного счисления пути и погрешностей датчиков первичной навигационной информации, методики анализа и синтеза автономной и комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы, научно-обоснованная методика инженерного проектирования и рекомендации по м¿дeлиpoвaнию, изготовлению, • экспериментальному исследованию, применению и совершенствованию вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы различных подвижных объектов.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 15 печатных работах, в том числе в 3 статьях периодических изданий из перечня ВАК, в 2 статьях других научных журналов, 7 материалах и 1 тезисах докладов. На предложенные технические решения получены 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трех приложений. Основное содержание диссертации изложено на _213_страницах машинописного текста, содержит 11 .таблиц и 73 рисунка. Библиография включает 118 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, определены объект и предмет исследования, сформулированы цель работы, научная задача исследования и направления ее решения, раскрываются методы исследования, научная новизна и практическая ценность диссертации, научные положения, выносимые на защиту, и личный вклад автора, приведены сведения об апробации и внедрении результатов, структуре и объеме диссертации.

В первой главе ¡рассматривается проблема Измерения навигационных координат различных подвижных объектов, проводится обоснование необходимости разработки структурного построения, методов проектирования и исследования точностных характеристик малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

Проведенная классификация транспортных средств и других подвижных объектов, анализ опыта создания и применения, современных требований к навигационным системам показывают, что для широкого класса маневренных подвижных объектов воздушного, наземного, надводного и подводного применения основными требованиями являются функционирование без демаскировки объекта на определенном маршруте движения, малый вес и габариты, низкое энергопотребление и стоимость при заданной точности измерения навигационных параметров объекта.

На основе анализа информационных характеристик геомагнитного навигационного 'поля Земли, достижений в области миниатюрных магнитометров, микромеханических акселерометров и датчиков угловых скоростей обоснована перспективность построения .магнитоинерциальных навигационных систем среднего класса точности с аэрометрическим каналом счисления пути и спутниковым каналом коррекции.

Разработана обобщенная функциональная схема малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы с аэрометрическим каналом счисления пути, построенной с использованием неподвижного многоканального аэрометрического преобразователя.

Показано, что в общей постановке задача научного обеспечения создания конкурентоспособных малогабаритных автономных и ограниченно автономных магнитоинерциальных навигационных систем с аэрометрическим каналом счисления пути и спутниковым каналом коррекции должна рассматриваться как разработка принцийов структурного построения, алгоритмов обработки измерительной информации, математического описания, методов проектирования, повышения точности и исследования вариантов с учетом специфики объекта применения.

Во второй главе раскрываются теоретические основы построения алгоритмического обеспечения и проектирования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

С учетом широкого круга объектов применения и задач, решаемых малогабаритной навигационной системой в контуре управления маневренных объектов, и связанной с этим необходимостью перестройки алгоритмов обработки первичной информации и использования различных систем координат, построена универсальная схема взаимосвязи и преобразования координат местонахождения подвижного объекта.

Получены соотношения для матриц направляющих косинусов и алгоритмов воздушного счисления пути малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы в различных системах координат, которые определяют состав входных информативных сигналов, в том числе необходимость использования информации об углах наклона (крена и тангажа (дифферента)) подвижного объекта. Показано, что известным алгоритмам определения углов крена и тангажа по информации о составляющих сах, ©у, сои угловой скорости подвижного объекта с использованием кинематических уравнений характерны накапливающиеся во времени погрешности, обусловленные погрешностями датчиков угловой скорости. Поэтому разработаны алгоритмы вычисления поправок и определения скорректированных углов наклона подвижного объекта с использованием сигналов трехкомпонентных магнитометров и акселерометров, входящих в состав магнитоинерциальной системы. Блок-схема реализации указанных алгоритмов приведена на рис.1,

Рис. 1

где Гс =[*Рт, 19 с> ус]Т - вектор углов курса, тангажа и крена ориентации подвижного объекта, вычисляемых по кинематическим уравнениям; 1га - угол магнитного наклонения в месте нахождения подвижного объекта; \Ут -оператор связивектора напряженности Ту магнитного поля на борту подвижного объекта с углами ориентации Ч^, Э, у; \Vft- оператор вычисления поправок, оцениваемых вектором ЛГ°=[Д1Р<,т , Д5°, Ду°]Т, по которой определяется скорректированный вектор углов ориентации подвижного объекта Г^Гс-ЛГ0; Та=ССЕ(Г)ТЕ - нормированный вектор напряженности Та магнитного поля на борту подвижного объекта, выдаваемый трехкомпонентным магнитометром; Тт=Ссе(Гс)Тг - нормированный вектор I

напряженности Т„, вычисленный на основе имеющейся информации о векторе Гс углов ориентации подвижного объекта; Тг - вектор нормированной напряженности магнитного поля Земли в месте нахождения подвижного объекта; Сс8 - матрица направляющих косинусов, определяющая ориентацию связанной системы координат относительно географической земной системы координат; ДТ=Т(Г-ТУ -погрешность вычисленного значения вектора напряженности магнитного поля подвижного объекта. Значения векторов Та,

иТ,

е определяются соотношениями

Т,=

Т =

-М-О о

Поправки по углам ориентации подвижного объекта определяются в соответствии с векторным уравнением

лг =н '(гс, т^ ст„- ссе (гс) т^,

где Н=[Н, Нг Н3};

0)

(2)

Н,=

н, =

н,=

). Ж«(£>с) ■ ¿Цу, ) - Яи^ ) • Со*(Ч>()) ■ Со*(Ут ) (- ЯяО-, )■)■Ял (%)-С05{г ,)-С(и(Ч?, ))-См(Ут )

- 5<п(0с)- Со^У,)' С<и(0с)' Яп(-0

Со!^) ■ (- Со!{в,) • С<* (%) • С<м (У.) + ) • 5ш(г<) ■ (С<к(б )(Со5(Ус) • ) - ) •

О

) • ) ■ Со4% ) - СиО'Л-Лл^ )) ■ Соф. ) + Со¡{в,) ■ 5и(У„ )

(Со1(?с) • Ял(0с ) • Со*(Ус) + 5ш(гг )• ))• Со* (7„ ) + Со^,) • С<м(бг) ■ )

V

*23

Так как аэрометрический канал счисления пути не обеспечивает измерение текущего значения скорости и и угла направления 5 ветра, то это также приводит к накапливающейся во времени погрешности определения координат местоположения подвижного объекта. Инструментальные погрешности измерения первичных навигационных параметров подвижного объекта вызывают дополнительные накапливающиеся погрешности, снижающие точность работы малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, особенно при решении задачи дальней навигации. Для уменьшения накапливающихся погрешностей малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы из-за неполной информации о параметрах ветра и погрешностей датчиков первичной навигационной информации при решении задач дальней навигации предлагается периодически комплексировать аэрометрический канал счисления пути со спутниковой радионавигационной системой по схеме разностного сигнала с использованием фильтра Калмана (рис.2). Операторное уравнение наблюдения фильтра Калмана имеет вид

ч{р)=Н-^1{р)+дХ,(р\ (3)

где .ДХ|(р) и ,дХ2(р)-изображения по Лапласу стационарных случайных

погрешностей £] ^г комплексируемых измерительных каналов;

Р(р)-передаточная функция фильтра

Калмана. Поскольку в уравнении наблюдения помехи £1,^2 имеют вид «цветного» шума,

то для получения

Рис.2

уравнения наблюдения в стандартной (типовой) форме, сформирован новый сигнал, поступающий на вход фильтра вида <рн = ф - ¥хф.

(4)

Тогда для нового расширенного вектора состояния системы Ъ -

Фн= [Ь2Ь,]-

12и

н2 о

о

имеем

(5)

Или в векторно-матричной форме

где 4н =

Тогда уравнение фильтра Калмана будет иметь стандартный вид

д1

(6)

(7)

Ковариационная матрица Ощ для белого шума будет равна 2У).М,Я,М1Г+ М2КгМ[; М,=В,-Н,; М2 = НВ2Н2. (8) Таким образом, задача снижения накапливающихся погрешностей сведена к

стандартной форме фильтра Калмана,что позволяет использовать имеющиеся наработки по программным средствам фильтра Калмана при реализации малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы. На рис. 3 приведен график изменения среднеквадратической погрешности определения северной составляющей путевой скорости подвижного объекта с фильтрацией по Калману

а, % 2 1,5 1 0,5

......-/ :

/

/

У !

