Разработка и исследование интегрированной системы ориентации для стабилизации вертикального движения судна на подводных крыльях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.03, кандидат наук Чан Танг Дык

• Чан Танг Дык
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Чан Танг Дык

Оглавление

Списоксокращений и условных обозначений

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1.Обзор современного состояния инерциальных модулей интегрированных систем ориентации и навигации (ИСОН)

1.1 Современное состояние инерциальных модулей ИСОН

1.2 Общая структурная схема корабельнойИСОН

1.3 Выводы по первой главе

Глава 2.Выработка требований к системам навигации и ориентации при решении задач управления движением подвижных объектов

2.1 Описание изучаемого объекта (судно на подводных крыльях)

2.2 Интеллектуальная система управления движением СПК

2.2.1 Структура интеллектуальной системы управления движением

2.2.2 Локальные системы стабилизации движения СПК

2.2.3 Взаимодействие локальных систем в составе интеллектуальной системы управления движением СПК

1.3 Выработка требований к системам навигации и ориентации

2.4 Выводы по второй главе

Глава 3. Концепция построения системы ориентации для решения задачи управления движением СПК с глубокопогруженным крыльевым комплексом

3.1 Кинематические соотношения для угловой скорости и линейных ускорений объекта

3.2 Алгоритм гировертикали для СПК

3.2.1 Требование к датчикам

3.2.2Интегрированная система ориентации и управления движением СПК

3.3 Выводыпо третьей главе

Глава 4.Анализ погрешностей интегрированной системы ориентации для

стабилизации вертикального движения СПК

4.1 Особенности программного обеспечения для моделирования работы интегрированной системы в пакете Ма^аЬ (БппиНпк)

4.2 Погрешности параметров системы управления гировертикали, вызванные ошибками датчиков

4.2.1 Начальные значения и имитационные данные моделирования

4.2.2 Моделирование динамических характеристик движения судна

4.2.3 Моделирование показаний инерциальных датчиков

4.2.4 Выработка параметров системы управления

4.3 Погрешности параметров системы управления гировертикалис использованием ОФК

4.3.1 Моделирование показаний СНС

4.3.2 Оптимальный фильтр Калмана для гировертикали

4.4 Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

Списоксокращений и условных обозначений

БА - блок акселерометров

БИИМ - бескарданный инерциальный измерительный модуль

БМ — блок магнитометров

ВОГ - волоконно-оптический гироскоп

ГЛОНАСС - глобальная навигационная спутниковая система ГПК - глубокопогруженные крылья ДП - динамические параметры ИБ - измерительный блок

ИСОН — интегрированная система ориентации и навигации

ИСУ-интеллектуальная система управления

ЛСУ - локальная система управления

НП - навигационные параметры

ОФК — оптимальный фильтр Калмана

СК -система координат

СКО - среднее квадратическое отклонение

СНС -спутниковая навигационная система

СПК - судно на подводных крыльях

ПА СНС - приемная аппаратура спутниковой навигационной системы РЛС - радиолокационная система

ЭКНИС - электронная картографическая навигационно-информационная система

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование интегрированной системы ориентации для стабилизации вертикального движения судна на подводных крыльях»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

В течение многих лет системы управления движением морских подвижных объектов улучшались и эволюционировали, главным образом, благодаря развитию средств измерения кинематических параметров [1]. Реализованные возможности измерения угловой скорости рыскания судна, дрейфа, географических координат приводили к появлению систем стабилизации курса и путевого угла, систем стабилизации на заданной траектории и т.д. [2]. В настоящее время ситуация изменилась. Современные средства навигации могут измерять параметры движения морских подвижных объектов практически с любой заданной точностью, которая достигается комплексированием разных источников информации и высокой производительностью средств обработки навигационных данных [3]. Однако также следует отметить, что высокоточные навигационные системы остаются дорогостоящими и их применение может оказаться нерентабельно.

Таким образом, если раньше задача построения системы управления напрямую зависела от возможностей навигационного обеспечения, то сейчас можно говорить об обратном: проектировщик системы вправе самостоятельно выдвигать требования к точности измерения кинематических параметров. Соответственно, обеспечение требуемых показателей качества системы при заданных погрешностях измерений представляет собой принципиально новую задачу управления.

