Антонов Дмитрий Александрович. Бортовой навигационный комплекс повышенной помехозащищенности с переменной структурой для БПЛА

Краткое описание

Антонов Дмитрий Александрович. Бортовой навигационный комплекс повышенной помехозащищенности с переменной структурой для БПЛА: диссертация ... кандидата технических наук: 05.11.03 / Антонов Дмитрий Александрович;[Место защиты: Московский авиационный институт (государственный технический университет)].- Москва, 2015.- 147 с.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» МАИ

Антонов Дмитрий Александрович
Бортовой навигационный комплекс повышенной
помехозащищённости с переменной структурой для
БПЛА
Специальность 05.11.03 - Приборы навигации
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание учёной степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент
Веремеенко Константин Константинович
Москва-2015
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
Введение 5
Глава 1. Концепция построения БНК 10
1.1 Концепция процедуры построения БНК 11
1.2 Режимы работы БНК 14
1.3 Структура организации алгоритмов комплексной обработки информации
БНК 16
1.4 Структура организации алгоритмов ориентации и навигации БНК 20
1.5 Аппаратный состав БНК 22
Выводы по главе 1 25
Глава 2. Математические модели БНК 26
2.1 Математическая модель погрешностей БИНС БНК 26
2.2 Математическая модель погрешности кодовых и доплеровских
измерений приёмника ГНСС 31
2.3 Алгоритмическое обеспечение магнитного компаса, методика
согласования осей и девиационных работ 35
2.3.1 Модель погрешности магниторезистивного датчика. Методика проведения
девиационных работ 37
2.3.2 Методика согласования взаимной ориентации БНК и МК 42
Выводы по главе 2 44
Г лава 3. Алгоритмы комплексной обработки информации основного режима
работы горизонтальных каналов БНК 46
3.1 Оцениватель КОИ БНК базе дискретного фильтра Калмана 46
3.2 Алгоритм КОИ слабосвязанной схемы 49
3.3 Алгоритм КОИ жесткосвязанной схемы 53
3.4 Алгоритм КОИ с переменной структурой 59
Выводы по главе 3 69
Глава 4. Исследование характеристик разработанных алгоритмов 
4.1 Методика и программно-математическое обеспечение имитационного моделирования 70
4.1.1 Моделирование траектории движения, а также параметров ориентации и
навигации 72
4.1.2 Имитационное моделирование измерений БИНС, ГНСС и МК 76
4.1.3 Имитационное моделирование показаний БИНС 77
4.1.4 Имитационное моделирование псевдодальностей, псевдоскоростей и решения
навигационной задачи приёмником ГНСС 78
4.1.5 Имитационное моделирование показаний МК 80
4.1.6 Имитационное моделирование слабосвязанной схемы комплексирования БНК 81
4.1.7 Имитационное моделирование жесткосвязанной схемы комплексирования
БНК 82
4.2 Анализ результатов имитационного моделирования 83
4.2.1 Результаты имитационного моделирования алгоритмов КОИ слабосвязанной
и жесткосвязанной схем комплексирования 84
4.2.2 Результаты имитационного моделирования алгоритма КОИ переменной
структуры 95
4.2.3 Исследование оцениваемости параметров расширенного вектора состояния 106
4.2.4 Анализ результатов имитационного моделирования жесткосвязанной схемы
комплексирования перестраиваемой структуры 110
4.3 Методика и комплекс испытаний БНК на автотранспорте 112
4.4 Результаты испытаний на автотранспорте 115
4.4.1 Результаты испытаний на автотранспорте БИСНС-1ТМ 120
4.4.2 Результаты испытаний на автотранспорте МБНПК “Трилистник” 124
4.5 Лётные испытания БНК 129
4.6 Результаты лётных испытаний БНК на "летающей лаборатории" 130
Выводы по главе 4 137
Заключение 
Список сокращений и условных обозначений 140
Список использованных источников 141

Список литературы

Заключение
В диссертационной работе предложена концепция построения БНК, разработаны структура и алгоритмическое обеспечение БНК, повышающие помехозащищённость комплекса за счёт контроля измерений ГНСС, исключения отказов и переменной структуры алгоритмов КОИ. В результате чего уменьшаются стоимость и время разработки БНК, оптимизируются массогабаритные характеристики и энергопотребление изделия при сохранении требуемых точностных характеристик. В работе предлагаются математические модели погрешностей навигационного комплекса, учитывающие стохастическую и волновую структуру ошибок определения псевдодальности и псевдоскорости НКА ГНСС, и модифицированная модель погрешности БИНС без ограничений на тип траектории движения БПЛА. Предложенный в диссертационной работе оцениватель позволяет производить оценку вектора состояния системы с учётом стохастического и волнового представления погрешностей определения псевдодальностей и псевдоскоростей ГНСС. В работе предлагается методика и ПМО имитационного моделирования предложенных алгоритмов комплексной обработки информации c целью анализа их характеристик, а также методика и комплекс полунатурных испытаний БНК на автотранспорте и методика лётных испытаний. Результаты имитационного моделирования предложенных алгоритмов КОИ, полунатурных и лётных испытаний созданных образцов БНК подтвердили их соответствие заявленным точностным характеристикам определения параметров ориентации и навигации, а также возможность использования предложенного в работе алгоритма КОИ перестраиваемой структуры для обнаружения и исключения отказов с целью повышения помехозащищенности комплекса. В работе показано, что предложенный алгоритм КОИ перестраиваемой структуры позволяет одновременно обнаруживать, сопровождать и исключать до n — 4 НКА ГНСС (n - количество НКА рабочего созвездия ГНСС) без дополнительных ограничений на траекторию и поведение опорного генератора приёмника. Разработанные методики, алгоритмическое и программное обеспечение были внедрены в ОКР ЗАО "Транзас Авиация" «Разработка бесплатформенной инерциально¬спутниковой навигационной системы», что позволило значительно уменьшить стоимость как самих ОКР, так и изделий в целом, ускорить выполнение ОКР, уменьшить массогабаритные характеристики изделия при сохранении требуемых точностных характеристиках при создании образцов БИСНС-1Т, БИСНС-1ТМ, БИСНС-2Т. Предложенные методики и ПМО были внедрены также в учебном процессе кафедры «Автоматизированные комплексы систем ориентации и навигации» МАИ (НИУ) в рамках обучения по дисциплинам «Навигационные системы» и «Программное и алгоритмическое обеспечение ПНК»