500 1000 1500 2000 Т,с !

Рис.3

при среднеквадратических

значениях погрешностей измерения воздушной

скорости Сду = 5 м/с и скорости ветра 0ди = 20 м/с, который свидетельствует

об эффективности разработанных алгоритмов. При переходе комплексированной малогабаритной навигационной системы в автономный режим оценки параметров, полученные фильтром Калмана, предлагается сохранить в "замороженном" виде до следующего режима коррекции.

В третьей глайе разработаны методика анализа точности и математические модели погрешностей малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

Введя в рассмотрение вектор ДХ погрешностей измерения первичных навигационных параметров и используя линейную часть разложения в ряд Тейлора вектора путевой скорости, получено соотношение для вектора д \У8 погрешности определения путевой скорости подвижного объекта в виде Д\Уг=Са ДХ, (9)

где Са - матрица расчетных коэффициентов Су влияния погрешностей измерения первичных навигационных параметров Хго(2го), Ув, и, а,р, 8

на погрешность определения координат местоположения подвижного объекта.

Получены математические модели для коэффициентов влияния Су и систематических погрешностей малогабаритной магнитоинерциальной навигационной систему в условной горизонтальной и географической земной системах координат.

Отмечается, что в соответствии с корреляционной теорией случайные погрешности Дх1 датчиков первичных навигационных параметров могут описываться априорной, квазиапостериорной и апостериорной корреляционными функциями, дисперсии которых определяются соответственно соотношениями

= <т1„-' °а" = - е~°"'У> - - е"2а"')- (Ю)

где сгц и а - среднеквадратическое значение и постоянная корреляции случайной погрешности Дх^.

Так как координаты местоположения подвижного объекта связаны с первичными навигационными параметрами через операцию интегрирования, то, применяя линейный оператор интегрирования к корреляционным функциям

погрешностей датчиков с учетом их коэффициентов влияния Су =—, получены

дх1

соотношения для дисперсий погрешностей определения координат местоположения подвижного объекта в условной горизонтальной системе координат, например, для координаты л вида

2 I

где ~Х~ах11+е ' ~0 - функция влияния оператора линейного интегрирова-

ния на дисперсию погрешности датчика навигационного параметра х,.

С увеличением времени t дисперсии составляющих погрешности малогабаритной автономной магнитоинерциальной навигационной системы в режиме воздушного счисления линейно возрастает, поэтому при известных

и ам, можно оценить влияние каждой из составляющих на

результирующие среднеквадратические погрешности сг^ и сДу определения координат местоположения подвижного объекта, чт,о позволяет решать задачу параметрического синтеза системы.

В режиме коррекции по результатам комплексной обработки информации аэрометрического канала счисления пути и спутниковой радионавигационной системы оцениваются погрешности определения географических координат ср и X местоположения объекта

-AKsin^'+AFjeos^' .т- Дй cosA1 + Дг, sin/í' Дш =-!---; АХ = —!----(12)

Rn Rb СОБф®*

и формируются скорректированные выходные сигналы малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы

Ф = ФУ-ДФ; Х = Я/-ДХ; h=h'-¿h. (13)

Вычисляются скорректированные значения истинного курса vj7, углов крена у и тангажа (дифферента) Ъ по соотношениям цГ = у/ 'м + d - АЛ sin р ~ Р = + (-а^ cos y/'R + а"2 sin у/ g);

ojsin у R + a2cos у/g Л (14)

cos &' )'

где 8', у1 - значения углов магнитного курса, тангажа и крена,

определяемые в магнитоинерциальном канале автономной навигационной системы.

Измеряемые малогабаритной навигационной системой координаты местоположения подвижного объекта в общем случае являются случайным вектором положения, погрешности измерения которого обусловливают его рассеяние. С использованием положений корреляционной теории погрешностей разработана методика построения эллипса рассеяния местоположения подвийсного объекта. В частности, вводя в рассмотрение корреляционную функцию Кдх погрешностей датчиков первичной навигационной информации, корреляционная функция K¿s погрешности определения координат места подвижного объекта будет равна

=С-КДУ -Ст. (15)

и местоположение Ом подвижного объекта для нормального закона распределения погрешностей в интервале ±¿¡ определяется эллипсом рассеивания (рис.4) с параметрами полуосей:

7 = У' +

Wsi +s2; ь =cmin = сVsi

где

°max> Omin ~ среднеквадратические значения погрешности.

Угол ориентации большой оси эллипса <р определяется как:

sin 2ф =-ц-; cos 2ф = *а ; р Y 2 S,

Рис.4

места положения подвижного магнитоинерциальной навигационной системы равна: -Ja2 + Ъ2 3 • -y/2s"i~ •ДТ

"г '"г

При С, =± 3 предельная относительная радиальная погрешность определения объекта автономрой малогабаритной

где W

(16)

А wg.(t-t0)" wg

Wg -горизонтальная проекция вектора путевой скорости подвижного объекта. На рис.5 приведены графики, иллюстрирующие влияние относительных погрешностей Ах,/х, аэрометрического канала (5v=AV/V, 6U=AU f\J, 5р=Д pip, 5а=Да/а) (а) и абсолютных погрешностей ДГ,( Д</,Д/,Д,9 ) углового положения подвижного объекта (б) на изменение значения предельной относительной радиальной погрешности р, определения местоположения объекта с параметрами Движения: V = 100 м/с, U = 20 м/с, S = 180 град, V =451рад, у = 51рад, 3 = 5 град, при Лу/-Лу = A3.

Ра, га

ДХ/Х!

" 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2

а Рис.5 б

Разработанные модели погрешностей малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы позволяют решать задачи точностного анализа и синтеза различных вариантов системы.

В четвертой главе раскрываются методики синтеза вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы по точностным

и комплексному критериям. Используя подход, предложенный Браславским Д.А., разработана методика формирования требований по точности к функциональным элементам системы на этапе проектирования. Определены функции влияния систематических и случайных погрешностей функциональных элементов на соответствующие результирующие составляющие погрешности навигационной системы в выбранной системе координат. При заданных значениях допустимых систематической и случайной составляющих погрешности и максимального времени Ттах работы магнитоинерциальной навигационной системы в автономном режиме определены требования к допустимым погрешностям датчиков первичной навигационной информации и устройства обработки информации. В частности, допустимые значения дисперсий случайных погрешностей измерения воздушной скорости erjj., курса а\г, величины а\и и направления a2iS ветра, угла скольжения a\ß, и угла атаки а\а при заданных дисперсиях допустимых погрешностей о-^и определения координат местоположения

подвижного объекта в горизонтальной земной системе координат OXg Zg определяются из соотношений вида

a\v <mir

fax.

* SV

2NT„

(El

'[ ÖV

• aiß < min

^^¡on

2 NTm.

(17)

ах. у (дг,

где Ы- число учитываемых составляющих погрешностей, например, N=6.

Показано, что с учетом наличия накапливающихся во времени погрешностей основной задачей синтеза малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системй ближней навигации при заданном значении Ттах продолжительности работы системы в автономном режиме является минимизация случайной составляющей погрешности, обусловленной неточностью определения параметров ветра на маршруте. Для решения данной задачи при допущении, что случайные процессы измерения координат местоположения и параметров ветра являются стационарными и некоррелированными, предложено использовать линейный оптимальный фильтр Винера. Получены соотношения для корреляционных функций составляющих погрешностей определения координат местоположения подвижного объекта из-за недостоверной информации о ветре, в соответствии с которой определена передаточная функция фильтра Винера в виде

Кв(Р) =

1

-Р)

2а

Р + ахМГ

ß{ß + oc,u)r)

ßQ + jP) TlP + \ _ QT,p + \

Т2р +1 Т2р + Г

где ß1 = 2ах,:)а]

1 .

