Алгоритмы коррекции и комплексирования навигационных систем высокоточных беспилотных летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Фам Суан Чыонг

• Фам Суан Чыонг
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Фам Суан Чыонг

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

1.1. Типы беспилотных летательных аппаратов

1.2. Измерительные системы БЛА

1.3. Погрешности измерительных систем БЛА

1.4. Постановка задачи

1.5. Выводы по главе

ГЛАВА 2. КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

2.1. Принципы построения комплексированных инерциально-спутниковых

навигационных систем

2.2. Комплексирование ИНС и СНС

2.3. Обзор характеристик точности современных навигационных комплексов

высокоточных БЛА

2.4. Выводы по главе

ГЛАВА 3. КОМПЕНСАЦИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ АСТРО-ИНЕРЦИАЛЬНО-СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

3.1. Оценивание погрешности ИНС и СНС с помощью НФК

3.2. Оценивание погрешностей АИНС

3.3. Алгоритмы компенсации динамических погрешностей АИНС

3.4. Навигационные комплексы

3.5. Алгоритмы оценивания погрешностей АИНС

3.6. Выводы по главе

Стр.

ГЛАВА 4. МАРШРУТНАЯ КОРРЕКЦИЯ БЕСПИЛОТНОГО

ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

4.1. Методы управления высокоточными БЛА при полёте по маршруту

4.2. Анализ геофизических полей, используемых при функционировании систем коррекции

4.3. Анализ алгоритмов селекции

4.4. Методика формирования эталонов для алгоритмов распознавания

4.5. Критерий выбора рабочего контура навигационного комплекса

4.6. Выводы по главе

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1. Результаты математического моделирования

5.2. Анализ результатов экспериментов

5.3. Выводы по главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

АА

АВУ

АИНС

АИСНС

АНФК

АО

БИНС

БЦВМ

ГЛОНАСС

ГСП

ДИСС

ДЛГ

ДССН

ИАОАК

ИИБ

ИК

ИНС

КЛГ

КЭНС

ЛА

ЛГ

ЛСК

НК

НС

НФК

ПИНС

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

автоматическая астронавигация астровизирующее устройство астро-инерциальная навигационная система астро-инерциально-спутниковая навигационная система адаптиный нелинейный фильтр Калмана алгоритм оценивания

бесплатформенная инерциальная навигационная система бортовая цифровая вычислительная машина глобальная навигационная спутниковая система гиростабилизированная платформа доплеровский измеритель скорости и угла сноса дифференциальный лазерный гироскоп дифференциальная система спутниковой навигации инерционный автоматический ориентатор с астрокоррекцией инерциальный измерительный блок измерительный комплекс инерциальная навигационная система кольцевой лазерный гироскоп

корреляционно-экстремальная навигационная система

летательный аппарат

лазерный гироскоп

локальная система координат

навигационный компекс

навигационная система

нелинейный фильтр Калмана

дифференциальная система спутниковой навигации

РЛС - радиолокационная система

РСБН - радиотехническая система ближней навигации

СНС - спутниковая навигационная система

ФК - фильтр Калмана

GPS - Global Positioning System

SDC - State Dependent Coefficient

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Алгоритмы коррекции и комплексирования навигационных систем высокоточных беспилотных летательных аппаратов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Решение задач мониторинга больших пространств и поверхностей Земли и океана, доставки полезной нагрузки в заданную точку и другие сложные задач осуществляется с помощью высокоточных беспилотных летательных аппаратов (БЛА). БЛА исследуемого класса осуществляют полёты в атмосфере на высотах до 25 тыс. км., а также предусмотрена фаза полёта по рельефу местности. Управление такими БЛА является наиболее сложным из-за высоких требований к точности управления. Системы управления ЛА вырабатывают сигналы управления на основе измерительной информации от различных навигационных систем. Навигационные системы имеют погрешности и для повышения точности навигационных определений их объединяют в навигационные комплексы (НК) [1]. Как правило, основной системой в НК является инерциальная навигационная система (ИНС), а в качестве внешней по отношению к ИНС системы используют: спутниковые навигационные системы (GPS, ГЛОНАСС), разнообразные радиолокационные системы (РЛС), астросистемы и др.

Измерительные сигналы этих систем имеют погрешности, обусловленные конструктивными особенностями и условиями функционирования БЛА, в частности пассивными помехами. Наиболее распространенная схема алгоритмической коррекции навигационных систем и НК предусматривает совместную обработку сигналов от ИНС и внешнего датчика с помощью алгоритма оценивания.

Алгоритмы оценивания применяются для компенсации погрешностей в выходном сигнале НК.

Большой вклад в создание современных НК и их алгоритмического обеспечения внесли Агеев В.М., Бабиченко А.В., Джанджгава Г.И., Парусников Н.А., Селезнева М.С., Сотников В.И., Харин Е.Г., John W. Gichton, Lance Sherry, Giarratano Joseph C., Piley Gary D. Требования, предъявляемые к точности НК высокоточных БЛА, постоянно возрастают, поэтому разработка

новых технических решений и схем коррекции, алгоритмов обработки информации являются актуальными и важными задачами [3, 4, 5].

Точность алгоритмической коррекции в большой степени зависит от характеристик ИНС и внешних датчиков навигационной информации, от достоверности априорной информации об объекте оценивания, его стохастических характеристиках, а также от способа комплексирования систем в НК.

