РОЗДІЛ 2
СТРУКТУРНА СХЕМА І МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ПОХИБОК ІНТЕГРОВАНОЇ НАВІГАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ
ТА ЇЇ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
Проаналізуємо алгоритми функціонування автономного блока інтегрованої
навігаційної системи наземних об'єктів, розглянемо принцип дії і технічні
характеристики основних функціональних елементів НС: гіроскопа напрямку,
апаратури користувача СНС та механічного датчика швидкості.
Наведений набір датчиків є типовим для більшості типів засобів наземного
транспорту та інших рухомих наземних об'єктів. Серед автономних засобів
наземної навігації найбільше поширення одержали одометричні навігаційні
системи, до складу яких поряд з іншими елементами входить датчик курсу об'єкта
та одометр (механічний датчик швидкості). Апаратура користувача СНС завдяки
високим експлуатаційним характеристикам і вартості, що постійно знижується,
незабаром одержить статус типового навігаційного устаткування наземних об'єктів
[49, 50].
При виборі конкретних типів складових елементів інтегрованої НС орієнтацію було
зроблено на прилади, які серійно виробляються в Україні, зокрема, інтегрований
GPS/ ГЛОНАСС 14-канальний приймач СНС СН-3003 “Базальт”, що виробляється
підприємством “Оризон-Навігація” (Черкаська обл., м. Сміла).
2.1. Склад та алгоритми функціонування одометричної навігаційної системи
У якості автономного блока інтегрованої НС наземного об'єкта використовується
одометрична навігаційна система. Охарактеризуємо склад ОНС, проаналізуємо
алгоритми функціонування системи та основні похибки визначення навігаційних
параметрів руху об'єкта.
Одометричні навігаційні системи відносяться до класу автономних навігаційних
систем і призначені для високонадійного забезпечення споживача навігаційною
інформацією, що містить у собі:
- координати місцезнаходження об'єкта;
- курсовий кут об'єкта;
- відстань до заданого пункту призначення і напрямок на нього.
До складу ОНС, як правило, входять навігаційні обчислювачі, гіроскопічні
курсопокажчики, курсові системи, гіроскопічні компаси, одометри, у якості яких
виступають механічні датчики швидкості, дальноміри і ряд інших приладів і
пристроїв.
Коротко розглянемо принципи побудови одометричних навігаційних систем.
Положення будь-якого об'єкта на земній поверхні визначається його
координатами. Найбільш часто застосовуються наступні системи координат:
- система прямокутних координат, у якій положення точки на земній поверхні
визначається координатами x, y цієї точки відносно взаємно перпендикулярних
осей X і Y. Ця система координат є основною для більшості комерційних і
військових застосувань. Для побудови прямокутної системи координат земна
поверхня розбивається на 60 зон по 6° довготи. У кожній зоні будується своя
прямокутна система координат. За вісь Y приймається лінія екватора, вісь X
паралельна осьовому меридіану зони;
- система полярних координат, у якій положення точки на земній поверхні
задається вектором; модуль цього вектора дорівнює відстані від вихідної точки
(початку відліку координат) до точки місцезнаходження об'єкта, а його напрямок
визначається курсовим кутом;
- система географічних координат, у якій положення точки визначається широтою і
довготою.
Одометричною навігаційною системою можуть вирішуватися навігаційні задачі двох
типів:
- перша (основна) навігаційна задача - визначення координат x, y
місцезнаходження наземного об'єкта і його курсового кута К;
- друга навігаційна задача - обчислення поточного напрямку на заданий пункт
призначення КПП і відстані SПП до цього пункту.
Проаналізуємо алгоритм вирішення першої навігаційної задачі.
Для вирішення цієї задачі використовуються наступні параметри руху об'єкта:
швидкість і курсовий кут. На рис. 2.1 показано визначення прямокутних координат
об'єкта при його русі по горизонтальній ділянці місцевості. Припустимо, що
об'єкт переміщається з точки О до точок 1, 2 і т.п. За невеликий проміжок часу
можна вважати, що горизонтальна складова швидкості об'єкта і курсовий кут К
залишаються незмінними. За цією умовою криволінійний шлях об'єкта можна
замінити прямолінійними ділянками , і т.п.
Прирости координат на цих ділянках будуть рівні
; (2.1)
а координати об'єкта в будь-який дискретний момент часу можуть бути отримані
алгебраїчним підсумовуванням координат початкової точки з приростами координат
, :
(2.2)
Рис. 2.1. Визначення координат рухомого об'єкта за допомогою ОНС
У реальних умовах рельєф місцевості відхиляється від горизонтальної площини.
Отже, істинна швидкість об'єкта повинна бути приведена до площини горизонту
(рис. 2.2), тобто , де - кут тангажа об'єкта.
У одометричних системах, які застосовуються на більшості типів наземних рухомих
об'єктів, кут тангажа , як правило, вважають рівним нулю (нахил місцевості не
враховується). Практика експлуатації наземних транспортних засобів показує, що
помилка в обчисленні координат при прямуванні по середньопересічній місцевості
при такому допущенні не перевищує 0,2…0,3% від пройденого шляху.
Аналізуючи отримані рівняння, можна зробити висновок, що для вирішення першої
навігаційної задачі необхідно:
- безупинно вимірювати швидкість руху об'єкта або відповідний її приріст шляху
;
- вимірювати курсовий кут К об'єкта;
- обчислювати тригонометричні функції - косинус і синус курсового кута;
- обчислювати прирости координат і ;
- підсумовувати отримані прирости координат із координатами вихідної точки.
Рис. 2.2. Профіль рельєфу місцевості
Для зручності аналізу основних похибок ОНС доцільно записати рівняння (2.2) у
неперервному вигляді
(2.3)
При аналізі виразів (2.3) з’ясовується, що на точність визначення прямокутних
координат об'єкта будуть впливати похибки виз
- Київ+380960830922