Обзорно-сравнительные радионавигационные системы

Принципы построения обзорно – сравнительных

Радионавигационных систем

3.1.1. Принцип построения обзорно-сравнительных систем

Обзорно-сравнительные системы (ОСС) предназначены для определения местоположения ЛА по результатам сравнения не­которых наблюдаемых с помощью бортовых датчиков физичес­ких параметров, характеризующих местность, над которой со­вершается полет, с эталонными параметрами, хранящимися в памяти системы. В радиотехнических ОСС наблюдаемыми пара­метрами являются высоты точек рельефа местности, дальность и угловые координаты радиолокационных ориентиров на местно­сти и другие навигационные параметры, определяемые радиона­вигационными и радиолокационными системами.

Принцип действия ОСС заключается в следующем. Заранее, до полета, заготавливается эталонная карта местности (ЭКМ), на которой местность, где предполагается проведение полета, изображается в таком виде, в каком ее дает датчик, установ­ленный на ЛА. Во время полета ЛА его бортовые датчики вос­производят текущее изображение местности, т.е. дают текущую карту местности (ТКМ). Полученная ТКМ сравнивается в спе­циальном устройстве с ЭКМ. По результатам сравнения указан­ных карт определяют отклонение текущего положения ЛА (точ­ка на рис. 3.1) от заданного (точка О). Продольное и поперечное отклонения ЛА от заданного места на траекто­рии его полета определяются по величине сдвига ЭКМ, который необходим для совпадения эталонной и текущей карт местности. Найденные значения и могут быть затем использованы либо для получения командных сигналов для системы автомати­ческого управления полетом с целью вывода ЛА на заданную траек­торию, либо для коррекции основной (грубой) навигационной си­стемы ЛА.

Обобщенная структурная схема ОСС приведена на рис. 3.2. Датчик карты местности (ДКМ) вырабатывает сигналы, харак­теризующие информативные параметры местности (рельеф мест­ности, ее отражающая способность, естественное излучение зем­ной поверхности, профиль горизонта и т.п.), над которой проис­ходит полет ЛА. Сигналы с ДКМ поступают на формирователь карты местности ФКМ, который преобразует эти сигналы в фор­му, удобную для сравнения с эталонной картой. Необходимая для сравнения опорная информация подается с датчика эталонной карты местности ДЭКМ (блок памяти системы). Обычно ФКМ осуществляет дискретизацию по времени, квантование по уровню и масштабирование по скорости V и высоте H сигналов ДКМ, Требуемая для такого преобразования информация поступает от внешних систем и устройств (инерциальная система ИНС, радио­высотомер РВ и др.).

Устройство сравнения карт местности (УС) производит перебор возможных положений ЛА на эталонной карте и для каж­дого такого положения вычисляет по определенному алгоритму меру сходства наблюдаемого изображения местности с эталон­ным изображением.

	Рис. 3.1. Отклонение текущего положения ЛА от заданного		Рис. 3.2. Обобщенная структурная схема ОСС

Обычно УС представляет собой коррелятор, который вычисляет взаимнокорреляционную функцию (ВКФ) на­блюдаемого изображения (ТКМ) и эталонного изображения (ЭКМ). Поэтому метод, на котором основана работа ОСС, назы­вают корреляционным, а сами системы относят к классу корре­ляционно-экстремальных навигационных систем. В таких систе­мах точному совпадению изображений соответствует экстремум (максимум или минимум) нормированной ВКФ.

Анализ результатов сравнения карт производит решающее устройство (РУ). Это устройство, сопоставляя результаты сравнения с информацией о местоположении ЛА от грубой навигацион­ной системы (ГНС) (инерциальная или доплеровская система счисления пути), определяет координаты ЛА (КЛА). Функции фор­мирователя карты местности, сравнивающего и решающего уст­ройств обычно выполняет ЦВМ ОСС, Иногда для ускорения про­цесса сравнения карт устройство сравнения выполняется в виде отдельного специализированного процессора.

