Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов - Анучин О.Н.
ISBN 5-90780-22-8
Скачать (прямая ссылка):
Блок-схема взаимодействия основных задач, решаемых в вычислителе ИСОН, представлена на рис.4. ІЗ, где
- оценки погрешностей БИИМ в моделировании горизонтного трехгранника с географической ориентацией осей, выработке составляющих вектора линейной скорости и координат места объекта, а также опенки нижочастотных случайных составляющих дрейфов ВОГ и погрешностей акселерометров в связанных осях соответственно.
Итак, для выставки ИСОН по курсу и углам качки формируются следующие (2.4.4) скоростные измерения:
Z1Zn=VH- V1S = AVn + v7^v,
Zv1-VS-V^ AVh + m, (4.4.1)
где vi/%,Vy1S/,vy\x — соответствующие погрешности CHC в выработке составляющих вектора линейной скорости, аппроксимируемые процессами типа белый шум с уровнем (Io ) О, і - 0,3 м/с на частоте 10 Гц.
Таблица 4.2
Источник погрешностей Численные значения
Линейный акселерометр:
смещение нуля, м/с2 0,02
нестабильность масштабного коэффициента, % 0,1
нестабильность смещения нуля — марковский про-
цесс первого порядка.
1 о, м/с2 0,002
с, с"1 0,01
«шумовая» составляющая на частоте 50 Гц, м/с2 0.04
Датчик угловой скорости:
смещение нуля, ірад/ч 36
нестабильность масштабного коэффициента, % это-2
нестабильность смешения нуля _ марковский про-
цесс первого порядка:
I о град/ч 2
li, с"' 3,0-!О"3
«шумовая* составляющая на частоте 50 Гц. град/ч 36
Начальные неопределенности: __
по углам качки, град по курсу, град по координатам места, м по составляющим линейной скорости, м/с 0,5 5 30
313
При численном моделировании данной задачи на ПЭВМ при формировании измерений для фильтра Калмана использовалась имитационная модель погрешностей ИСОН 21-го порядка. Численные значения (1о) инструментальных погрешностей ЧЭ и начальные неопределенности выходных данных БИИМ приведены в табл.4.2.
Для обеспечения наблюдаемости низкочастотных случайных составляющих инструментальных погрешностей ЧЭ с целью их непрерывной оценки и коррекции в связанных осях введены модуляционные повороты блока ЧЭ по углу р на +180° в плоскости палубы с угловой скоростью 0,1 с-1.
Расчетная модель погрешностей ИСОН была представлена в виде
x(t) = F(l)x(t) + «(/) + G(O-"'('Wo) = *о , (4-4-2)
где в соответствии с уравнениями погрешностей ИСОН на ДУС вектор состояния и ненулевые элементы матрицы динамики имеют вид [5]:
= [а ? у AVg AVy AV}, ATax AUSу Aaz Aax Aa у Дй2],
" (4.4.3)
Д] =-/],3 =ШЯ =-ф. /],2 =-/2.] =ЮЛ' = P +Xjcos<р.
/2.3 = -/з.2 = <¦>/,= (n -г XJsin <р,
, 1 , , 1,1, 1
Л.4 -^r-tg$,J2.5 =-/7,5 =-1Т-'/з,4 =-5-./8.4 =-5-,
«)_ Лф R-K R;cosif
/б.З = -/s.l = "Е = VE + Vl, (2Л + ^)c°s Ф - (2П + Ф, /4,1 = -/б,2 = ",V = + VE (2П + '-)sin ф + Клф. /5,2 =-/4.3 =S+"A =« + ^л -СЯ(2П+>.)с05ф-(д;ф, /І.7 = /б і о = - cos р COS V)/ sin 6 - sin р sin V|/.
Уї 8 = /5 j j = - sin p cos H1SIn 9 + cos p sin \|/. '.
/i,9 = /6.12 = cos vcos Є, 5;
У2.7 = /4,10 =cosp(cosA'cosO + sin A" sin VJZSInG)-SiIIpSInA-COSVi/, /2,g - /4,11 = sin p(cos/Ccos0 + sin A"sin v)/sin0) +cospsin/Ccos V)/, /29 = /412 = cos K sin O - sin A" sin v)/cos 0.
/37 = /5 10 = cos p(-sin K cos 0 + cos K Sill V[/sin 0)- sin p cos K COS V)/,
314
/з,8 =/511= sin Pt-SLIiA-COsO + cos ATsinxj/sinO) + cospcos A" cos 14/, /3,9 - /5,12 = ~(SLn ^ O+ cos A" sin 14/cos 0).
(4.4.4)
Отметим, что коэффициенты /41,/51,/6 2>/б з ' формируемые по данным линейных акселерометров блока ЧЭ, обусловлены в основном рысканием и качкой судна при отстоянии места установки БИИМ относительно его ц.м.
Численное моделирование осуществлялось для шести вариантов, условия которых пглпзедены в табл.4.3.
Таблица 4.3
Номер варианта Отстояние Рыскание Качка Модуляцноииые повороты
1 Отсутсі яует Отсутствует Отсутствует Отсутствуют
2 —"— Есть
3 Малые
4 Большие
5 Есть Малое ] Отсутствует
6 Большое І —"*—
Причем отстояние характеризовалось следующими значениями: по поперечной оси — 2 м, по продольной — 20 м, а по вертикальной — 5 м. Параметры малой и большой качки принимались: малая качка и рыскание:
рыскание — ф"' -1,5°,7ф = 25 с килевая качка — у"' = 1.5°,Txv = 10 с бортовая качка — 0"' = 2.00,!? - 15 с
большая качка и рыскание: ¦¦'
рыскание - <р"р = 3,0°,7ф - 20 с
килевая качка ^ ц/"' = 2,5°,= 5 с
бортовая качка — 0м' = 12,0°,7? = 9 с. Результаты численного моделирования погрешностей ИСОН представлены на рис.4.14,а,б,в,г , соответственно: для погрешности по курсу, погрешности горизонтирования, погрешностей ка-315
либровки ВОГ и акселерометров. На этих рисунках цифры на графиках соответствуют номеру варианта моделирования из табл.4.3.
800 400
О
-400
1—I
F 2.3,'
I—
6
г)
400 200 О
-200
Ati/g,yrn.c.
. . .1
... ¦....f .:.-.4 5.0 • ¦
Рис.4.14. Результаты численного моделирования погрешностей ИСОН в выработке курса (о), в моделировании вертикали места (б), для ошибок оценок погрешностей калибровки 1ЮГ (в), для ошибок оценок погрешностей акселерометров (г)
Анализ результатов позволяет заключить, что при размещении БИИМ на грубых инерциальных датчиках вблизи ц.м, судна использование модуляционных поворотов его измерительного блока обеспечивает устойчивость рассматриваемой ИСОН по курсу, калибровку инструментальных погрешностей его ЧЭ при выставке в условиях неподвижного основания и на качке. При этом для применения линейных процедур фильтрации необходимо, чтобы начальная неопределенность по курсу не превышала 5-6°, что может быть обеспечено привлечением, например, данных от магнитного компаса или значений путевого угла от ПА CHC для