Алгоритмическое обеспечение высокоточных НК включает нелинейные алгоритмы оценивания, в частности нелинейный фильтр Калмана (НФК) [25, 32, 67], адаптивные модификации НФК позволяют получить высокую точность навигационных определений выбранного состава НК [49, 68]. Однако при отсутствии достоверной информации о модели оцениваемого процесса точность НФК существенно снижается, поэтому применяются адаптивные модификации линейного ФК [12, 17, 18, 22]. Большой вклад в разработку адаптивных алгоритмов оценивания внесли Афанасьев В.Н., Дишель В.Д., Кузовков Н.Т., Ривкин Я.З., Салычев О.С., Степанов О.А., Шахтарин Б.И., Jazwinsky А.Н., Shen Kai и др.

Дальнейшее повышение точности НК с адаптивным НФК или адаптивным ФК возможно путем выбора наилучшего состава НК в зависимости от режима полёта и помеховой обстановки, что обеспечит максимально точное определение навигационных параметров БЛА [29, 30].

Разработка алгоритмов коррекции, направленные на компенсацию остаточных погрешностей (после проведенной коррекции) НК также является актуальной задачей при разработке высокоточных БЛА.

Целью работы является разработка и исследование алгоритмов комплексирования и коррекции навигационных систем высокоточных БЛА, функционирующих в условиях различной помеховой обстановки.

Задачи исследования. Для реализации сформулированной цели в диссертации решаются следующие основные задачи:

1. Разработка алгоритмов компенсации динамических погрешностей АИНС.

2. Разработка структур и алгоритмов обработки информации навигационных комплексов высокоточных БЛА.

3. Разработка алгоритмов коррекции ИНС на основе сигналов с АИС.

4. Формирование методики выбора информационного поля при управлении БЛА при полете по маршруту.

5. Синтез критериев выбора рабочего контура НК в процессе полета БЛА.

Объект исследования. В качестве основного объекта исследования в

диссертации рассматриваются НК включающие ИНС, СНС, АИС, РЛС и алгоритмы обработки информации, применяемые в высокоточных БЛА.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории автоматического управления, системного анализа, навигационных систем, методы математического моделирования, программный пакет МА^АВ и данные полунатурных экспериментами с серийными навигационными системами.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Осуществлен выбор вариантов структур НК на основе комбинации навигационных систем в зависимости от помеховой обстановки: НК в составе ИНС, СНС и АИС, а в условиях значительных помех - НК в составе ИНС и РЛС.

2. Разработан алгоритм и предложена схема коррекции динамических погрешностей АИНС на основе формализованных связей погрешностей с доминирующими возмущениями, позволяющие компенсировать динамические погрешности с использованием линейного АФК. Сформированы измерения для АО как функции возмущающих факторов, действующих на АИНС.

3. Разработана методика выбора используемого в НК информационного поля и навигационных систем НК для проведения коррекции ИНС с учетом условий функционирования БЛА. Формирование методики выбора информационного поля при управлении высокоточными БЛА при полёте по маршруту. Предложена методика формирования эталонов для алгоритмов распознавания.

4. Предложены критерии формирования динамического рабочей структуры НК в процессе полёта БЛА в меняющейся помеховой обстановке,

позволяющие упростить решение. Критерии базируются на анализе оценок дисперсий приведённых измерительных шумов.

Практическая значимость результатов исследования.

Разработана схема коррекции АИНС, включающая АНФК. Особенностью предложенной схемы является компенсация нарастания угла отклонения гиростабилизированной платформы (ГСП) от сопровождающего трехгранника с помощью нелинейного регулятора. Нелинейный регулятор реализован с использованием SDC - представления модели.

Выбор наилучшего приборного состава НК в процессе полета позволил определять навигационные параметры БЛА с максимальной возможной точностью. Дальнейшее повышение точности НК осуществлено с помощью применения разработанных алгоритмы высокоточной коррекции навигационной информации. В условиях пассивных помех осуществляется изменение приборного состава НК на основе разработанного способа комплексирования систем, который базируется на анализе прогноза погрешностей систем НК в процессе полета БЛА. Для априорного выбора состава НК БЛА разработана методика, предполагающая анализ используемых информационных полей и зависящая от высоты полета.

Результаты диссертации внедрены в учебный процесс кафедры систем автоматического управления факультета «Информатика и системы управления» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Основные результаты использованы при чтении лекционного курса «Управление в технических системах».

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов подтверждены корректным использованием математических методов, моделей и алгоритмов, а также достаточным объемом численного моделирования и полученными непротиворечивыми результатами, которые согласуются с известными данными, опубликованными в открытой печати.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту.

1. Схемы коррекции и алгоритмическое обеспечение АИНС высокоточного БЛА, базирующееся на НФК, а также АФК и формализованных зависимостях динамических погрешностей АИНС.

2. Структуры НК, основанные на анализе информационных полей, прогнозе погрешностей внешних навигационных систем.

3. Методика выбора информационных полей при полете БЛА по маршруту.

4. Критерии выбора рабочего контура НК в процессе полета на основе анализа оценок дисперсий измерительных шумов и приведенных измерительных шумов.