_-)"х( г)>

_ га^а^^Да,,.., + дам) 1 , =£.

^ + ' ' '

ахт и ст^(4г), параметры корреляционных функций изменения

координат ХЕ , и погрешностей ДХЕ , Д2г системы из-за недостоверной информации о ветре.

Получены соотношения для дисперсий остаточных погрешностей определения координат местоположения подвижного объекта малогабаритной навигационной системы ближней навигации, обусловленных неточностью определения параметров ветра.

Показано, что задача параметрического синтеза малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы дальней навигации заключается в выборе оптимальных значений постоянных интегрирования Тц и Те по каналам «северной» и «восточной» Уе составляющих путевой скорости в режиме периодической кратковременной спутниковой коррекции, при которых дисперсии погрешностей сг^ и о-^ минимальны. Получены уравнения для определения оптимальных значений постоянных интегрирования вида о^айКсо52У|/ атАст2дГ28ш2у | РдцИйС/со825 ¿уДО)^ (1 + Г^а^)2 (1 + Г„ашД)2 (1 + Г„ади)2 2' (]9)

аДУаДК зш2у ашйст2йГ2соз2у : а^аАС/5т25 М°) = 0 (1 + Г£адг)2 (1 + Г£ааД)2 (1 + ТЕайи? 2Г| При этом дисперсии остаточных погрешностей определения составляющих V» и УЕ в режиме спутниковой коррекции определяются соотношениями _ а1г<*Ау сс^2 V| о-^а^Чт> | ст^а^ сов2 5ТЫ ^Л0).

1 + 2>д„ 1 + Т„а^ 1 + Т„аш 2Ти '

= а1„а^втгу/ТЕ | о-^д^К3 со5> | сг^а^^п15ТЕ | ^„(0) 1 + ГЕа4К 1 + Гев- 1 + Г£а№ 2ГЯ '

В соответствии с оптимальными значениями постоянных интегрирования получены уравнения для текущих значений дисперсии Д^ (I) погрешностей определения северной Бы и восточной Бе координат местоположения подвижного объекта, например, вида

А*. С) = ^©«С)+33 (0+Ь1 ©и (0+ь?0„ (0+2Ь06, ®з, (0 + (21)

+ 2Ь0 014 (г) + 2Ь, 62 ©а (0 + 2Ь, 63 в,, (Г) + 2Ь263 ©12 (О-где Ь0, Ь), Ь2, Ь3, ©¿, -параметры, полученные из решения векторно-матричного уравнения

9Г = Р0, + Н 5 о Н 7 (22)

Характер изменения остаточной погрешности малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы дальней навигации при периодическом (Тп=300с) кратковременном (дТ=Зс) включении спутниковой коррекции показан на р^с.б, который показывает, что через 3 включения канала

спутниковой коррекции остаточная относительная случайная погрешность Р = °д.5„1 системы не превышает 1% от пройденного пути. Предложенная методика параметрического синтеза малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы дальней навигации позволяет минимизировать дисперсии погрешностей определения составляющих путевой скорости и анализировать характер изменения дисперсии погрешностей определения координат местонахождения Рис.6

во времени, проводить моделирование и последующий выбор периодичности использования дополнительной информации от спутниковой радионавигационной системы.

Разнообразие объектов применения и особенности навигационных задач, решаемых навигационными системами ближней и дальней навигации определили необходимость определения типажа малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, основные характеристики объектов которого долкны удовлетворять условиям оптимального «парка», сформированного по показателям «эффект-затраты». Раскрывается известная методика выбора оптимального типажа применительно к малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системе.

В пятой главе приведены результаты имитационного моделирования, экспериментального исследования и применения вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

Для проведения имитационного моделирования и наземной отработки малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы беспилотного летательного аппарата (БПЛА) класса «Дань», разрабатываемой по заданию ОАО «Опытно-конструкторское бюро «Сокол», создан алгоритмический и программный моделирующий комплекс с использованием пакетов МаНаЬ 6.4 и БпшШпк 4.На рис.7 показаны программная траектория (а) движения БПЛА и характер изменения ;среднеквадратических погрешностей определения северной БЗчуап и восточной Б8\¥ае координат местоположения объекта (б) при его движениипо программной траектории. Всплески погрешностей 08\уап и БЗ^лгае соответствуют резким изменениям курса БПЛА, которые далее сглаживаются за счет эффективной работы фильтра Калмана, учитывающего неполную информацию о параметрах ветра на маршруте движения. Как показали натурные испытания опытного образца малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на БПЛА класса «Дань» результаты натурного эксперимента хорошо согласуются с результатами моделирования, что свидетельствует об адекватности разработанных алгоритмов и предложенных методик обеспечения точности работы малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы в автономном режиме.

р,%

12 10 8 6

« ........|.........|.........|.........|"т

0 500 1000 1500 2000 2500

вм, КМ

На рис.8 показана фотография комплекта малогабаритной навигационной системы пилотажно-навигационного комплекса ПНК-163 БПЛА класса «Дань»

Рис.8

Данная автономная навигационная система прошла лабораторные, стендовые и натурные испытания и передана в эксплуатацию на ОАО «Опытно-конструкторское бюро «Сокол».

В рамках совместных ОКР ОАО «Научно-производственный комплекс «Элара» имени Г.А. Ильенко» и ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения» проводится разработка малогабаритной магнитоинерциаль-ной навигационной системы вертолета с каналом периодической спутниковой коррекции. На рис.9 приведен эллипс рассеяния погрешностей определения северной Д5„ и восточной координат местоположения вертолета при моделирования малогабаритной комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы! Как показывает моделирование, среднеквадратическая погрешность определения координат местоположения вертолета с использованием малогабаритной комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы равна сДр « 9,5 м и практически совпадает со среднеквадратической погрешностью используемой спутниковой радионавигационной системы.

По заданию ФГУП ЦНИИ «Дельфин» разработана автономная магнитоинерциальная навигационная система, предназначенная для

применения в составе комплексов «Чардаш» на высокоманевренных кораблях заказов • 1001, 11711. Комплектация навигационной системы представлена на рис.10. Проведенные ходовые испытания навигационной системы

подтвердили соответствие

системы требованиям

технических условий

КГИВ.402115.001-01 ТУ. По заданию ОАО «Центральное конструкторское бюро по судам на подводных крыльях им. P.E.

Рис.9

Алексеева» разработана магнитоинерциальная навигационная система, предназначенная для использования в составе навигационного оборудования проектируемого для ВМФ России катера с воздушной каверной, а также

Рис.10

навигационная система для применения в составе навигационного оборудования скоростных катеров проектов 21820 и 21850.

Намечены направления дальнейших исследований по совершенствованию малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы за счет улучшения характеристик функциональных элементов системы, повышения | эффективности Алгоритмов обработки первичной навигационной информации и корректирующих сигналов, повышения автономности и скрытности малогабаритной комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы, которые позвЬляют расширить область эффективного применения системы на малоразмерных и сверхлегких летательных аппаратах, экранопланах и других подвижных объектах.

В приложении приведены: акты внедрения и использования результатов

исследования, навигационные поля и их информационные характеристики, листинг-отчет программы моделирования малогабаритной навигационной системы беспилотного летательного аппарата, имитационная модель малогабаритной комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы вертолета. '

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ состояния, направлений разработок и ' областей применения средств навигации транспортных средств и других подвижных объектов показал, что с позиции уменьшения массы, габаритов, стоимости, автономности функционирования, универсальности алгоритмического и программного обеспечения и других показателей конкурентоспособности для систем управления широкого класса подвижных объектов перспективным является создание малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы среднего класса точности.