При описании задачи управления, очевидно, в математическую модель объекта должна быть включена модель динамических погрешностей средств измерения. Неординарность задачи обусловлена тем, что вид модели динамических погрешностей изначально может быть неизвестен. Действительно, выбор структуры и состава информационно-измерительной системы делается на основе требований к качеству измерений выходных координат, которые, в свою очередь,

обусловлены качеством управления, обеспечиваемого синтезируемыми законами. Можно предложить два варианта выхода из «замкнутого круга» [4]:

1. Выдвинуть предположение о том, что структура информационно-измерительной системы является известной, и дополнительному определению подлежат только параметры модели динамических погрешностей, зависящие от конкретных устройств измерения. На практике предварительное согласование состава средств измерения не представляет большого труда. В этом случае математическая модель объекта и средств измерений становится неопределенной лишь параметрически, и задачу можно решать методами, сходными с синтезом робастного управления. Главным недостатком такого подхода видится следующее: если в случае недостижимости требуемого качества измерения придется изменять структуру информационно-измерительной системы, задачу следует решать заново, при том результативность решения данной задачи также не гарантирована.

2. Получить предварительное решение задачи синтеза для упрощенной модели - без учета динамики изменения погрешностей — на основе стохастического подхода. В этом случае вектор погрешностей предполагается случайным процессом с нормальным распределением, ковариация которого задана некоторым образом. Варьируя величину ковариации, можно для каждого значения решать задачу синтеза и, исследуя свойства замкнутой системы, сформировать требования к качеству измерения именно через ковариацию случайного процесса погрешности каналов измерения. В случае, когда структура информационно-измерительной системы заранее не определена, такой способ является единственно возможным.

В диссертации исследуется влияние погрешностей измерения на динамику системы управления движением судна на подводных глубокопогруженных крыльях (СПК) в вертикальной плоскости. По результатам исследований формируются требования к точности измерения кинематических параметров [1].

Цель работы:

Разработка схемы построения и алгоритмов работы интегрированной системы ориентации - гировертикали — на основе блока магнитометров, датчика угловой скорости (ДУС) и блока акселерометров для определения кинематических параметров системы управления СПК с глубоко погруженными крыльями (ГПК) с заданными точностными характеристиками.

Непосредственными задачами исследования являются:

1) Анализ современных интегрированных систем ориентации морского применения и их томности;

2) Выработка требований к системам навигации и ориентации при решении задач управления движением подвижных объектов;

3) Разработка структуры построения системы ориентации для решения задачи управления движением СПК с ГПК;

4) Анализ качества управления вертикальным движением СПК с ГПК при использовании интегрированной системы ориентации.

Методы исследования.

Разработка структуры построения и алгоритмов работы предлагаемой интегрированной системы ориентации базируется на использовании положений общей теории навигации, инерциальной навигации и теории фильтрации. Постановка прикладных задач анализа и оценки системы основана на методологии разработки алгоритмов с использованием концепции объектно-ориентированного программирования для моделирования, имитации и анализа динамических систем.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) Обеспечение устойчивой работы системы управления СПК выполняется при организации измерений кинематических параметров управления движением с привлечением динамических настраиваемых фильтров.

2) Гировертикаль, построенная на одном ДУС, трех акселерометрах и трех магнитометрах, позволяет обеспечить измерение кинематических параметров системы управления с заданным требованием к их точностным характеристикам.

3) Разработка интегрированной системы ориентации позволяет снизить погрешности кинематических параметров управления вертикальным движением при использовании комплексирования информации, поступающей от спутниковой навигационной системы (СНС).

Научная новизна работы В процессе проведения исследований получены новые научные результаты:

1) Исследована задача управления СПК и выработано требование к системам навигации и ориентации при решении задач управления движением СПК.

2) Разработан алгоритм работы гировертикали на базе одного ДУС, трех акселерометров и трех магнитометров, позволяющий определить кинематические параметры системы управления с заданным требованием к их точностным характеристикам.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1) Разработано программное обеспечение гировертикали в пакете МАТЬАВ (ЗпшдНпк), позволяющее моделировать работу интегрированной системы в различных режимах с использованием модельных данных.

2) Предложенный алгоритм позволяет определить кинематические параметры управления движением судна на подводных крыльях. Оптимальный фильтр Калмана (ОФК) обеспечивает получение оценки кинематических параметров управления движением с погрешностью, не превышающей некоторый заранее определяемый уровень.

Реализация и внедрение результатов исследования

Результаты, полученные в работе, внедрены в учебный процесс на кафедре лазерных измерительных и навигационных систем и могут быть также использованы в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) при проведении научно-исследовательских работ.

Апробация работы

Материалы исследований докладывались и обсуждались на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), (2011-2013), Санкт-Петербург, Россия.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 4 статьи (из них 3 статьи — в изданиях, включенных в перечень изданий, рекомендованных ВАК), 1 в другом издании.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 118 страниц основного тексте, список использованной литературы из 47 наименований на 5 страницах, 62 рисунка, 7 таблиц.