Апробация работы. Обсуждение результатов работы проводилось на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах:

- научно-технической конференции «Системы управления, стабилизации, навигации, ориентации и их базовые элементы» (Москва, 2019);

- всероссийской студенческой конференции «Студенческая научная весна», посвященной 165-летию со дня рождения В.Г. Шухова (Москва, 2018);

- XXVII Санкт-Петербургской конференции по интегрированным навигационным системам (Санкт-Петербург, 2020);

- Всероссийской конференции «Будущее машиностроения» (Москва, 2018, 2019);

- International Russian Automation Conference (RusAutoCon), IEEE (Сочи, 2020);

- научном семинаре кафедры «Системы автоматического управления» МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2019, 2020, 2021 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, из них 7 статей в журналах, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки РФ, 2 статьи, индексируемые в базе Scopus , объемом 9,9 п.л./ 6,46 п.л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Текст диссертации изложен на 125 машинописных страницах, содержит 43 рисунка. Список литературы включает 83 наименования работ.

Содержание работы.

В первой главе диссертации рассмотрены типы БЛА и подробно исследованы типы высокоточных БЛА, которые отличаются высокой стоимостью и высокими требованиями к точностным характеристикам НК. Рассмотрены навигационные системы в составе НК, их погрешности и особенности функционирования.

Представлены РЛС, СНС, ИНС, БИНС и АИС. В зависимости от условий функционирования для определения навигационных параметров высокоточных БЛА используют ИНС, АИС и СНС. Различные способы их коррекции осуществляются в частности посредством алгоритмов оценивания. Алгоритмы оценивания предполагают использование математических моделей погрешностей базовой навигационной системы. В качестве базовой системы в НК обычно используют ИНС, поэтому подробно представлены нелинейная и линейная модели погрешностей ИНС.

Для высокоточного определения навигационных параметров БЛА в условиях отсутствия пассивных помех используют АИНС. При появлении пассивных помех, что обычно проявляется на участках низковысотного полета состав НК меняется и включает ИНС и РЛС. В этом случае обработку информации в НК целесообразно проводить с помощью линейных алгоритмов оценивания. Для повышения точности навигационных определений высокоточного БЛА целесообразно применять коррекцию посредством различных алгоритмов.

Основываясь на вышеизложенном сформулирована постановка задачи для данной диссертации - разработки алгоритмов высокоточной коррекции навигационных систем и НК БЛА при изменении уровня и характера помех в зоне полета.

Вторая глава посвящена исследованию схем комплексирования навигационных систем, которые применяются для определения параметров высокоточных БЛА. Рассмотрены схемы алгоритмической коррекции автономных ИНС с использованием только внутренней информации системы. Представлены

классические схемы коррекции ИНС от СНС и АИС с использованием фильтра Калмана. Предложена перспективная компактная схема коррекции ИНС от СНС и АИС, которая используется в дальнейших исследованиях.

В третьей главе представлены алгоритмы коррекции ИНС от СНС и АИС.

Рассмотрены концептуальные способы повышения точности навигационной информации БЛА алгоритмическим путем.

Для увеличения точности автономных ИНС возможно использовать алгоритмы компенсации динамических погрешностей с использованием сигналов с датчиков углов прецессии. Представлены два способа алгоритмической коррекции автономных ИНС посредством формирования сигналов на датчики моментов ИНС и с помощью алгоритма оценивания.

В режиме коррекции устранение погрешностей ИНС осуществляется в на выходе системы с использованием сигналов СНС и адаптивных алгоритмов оценивания.

Наиболее точная навигационная информация о параметрах БЛА определяется с помощью комплексирования ИНС, СНС и АИС. Представлены четыре функциональные схемы комплексирования этих систем БЛА и результаты анализа особенностей исследованных способов коррекции ИНС. Предложена схема НК с коррекцией в структуре ИНС с помощью АНФК и нелинейного регулятора, который реализован с помощью SDC - представления модели.

Представлены формализованные зависимости погрешностей АИНС от основных возмущающих факторов. Наибольшее влияние на точность АИНС оказывает систематический дрейф гироскопов. Полученные зависимости использованы для коррекции АИНС. Более полную компенсацию погрешностей АИНС осуществляют с помощью адаптивного АО. Полученные результаты позволяют сделать обоснованный выбор способа коррекции АИНС в конкретных технических приложениях.

В четвертой главе исследован БЛА при движении по заданному маршруту. В рамках заданной системы управления и исследована система управления БЛА при совершении полета по заданному маршруту. Маршрутная коррекция используется для доставки полезной нагрузки или самого БЛА в

заданную область земной поверхности или пространства. Проведен сравнительный анализ известных подходов и методов, обоснован выбор лучшего метода коррекции. Результаты анализа алгоритмов распознавания позволил сделать обоснованный выбор контурного алгоритма Савельева-Козко. Разработана методика формирования эталонов и разработан алгоритм выбора эталонов из базы данных для алгоритмов распознавания. Предложена структура НК, позволяющая изменять состав внешних навигационных систем априорно -при изменении высоты полета.

Разработаны два критерия выбора рабочего контура НК в процессе полета БЛА. Критерии основаны на анализе оценок дисперсий измерительного шума и приведенного измерительного шума.

Пятая глава приведены результаты экспериментальных исследований. Проведено моделирование погрешностей ИНС с различными алгоритмами коррекции. Результаты математического моделирования продемонстрировали работоспособность и высокую точность разработанных алгоритмов. Анализ результатов математического моделирования продемонстрировал, что разработанные алгоритмические решения и методы способны существенно повысить эффективность НК высокоточных БЛА. Моделирование по данным полунатурного эксперимента показали высокую точность АИНС. В условиях низковысотного полета применяется НК в составе ИНС и РЛС с линейным адаптивным алгоритмом оценивания. Результаты математического моделирования ИНС с РЛС подтвердили достаточно высокую точность маршрутной коррекции БЛА.