2. Отсутствие научно-обоснованной методики системного проектирования, моделирования и экспериментального исследования, анализа и обеспечения точности работы сдерживает разработку и применение малогабаритных магнитоинерциальных навигационных систем, что определило постановку задачи научного исследования по разработке структурных построений, алгоритмов обработки измерительной информации, математического описания, методов повышения точности, системного проектирования и исследования вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

3. Разработанные теоретические основы построения алгоритмического обеспечения, методики проектирования, учета неполной информации о параметрах ветра и компенсации погрешностей других датчиков первичной навигационной информации являются фундаментальной базой для анализа и синтеза автономных и комплексированных малогабаритных магнитоинерциальных навигационных систем.

4. Разработанные математические модели, проведенный анализ, методики расчета и количественная оценка составляющих погрешностей малогабаритной магнитоинерциальной 'навигационной системы ' позволяют обоснованно выбирать пути повышения точности автономных и комплексированных магнитоинерциальных навигационных систем, в том числе с использованием методов оптимального синтеза и фильтрации погрешностей.

5. Разработанные методики формирования требований к функциональным элементам и синтеза автономной и комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы позволяют обоснованно проводить проектирование, имитационное моделирование и оценку эффективности различных вариантов и модификаций системы.

6. Результаты имитационного моделирования, изготовления и экспериментального исследования вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы подтверждают адекватность разработанных моделей и алгоритмов, эффективность предложенных методов повышения точности, методик проектирования и разработанного алгоритмического обеспечения,

определяют направления совершенствования и расширения области применения малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

7. Результаты исследования и разработки реализованы при создании опытных образцов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, которые внедрены на ОАО «Опытно-конструкторское бюро «Сокол» (г. Казань) в составе пилотажно-навигационного комплекса ПНК-163 беспилотного летательного аппарата «Дань», на высокоманевренных кораблях заказов 1001, 11711 в составе комплексов «Чардащ», на скоростных катерах проектов 21280, 21250. Результаты исследования используются при разработке резервной малогабаритной навигационной системы вертолетов и в учебном процессе.

8. Применение разработанных вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы решает актуальную для авиации, судостроения и других отраслей промышленности задачу обеспечения позиционирования, безопасности движения по маршруту и эффективности применения транспортных средств и других подвижных объектов, при этом внедрение их в производство и эксплуатацию позволяет исключить закупку дорогостоящего зарубежного оборудования, что имеет существенное значение для экономики и обороноспособности страны.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

а) статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК

1. Архипов В.А Малогабаритная пилотажно-навигационная система /В.А. Архипов, С.О. Лебедев, В.А. Олаев, А.А. Порунов, В.М. Солдаткин // Авиакосмическое приборостроение. -2005. -№ 11. -С. 14-21.

2. Олаев В.А. Параметрический синтез навигационной системы на базе магнито-инерциального датчика курса / В.А.Олаев // Известия вузов. Авиационная техника. -2009. - №1. -С. 56-58.

3. Олаев В.А. Алгоритмическое обеспечение малогабаритной навигационной системы на базе магнито-инерциального датчика курса /В.А.Олаев // Известия вузов. Авиационная техника. -2009. - №2. -С. 54 -57.

б) патенты на изобретения

4. Патент RU № 2130588 С1 (МКИ G01C 21/08). Способ измерения магнитного курса подвижного объекта / В.А. Архипов, Н.К. Ветошкина, В.Ф. Зузлов, С.О. Лебедев, А.А. Потапов, В.А. Олаев; заявл. 01 06 1998; опубл. 20 01 1999. -Бюл. № 14.

5. Патент RXJ № 2210060 С2 (МКИ GO 1С 17/38). Способ цифровой компенсации электромагнитной девиации для магнитного электронного компаса и устройство для его осуществления / С.О. Лебедев, Н.К. Ветошкина, А.А. Потапов, В.А. Архипов, Г.А. Ильенко, P.M. Кушаев, В.М. Иванов, В.А. Олаев, М.А. Евдокимов; заявл. 01 01 2002; опубл. 01 01 2003. - Бюл. № 22.

в) публикации в других изданиях

6. Архипов В.А. Магнитный горизонтокомпас ДС-83 как средство повышения эффективности навигационной безопасности /В.А.Архипов,

С.О.Лебедев, А.А.Потапов, В.А.Олаев //Сборник докладов IV Российской научно-практической конференции «Современное состояние, проблемы навигации и океанографии». -С.Пб.: ГНИНГИМО РФ. -2001. -С. 119-123.

7. Архипов В.А. Автономная навигационная система на базе магнитного компаса /В.А.Архипов, В.А.Олаев, А.А.Потапов // Сборник докладов научно-практической конференции Российского форума «Авиационные технологии и оборудование». -Казань: Издательство Казан, гос. техн. ун-та, - 2003.

-С. 135-143.

8. Архипов S.A. Автономная навигационная система на базе магнитного датчика курса с аэрометрической и спутниковой коррекции /В.А. Архипов, В.А. Олаев, A.A. Порунов, A.A. Потапов, В.М. Солдаткин // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование». - Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, - 2004. -С. 465-471.

9. Архипов В.А. Автономная навигационная система на базе магнитного компаса и аэрометрического канала коррекции /В.А. Архипов, В.А. Олаев, A.A. Порунов, A.A. Потапов, В.М. Солдаткин // Материалы XVI научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». -М.: МГИЭМ. - 2004. -С. 235-237.

10. Архипов В.А. Принципы и схемы построения комплексированной автономной навигационной системы. /В.А. Архипов, В.А. Олаев, A.A. Порунов, A.A. Потапов, В.М. Солдаткин // Научно-практический сборник «Электронное приборостроение». -2004. Вып. 5(39). -Казань: ЗАО «Новое знание». - С. 16—27.

11. Олаев В.А. Анализ характеристик комплексных навигационных систем /В.А. Олаев // Материалы XVI научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». - М.: МГИЭМ. - 2004. - С. 238 -240.

12. Олаев В.А. Обоснование структуры малогабаритной автономной навигационной системы на основе магнитного датчика курса, аэрометрического и спутникового каналов / В.А.Олаев // Материалы Международной научно-практической конференции «Авиационные технологии и оборудование. Казань -2006». - Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та. - 2006. - С. 162-164.

13. Архипов В.А. Интегрированная магнитоинерциальная система ориентации летательного аппарата. / В.А. Архипов, С.О. Лебедев, В.А. Олаев, A.A. Потапов // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем. - 2007. Вып. №3(25). - С. 152-158.

14. Олаев В.А. Учет неопределенностей информации в каналах малогабаритной навигационной системы на базе магнито-инерциального датчика курса /В.А. Олаев // Материалы Международной научно-практической конференции «Современные технологий - ключевое звено в возрождении отечественного авиастроения». - Том 2- Казань: Изд-во Казан, гос. техн. унта, - 2008.-С.180-186.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печл. 1.25. Усл. печ. л. 1.16. Усл. кр.-отт. 1.16. Уч. изд. л. 1.0.

__Тираж 100. Заказ М189._

Издательство Казанского государственного технического университета Типография Издательства Казанского государственного технического университета 420111, Казань, К. Маркса, 10

Определения, обозначения и сокращения

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ

КООРДИНАТ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ.

1.1. Анализ общих требований к навигационным системам подвижных объектов.

1.2. Основные направления разработок навигационных систем и комплексов.

1.3. Малогабаритная магнитоинерциальная навигационная система.

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НАУЧНОГО

ИССЛЕДОВАНИЯ.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАЛОГАБАРИТНОЙ МАГНИТОИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.

2.1. Взаимосвязи и преобразования навигационных параметров подвижного объекта в различных системах координат.

2.2. Алгоритмы обработки информации в каналах малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

2.3. Алгоритмы определения углов наклона подвижного объекта по информации магнитоинерциальной навигационной системы.

2.4. Методика и алгоритмы учета неполной информации о параметрах ветра и компенсации погрешностей датчиков первичной навигационной информации.

ВЫВОДЫ.