Основные задачи работы, которые определили содержание и структуру диссертации:

В первой главе выполнен обзор современного состояния инерциальных модулей ИСОН. Рассмотрена общая структурная схема построения ИСОН и способы формировании выходных данных. Показано, что существующие системы ориентации могут решать поставленную перед системой управления задачу с высокой точностью. Однако экономическая эффективность такого решения для некоторых типов подвижных объектов вызывает необходимость проведения дополнительных исследований.

Во второй главе выработаны требования к системам навигации и ориентации при решении задач управления движением подвижных объектов. Выработанные требования к системе ориентации позволяют полагать, что для их обеспечения в составе инерциального модуля целесообразно использовать интенсивно развивающиеся волоконно-оптические и микромеханические датчаки. Исходя из технических характеристик СПК с ГПК и условий эксплуатации, показана возможность использования математической модели системы управления. Анализируется целесообразность выполнения измерений параметров

модели с использованием ОФК для обеспечения возможности снижения требований к точности системы ориентации.

В третьей главе разработана концепция построения системы ориентации для решения задачи управления движением СПК с глубокопогруженным крыльевым комплексом. Точности датчиков гировертикали определены исходя из требований к точности формирования параметров управления движением ориентации, предъявленных в 1-й и 2-й главах.

В четвертой главе проведен анализ погрешностей предложенной интегрированной системы ориентации для стабилизации вертикального движения СПК. По имитационным данным в среде Ма^аЬ исследована точность такой системы. Анализ результатов моделирования показал, что гировертикаль, построенная на одном ВОГ и триадах магнитометров и микроакселерометров, в составе предложенной интегрированной системы ориентации, позволяет обеспечить требуемую точность измерения параметров управления движением СПК с ГПК.

Глава 1.Обзор современного состояния инерциальных модулей интегрированных систем ориентации и навигации (ИСОН)

1.1 Современное состояние инерциальных модулей ИСОН

Анализ современного состояния разработок в области гироскопических чувствительных элементов, приведенный в [5-8], позволяет схематично изобразить диапазоны точностных характеристик различных типов современных гироскопов в следующем виде (рисунок 1.1):

—--— Волновой твердотельный гироскоп

--Волоконно-оптический гироскоп

|-1-1->— Лазерный гироскоп

__Динамически наитраиваемый

гироскоп

-— Поплавковый гироскоп

-•— Электростатичекий гироскоп

__Гироскоп с магнитрезонансным

подвесом ротора

-1-1— Гироскоп с воздушной опорой

--Гироскоп с подшипниковой опорой

- Микромеханический гироскоп

10 6 10 5 КГ1 10 3 10 2 10"' 10° 10' 102

Рисунок 1.1- Диапазоны точностных характеристик различных типов

гироскопов

Примером построения измерительного блока на ВОГ для ИСОН вспомогательных кораблей и морских судов начала XXI века является волоконно-оптический гирогоризонткомпас SR 2100 (рисунок 1.2) совместной разработки фирм Litton Marine System (США), Sperry Marinelnc. и Decca Marine (Англия), a также LITEF. (Германия) [9].

Волоконно-оптическийгирогоризонткомпас8112100 является первым твердотельным и полностью цифровым гирокомпасом для морского применения в бескарданной технологии [9].

Рисунок 1.2 — Гирогоризонткомпас8Я2100 Существенными особенностями этого гирогоризонткомпаса по мнению разработчиков являются:

- отсутствие движущихся частей;

- высокая динамическая точность;

- малое время выставки;

- измерение углов курса (погрешность < 0,7° х seep), продольных и боковых колебаний (погрешности <0,5°) объекта, а также скоростей их изменения;

- удовлетворение всех рекомендаций IMO (англ. International Maritime Organization), включая быстродействующий код.

- высокое среднее время наработки на отказ (около 20 000 ч.);

- малые массогабаритные характеристики (27 кг.);

- малое энергопотребление (компас - 45 Вт);

Одним из примеров интегрированных систем ориентации является миниатюрная интегрированная инерциально-спутниковая система навигации и ориентации «Мининавигация-1» (рисунок 1.3), разработанная ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор". Данная система состоит из бесплатформенного инерциального измерительного модуля на волоконно-оптических гироскопах и миниатюрных акселерометрах, бортового микровычислителя, установленных в едином корпусе, и приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС (ПА СНС).

