Сравнительный анализ бортовых инс и сас

Известны многочисленные работы, посвященные исследованию динамики инерционных масс колец карданова подвеса инерциально-навигационных систем (ИНС) и систем детального фотографирования (видеонаблюдения). Основной особенностью подобных систем является то, что все они относятся к системам стабилизации относительно инерциального пространства, тогда как рассматриваемая система АК БОП является системой автоматического сопровождения (САС) подвижных (в инерциальном пространстве) объектов (целей).

Перечислим главные различия бортовых ИНС и САС и их некоторые общие свойства.

Общими для ИНС и САС являются факты применения карданова подвеса с исполнительными приводами на осях вращения для управления положением в пространстве подвижных платформ и наличие контуров обратной связи по угловым координатам или по их производным, измеряемым относительно инерциального пространства с помощью гироскопических устройств.

Угловая скорость стабилизированного элемента ИНС (полезной нагрузки карданова подвеса) является её регулируемым параметром, что позволяет управлять положением в инерциальном пространстве СК Б4, т.е. ИНС представляет собой следящую систему замкнутую по абсолютной скорости, и в связи с этим такое устройство называют «пространственным интегратором» [3]. Теоретически, на выходную платформу ИНС может быть установлено пеленгационное устройство (ПУ) для визирования подвижных целей, тогда подавая выходные сигналы ПУ, соответствующим образом обработанные, на приводы ИНС¸ можно ее «преобразовать» в САС.

Но, как правило, для САС необходим особый подвес, оси вращения которого ориентированы и расположены относительно друг друга из соображений обеспечения требуемых углов обзора, а также в зависимости от скоростей и ускорений пространственного сопровождения динамической цели при минимальных потребных ускорениях приводов относительно качающегося основания.

Оси вращения карданова подвеса ИНС и их взаимное расположение выбираются в соответствии с принципом, заложенным в инерциальную систему, например, они аппаратурно реализуют последовательности углов Эйлера навигационной (или же инерциальной) СК. Различные гироскопические и другие датчики информации в ИНС располагаются на выходной (стабилизированной) платформе и ориентируются в соответствии с принятой для данной ИНС СК («оси стабилизации»). При этом основным режимом управления ИНС является режим сохранения заданного направления в инерциальном или навигационном пространстве (режим стабилизации). Угловое движение ЛА – носителя (в том числе, КК) рассматривается состоящим из сравнительно медленных траекторных движений с малыми колебаниями относительно его центра массы (качка КК). Особенности режима стабилизации позволяют считать углы Эйлера матриц связи различных СК () постоянными, что существенно упрощает выкладки связанные, с вычислением производных от векторов в другом базисе. С учетом особенности режима стабилизации углы поворота рам подвеса, обусловленные работой приводов в ИНС, обычно отсчитываются относительно стабилизируемой платформы (она принимается за неподвижную в инерциальном пространстве). Малые угла качки ЛА и «неподвижность» выходной платформы ИНС, как правило, позволяют легко осуществлять линеаризацию уравнений динамики ИНС.

Для САС, учитывая подвижность целей в инерциальном пространстве, углы поворота колец карданова подвеса ни в каких режимах не могут считаться постоянными, динамика их изменения является высокой и поэтому при определении производной какого-либо вектора в другом базисе возникает необходимость в отыскании производной от матрицы связи базисов, включающей углы, являющиеся функциями времени. Существенные диапазоны изменения углов поворота рам требуют особой осторожности при применении линеаризации уравнений, а в ряде случаев приходится рассматривать исходные нелинейные уравнения, так как линеаризация оказывается слишком грубой.

Инерциальная навигация по своим принципам основана на интегрировании угловых скоростей и линейных ускорений. Как известно [1], угловые скорости можно представлять в виде векторов, поскольку они представляют собой бесконечно малые приращения углов за бесконечно малые приращения времени. В связи с этим применение векторно-матричного аппарата при теоретических исследованиях ИНС обычно не встречают каких-либо затруднений.

САС замыкаются по угловым координатам, однако, известно, что конечные углы поворота некоммутативны и не могут быть представлены в виде векторов. Это обстоятельство приводит к необходимости применения различного рода ухищрений, чтобы можно было воспользоваться удобным и экономным векторно-матричным аппаратом, а также к ряду других принципиальных трудностей.

Для ИНС рамы карданова подвеса в подавляющем большинстве случаев могут быть выполнены в виде симметричных относительно осей вращения тел, при этом главные оси инерции эллипсоида инерции рам направлены вдоль осей вращения, что обращает в нуль центробежные моменты инерции относительно осей вращения и ослабляет взаимные связи между приводами осей вращения. В ряде случаев для ИНС рамы карданова подвеса даже удается выполнить в виде вложенных друг в друга сферических оболочек, при этом эллипсоиды инерции рам оказываются сферическими и почти полностью ликвидируются взаимные связи между приводами. Последнее обстоятельство позволяет их рассматривать при проектировании как автономные.