Глава 3. МОДЕЛИ И АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ МАЛОГАБАРИТНОЙ МАГНИТОИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГА

ЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ МАНЕВРЕННОГО ОБЪЕКТА

3.1. Методика анализа погрешностей каналов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

3.2. Оценка влияния погрешностей датчиков первичной информации на точность малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

3.3. Модели погрешностей спутникового канала и малогабаритной навигационной системы в режиме коррекции.

3.4. Методика построения эллипса рассеяния координат местоположения подвижного объекта.

ВЫВОДЫ.

Глава 4. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ МАЛОГАБАРИТНОЙ МАГНИТОНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

4.1. Формирование требований к функциональным элементам малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

4.2. Синтез малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы ближней навигации.

4.3. Методика параметрического синтеза малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы дальней навигации.

4.4. Синтез малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы по комплексному критерию эффективности.

ВЫВОДЫ.

Глава 5. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЫТНЫХ

ОБРАЗЦОВ МАЛОГАБАРИТНОЙ МАГНИТОИНЕРЦИ-АЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ МАНЕВРЕННЫХ ОБЪЕКТОВ.

5.1. Имитационная модель и результаты моделирования малогабаритной навигационной системы контура управления дистанционно-пилотируемого летательного аппарата.

5.2. Имитационное моделирование малогабаритной комплексиро-ванной навигационной системы контура управления вертолета.

5.3. Разработка, экспериментальные исследования и применение вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

5.4.Направления совершенствования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Развитие межрегиональных отношений и международного сотрудничества, международной системы борьбы с терроризмом, решение ряда хозяйственных и оборонных задач неразрывно связаны с повышением интенсивности движения транспортных средств и других подвижных объектов различных классов и назначения — наземных и воздушных, надводных и подводных, управляемых экипажем и дистанционно-пилотируемых, спортивных и деловых, гражданских и военных.

Это обусловливает непрерывное повышение требований к уровню навигационной безопасности и эффективности применения транспортных средств и других подвижных объектов, связанных с управлением их движением в региональном, территориальном и глобальном масштабах, решением специальных задач. Возросли требования к точности определения угловой ориентации, текущего местоположения и автономности функционирования на заданном интервале времени или маршруте движения транспортных средств и других подвижных объектов, к всепогодности и круглосуточности применения, инвариантности к перегрузкам и помехозащищенности, к массе и габаритам, стоимости и другим параметрам конкурентоспособности средств навигации подвижных объектов.

Значительный вклад в разработку эффективных методов и средств навигации внесли: Андреев В.Д., Бабич О.А., Белкин A.M., Богомолов А.В., Воронов В.В., Вульфсон Г.Б., Голован А.А., Горицкий А.Ю., Грязин Д.Г., Джанджгава Г.И., Дмитроченко J1.A., Жданюк Б.Ф., Желамский М.В., Ишлинский А.Ю., Карлащюк В.И., Кожухов В.П., Коновалов С.В., Красовский А.А., Кузовков Н.Т., Матвеев В.А., Мясников В.А., Огарков М.А., Панкратов В.М., Панов А.П., Парамонов П.П., Парусников Н.А., Пешехонов В.П., Плотников П.К., Помыкаев И.И., Понырко С.Н., Распопов

В .Я., Репников А.В., Ривкин С.С., Рыболтовский Н.Ю., Савельев В.В., Салычев О.С., Северов Л.А., Селезнев В.П., Синяков А.Н., Соколов С.В., Тихомиров В.В., Чарышев Ш.Ф., Черноморский А.И., Эльясберг П.Е., ведущие специалисты ГНИНГИ, ГосНИИАС, НИИ ВВС, ОКБ генеральных конструкторов, предприятий авиационной и судостроительной промышленности и другие отечественные ученые и специалисты. Среди зарубежных исследователей следует отметить работы I.V. Bar-Jtzhak, V. Dishel, W.R. Fried, M.B. Ignagni, S. Jonson, M. Kaytono, C.T. Leondes, J.G. Mark, B. Porat, P.G. Savage, D.A. Tazartes и другие.

Широко используемые в системах управления надводных и подводных судов различного класса и назначения, летательных аппаратов и других крупных подвижных объектов и транспортных средств прецизионные и комплексированные навигационные системы в качестве основных источников первичной навигационной информации используют гироскопические, инерциальные, астрономические, радиотехнические и магнитные системы угловой ориентации и различные системы счисления пути, что обусловливает их высокую стоимость, сложность и увеличенные массо-габаритные характеристики, целевую привязанность к конкретному объекту применения и условиям эксплуатации.

Широкий класс подвижных объектов различного назначения (беспилотные, дистанционно-пилотируемые и сверхлегкие летательные аппараты, патрульные катера, суда класса «река-море», легкие вертолеты и другие маневренные объекты) при решении задач управления и эффективного применения на первый план выдвигают требования по массо-габаритным характеристикам и автономности функционирования, минимального энергопотребления и стоимости как самой навигационной системы, так и ее обслуживания и эксплуатации на объекте. При этом возрастающее множество объектов применения и решаемых навигационных задач обусловливает необходимость создания универсальных малогабаритных автономных или ограниченно автономных навигационных систем среднего класса точности, различающихся, в основном, алгоритмическим и программным обеспечением, что определяет актуальность темы диссертационного исследования.

Объект исследования. Одним из перспективных направлений по созданию универсальной малогабаритной навигационной системы среднего класса точности является построение ее на базе магнитных и инерциальных датчиков первичной информации, что позволяет:

• построить систему без использования дополнительных датчиков угловой ориентации подвижного объекта;

• обеспечить автономность функционирования на заданном интервале времени или маршруте движения;

• снизить габариты, вес и энергопотребление системы, что определяет перспективы ее применения в качестве резервного источника информации в нештатных ситуациях;

• расширить круг объектов применения и решаемых задач только за счет модификации алгоритмического и программного обеспечения;

• сократить сроки создания и ввода в эксплуатацию на различных подвижных объектах вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

Предметисследования. Создание малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы предусматривает:

• обоснование области эффективного применения системы;

• формирование требований к источникам первичной информации с учетом объекта применения и решаемой задачи;

• выбор рациональной структуры аппаратного и алгоритмического обеспечения:

• разработку методов повышения точности, анализа и синтеза малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы;

• разработку методик имитационного моделирования и экспериментального исследования вариантов системы;

• разработку инженерной методики проектирования, изготовления и установки системы на объекте.

Целью диссертационной работы является повышение точности позиционирования, эффективности управления маневренных подвижных объектов за счет создания универсальной малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы среднего класса точности.

Научная задача диссертации заключается в разработке структурного построения, алгоритмов обработки измерительной информации, математического описания, методов повышения точности, системного проектирования и исследования вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы с учетом объекта применения.

Решение поставленной задачи научного исследования проводилось по следующим основным направлениям:

• Анализ современных требований и направлений разработок навигационных систем подвижных объектов и обоснование перспективности применения малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Разработка теоретических основ построения алгоритмического обеспечения и проектирования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Разработка математических моделей погрешностей и методов повышения точности малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Разработка методик синтеза аппаратного и алгоритмического обеспечения малогабаритных магнитоинерциальных навигационных систем ближней и дальней навигации.

• Разработка методики моделирования и экспериментального исследования, рекомендаций по инженерному проектированию, реализации и применению вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на различных подвижных объектах.

Методы исследования. При решении поставленной задачи научного исследования использовались методы навигации, теории измерений и измерительных преобразователей, математического моделирования, анализа и синтеза измерительных систем, статистического оценивания параметров процессов и оптимальной фильтрации, имитационного моделирования и экспериментального исследования, вероятностно-статистической обработки результатов, аппарат матричного счисления.

Достоверность полученных результатов базируется на построении адекватных математических моделей, применении современных методов анализа и синтеза измерительных каналов, на тщательном имитационном моделировании с использованием пакетов прикладных программ Matlab, Symulink стендовой калибровки и натурных испытаний опытных образцов, а также на опыте внедрения и применения вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на различных подвижных объектах.

Научная новизна и теоретическая значимость работы определяется следующими основными результатами:

• Разработаны алгоритмы обработки информации для определения углового положения подвижного объекта и решения навигационной задачи в канале воздушного счисления пути без накапливающихся во времени погрешностей.

