колесников. отчет пед.пр-ка.docx

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э.Баумана) ________________________________________________________________________

Факультет «СПЕЦИАЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИ» Кафедра СМ5 «АВТОНОМНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ»

Отчет по дисциплине «ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ»

АВТОР студент гр. СМ 5-18

Колесников Александр

Москва, 2019

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 3 1 ЛЕКЦИЯ. НАВИГАЦИЯ ПО РЕЛЬЕФУ МЕСТНОСТИ .................................... 4 1.1 Обзор предметной области .................................................................................. 4 1.2 Математическое обеспечение алгоритма КЭНС ............................................... 8 1.3 Вычисление высоты рельефа местности .......................................................... 11 2 СЕМИНАР. АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ КЭНС...................................................... 13 2.1 Моделирование работы БИНС........................................................................... 13 2.2 Моделирование работы грубой коррекции КЭНС .......................................... 14 2.3 Моделирование работы α - β фильтра ............................................................... 16 3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ КЭНС .......... 18 3.1 Моделирование полета ЛА вдоль некоторой траектории .............................. 20 3.2 Моделирование работы радио- и баровысотомеров........................................ 22 3.3 Сравнение ошибок определения координат местоположения при различных способах автономной навигации ............................................................................. 22 4 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА НИРС .............................................................. 24 5 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ .................................. 25 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 26 МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ........................................ 27

2

ВВЕДЕНИЕ В данном курсе будут рассмотрены основные принципы навигации по рельефу местности. Системы реализующие такой принцип навигации – корреляционно-экстремальные навигационные системы (КЭНС). Основой работы КЭНС является сравнение изображения совокупности ориентиров (текущего изображения) с эталонным изображением, полученным ранее. Разница в положении этих изображений в принятой системе координат позволяет формировать команды для удержания объекта управления на заданной траектории. Также, в рамках данного курса, будут приведены основные типы КЭНС и даны краткие описания их работы. Будет поставлена задача анализа точности работы КЭНС, предложена и подробно изложена методика оценки точностных характеристик КЭНС. Целью данного курса является:  ознакомление с основными типами КЭНС по рельефу местности;  рассмотрение основных характеристик КЭНС;  исследование возможностей применения КЭНС для коррекции работы навигационных систем;  разработка моделей КЭНС. В практической части курса будет предложено техническое задание на выполнение НИРС и курсового проекта по данной дисциплине, а также методические указания к выполнению лабораторной работы.

3

1 ЛЕКЦИЯ. НАВИГАЦИЯ ПО РЕЛЬЕФУ МЕСТНОСТИ 1.1 Обзор предметной области Одними из наиболее перспективных и динамично развивающихся систем для

решения

задачи

корректировки

БИНС

являются

корреляционно-

экстремальные навигационные системы (КЭНС). Поэтому они и получили широкое применение. КЭНС предназначена для коррекции горизонтальных координат и проекций скорости летательного аппарата (ЛА), счисляемых БИНС, с использованием заранее известно эталонной информации об участках маршрута ЛА. Различают следующие виды КЭНС:  КЭНС по рельефу местности (рельефометрическая КЭНС);  Радиолокационная КЭНС (оптическая КЭНС по изображениям местности);  Магнитометрическая КЭНС;  Гравитационная КЭНС;  Оптическая КЭНС. На рисунке 1 показаны основные типы КЭНС. В настоящее время все разработки КЭНС ориентированы на цифровую обработку информации, а задача определения координат местоположения ЛА предполагает наличие бортовой эталонной карты поля. Поэтому для разработчиков наибольший интерес представляет классификация КЭНС по объему рабочей информации и алгоритмам корреляционно-экстремальной обработки рабочей информации. По объему рабочей информации КЭНС делятся на три класса: КЭНС-1 – в системах этого класса измеряемая информация геофизического поля является одномерной, скалярной величиной; КЭНС-2 – в системах этого класса бортовой датчик в течение короткого времени снимает информацию о поле вдоль заданной линии сканирования и эта информация выступает в качестве элементарного измерения поля, но представляет из себя некоторый одномерный массив (линейный объект);