В заключении содержится перечень основных новых результатов работы.

ГЛАВА 1. БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ

АППАРАТОВ

1.1. Типы беспилотных летательных аппаратов

На современном этапе развития техники расширяется использование БЛА различных классов, конструкций и целевого назначения.

Военная доктрина США предусматривает включение в стандартное вооружение бригады сухопутных войск порядка 150 - 200 оперативно-тактических БЛА. Внедрение совершенных и перспективных БЛА, которые способны существенно изменить характер ведния военных действий, особенно это будет проявляться в конфликтах малой и средней интенсивности.

Американское агенство по перспективным вооружениям (DARPA), еще в апреле 2005г. провело испытание прототипа «совместной беспилотной боевой воздушной системы» (J-UCAS), которая сбрасывалась с БЛА Boeing Х-45А и является носителем «умной бомбы». Также осуществляются групповые скоординированные полеты нескольких таких БЛА, которые выполняют единую боевую задачу.

В 2005 г. в Израиле были продемонстрированы БЛА «SPY THERE» и « BIRDY», способные осуществлять разнообразные разведывательные миссии в течение одного часа. Управление этими БЛА реализуется двумя операторами и мобильным оборудованием. Многие страны мира проводят работы по созданию БЛА собственными силами для своих армий.

Известны различные классификации БЛА, которые ранжируются по следующим критериям:

- массе;

- времени полета без посадки;

- высоте полета;

- способу реализации управления БЛА;

- целевому назначению;

- стоимости.

Широко используются автономные БЛА, самонаводящиеся телеуправляемые, радиоуправляемые, совершающие полеты по заранее разработанной программе, БЛА, использующие корреляционно-эксремальные системы и др. Существуют БЛА оперативного, фронтового назначения, континентального и межконтинентального применения, а также одноразового и многоразового использования.

В конце 90-х годов в США был создан БЛА Predator, на основе конструкции и идей, который были использованы при его создании разработаны разнообразные модификации этого БЛА.

Бурное развитие технологий во всех сферах привело к созданию новых концептуальных направлений использования БЛА, синтезу перспективных конструкторских решений, путей дальнейшего совершенствования, синтезу новых научно-технических комплексов БЛА, созданию перспективных видов систем управления, измерительных комплнексов и технологий использования БЛА узкоспециализированного и многоцелевого характера.

Сферы применения БЛА становятся все более многообразными. Помимо военного применения БЛА используются в интересах правоохранительных органов, для контроля пограничных и труднодоступных территорий и объектов, при организации экологического мониторинга, борьбе за жизнь людей и предотвращении катастроф.

США применяли БЛА во время войны во Вьетнаме, боевой операции в Ираке, для контроля наркотрафика в приграничных областях, в борьбе с нелегальной иммиграцией. Посредством БЛА решаются задачи разведывательного характера. Ударные БЛА выполняют задачи по уничтожению разнообразных объектов на территории противника во время боевых дейсвий и при проведении антитеррористических операций. БЛА BQM-34, представляющий собой реактивную мишень, используется для подготовки летного состава США и Канады. Этот тип БЛА является прототипом целого семейства БЛА различного назначения, включая, в частности, модификацию

предназначенную для выполнения ударных задач. Модификация BQM-34 разведывательного назначения, снабженная мощным фотооборудованием, осуществляла сбор данных о инфраструктуре СССР. Эта модификация БЛА отличалась большой площадью крыльев и была способна осуществлять длительные полеы на большой высоте. Такой БЛА получил название AQM-34Q и активно использовался в разведывательных целях на Кубе, а потом и во Вьетнаме.

Во время войны во Вьетнаме посредством БЛА решались задачи подавления зенитной артиллерии противника, разведки, целеуказания и доставки оружия подразделениям армии США, уничтожение противника в задачах «воздух-воздух», сброс бомб массой 500 Фунтов и пуски управляемых ракет Maverick. Однако, невзирая на несомненные успехи, после окончания войны во Вьетнаме расширение сферы применения БЛА в боевых действиях на некоторое время практически остановилось. Применение AQM-34 во Вьетнаме в разведовательных целях решило такие задачи, как:

- получение доказательства присутствия во Вьетнаме ракет SA-2;

- подтверждение появления у Вьетнама МиГ-21 и сфотографировать его;

- постоянно оценивать эффективность применения В-52;

- обнаружение поставок вертолетов из СССР во Вьетнам;

- фотографирование изображения подрыва ракеты SA-2 с близкого расстояния и т.д.

В процессе эксплуатации AQM-34 было осуществлено более 3400 пусков. В условиях боевых действий возврата БЛА составил: ~ 84%. Обычно, при ведении боевых действий этот показатель находился в пределах 60,0... 70,0%.

Совершенствование БЛА и технологий их применения приводит к увеличению их использования в боевых действиях. Так в время войны в Югославии применялись крылатые ракеты воздушного и морского базирования, БЛА-разведчики. Потери БЛА составили 48 штук разного типа и назначения. Потери США составили 17 БЛА: три БЛА «Predator»; девять БЛА «Hunter»; четыре

«Pioneen»; семь БЛА потери Германии CL-289; Франция - три БЛА «Crecerelle» и два CL-289; Великобритания потеряла четырнадцать БЛА «Phoenix».