• Разработана методика повышения точности воздушного счисления пути за счет предварительной оценки и последующего учета неполной информации о параметрах ветра и погрешностей датчиков первичной навигационной информации.

• Разработаны особенности построения, алгоритмы обработки измерительной информации и методика синтеза параметров фильтров комплексированной малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Разработаны имитационные модели, методики моделирования и исследования вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы на различных объектах в условиях, близких к эксплуатационным, с последующим уточнением алгоритмического и программного обеспечения системы, выработаны научно обоснованные рекомендации по проектированию, изготовлению и применению вариантов малогабаритной навигационной системы на различных подвижных объектах.

Практическая ценность. Работа выполнялась в соответствии с заданиями Федеральной Целевой Программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2001-2010 г.г. и на период до 2015 года», приказом Федеральной пограничной службы от 16.05.2003 г. № 251 в рамках НИОКР ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко».

Основными результатами, определяющими практическую ценность работы, являются:

• Научно-обоснованная методика построения и инженерного проектирования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Методика анализа и расчета погрешностей малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, обоснования требований к датчикам первичной навигационной информации.

• Алгоритмы обработки измерительной информации, методика расчета параметров фильтров и периодичности подключения позиционных и скоростных корректирующих сигналов комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы.

• Алгоритмическое и программное обеспечение, результаты имитационного моделирования, стендовых и ходовых натурных испытаний опытных образцов, рекомендации по изготовлению и применению вариантов, совершенствованию и расширению области эффективного использования малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы в контуре управления маневренных объектов.

Реализация и внедрение результатов работы. Полученные научно-технические результаты внедрены в ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко» при разработке и опытном производстве вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы, которые внедрены в ОАО «ОКБ «СОКОЛ» на беспилотном летательном аппарате «Дань» в составе пилотажно-навигационного комплекса ПНК-163, на высокоманевренных кораблях заказов 1001, 11711 в составе комплекса «Чардаш», на скоростных катерах проектов 21280,21250.

Результаты исследования используются при разработке резервной малогабаритной навигационной системы вертолета.

Ряд полученных результатов используется в учебном процессе Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева при подготовке инженеров специальностей «Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы» и «Приборостроение».

Результаты реализации работы подтверждены соответствующими актами.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Структурное построение и алгоритмы обработки измерительной информации при определении углового положения подвижного объекта относительно центра масс и решении основной задачи навигации с использованием воздушного счисления пути.

2. Методика повышения точности воздушного счисления пути за счет алгоритмического учета неполной информации о параметрах ветра и погрешностей датчиков первичной навигационной информации.

3. Методика построения, алгоритмы обработки измерительной информации и синтез параметров фильтров комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы.

4. Имитационные модели, методики и результаты моделирования и экспериментального исследования, разработки и применения вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы в контуре управления маневренных объектов различного назначения.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на IV Российской научно-практической конференции «Современное состояние, проблемы навигации и океанографии» (Санкт-Петербург, 2001 г.), научно-практической конференции Российского форума «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2002 г.), Международной научной конференции «Авиация и космонавтика-2003» (Москва, 2003 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2004 г.), XVI научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Гурзуф, 2004 г.), Международной научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2006 г., 2008 г.), на научно-технических совещаниях в отраслевых институтах ГНИНГИ, ГосНИИАС, НИИ АО (2001-2008 г.г.), а также на НТС ОАО «Научно-производственный комплекс «ЭЛАРА» имени Г.А. Ильенко» (20012008 г.г.), на расширенном заседании кафедры приборов и информационно-измерительных систем Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева (2009г.).

Личный вклад автора. Автором разработаны принципы построения, алгоритмы обработки информации, методика алгоритмического учета неполной информации канала воздушного счисления пути и погрешностей датчиков первичной навигационной информации, методики анализа и синтеза автономной и комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы, научно-обоснованная методика инженерного проектирования и рекомендации по моделированию, изготовлению, экспериментальному исследованию, применению и совершенствованию вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы различных подвижных объектов.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 15 печатных работах, в том числе в 3 статьях периодических изданий из перечня ВАК РФ, в 2 статьях других научных журналов, 7 материалах и 1 тезисах докладов. На предложенные технические решения получены 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, четырех приложений. Основное содержание диссертации изложено на 213 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц и 73 рисунка. Библиография включает 118 наименований.

7. Результаты исследования и разработки использованы при создании опытных образцов малогабаритной навигационной системы на базе магнито-инерциального датчика курса, которые внедрены на ОАО «Опытно-конструкторское бюро «Сокол» (г. Казань) на беспилотном летающем аппарате «Дань» в составе пилотажно- навигационного комплекса ПНК-163, на базе ДС-83-02ПК на высокоманевренных кораблях заказов 1001, 11711 в составе комплексов «Чардаш», на скоростных катерах проектов 21280, 21250, в составе системы «Портолан» на объекте 14230. Результаты исследования используются при разработке резервной малогабаритной навигационной системы вертолетов.

Применение разработанных вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы решает актуальную для авиации, судостроения и других отраслей промышленности задачу повышения точности позиционирования, безопасности движения по маршруту и эффективности применения транспортных средств и других подвижных объектов, при этом внедрение их в производство и эксплуатацию позволяет исключить закупку дорогостоящего зарубежного оборудования, что имеет существенное значение для экономики и обороноспособности страны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ состояния, направлений разработок и областей применения средств навигации транспортных средств и других подвижных объектов показал, что с позиции уменьшения массы, габаритов, стоимости, автономности функционирования, универсальности алгоритмического и программного обеспечения и других показателей конкурентоспособности для широкого класса подвижных объектов перспективным является построение навигационной системы среднего класса точности на базе магнито-инерциального датчика курса.

2. Отсутствие научно-обоснованной методики системного проектирования, моделирования и экспериментального исследования, построения алгоритмов обработки информации, анализа и обеспечения точности работы сдерживает разработку и применение малогабаритных магнитоинерциальных навигационных систем, что определило постановку задачи научного исследования по разработке особенностей построения, математического описания, методики системного проектирования и исследования вариантов малогабаритной магнитоинерциальной навигационной системы.

3. Разработанные теоретические основы построения алгоритмического обеспечения и проектирования, учета неполной информации о параметрах ветра и компенсации погрешностей других датчиков первичной навигационной информации являются фундаментальной базой для анализа и синтеза автономных и комплексированных малогабаритных магнитоинерциальных навигационных систем.

4. Разработанные математические модели, проведенный анализ методики расчета и количественная оценка составляющих погрешностей малогабаритной автономной навигационной системы являются основой для обоснованного выбора путей повышения точности автономных и комплексированных малогабаритных магнитоинерциальных навигационных систем, в том числе с использованием методов оптимального синтеза и фильтрации погрешностей.

5. Разработанные методики формирования требований к функциональным элементам синтеза автономной и комплексированной магнитоинерциальной навигационной системы позволяют обоснованно проводить проектирование, имитационное моделирование и оценку эффективности различных вариантов и модификаций системы.

6. Результаты имитационного моделирования, изготовления и экспериментального исследования вариантов малогабаритной навигационной системы подтверждают адекватность разработанных моделей и алгоритмов, эффективность предложенных методик проектирования и разработанного алгоритмического обеспечения, определяют направления совершенствования и расширения области применения магнитоинерциальной навигационной системы.

1. Белавин Н.И. Экранопланы. Л.: Судостроение, 1977. —232 с.

2. Селезнев В.П. Навигационные устройства. М.: Машиностроение, 1974.-600 с.

3. Белоглазов И.Д., Джанджгава Г.И., Чигин Г.П. Основы навигации по географическим полям. М.: Наука, 1985. - 328 с.

4. Андреев В. Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы. -М.: Наука, 1966. 580 с.

5. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Корректируемые системы. -М.: Наука, 1967. 647 с.

6. Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. М.: Наука, 1979.-294 с.