Рисунок 1.3 - Система «Мининавигация-1»

«Мининавигация-1» предназначена для малых судов, катеров, яхт и наземного транспорта. Система вырабатывает углы и угловые скорости качки и рыскания, составляющие перемещения, скорости и ускорения линейной качки. «Мининавигация-1» принимает и транслирует потребителям данные от спутниковых навигационных систем СР8/ГЛОНАСС, ЛАГа, гирокомпаса и передает выходные данные через последовательные порты Я8232/422/485 с частотой до 100Гц [10].

Ниже приведены технические характеристики системы «Мининавигация-1»:

- предельные погрешности:

• углы качки и рыскания 0,1 град;

• вертикальнаякачка 0,1 м;

• составляющие угловой скорости0,1 град/с;

- точность передачи данных от систем ОРБ/ГЛОНАСС определяется характеристиками используемого приемника;

- энергопотребление 50 Вт;

- габаритные размеры 280x180x120 мм;

- масса 5,5 кг.

Еще одной разработкой ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор" является малогабаритная система гироскопической стабилизации «БЕКАР-Э» (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Система «БЕКАР -Э»

Система «БЕКАР-Э» предназначена для выработки динамических параметров и курса корабля для целей кораблевождения и стабилизации технических средств [10].

Система «БЕКАР—Э» вырабатывает:

- Курс географический;

- Углы бортовой качки, измеренные в плоскости шпангоута;

- Углы килевой качки, измеренные в вертикальной плоскости;

- Угловые скорости качки и изменения курса;

- Составляющие линейной скорости движения корабля относительно грунта;

- Составляющие скорости, вызванные качкой и орбитальным движением корабля;

- Полный угол наклона палубы;

- Широту и долготу места (в обсервационном режиме).

Система «БЕКАР-Э» имеет следующие режимы работы:

1) Обсервационный - основной режим работы - устанавливается автоматически после запуска изделия при поступлении достоверной информации о координатах места и скорости движения объекта от ПА СНС.

2) «Автономный» режим - устанавливается автоматически при отсутствии достоверной информации о координатах места от ПА СНС, но при наличии достоверной информации о скорости движения объекта от ЛАГа;

3) Режим «Ручной ввод» - устанавливается оператором и предназначен для работы изделия при отсутствии информации о координатах места и скорости движения объекта от внешних источников. Координаты места и скорость движения объекта вводятся оператором вручную с использованием пульта управления.

Система «БЕКАР-Э» имеет следующие технические характеристики:

Курс географический 0,4°><8есср

Углы качки и рыскания 6 угл. мин

Координаты места (в обсервационном режиме) 0,15 км

Угловые скорости качки и изменения курса 0,3 %

Составляющие линейной скорости на постоянном курсе 0,3 м/с

Составляющие линейной скорости на циркуляции 0,6 м/с

Значения полного угла наклона палубы 0,2°

Гирокомпас "Омега", разработанный ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор" (рисунок1.5), предназначен для морских судов различного назначения, включая высокоскоростные суда и суда специального назначения[9].

Рисунок!.5 - Гирокомпас "Омега"

В гироскопе конструктивно предусмотрены:

- визуальный контроль состояния работы гирокомпаса и линий связи;

- управление режимами работы;

- индикация вырабатываемых параметров;

- информационное сопряжение изделия с внешними источниками информации и потребителями вырабатываемой информации;

- средства световой и звуковой сигнализации.

К числу преимуществ гирокомпаса "Омега" относятся:

- построен на волоконно-оптических гироскопах;

- вырабатывает курс и углы качек с высокой точностью;

- автоматический режим запуска;

- широкий выбор цифровых интерфейсов для связи с потребителями информации;

- нетребует постоянной вахты;

- визуальный и звуковой контроль за состоянием работы гирокомпаса и линий связи;

- малые габариты и вес (25-30 кг.);

- неограниченное время непрерывнойработы;

- длительный срок службы.

Гирокомпас "Омега" вырабатывает: курс географический, углы бортовой и килевой качек.

Изделие выпускается в трех исполнениях: базовом, основном и полном. Базовое исполнение предназначено для установки на малые суда и для применения в навигационно-технических комплексах.

Основное (с комплектом цифровых репитеров) и полное (с полным комплектом репитеров курса) исполнения предназначены для установки на суда любого класса.

