Глава I. Аналитическая часть

1.1. Постановка задачи

Разработать и отладить программное обеспечение статистического моделирования работы КЭНС. ПО должно представлять из себя подпрограмму, вызываемую из модуля формирования параметров для работы алгоритмов КЭНС, работающего в составе моделирующего комплекса.

Программа должна взаимодействовать с модулем посредством файл-обменного интерфейса через транзитный текстовый файл. ПО должно формировать случайные вносимые ошибки и передавать их модулю КЭНС, принимать от модуля массивы выборки и производить их статистическую обработку.

Входными данными программы должны являться номер полётного задания, номер зоны коррекции и количество вариантов полёта БПЛА.

На выходе программа должна выдавать информацию об ошибках коррекции: математическое ожидание, средне-квадратическое отклонение, максимальное и минимальное значения для X, Z, VX и VZ, а так же количество отказов при выполнении коррекции и признак столкновения с рельефом.

С помощью разработанного ПО провести ряд экспериментов для подтверждения его работоспособности и получения практических результатов.

1.2. Обзор предметной области

1.2.1. Назначение и принципы действия кэнс

Одними из наиболее перспективных и динамично развивающихся систем для решения задачи корректировки ИНС являются корреляционно-экстремальные навигационные системы (КЭНС). Поэтому они и получили широкое применение. КЭНС предназначена для коррекции горизонтальных координат и проекций скорости БПЛА, счисляемых навигационной системой бортового комплекса управления (БКУ), с использованием заранее известно эталонной информации об участках маршрута БПЛА.

Различают следующие виды КЭНС:

- КЭНС по рельефу местности (рельефометрическая КЭНС);

- Радиолокационная КЭНС (оптическая КЭНС по изображениям местности);

- Магнитометрическая КЭНС;

- Гравитационная КЭНС;

- Оптическая КЭНС.

В данной работе рассматривается рельефометричаская КЭНС. Измерение высоты рельефа подстилающей поверхности обеспечивается путем комплексирования сигналов, поступающих от радиовысотомера, баровысотомера, вертикального канала, инерциального канала.

КЭНС является поисковой системой, функционирующей на основе задания множества гипотез об истинном движении объекта на некотором интервале времени, предшествующем текущему моменту. Каждой гипотезе ставится в соответствие определенная реализация, извлекаемая из карты поля рельефа. Сопоставление сигналов датчика поля и реализаций осуществляется путем вычисления некоторого функционала. Гипотеза, соответствующая минимуму функционала, считается истинной.

КЭНС вырабатывает оценки навигационных параметров в зонах коррекции(ЗК), расположенных по маршруту полета и представляющих собой участки местности, ограниченные прямоугольными областями, каждая из которых включает доверительный квадрат навигационных ошибок по плановым координатам.

Эталонные матрицы высот зон коррекции формируются в системе подготовки полетных заданий из цифровых карт рельефа и вводятся в виде 8-ми разрядных чисел в БЦВМ, представляющих собой двоичный код высот рельефа в узлах прямоугольной сетки, покрывающей ЗК.

Размеры дискретов матрицы высот, длина участка набора информации и другие параметры, необходимые для работы КЭНС в каждой ЗК, вводятся на борт в составе паспорта ЗК, состоящего из 16-ти разрядных слов. Максимальное количество ЗК – 8, а соответствующий объем вводимой эталонной информации (без учета паспортов ЗК) составляет 64 Кбайт.

Таблица 1.1. Структура массива паспортов зон коррекции

Номер кода	Наименование, размерность	Обозначение	Тип	База
1	Число ЗК-1	MZ_ek	Int	32768
2-65	Паспорт 1-й ЗК	-	-	-
66-129	Паспорт 2-й ЗК
130-193	Паспорт 3-й ЗК
194-257	Паспорт 4-й ЗК
258-321	Паспорт 5-й ЗК
322-385	Паспорт 6-й ЗК
386-449	Паспорт 7-й ЗК
450-513	Паспорт 8-й ЗК

Таблица 1.2. Структура паспорта зон коррекции.