7. Михлин Б.З., Селезнев В.П., Селезнев А.В. Геомагнитная навигация.- М.: Машиностроение, 1967. — 379 с.

8. Павлов Ю.Н., Селезнев А.В., Толстоусов Г.Н. Геоинформационные системы. Использование геофизических полей в автоматических системах навигации и управления. М.: Машиностроение, 1978. - 272 с.

9. Нечаев П.А., Григорьев В.В. Магнитно-компасное дело. М.: Транспорт, 1983. - 240 с.

10. Помыкаев И.И., Селезнев В.П., Дмитроченко Л.А. Навигационные приборы и системы: Учебное пособие для ВУЗов. Под ред. И.И. Помыкаева.- М.: Машиностроение, 1983. 456 с.

11. Доброленский Ю.П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. — М.: Машиностроение, 1969. -256 с.

12. Филатов Г.А., Пуминова Г.С., Сильвестров П.В. Безопасность полетов в возмущенной атмосфере. М.: Транспорт, 1992. — 272 с.

13. Atnip F.K., Gault J. An analysis of gust velocities for application to aircraft design. "RAeS CASI. AIAA Int. Conf. Atmos. Turbulence Proc. 1971.", 1971, 18, №3.-P. 395-414.

14. Gault J.D. Low altitude atmospheric turbulence analysis method. Canad. Aeronaut. And Space J., 1967, 13, № 7. P. 307-314.

15. Фролов B.C. Радиоинерциальные системы наведения. — M.: Сов. Радио, 1976.- 184 с.

16. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов./ Под общей ред. Чл.-кор. РАН В.Г. Пешехонова. СПб., 1999. - 357 с.

17. Джанджгава Г.И., Рогалев А.П., Сухоруков С .Я., Бабиченко А.В. Комплексная обработка информации навигационных и обзорно-прицельных систем// Авиакосмическое приборостроение. 2002. № 6. -С. 15-29.

18. Джанджгава Г.И., Сазонова Т.В. Основные направления использования цифровой картографической информации в современных базовых навигационных комплексах// Авиакосмическое приборостроение. 2002. №6. -С. 51-58.

19. Джанджгава Г.И., Герасимов Г.И., Рогалев А.П. Интеллектуальные интегрированные комплексы навигации и наведения летательных аппаратов// Приборы и системы./ Управление, контроль, диагностика. 2000. № 8.-С.70-73.

20. Основные направления научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок Раменского приборостроительного конструкторского бюро. Под ред. Г.И. Джанджгавы// Авиакосмическое приборостроение. 2003. № 8. С. 59-69.

21. Современное состояние, проблемы навигации и океанографии// Сборник докладов. Т. 1. СПб.: ГНИНГИ МО РФ. 2001. - 278 с.

22. Глаголев В.А. Спутниковое навигационно-геодезическое обеспечение географических исследований. СПб.: ВИРГ — Рудгео-физика. -2000.- 116 с.

23. Михалкин К.С. Использование MEMS-датчиков в навигации// Авиакосмическое приборостроение. 2007. № 4. — С. 2-6.

24. Годунов В.А. и др. Вопросы теории позиционирования подвижного объекта в магнитном поле// Авиакосмическое приборостроение. 2003. № 8. — С. 22-26.

25. Желамский М.В. Увеличение чувствительности магнитных измерений в авионике// Авиакосмическое приборостроение. 2004. № 12. С. 8-15.

26. Желамский М.В. Полное позиционирование подвижных объектов при помощи одной измерительной системы// Авиакосмическое приборостроение. 2006. № 8. С. 7-17.

27. Кардашинский-Брауде Л.А. Современные судовые магнитные компасы. Сиб. ФГУП РФ ЦНИИ «Электроприбор», 1999. - 138 с.

28. Егоров С.А., Куценко А.С., Кропотов А.Н., Вельтищев В.В., Схоменко А.П. Линко Ю.Р. Особенности создания магнитного компаса набазе трехосного магнитометра для подвижных объектов// Авиакосмическое приборостроение. 2007. № 2. С. 17-21.

29. Патент RU № 2130588 (G01.C21/08 21/12 17/38) Способ измерения магнитного курса подвижного объекта/ В.А. Архипов, Н.К. Ветошкина, В.Ф. Зузлов, С.О. Лебедев, А.А. Потапов, В.А. Олаев. 1999. Бюл. № 14.

30. Солдаткин В.М. Методы и средства измерения аэродинамических углов летательных аппаратов. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2001. - 448 с.

31. Олаев В.А. Алгоритмическое обеспечение навигационной системы на базе магнито-инерциального датчика курса// Изв. ВУЗов. Авиационная техника. 2009. № 2. С. 54-57.

32. Архипов В.А., Олаев В.А., Лебедев С.О., Потапов А.А. Интегрированная магнито-инерциальная система ориентации подвижных объектов// Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем. 2007. Вып. 3 (25). С. 152-158 (на русском и английском языках).

33. Иванов Ю.П., Синяков А.Н., Филатов И.В. Комплексирование информационно-измерительных устройств летательных аппаратов. — Л.: Машиностроение, 1984. 208 с.

34. Литвин-Седой М.З. Введение в механику управляемого полета. — М.: Высшая школа, 1962. — 212с.

35. Осадший В.И. Воздушная навигация. -М.: Транспорт, 1972. 288 с.

36. Коптев А.Н. Системы самолетовождения. М.: Машиностроение, 1984. - 128 с.

37. Воздушная навигация: справочник/ A.M. Белкин и др. М.: Транспорт, 1988. - 303 с.

38. Жерлаков А.В., Ильин А.А., Румянцев Г.Е. Радиотехнические средства обеспечения безопасности морского судоходства. — М.: Транспорт, 1992.-216 с.

39. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов./ Под общей ред. Чл.-кор. РАН В.Г. Пешехонова. СПб., 1999. - 357 с.

40. Ишлинский А.Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация. М.: «Наука», 1976. — 672 с.

41. Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах.

42. М.: Машиностроение, 1991. 512 с.

43. Первачев С.В., Валуев А.А., Чиликин В.М. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. — М.: Сов. Радио, 1973. -488 с.

44. Венгеров А.А., Шаренский В.А. Прикладные вопросы оптимальной линейной фильтрации. — М.: Энергоатомиздат, 1982. — 192 с.

45. Шахтарин Б.И. Случайные процессы в радиотехнике. 3-е изд., перераб. Т.1. Линейные преобразования. -М.: Гелиос АРВ, 2006. 464 с.

46. Салычев О.С. Скалярное оценивание многомерных динамических систем. -М.: Машиностроение, 1987. -216 с.

47. Отарков М.А. Методы статистического оценивания параметров случайных процессов. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 208 с.

48. Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств.

49. М.: Машиностроение, 1976. 312 с.

50. Козарук В.В., Ребо Я.Ю. Навигационные эргатические комплексы самолетов. М.: Машиностроение, 1986. - 288 с.

51. Красовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория корреляционно-экстремальных навигационных систем. — М.: Наука, 1979. — 448 с.

52. Карлащук В.И., Карлащук С.В. Спутниковая навигация. Методы и средства. М.: СОЛОН-Пресс, 2006. - 176 с.

53. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. -М.: Эко-Трендз, 2000.-268 с.

54. Ильичев А.В. Эффективность проектируемой техники: Основы анализа.-М.: Машиностроение, 1991. -336 с.

55. Стражева И.В., Мелкумов B.C. Векторно-матричные методы в механике полета. -М.: Машиностроение, 1973. — 260 с.

56. Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования: Учебное пособие для втузов. — М.: Машиностроение, 1989. — 752 с.

57. Цейтлин Я.М. Проектирование оптимальных линейных систем. — JL: Машиностроение, 1973. -240 с.

58. Шахтарин Б.И. Случайные процессы в радиотехнике. Т.1. Линейные преобразования. М.: Гелиос АРВ, 2006. - 464 с.

59. Пащенко Ф.Ф. Введение в состоятельные методы моделирования систем. 4.1. Математические основы моделирования систем: Учебное пособие. М.: Финансы и статистика, 2006. - 328 с.