Гирокомпас "Омега" имеет следующие технические характеристики:

Курс географический 0,4° хвес ср

Углы качки 6 угл. мин

Работоспособность изделия обеспечивается при [6]:

Скорости хода судна Плавании в широтах Бортовой качке с амплитудой Килевой качке с амплитудой Рыскании с амплитудой Циркуляции с угловой скоростью Вибрации

до 70 уз

от 70оБ до85Ч*

до 30° и периодом от 6 до 15с

до 10° и периодом качки от 5 до 15с

до 5° и периодом от 6 до 15с

до 57с

До 2%

1.2 Общая структурная схема корабельной ИСОН

Проанализируем точностные характеристики ИСОН, в составе которой предусмотрено использование стандартной или мультиантенной ПА вРЗ/ГЛОНАСС с фазовыми измерениями [11—17], также обеспечивающей выработку данных о курсе корабля Кснс.

Структурная схема ИСОН, включающей БИИМ с реверсными модуляционными поворотами измерительного блока на ВОГ типа УХ5951 или ММГ и мультиантенную ПА ОРБ/ГЛОНАСС с фазовыми измерениями, приведена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Структурная схема корабельной интегрированной системы

ориентации и навигации Традиционное использование в морских системах модуляционных разворотов или вращения измерительного блока позволяет повысить точность за счет уменьшения влияния постоянных составляющих погрешностей акселерометров и дрейфов гироскопов [15-18]. В этом случае принципиальным

является вопрос точности калибровки и стабильности"румбовых" дрейфов измерительного блока [19, 20]. Эти дрейфы для бескарданных систем обусловлены влиянием возмущающих моментов, вызванных, например, влиянием магнитного поля корабля или магнитного поля Земли.

Положим, что измерительный модуль (ортогональный трехгранник-xbybzb) в общем случае совершает реверсные повороты вокруг оси zb, ортогональной палубе, по гармоническому закону с амплитудой ± 90°(180°) с периодом 10 мин.Считаем далее, что режим грубой выставки [21-26] измерительного модуля завершен, т.е. взаимная ориентация географической системы координат ЕШ и трехгранника xyz , который является его приборным аналогом, определяется

вектором А = [q у малого угла, где угол % характеризует разворот

трехгранника xyz вокруг вертикали места, а углы с;, у характеризуют погрешности построения вертикали места в плоскости меридиана места и в ортогональной ей вертикальной плоскости, соответственно.

В этом случае погрешности в моделировании географического

сопровождающего трехгранника, погрешности AVE,AVN,AVh выработки соответственно восточной, северной и вертикальной составляющих вектора линейной скорости, погрешности A<p,AX,Ah выработки географических координат места могут быть описаны линейной моделью. Математическое обеспечение для анализа точности измерительного модуля и интегрированной системы разработано в MATLAB (Simulink).

Полная система уравнений ошибок БИНС в скалярной форме имеет вид:

X = (П£ • cos ф + ^ + ^ у + -J- tgtpA VE + (ПЕ cos ф + )Аф + сЗ 1Айх +

К к К R cos" ф

с32Дсо + сЗЗАоо, + corc31АМ„ + covc32AM!r + (о,сЗЗАМ„ ;

У " ох - о z

q = -(ClE -costy + ^-)x + (Q.E •81пф + ^-^ф)у + югс1 lAMg +ü)yc\2Mdg +

to,cl3AM +£/11AcoÍ +rfl2Acoí;

ó: д )

у

+с23Асо. + согс21ЛМ„ + со1;с22ДМ + а7с23АМ(, + с/21Дсо? + ¿22Лсо^;

^ 5 л л ^ о 2 У

УЕ ■ (20.е + X) ■ сое ф - Ун- фХ;

Щ = + УЕ ■ (2Пе + к) ■ зтФ + Ук • ф)д + (УЕ + Ук ■ (2Пе + к) ■ С08ф-Ум - {20.е +А,^-зтф)у+ 0315«^ + с325ау + с335а,;

здесь СО;:(/ = Е, Ы, К) и лД/ = Е,Ы,И) — текущие значения составляющих вектора угловой скорости вращения трехгранника Е1Ч1г и вектора кажущегося ускорения в месте установки измерительного блока, вычисляемые по данным ИСОН; С1Е,ц>,УЕ-значения соответственно угловой скорости вращения Земли, широты места и восточной составляющей линейной скорости объекта относительно Земли; су - элементы матрицы С\ = [с//],(г,у = 1,2,3) направляющих косинусов, определяющих взаимную ориентацию связанного с измерительным блоком трехгранника хуг и горизонтпого географического трехгранника ЕЫк (к); ¿у -

элементы матрицы =[й?(/],(/,./= 1...3) направляющих косинусов,

определяющей взаимную ориентацию связанного с корпусом измерительного модуля трехгранника хкукгк (к) и горизонтного географического трехгранника