В Югославии БЛА использовались для решения такихосновных задач:

- разведывательные операции по обнаружению подразделений и военных объектов армии Югославии;

- мониторинг поля боя;

- контроль за обстановкой на вражеской территории;

- оценка результатов применения ЛА НАТО.

Результаты применения БЛА в реальных боевых условиях дали возможность определить преимущества и недостатки применения БЛА. Непрерывный мониторинг обширных участков местности ведения боевые действия является важным и позволяет существенно повысить эффекивность осуществления боевых операций. Выводы, сделанные на основе опыта боевого применения БЛА в Югославии заключаются в следующем:

- современные БЛА лкгкая мишень для наземных средств ПВО;

- невысокий уровень технической надежности существующих БЛА;

- реальный характер ведения военных действий (партизанские методы) привел к целесообразности увеличения группировок разведывательно-ударных БЛА многоразового действия.

Применение БЛА в Афганистане доказало их высокую эффективность. В этом регионе использовались БЛА «Predator». БЛА «Global Hawk» применялись только для координации и получения опыта эксплуатации для совершенствования технолгий их производства, а также отработки способов взаимодействия с наземными подразделениями войск. Тихоходный БЛА «Predator» использовался в качестве разведывательно-ударного БЛА и для разведки.

В 2001 г. проведены испытания по пуску управляемой ракеты «Hellfire-С» с БЛА RQ-1 «Predator». Стрельба проводилась в двух вариантах: по неподвижному и движущемуся танкам. Управление пуском ракеты принимает оператор боевого управления. Оператор находиться на наземной станции управления или на борту ЛА специального назначения. За два месяца ведения

боевых действий в Афганистане потери составили два БЛА «Predator» и один «Global Hawk» из-за технической неисправности.

Полученный опыт применения в боевых действиях позволил сделать вывод о необходимости создания и массового использования высоконадежных БЛА различного назначения. Особенности вооруженных конфликтов позволяют сформировать концепцию создания типов специализированных БЛА:

- дистанционно управляемого малого БЛА;

- БЛА - аналога пилотируемого ЛА;

- ударного БЛА.

Для решения задач ограниченного военного конфликта целесообразно применение БЛА класса «Predator - В» в варианте разведывательно-ударного комплекса, применяемого по одиночным целям. БЛА типа «Global Hawk» в варианте разведывательно-ударного комплекса применять нецелесообразно -его эффективность низкая. Однако БЛА класса «Predator - В» в варианте разведывательно-ударного комплекса целесообразно в условиях локальных военных конфликтов при условии полного отсутствия у противника организованной системы ПВО.

В начале XXI века стало окончательно ясно, что в будущих военных конфликтах все большая роль отводится БЛА. По прогнозу к 2025 году БЛА будут составлять 90% всех боевых ЛА.

В Ираке армия США применяла более 8 различных типов БЛА. В Афганистане в боевых действиях принимали участие 3 типа БЛА, а во время операции «Буря в пустыне» в 1991 г. - 1 тип БЛА.

Активное использование БЛА в Сирии и Карабахе подтверждает правильность прогноза военных экспертов о превалировании в военных конфликтах имено беспилотной авиации.

На современном этапе в США принята 25-летняя программа развития научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ для беспилотной авиации.

Рис. 1.1. RQ-4 Global Hawk (Northrop Grumman, США) [73]

Программа развития БЛА в США предполагают создание систем предназначенных для обнаружения людей на дистанции в несколько километров. БЛА должны осуществлять бесшумные и длительные полеты. Находится в воздухе в течение нескольких недель без промежуточных посадок. Отдельная задача - создание сверхзвуковых БЛА с большой дальностью полета.

В 2002 г. в воздух поднялся Х-45А - технологический демонстратор многоцелевого боевого БЛА, созданного Phantom Works и Boeing. Этот БЛА похож на бомбардировщик В-2А spirit, выполненный по технологии stealth. В -2А и Х-45А имеют интегральный фюзеляж с передним воздухозаборником и плоскими соплами двигателей. Размах крыла составляет 12 м. Стоимость разработки $256 млн, нацелен на зенитные ракетные комплексы семейства С-300 или С-400.

На БЛА UAV Х-47В Northrop Grumman [19] фирма Smiths Aerospace установила управляющий компьютер последней модели и механизмы.

Рис. 1.2. UAV Х-47В Northrop Grumman [75]

1.2. Измерительные системы БЛА

Традиционно базовой системой навигационного комплекса БЛА является ИНС. В качестве внешнего датчика обычно используются GPS, доплеровский измеритель скорости и угла сноса (ДИСС) и др. Внешние датчики навигационной информации подвержены действию пассивных и активных помех, поэтому, особенно при полетах БЛА на территории противника, целесообразно учесть специфические особенности датчиков НК и особые режимы работы.

Погрешности ДИСС зависят от многообразных помех и возмущающих факторов. Например, к большим ошибкам приводят погрешности ДИСС, вызванные изменением подстилающей поверхности над которой в данный момент пролетает БЛА. Предусмотрено в ДИСС переключение, например полевода, лес-горы, лес-поле. При полетах над ледовыми полями и большими водными пространствами погрешности ДИСС принципиально зависят от состояния поверхности, их способности отражать радиоволны. Особенно плохие неблагоприятные условия для БЛА при навигации посредством ДИСС создаются при полетах над ровными ледовыми полями и гладкой водной поверхностью. Отражение сигнала ДИСС от спокойной воды или ровного льда сопровождается растеканием сигнала по поверхности, отражается слабо.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фам Суан Чыонг, 2021 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Агеев В.М., Павлова Н.В. Приборные комплексы летательных аппаратов и их проектирование. М.: Машиностроение, 1990.432 с.