4

КЭНС-3 – в системах этого класса измерением поля является информация, снимаемая датчиком с некоторого участка земной поверхности ("кадр" информации), т.е. измерение – это некоторый двумерный массив. Корреляционно-экстремальные навигационные системы (КЭНС) По объему рабочей информации датчика поля2 -

КЭНС-3 (измерение «кадр»)

КЭНС-2 (измерение вдоль линии)

КЭНС-1 (измерение в точке)

По объему эталонной информации на борту КЭНС-1 (система без памяти)

КЭНС-1 (система с памятью)

КЭНС-2 (система без памяти)

КЭНС-2 (система с памятью)

КЭНС-3 (система без памяти)

КЭНС-3 (система с памятью)

По способу хранения и обработки информации Аналоговые

Аналого-цифровые

Цифровые

По алгоритмам корреляционно - экстремальной обработки рабочей информации Эвристические

Поисковые

Беспоисковые

Комбинированные

Рисунок 1 − Классификация КЭНС Возможны и промежуточные классы КЭНС, в которых измерением является информация с нескольких точках, вдоль нескольких линий и др. Важным достоинством КЭНС-1 является возможность использования для измерений как поверхностных полей Земли (поле ВРМ, оптическое, радиотепловое, инфракрасное поля, поле радиолокационного контраста и др.), так и пространственных полей (аномальное магнитное поле Земли (АМПЗ) и аномальное гравитационное поле Земли (АГПЗ)). Применение систем этого класса предполагает комплексирование с «грубой» навигационной системой 5

(ГНС) ЛА, которая обеспечивает постоянное определение навигационных параметров полета (координаты местоположения, скорости, угловое положение ЛА в пространстве), но характеризуется наличием существенных ошибок в их определении. Комплексирование может осуществляться как по разомкнутой схеме, когда определенные в КЭНС ошибки навигационных параметров собственно в ГНС не поступают, так и в замкнутом контуре, когда ГНС и КЭНС объединены в рамках комплексной обработки информации. КЭНС-2 и КЭНС-3 могут использовать только поверхностные поля Земли. По методу определения отклонения от экстремума КЭНС подразделяются на эвристические, поисковые, беспоисковые оптимальные (субоптимальные) и комбинированные. Эвристические КЭНС разрабатывались на первом этапе на основе теории квазистационарных режимов. Алгоритмическое обеспечение на данном этапе базировалось

в

основном

на

использовании

четырехточечной

дифференциальной схемы формирования сигналов коррекции. Главным недостатком дифференциального беспоискового алгоритма является потеря работоспособности системой при начальных рассогласованиях, превышающих радиус корреляции, а также при нестационарности поля по дисперсии, математическому ожиданию и спектру. Поисковые КЭНС строятся на основе теории статистических решений. Особенностью поисковых алгоритмов является отсутствие ограничений на величину начальных ошибок навигационной системы. Беспоисковые

КЭНС

базируются

на

Калмановской

фильтрации,

примененной к специфической задаче наблюдения нерегулярного поля. К достоинствам беспоисковых КЭНС относятся более высокие точностные характеристики, чем у поисковых КЭНС, однако ограничения на начальные рассогласования такие же, как и у эвристических КЭНС. Комбинированные КЭНС, разрабатываемые на последнем этапе развития теории КЭНС, основываются на сочетании поисковых и беспоисковых

6

алгоритмов, что позволяет снять ограничения по начальным ошибкам рассогласования и обеспечить высокую точность коррекции. КЭНС является 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. Сопоставление сигналов датчика поля и реализаций осуществляется путем вычисления некоторого функционала. Гипотеза, соответствующая экстремуму функционала, считается истинной. КЭНС