ДА, =

А УЕ Р^втф

Аф;

УТЕ - [1теУте;

(1.1)

ENh(h); в случае малых углов качек ¿/11 = cos ¿/12 = sin AT; d2l~ -sin К; d22 = cosK;

К особенностям решения на частоте 50 Гц (шаг дискретности dt) задачи ориентации измерительного модуля следует отнести формирование на рабочей частоте первых интегралов от составляющих вектора угловой скорости в осях измерительного блока с учетом модели погрешностей датчиков угловой скорости (имитация выходов акселерометров), вычисление в качестве промежуточного кинематического параметра вектора Эйлера, затем кватерниона на основе параметров Родрига-Гамильтона и матрицы направляющих косинусов [22—26].

Предусмотрен режим калибровки на стенде или объекте, обсервационный режим работы интегрированной системы с привлечением скоростных и позиционных измерений по данным GPS/TJTOHACC [27, 28], а также использование при маневрировании дополнительного курсового измерения, автономный режим с опорой на ЛАГ.

Для совместной обработки измерений БИИМ, GPS и ЛАГа используется дискретный алгоритм оптимального фильтра Калмана (ОФК)[29-40] 24-го или 25-го порядка с обратной связью по всему вектору состояния на каждом шаге измерений. Дискретность измерений 1с.

При формировании выходных данных измерительного блока и измерений использовались следующие имитационные модели: Модель погрешностей гироскопов имеет вид: Аоэ,- = А со, + Дю,- + Acof + Дсо№ + Доз(ф, / = x,y,z,

Дм;- = , ААА/^С/о),

0 -G

A coN = 0 Gy

0

ху

co^

C0;,

to.

Acof - ARAX cos q + ARBX sin q, Дсо^ - ARAy cos q + ARBy sin q

1) Дй5г- — систематические составляющие дрейфов в проекциях на оси хуг измерительного блока, которые характеризуют смещение нулей от пуска к пуску — случайные величины уровня 3 °/ч;

2) &Mgi — нестабильность масштабных коэффициентов от пуска к пуску — случайные величины с уровнем 0.3%;

п п

3) Атх и Дю^ - погрешности компенсации на стенде "горизонтных"

составляющих "румбовых" дрейфов измерительного блока(оси х я у лежат в плоскости горизонта, причем ось у совпадает с проекцией продольной оси корабля на плоскость горизонта, а ось л: — перпендикулярна ей и направлена в

правый борт)-случайные величины с уровнем (1а) 0,5° / ч.

4) С^,, СХ2, Сух, , С:х, -погрешности ортогонализации осей

чувствительности гироскопов - случайные величины с уровнем (1а) 10 угл.с.;

5) флюктуационные составляющие дрейфов в проекциях на оси измерительного

блока- белый шум интенсивности Qг - а2/ ,сг = 20° 11ЦОЕгГ = 0.01с;

Модель погрешностей линейных акселерометров в проекциях на оси измерительного блока:

8а(- = 5 а1 + Ъа1 + 5а№ + 5 а?,г = х,у,г Ц = и, ■ АМа .. ДМ0( = ■ ^(0,АМШ (?0)

0 Лхг ~Аху пх

5ам - 0 Аух • пу

0

1) 5а{— смещение нулей линейных акселерометров - случайные величины с уровнем 0,03м/с2;

2) ДМа - нестабильность масштабных коэффициентов линейных акселерометров- случайные величины с уровнем 0,1%;

3) А ^А^,А уА^А^, А -погрешности ортогонализации осей чувствительности гироскопов

4) 8af — флюктуационные составляющие погрешностей акселерометров в проекциях на оси xbybzb измерительного блока- белые шумы интенсивности

Q-a2t, а = 0,Ьи/с2,/ = 0,1с.

Мультиантенная ПА GPS/ГЛОНАСС типа МРК-11 :

1 ) Флюктуационные погрешности выработки составляющих линейной скорости в доплеровском канале- дискретные белые шумы с дисперсиями а на

частоте 1Гц, а = 0,2м/с;

2) флюктуационные погрешности выработки координат места в дальномерном канале - дискретные белые шумы с дисперсиями

2 2 2 2 С5ф,ст^ = cw / cos ф на частоте 1 Гц, стф =аж =30м;

3) ЪК — систематическая составляющая погрешности выработки курса, т.е. погрешность привязки по курсу отсчетных баз ПА СНС и БИИМ, —случайная величина с уровнем 0.5...2.0 град.;

4) ЪК — случайная составляющая погрешности выработки курса, -марковский процесс первого порядка с интервалом корреляции порядка 900 с и

ок — 10 угл.мин. ;

5) ЪКФ — флюктуационная составляющая погрешности выработки курса -белый шум с дисперсией а2Кф - (Ъ0угл.мин)2 на частоте 1 Гц.