2. Афанасьев В. Н. Управление нелинейными неопределенными динамическими объектами. М.: Либроком/URSS, 2015. 224 с.

3. Бабиченко А.В. Прикладные методы обработки информационно -управляющих комплексов высокоманевренных летательных аппаратов: дис.. доктор техн. наук. Москва. 2009. 422 с.

4. Бабиченко А.В., Никулин А.С., Радченко И.В. Информационная интеграция инерциальной и спутниковой навигационных систем в модернизируемых бортовых комплексах высокоманевренных летательных аппаратов // Авиакосмическое приборостроение, № 11, 2008. С. 18-25.

5. Бабиченко А.В., Орехов М.И., Рогалев А.П. Основы построения системы комплексной обработки информации в интегрированных комплексах бортового оборудования перспективных многофункциональных летательных аппаратов // Авиакосмическое приборостроение, №2 2, 2007. С. 43-49.

6. Воробьев Л.М. Астрономическая навигация летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1968. 280 с.

7. Гладышев В. О. и др. Перспективные направления развития систем ориентации и навигации летательных аппаратов // Автоматизация. Современные технологии., Т. 74, № 3, 2020. С. 123-129.

8. Девятисильный А. С., Числов К. А. Модель безгироскопной интегрированной инерциально-спутниковой навигационной системы // Измерительная техника, № 2, 2016. С. 11-13.

9. Джанджгава Г. И., Голиков В. П., Шкред В. К. Алгоритмы обработки информации серийных самолетных платформенных инерциальных навигационных систем // Авиакосмическое приборостроение, №2 11, 2008. С. 4-11.

10. Земляный Е.С. Пилотажно-навигационный комплекс с интеллектуальной поддержкой экипажа летательного аппарата: дис.. канд. техн. наук. Москва. 2016. 138 с.

11. Ивахненко А.Г., Мюллер Й.Я. Самоорганизация прогнозирующих моделей. Киев: Техника, 1985. 223 с.

12. Кабакова А.С., Высокова М.С., Чан Н.Х. Методы коррекции навигационных систем летательных аппаратов // Молодежный научно-технический вестник, № 2, 2015. С. 18.

13. Клычников В.В., Суркова А.Д., Тан Н., Фам С.Ч. Система маршрутной коррекции беспилотного летательного аппарата по радиолокационным изображениям местности // Будущее машиностроения России. Сборник докладов. Союз машиностроителей России, Московский государственный университет имени Н.Э.Баумана, 2018. С. 679-682.

14. Козлов В.И. Системы автоматического управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1979. 216 с.

15. Красовский A. A. Развитие концепции, аналитическая теория, алгоритмическое обеспечение двухконтурного самооптимизирующегося регулятора // Теория и системы управления, 1999. С. 4-8.

16. Красовский Н.Н. Теория управления движением. М.: Наука, 1968. 476 с.

17. Кузовков Н.Т., Карабанов С.В., Салычев О.С. Непрерывные и дискретные системы управления и методы идентификации. М.: Машиностроение, 1978. 222 с.

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

19. Кэ Фан. Анализ и разработка интеллектуальной системы управления летательными аппаратами одного класса: дис.. канд. техн. наук. Москва. 2005. 141 с.

20. Локк А.С. Управление снарядами. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1957. 416 с.

21. Лукьянов В.В. Персональный навигационный комплекс // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Приборостроение, № 2, 2006. С. 87-99.

22. Неусыпин А.К., Неусыпин К.А. Алгоритмическое обеспечение систем навигации и наведения. М.: «Сигналъ» МПУ, 1999. 220 с.

23. Неусыпин А.К., Неусыпин К.А. Системы управления космическими летательными аппаратами. М.: МГОУ, 2004. 232 с.

24. Неусыпин К.А. Разработка модифицированных алгоритмов самоорганизации для коррекции навигационной информации // Автоматизация и современные технологии, № 1, 2009. С. 37-39.

25. Неусыпин К.А. Современные системы и методы наведения, навигации и управления летательными аппаратами. М.: МГОУ, 2009. 500 с.

26. Неусыпин К.А., Пролетарский А.В. Метод повышения точности автономных навигационных систем // Автоматизация и современные технологии, № 2, 2011. С. 30-34.

27. Неусыпин К.А., Пролетарский А.В., Власов С.В. Алгоритмические способы повышения точности автономных навигационных систем // Труды ФГУП «НПЦАП». Системы и приборы управления, № 3, 2010. С. 68-74.

28. Неусыпин К.А., Пролетарский А.В., Шолохов Д.О. Разработка измерительного комплекса летательного аппарата на основе подхода алгоритмического конструирования // Электронное научно-техническое издание «образование и наука», № 3, 2012. URL: http://.technomag.edu.ru/doc/326903. html.

29. Неусыпин К.А., Пролетарский А.В., Цибизова Т.Ю. Системы управления летательными аппаратами и алгоритмы обработки информации. М.: МГОУ, 2006. 219 с.

30. Неусыпин К.А., Селезнева М.С. Измерительный комплекс с интеллектуальной компонентой для летательного аппарата //

Автоматизация. Современные технологии, № 9, 2016. С. 27-30.