Точность определения местоположения с помощью ОСС зави­сит от степени достоверности и детальности эталонной карты местности. Для изготовления ЭКМ используют данные, получен­ные от искусственных спутников Земли, данные аэрофотосъемки местности, анализ детальных топографических карт и другие ис­точники информации. Системы, в которых информация обрабатыва­ется в ЦВМ, используют цифровые ЭКМ, представляющие собой матрицу из ячеек (см. рис. 3.1), содержащих кодированную ин­формацию об элементарном участке местности. Минимальный раз­мер ячейки ЭКМ определяется разрешающей способностью борто­вого датчика текущей карты местности, а записанное в нее чис­ло - динамическим диапазоном изменения измеряемого датчиком параметра и принятым уровнем квантования сигнала этого датчи­ка. Чем меньше размеры ячейки (чем выше разрешающая способ­ность датчика) и уровень квантования, тем более подробной бу­дет эталонная карта и тем выше потенциальная точность ОСС.

Однако при большой протяженности маршрута, для которого заготовляется эталонная карта, и большой детальности послед­ней требуется очень большой объем памяти ЦВМ ОСС, Поэтому при выборе размера эталонной карты, размера ячейки и уровня квантования исходят из компромисса между требуемой точностью и объемом памяти системы. Одним из таких, часто используемых компромиссных подходов, является применение ОСС только на отдельных участках коррекции системы счисления пути. Расстоя­ние между такими участками коррекции зависит от степени сни­жения точности системы счисления со временем, и чем меньше скорость увеличения погрешностей системы счисления (т.е, чем выше точность этой системы), тем реже требуется ее коррекция, тем меньше требуемый объем памяти ОСС. Точность современ­ных ИНС соответствует накопленной погрешности в 1,85 км за 1 час полета [2]. Дополнительного снижения требований к объему памяти ОСС достигают путем постепенного повышения точности местоопределения в ОСС по мере приближения к конечному пункту маршрута ЛА. В этом случае на начальном этапе маршрута используют более грубые эталонные карты с большими размерами ячеек и большим уровнем квантования, а на конечном - эталон­ные карты с максимальной степенью детализации.

Структурная схема навигационной системы, в которой ОСС служит для коррекции инерциальной системы счисле­ния пути, приведена на рис. 3.3. Здесь получаемая от датчика текущей карты местности (ДКМ) информация обраба­тывается совместно с ин­формацией от датчика эта­лонной карты (ДЭК) местности в ЦВМ ОСС. Эта ЦВМ, выполняю­щая основные операции по сравнению карт местности, вырабатывает сигналы, пропорцио­нальные отклонениям ЛА от заданной точки траектории , . Полученные сигналы используются для коррекции инерциальной навигационной системы ИНС, данные от которой подаются в на­вигационную ЦВМ (НЦВМ), управляющую полетом ЛА.

 

	Рис. 3.3. Структурная схема навигационной системы

 

 

В зависимости от вида получаемой в системе текущей кар­ты местности различают два основных типа ОСС: системы нави­гации по рельефу местности и системы навигации по картам местности, В системах навигации по рельефу местности текущая карта обычно является функцией одной координаты и представ­ляет собой линейное изображение (обычно рельеф местности по траектории полета). В системах навигации по картам местности используются изображения местности (например, типа радиолока­ционного РСА изображения), являю­щиеся функциями двух координат (азимута и дальности). Систе­мы навигации по рельефу местности более просты в реализации, но обладают ограниченными эксплуатационными возможностями.

В системах навигации по картам местности требуется сущест­венно больший объем памяти, чем при навигации по рельефу. По­этому в таких системах иногда применяют покадровое сравнение карт местности цифровых корреляторах и специальные уст­ройства поиска экстремума двумерной ВКФ. Наиболее перспективной в системах навигации по картам местности счита­ется цифровая обработка информации в реальном масштабе вре­мени, при которой удается, не ухудшая существенно точности системы, уменьшить массо-габаритные характеристики аппарату­ры примерно в три-четыре раза.