Относительный ЛАГ:

1) Vte,Vtn-восточная и северная составляющие морских течений, которые являются основными погрешностями относительного лага —марковские процессы первого порядка с интервалом корреляции порядка 5400 с и

aTi = 0,2...0,3л/ / c(i = E,N);

2) флюктуационная составляющая погрешности относительного ЛАГа—

2 о

белый шум с дисперсией ст^ = (0,2м / с) на частоте 1 Гц.

Начальные неопределенности (погрешности режима грубой выставки):

- погрешности выработки курса (а) - 1...3 град;

- погрешности горизонтирования платформы (р, у) - 0.3... 1 град;

- погрешности выработки составляющих вектора скорости (АУЕ,АУМ)- 1 м/с;

- погрешности выработки координат места (Дф, а^) - 50 м.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чан Танг Дык, 2014 год

Список литературы

1) Лукомский Ю. А., Корчанов В.М. Управление морскими подвижными объектами. СПб.: Элмор, 1996.

2) Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / В. В. Матвеев, В. Я. Распопов/ Под общ.ред. д.т.н. В. Я. Распопов-СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. - 280 с. ISBN 978-5900780-73-3

3) Анучин О. Н., Емельянцев Г. И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / Под общ.ред. академика РАН В.Г. Пешехонова. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 390 с

4) Ю.А. Лукомский, В.Г. Пешехонов, Д.А. Скороходов. Навигация и управление движением судов. - СПб.: Элмор, 2002.

5) Чан Т. Д., Ха Мань Тханг, Лукомский Ю. А., Шпекторов А. Г., Боронахин А. М., Обоснование требований к системам навигации и ориентации при решении задач управления движением подвижных объектов // Известия, СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2012 №2 С.77-88.

6) http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6687/%D0%А1 %D0%A3%D0%94% D0%90

7) О. А. Степанов. Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации // Гироскопия и навигация. 2002. №1. С.23-45.

8) Г. И. Емельянцев, С.П.Алексеев. Об интеграции информационного обеспечения задач навигации, стабилизации и управления движением морских подвижных объектов // Навигация и гидрография. 1996. № 2. С.73-76.

9) Герд Бедекер. Точное определение ориентации летательного аппарата с помощью многоантенных приемников GPS// Гироскопия и навигация. 2008. №4. С.21-28.

10) G. Boedecker. Sensor Orientation from Multi-Antennae GPS and Gyros. Vortrag, 12th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems Manuskript. 2005. P. 17-24.

11) D. A. Brzezinska. Direct Sensor Orientation in Airborne and Eand-based Mapping Applications. Report №461. Geod. Geoinf. Sci. The Ohio State University. 2001.

12) О. H. Анучин, Г. И. Емельянцев. Бесплатформенные инерциальные системы навигации и ориентации (БИНС и БИСО). Учебное пособие. СПб: ИТМО. 1995. 110с.

13)Вагущенко Л.Л. Судовые навигационно-информационные системы. — Оддеса Латстар, 2004 -302с.

14) Сайт ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», http://www.elektropribor.spb.ru/ru frset.html

15) Л. П. Несенюк. Бесплатформенные инерциальные системы. Обзор состояния и перспектив развития // Гироскопия и навигация. 2002. №1. С. 13-22.

16) Герд Бедекер. Точное определение ориентации летательного аппарата с помощью многоантенных приемников GPS// Гироскопия и навигация. 2008. №4. С.21-28.

17)G. Boedecker. Sensor Orientation from Multi-Antennae GPS and Gyros. Vortrag, 12th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems Manuskript. 2005. P. 17-24.

18) D. A. Brzezinska. Direct Sensor Orientation in Airborne and Land-based Mapping Applications. Report №461. Geod. Geoinf. Sci. The Ohio State University. 2001.

19) Л. И. Ткачев. Системы инерциальной ориентировки. Основные положения теории. М.: МЭИ. 1973.

20) Г. И. Емельянцев, В. А. Каракашев. К анализу ошибок связанной инерциальной навигационной системы // Изв. вузов СССР «Приборостроение». 1973. № 5.

21) В. А. Каракашев. Обобщенные уравнения ошибок инерциальных навигационных систем // Изв. вузов СССР «Приборостроение». 1973. № 3.