60. Пугачев B.C., Казаков И.Е., Евланов Л.Г. Основы статистической теории автоматических систем. — М.: Машиностроение, 1974. — 400 с.

61. Расчет и проектирование измерительно-вычислительных систем летательных аппаратов: Учебное пособие. Под ред. В.М. Солдаткина. — Казань: Изд-во Казан, авиац. ин-та, 1992. — 120 с.

62. Порунов А.А., Солдаткин В.М. Расчет и проектирование измерительно-вычислительных систем медицинского назначения: Учебное пособие. Казань: - Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 1997. - 128 с.

63. Челпанов И.Б. Оптимальная обработка сигналов в навигационных системах. М.: Наука, 1967. - 392 с.

64. Oleg S. Salychev. Inertial Systems in Navigation and Geophysics. Bauman MSTU Press. Moscow, 1998. 351 c.

65. Распопов В.Я. Микромеханические приборы. M.: Машиностроение, 2007. - 400 с.

66. Богуславский И.А. Методы навигации и управления при неполной статистической информации. — М.: Машиностроение, 1970. 256 с.

67. Жданюк Б.Ф. Основы статистической обработки траекторных измерений. — М.: Сов. Радио, 1978. -384 с.

68. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. -М.: Машиностроение, 1982. 215 с.

69. Ривкин С.С., Ивановский Р.И., Костров А.В. Статистическая оптимизация навигационных систем. JL: Судостроение, 1976. - 279 с.

70. Ривкин С.С. Метод оптимальной фильтрации Калмана и его применение в инерциальных навигационных системах. JL: Судостроение, 1973. 4.1 -145 е.: 4.2 -214 с.

71. Воробьев А.В. Применение методов автоматизированного моделирования систем управления и проектирования авиационных комплексов// Авиакосмическое приборостроение. 2004. № 9. — С. 25-30.

72. Пащенко Ф.Ф. Введение в состоятельные методы моделирования систем: учеб. пособие: В 2-х ч. 4.1. Математические основы моделирования систем. — М.: Финансы м. статистика. 2006. — 328 е.: ил.

73. Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шультц М.М. Matlab 6.x.: программирование численных методов. СПб.: БХВ-Петербург. 2004. — 673 е.: ил.

74. Формирование технических объектов на основе системного анализа/ В.Е. Руднев, В.В. Володин, К.М. Лучанский, В.Б. Петров. М.: Машиностроение, 1991. - 320 с.

75. Соболь И.М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями: Учебное пособие для вузов/ И.М. Соболь, Р.Б. Статников. 2-е изд. - М.: Дрофа, 2006. - 175 с.

76. Агеев В.М., Павлова А.В. Приборные комплексы летательных аппаратов и их проектирование: Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение. 1990. -439 с.

77. ОАО «Опытно-конструкторское бюро «СОКОЛ» (http://www.okb-sokol.ru).

78. Беляевский Л.С., Новиков B.C., Оляпюк П.В. Основы радионавигации. М.: Транспорт, 1982. - 282 с.

79. Авиационная радионавигация: справочник / А.А. Сосновский и др. М.: Транспорт, 1990. - 264 с.

80. Дудко Г.К., Резников Г.Б. Доплеровские измеритель скорости и угла сноса. М.: Сов. радио, 1964. — 344 с.

81. Зуев В.Е., Фадеев В.Я. Лазерные навигационные устройства. — М.: Радио и связь, 1987. 160 с.

82. Алексеев Н.В., Вождаев Е.С., Кравцов В.Г. и др. Системы измерения воздушных сигналов нового поколения // Авиакосмическое приборостроение. 2003. №8. С. 31 - 36.

83. Козицин В.К., Макаров Н.Н., Порунов А.А., Солдаткин В.М. Анализ принципов построения систем измерения воздушных сигналов вертолета// Авиакосмическое приборостроение. 2003. №10. — С. 2 — 13.

84. Козицин В.К. Алгоритмическое обеспечение системы воздушных сигналов вертолета на основе свободно ориентированного приемника давлений // Известия вузов. Авиационная техника. 2004. №4. — С. 52 — 57.

85. Козицин В.К. Система воздушных сигналов вертолета на основе свободно ориентированного приемника давлений / Дисс. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук. Ульяновск: ОАО «УКБП», 2006. - 313 с.

86. Протокол лабораторных, стендовых и климатических испытаний опытных образцов навигационной системы для пилотажно-навигационного комплекса ПНК-163. ОАО «ЭЛАРА». 2008. 46 с.

87. Технический акт проведения ходовых испытаний изделия ДС-83-02ПК на заказе 1001. Этап 3. г. Балтийск, 17.08.2007 г.

88. Патент RU №2262075 (20.01.2004) Способ измерения магнитного курса подвижного объекта и устройство для его осуществления / С.О. Лебедев, А.А. Потапов. 10.10.2005.

89. Олаев В.А. Параметрический синтез навигационной системы на базе магнито-инерциального датчика курса // Известия вузов. Авиационная техника. 2009. №1. С. 56-58.

90. Ким Н.В., Степанова Н.Б. Определение углов крена и тангажа беспилотного летательного аппарата на основе обработки и анализа последовательности изображений подстилающей поверхности // Авиакосмическое приборостроение. 2003. №8. С. 18 - 23.

91. Небылов А.В. Измерение параметров полета вблизи морской поверхности. СПб.: ГААП, 1994. - 307 с.

92. Силкин А.А. Синтез и анализ алгоритмов определения пространственной ориентации беспилотной аэродинамической платформы по измерениям магнитного поля Земли // Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн.наук. М.: Ин-т машиноведения РАН, 2007. - 87с.

93. Солдаткин В.М. Методы и средства построения информационно-управляющих систем обеспечения безопасности полета. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2004. - 350с.

94. Солдаткин В.В. Автоматическая подстройка измерительных каналов системы воздушных сигналов вертолета // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2004 № 3. С. 26 - 29.

95. Патент РФ на полезную модель № 41875 (МКИ G01P 5/00). Система воздушных сигналов вертолета /В.В. Солдаткин, В.М. Солдаткин, А.А. Порунов. 2004. Бюл. № 31.

96. Солдаткин В.В. Анализ комплексной системы измерения малых воздушных скоростей вертолета // Известия вузов. Авиационная техника. 2004. №3.-С. 52-57.

97. Солдаткин В.В. Синтез комплексной системы измерения малых воздушных скоростей вертолета // Известия ОрелГТУ, серия «Машиностроение. Приборостроение». 2004. №1. С. 62 - 68.

98. Патент РФ на полезную модель № 55145 (МКИ G01P 5/00). Система воздушных сигналов вертолета / А.В. Бердников, В.К. Козицин, Н.Н. Макаров, А.А. Порунов, В.В. Солдаткин, В.М. Солдаткин. 2006. Бюл. №21.

99. Патент RU № 2307357 (МПК G01P 5/16). Способ измерения воздушных сигналов вертолета и система для его осуществления / В.К. Козицин, Н.Н. Макаров, А.А. Порунов, В.В. Солдаткин, В.М. Солдаткин. 2007. Бюл. №27.

100. Бранец B.H., Шмыгловский И.П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973. - 320 с.

101. Плотников П.К., Чеботаревский Ю.В., Большаков А.А., Никишин В.Б. Применение кватернионных алгоритмов в бесплатформенных инерциальных системах // Авиакосмическое приборостроение. 2003. №1. — С. 21-31.

102. Эльясберг П.Е. Определение движения по результатам измерений. -М.: Наука, 1976.-416с.

103. Бахшиян Б.Ц., Эльясберг П.Е. Определение и коррекция движения. М.: Наука, 1980. - 360 с.

104. Интеллектуальные системы автоматического управления. Под ред. И.М. Макарова, В.М. Лохина. М.: Физматлит, 2001. - 576 с.

105. Ермолов И. Л. Автономность мобильных роботов, ее сравнительные меры и пути повышения // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. № 6. С. 23 - 28.