31. Неусыпин К.А., Шарков А.А., Казаков К.А. Самоорганизация моделей алгоритма коррекции сигналов систем GPS/ГЛОНАСС // Актуальные проблемы российской космонавтики: Труды XXVII Академических чтений по космонавтике. Москва. 2003. С. 20-24.

32. Неусыпин К.А., Шэнь Кай. Модификация нелинейного фильтра Калмана с использованием генетического алгоритма // Автоматизация и современные технологии, № 5, 2014. С. 9-11.

33. Парусников Н.А., Морозов В.М., Борзов В.И. Задача коррекции в инерциальной навигации. М.: МГУ, 1982. 228 с.

34. Пат. 2451907(РФ), МПК G01C 23/00. Комплексная навигационно-прицельная система / Бабиченко [и др.]. Заявлено 13.10.2010; опубл. 27.05.12, Бюл. № 15.

35. Пат. 2391262 (РФ), МПК B64D 43/00. Обзорно-прицельная система летательного аппарата / Бабиченко [и др.]. Заявлено 18.02.09; опубл. 10.06.10, Бюл. № 16.

36. Пат. 2392198 (РФ), МПК B64D 43/00, G01C 23/00, F41G 3/22. Прицельно-навигационный комплекс оборудования многофункционального самолета / Бабиченко [и др.]. Заявлено 15.06.09; опубл. 20.06.10, Бюл. № 17.

37. Пат. 2389001 (РФ), МПК G01C 23/00. Комплексная система определения скорости / Бабиченко [и др.]. Заявлено 18.02.09; опубл. 10.05.10, Бюл. № 13.

38. Пат. 25612552 (РФ). Селективный навигационный комплекс / Неусыпин К.А., Пролетарский А.В. Заявлено 06.2015, приоритет 7.02.2014.

39. Пат. 2565345 (РФ). Навигационный комплекс / Неусыпин К.А., Пролетарский А.В. Заявлено 16.09.2015, приоритет 07.02.2014.

40. Пат. 2568168 (РФ). Навигационный комплекс / Неусыпин К.А., Пролетарский А.В. Заявлено 14.10.2015, приоритет 07.02.2014.

41. Пролетарский А.В., Неусыпин К.А. Способы коррекции навигационных

систем и комплексов летательных аппаратов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана: Серия «Приборостроение». Спецвыпуск № 5. Информатика и системы управления, 2012. С. 216-223.

42. Пролетарский А.В., Селезнева М.С. Система управления летательными аппаратами с использованием концепции системного синтеза // Технические науки - от теории к практике, № 54, 2016. С. 73-77.

43. Пупков К.А., Неусыпин К.А. Вопросы теории и реализации систем управления и навигации. М.: Биоинформ, 1997. 363 с.

44. Салычев О.С. Скалярное оценивание многомерных динамических систем. Машиностроение, 1987. 215 с.

45. Селезнева М.С. Разработка высокоточных навигационных комплексов космических летательных аппаратов // Актуальные проблемы российской космонавтики. Труды XXXIX академических чтений по космонавтике, 2015. С. 420.

46. Селезнева М.С. Разработка навигационного комплекса летательного аппарата на основе концепции системного синтеза // Технические науки - от теории к практике, № 2(62), 2017. С. 12-16.

47. Селезнева М.С. и др. Алгоритмы обработки информации навигационных систем и комплексов летательных аппаратов. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 234 с.

48. Селезнева М. С., Неусыпин К. А. Разработка измерительного комплекса с интеллектуальной компонентой // Измерительная техника, №2 9, 2016. С. 10-14.

49. Степанов О. А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной. Изд. 3-е. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. 370 с.

50. Фам С.Ф., Селезнева М.С. Система управления летательными аппаратами с использованием концепции системного синтеза // Теоретические и практические исследования XXI века. Труды II международной научно-практической конференции, 2016. С. 104-106.

51. Фам Суан Чыонг. Проектирование системы управления и навигационного

комплекса беспилотных летательных аппаратов // Автоматизация. Современные технологии, Т. 73, № 7, 2019. С. 323-329.

52. Фанг Ф. С., Хыонг Ч. Н., Чыонг Ф. С. Алгоритмы коррекции навигационных систем летательных аппаратов // Автоматизация. Современные технологии, Т. 73, № 10, 2019. С. 467-473.

53. Фам С. Ч., Суркова А. Д., Селезнева М. С. Исследование системы маршрутной коррекции бортовой навигационной системы беспилотного летательного аппарата по радиолокационным изображениям местности // Автоматизация. Современные технологии, Т. 74, № 3, 2020. С. 129-134.

54. Фам С.Ч., Клычников В.В. Разработка алгоритма распознавания цели беспилотным летательным аппаратом по радиолокационным изображениям местности // Инженерная физика, № 1, 2020. С. 31-39.

55. Фам Суан Чыонг. Синтез коэффициентов заданного закона стабилизации угла тангажа беспилотного летательного аппарата // Всероссийская студенческая конференция «Студенческая научная весна», посвященная 165-летию со дня рождения В.Г.Шухова, 2018. С. 245-247.

56. Фам С.Ч., Неусыпин К.А., Селезнева М.С. Исследование системы маршрутной коррекции навигационной системы БЛА // XXVII Санкт-Петербургская конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов, 2020. С. 346-348.