Номер кода	Наименование, размерность	Обозначение	Тип	База
1	Координата CX до начала набора (НН) в ЗК	XHZK_ek	Float	3145728
2	Координата X нн в ортодромической системе координат	XHH_ek		262144
3	Координата X нн в системе координат эталона	XOM_ek		65536
4	Координата Z левого нижнего угла ЗК	ZOM_ek
5	Дискрет эталона по оси X	DXE_ek		8192
6	Дискрет эталона по оси Z	DZE_ek
7	Число дискретов ЗК по X	N_ek	Int	32768
8	Число дискретов ЗК по Z	M_ek
9	СМХ начала ГК	XHKG_ek	Float	65536
10	Число дискретов доверительного квадрата по X на этапе ГК	NX_ek	Int	32768
11 12	Размеры окрестности ошибок на этапе ТК	AX_ek AZ_ek	Float	8192
13	Максимальная длина в БЦВМ реперной линии ГК с учётом ошибок по скорости	XG_ek		262144
14	Максимальная длина в БЦВМ реперной линии ТК с учётом ошибок по скорости	XT_ek
15	Дискрет интерполяции высот рельефа	DXH_ek		256
16	Дискрет интерполяции массивов T и Z	DXTG_ek		2048
17	Дискрет соединения высот рельефа	OMX_ek
18	Дискрет формирования приращений, выраженный в дискретах DXE	OM_ek	Int	32768
19 20	Дискреты переборов по координатам на этапе ГК	DPXG_ek DPZG_ek	Float	2048
21 22	Дискреты переборов по координатам на этапе ТК	DPXT_ek DPZT_ek
23 24	Дискреты переборов по скорости на этапе ГК	DVXG_ek DVZG_ek		16
25 26	Дискреты переборов по скорости на этапе ТК	DVXT_ek DVZT_ek
27 28	Количество переборов по скорости на этапе ГК	NVXG_ek NVZG_ek	Int	32768
29 30	Количество переборов по скорости на этапе ТК	NVXT_ek NVZT_ek
31	Дискрет смещения реализации при срыве ГК	DXHKS_ek	Float	65536
32	Допустимое число срывов ГК	NSGK_ek	Int	32768
33	Коэффициент, определяющий базу высоты	KBHU	Float	1024
34	Средняя высота в ЗК	HC_ek		8192
35	Порог отсутствия ориентации	PROP_ek		1
36	Признак однократной коррекции	PRONE_ek	Int	32768
37	Длина реперной линии ГК в дискретах эталона	NG_ek
38	Длина реперной линии ТК в дискретах эталона	NT_ek
39 - 64	Резерв	–	–	–

В первой ЗК, расположенной после длительного участка автономной навигации возможно без использования навигационной аппаратуры пользователя (НАП), основная задача КЭНС заключается в надежной оценке плановых координат и проекций скорости с целью обеспечения вывода изделия в следующую ЗК. Основной задачей работы КЭНС во всех последующих ЗК – это обеспечение вывода БПЛА в зону надежной работы системы конечного наведения. Собственно это условие и определяет необходимые точности по оценке плановых координат и проекций скорости летательного аппарата с помощью КЭНС.

Во всех ЗК используется режим разовой коррекции (РК), базирующийся на традиционных алгоритмах поисковой КЭНС.

Вычисление режима разовой коррекции производится после набора измерительной информации на заданном интервале, начинающемся в центре доверительного квадрата по показаниями ИНС, и осуществляется в два этапа: грубая (ГК) и точная (ТК) коррекция.

На этапе ГК оценки ошибок координат и проекций скорости формируются путем полного перебора гипотез об ошибках по координатам и скорости в пределах доверительного квадрата ЗК и поиска минимума функционала сравнения измеренных и эталонных реализаций высот рельефа. В качестве функционала сравнения принята сумма модулей разностей измеренных и эталонных высот рельефа по всем отсчетам сравниваемых реализаций.

В результате такой операции вырабатываются оценки ошибок по координатам и скорости, соответствующие глобальному минимуму функционала, которые поступают в ИНС для ее коррекции.

Поиск оценок на этапе ТК проводится в окрестности значений ошибок навигационных параметров, полученных на этапе ГК.

Размер окрестности соответствует предельным ожидаемым ошибкам КЭНС на этапе ГК, а интервал набора измерительной информации может быть увеличен за счет использования информации, набранной до центра доверительного квадрата, или присоединения новой информации, накапливаемой при полете до конца ЗК. На этапе ТК по сравнению с ГК точность оценок улучшается за счет уменьшения дискретов перебора гипотез.

После завершения этапов ГК и ТК по измеренной и экстремальной реализациям высот рельефа вычисляются:

- оценки ошибок плановых координат в ортодромической системе координат и оценки ошибок проекций скорости на момент внесении поправок в ИНС;

- нормированный функционал (Фн), несущий информацию о соотношении сигнал/шум, и на его основе – признак отсутствия ориентации (ПрОО), формируемый при сравнении значения Фн с пороговым значением, при котором результаты ориентации недостоверны.

На этом процесс ориентации в данной ЗК закачивается.

Рисунок 1.1. Пример расположения зон коррекции.