22) Я. И. Биндер, Г. И. Емельянцев. Метод оценки румбовых дрейфов бесплатформенного инерциального измерительного модуля в условиях маневрирования объекта // Гироскопия и навигация. 2004. №2. С.93-100.

23) Г. И. Емельянцев, Л. П. Старосельцев, С. В. Игнатьев, А. Г. Саунонен. О румбовых дрейфах бескарданного инерциального модуля на волоконно-оптических гироскопах // Гироскопия и навигация. 2005. №1. С.22-29.

24) А. Липтон. Выставка инерциальных систем на подвижном основании // Пер. с англ. М.: Наука. 1971.

25) В. Н. Бранец, И. П. Шмыглевский. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит. 1992.280с.

26) А. Ю. Ишлинский. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация. М.: Наука. 1976.

27) А. И. Лурье. Аналитическая механика. М.: Изд-во физ.-мат.лит. 1961.

28) В. Д. Андреев. Теория инерциальной навигации. Кн.1. Автономные системы. Кн.II. Корректируемые системы. М.: Наука. 1966, 1967.

29) П. В. Бромберг. Теория инерциальных систем навигации. М.: Наука.

1979.

30) Бортовые устройства спутниковой радионавигации. // Под ред. В. С. Шебшаевича. М.: Транспорт. 1988.

31) К. А. Виноградов и др. Абсолютные и относительные лаги. Справочник. Л.: Судостроение. 1990.

32) С. П. Дмитриев. Высокоточная морская навигация. СПб.: Судостроение.

1991.

33) С. П. Дмитриев. Постановка задачи выставки БИНС на подвижном объекте как задача нелинейной фильтрации // Гироскопия и навигация. 1993. № 2. С.39-44.

34) С. С. Ривкин, Р. И. Ивановский, А. В. Костров. Статистическая оптимизация навигационных систем. JI.: Судостроение. 1976.

35) О. А. Степанов. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор». 1998. 370с.

36) Лукомский Ю. А., Корчанов В. М. Управление морскими подвижными объектами. СПб.: Элмор, 1996.

37) Лукомский Ю. А., Шпекторов А. Г. Непрямая квадратичная задача при синтезе систем управления движением скоростного судов// Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2008. №1. С. 26-34.

38) Анучин О. Н., Емельянцев Г. И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / Под общ.ред. академика РАН В.Г. Пешехонова. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. - СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 390 с.

39) Гупалов В. И., Мочалов А. В., Боронахин A.M. Инерциальные методы и средства определения параметров движения объектов и свойств рельсового пути: Учеб. Пособие - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. - 144с.

40) Чаи Т. Д., Боронахин А. М., Ха Мань Тханг, Лукомский Ю. А., Шпекторов А. Г., Гировертикаль для задач управления движением скоростного судна //Известия, СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2012 №4 С.75-80.

41) Чан Танг Дык, Дао Ван Ба, Ле Ван Чанг, Оптимизация алгоритмов инерциальной навигационной системы надводных объектов// Известия, СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2014 №4 С.58-62.

42) Чан Танг Дык, Дао Ван Ба, Ле Ван Чанг. Системы навигации в задачах управления движением надводными объектами// 66-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава университета, СПБЭТУ «ЛЭТИ» 2013, Сборник докладов студентов, аспирантов и молодых ученых, 1-8 февраля 2013,г. Санкт Петербург. С. 208-212.

43) В.А. Терехов, Д.В. Ефимов, И.Ю. Тюкин, В.Н. Антонов. Нейросетевые системы управления. — СПб. Изд-во С-Петербургского университета, 1999.

44) Г.Н. Лебедев, Лэ Хи Фонг. Интеллектуальные системы управления полетом на основе нейросетевых технологий // Навигация и управление движением: Материалы докладов V конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»/ под общ.ред. В.Г. Пешехонова. — СПб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2004. - С. 7 - 12.

45) В.А. Зуев, Ю.А. Лукомский., А.Г. Шпекторов. Автоматическая стабилизация судна на воздушной подушке на заданной траектории // Гироскопия и навигация, №3 - 2003. - С. 26 - 37.

46) Скороходов Д.А. Системы управления движением кораблей с динамическими принципами поддержания. — СПб.: ГНЦ РФ — ЦНИИ «Электроприбор», 2000.

47) Инерциальные навигационные системы морских объектов / Д. П. Лукьянов, А. В. Мочалов, А. А. Одинцов, И. Б. Вайсгайт. - Л.: Судостроение, 1989,- 184 е., ил. ISBN 5-7355-0094-5 (переведена в КНР в 2014 г.).