57. Федосов Е.А. Перспективные комплексы бортового оборудования воздушных судов на базе интегрированной модульной авионики второго поколения // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Навигация, наведение и управление летательными аппаратами». М.: Научтехлитиздат, 2012. С. 14-17.

58. Филимонов Н.Б., Фам Ф.К. Формирование информативных признаков радиолокационных дальностных портретов // Мехатроника, автоматизация, управление, № 4, 2016. С. 273-282.

59. Чан Нгок Хыонг. Разработка алгоритмов коррекции и прогнозирования для

автономных навигационных систем летательных аппаратов: дис.. канд. техн. наук. Москва. 2016. 125 с.

60. Чан Н.Х., Селезнева М.С. Разработка алгоритмов коррекции навигационных систем // Актуальные вопросы фундаментальных наук. Труды международной научной конференции, 2014. С. 155-158.

61. Чан Н.Х., Фам С.Ч., Клычников В.В. Формирование моделей погрешностей инерциальных навигационных систем // Будущее машиностроения России. Сборник докладов Двенадцатой Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов (с международным участием), 2019. С. 866-869.

62. Чернодаров А.В. Контроль, диагностика и идентификация авиационных приборов и измерительно-вычислительных комплексов. М.: ООО «Научтехлитиздат», 2017. 300 с.

63. Чыонг Ф. С. Выбор коэффициентов усиления контура системы стабилизации угла тангажа беспилотного летательного аппарата с учетом допусков на аэродинамические и массово-центровочные характеристики // Политехнический молодежный журнал, № 5, 2018. С. 2-2. DOI: 10.18698/2541 -8009-2018-5-317.

64. Чыонг Ф. С. Способ коррекции астроинерциальной системы летательного аппарата // Автоматизация.Современные технологии, Т. 74, № 7, 2020. С. 320-324.

65. Чыонг Ф. С., Селезнева М. С., Неусыпин К.А. Разработка структуры навигационного комплекса высокоточного беспилотного летательного аппарата для полёта в атмосфере // Автоматизация. Современные технологии, Т. 76, № 8, 2020. С. 357-361.

66. Шолохов Д.О. Разработка методов комплексирования и оценивания измерительных систем беспилотного летательного аппарата: дис.. канд. техн. наук. Москва. 2012. 146 с.

67. Шахтарин Б.И. Нелинейная оптимальная фильтрация в примерах и задачах. М.: Гелиос АРВ, 2008. 344 с.

68. Шахтарин Б.И., Шэнь Кай, Неусыпин К.А. Модификация нелинейного фильтра Калмана в схеме коррекции навигационных систем летательных аппаратов // Радиотехника и электроника, Т. 61, № 11, 2016. С. 1065-1072.

69. Astrom K.J., McAvoy T.J. Intelligent control: An overview and evaluation. New York: Van Nostrand Reinhold, 1992. 175 pp.

70. Collinson R.P.G. Introduction to Avionics Systems. N.Y.: Springer Science+Business Media, 2011. 498 pp.

71. Grewal S.M., Weil L.R., Andrews A.P. Global Positioning Systems,Inertial Navigation, and Integration. New Jersey.: John Wiley & Sons Ltd, 2007. 392 pp.

72. Groves P.D. Principles of GNSS, inertial, and multisensor integrated navigation systems. London.: Artech House, 2013. 800 pp.

73. Dong Y. et al. Tightly coupled GNSS/INS integration with robust sequential kalman filter for accurate vehicular navigation // Sensors, Vol. 20, No. 2, 2020. P. 561.

74. Jazwinski A. H. Stochastic processes and filtering theory. New York: Dover Publications, 2007. 390 pp.

75. Kim T., Park T. H. Extended Kalman filter (EKF) design for vehicle position tracking using reliability function of radar and lidar // Sensors, Vol. 20, No. 15, 2020. P. 4126.

76. Ley W., Wittmann K., Hallmann W. Handbook of space technology. London.: John Wiley & Sons, 2009. 908 pp.

77. Noureldin A., Karamat T.,Georgy J. Fundamentals of Inertial Navigation? Sattellite-based Positioning and their Integration. Heigelberg.: Springer-Verlag, 2013. 324 pp.

78. Maria S. Selezneva et al. Novel variable structure measurement system with intelligent components for flight vehicles // Metrology and measurement systems, Vol. 24, No. 2, 2017. pp. 347-356.

79. Salychev O.S. MEMS-based Inertial Navigation: Expectations and Reality. Moscow.: Bauman MSTU Press, 2012. 207 pp.

80. Shakhtarin B. I., Shen Kai, Neusypin K. A. Modification of the nonlinear Kalman filter in a correction scheme of aircraft navigation systems // Journal of Communications Technology and Electronics, Vol. 61, No. 11, 2016. pp. 1252-1258.

81. Truong P. X., Konstantin N., Mariya S. Study of the System of Route Correction of the UAV Navigation System // 2020 27th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS). IEEE. 2020. pp. 1-3.

82. Truong P. X., Shachtarin B. I., Tsibizova T. Y. The Correction Method of the Astroinertial System of the Aircraft // 2020 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). IEEE. 2020. pp. 851-855.

83. Zhang L. et al. Adaptive Estimation Algorithm for Correcting Low-Cost MEMS-SINS Errors of Unmanned Vehicles under the Conditions of Abnormal Measurements // Sensors, Vol. 21, No. 2, 2021. P. 623.