вырабатывает

оценки

навигационных

параметров

в

зонах

коррекции(ЗК), расположенных по маршруту полета и представляющих собой участки местности, ограниченные прямоугольными областями. Эталонные матрицы высот зон коррекции формируются в системе подготовки полетных заданий из цифровых карт рельефа и вводятся в блок выработки навигационных поправок, 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. 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 показаниям БИНС. Оценки ошибок координат и проекций скорости формируются путем полного перебора гипотез об ошибках по координатам и скорости в пределах доверительного квадрата ЗК и поиска экстремума функционала сравнения измеренных и эталонных значений. В качестве функционала сравнения принята сумма квадратов разностей измеренных и эталонных высот рельефа по всем отсчетам сравниваемых реализаций. 7

В результате такой операции вырабатываются оценки ошибок по координатам

и

скорости,

соответствующие

глобальному

минимуму

функционала, которые поступают в БИНС для ее коррекции. 1.2 Математическое обеспечение алгоритма КЭНС Для разработки поискового алгоритма КЭНС необходимо задать область поиска. При этом учитывают возможный темп изменения различных ошибок и длительность функционирования поискового алгоритма. Время одного цикла функционирования поискового алгоритма КЭНС в практических реализациях составляет единицы минут. В наиболее простом виде поисковый алгоритм КЭНС представляет собой различитель числовых последовательностей конечной длины на фоне помех с критерием оптимизации по минимуму целевой функции сравнения. Одна из сравниваемых последовательностей заполняется измерениями высоты

рельефа

местности

в

темпе

их

поступления

в

процессе

функционирования алгоритма КЭНС. Для определенности будем называть эту последовательность «измеренной». Остальные последовательности заполняются значениями высот рельефа местности из эталонной бортовой карты рельефа местности в точках, соответствующих заданным гипотезам об ошибках определения навигационных параметров грубой навигационной системой. Область поиска КЭНС представляет собой подобласть в пространстве Rn, которая

в

большинстве

случаев

является

n-мерным

прямоугольным

параллелепипедом, построенный вокруг точки текущих навигационных определений ГНС ЛА, n – размерность вектора состояния модели ошибок ГНС. Для построения гипотез в области поиска задается сетка разбиения, узловые точки которой характеризуются фиксированными значениями оцениваемых параметров. Δxi1(0), Δyi2(0), ΔНi3(0), ΔVxi4(0), ΔVyi5(0), …; где i1 = 1, …, N1; 8

i2 = 1, …, N2; N1 – число гипотез о значении ошибки по координате x; N2 – число гипотез о значении ошибки по координате y. Общее число гипотез в области поиска определяется произведением N=N1×N2×N3…×Nn,

(1)

и влечет за собой соответствующие требования к вычислительным ресурсам для реализации алгоритма сравнения N гипотез. Последнее обстоятельство объясняет тот факт, что на практике поисковые алгоритмы КЭНС чаще всего применяются для моделей ошибок с минимальной размерностью вектора состояния. В поисковом алгоритме КЭНС должны проверяться гипотезы о возможных значениях ошибок местоположения ЛА. Одна из гипотез состоит в том, что позиционные ошибки БИНС нулевые, т.е. δx = 0 и δy = 0, будем обозначать ее как Н00. Другие гипотезы соответствуют предположениям о том, что ошибки БИНС ненулевые и кратны линейным интервалам дискретизации области поиска ∆x и ∆y. Интервалы ∆х, ∆у выбираются из соображений желаемой точности оценивания. Тогда полное множество гипотез может быть записано в виде: Hmn = {δxm = m∆x, δyn = n∆y}, где

(2)

-Nx ≤ m ≤ Nx; -Ny ≤ n ≤ Ny. Параметры Nx и Ny выбираются на основании априорной информации об

ошибках БИНС к моменту запуска алгоритма КЭНС так, чтобы обеспечить накрытие сеткой разбиения всей предопределенной области возможных ошибок БИНС, т.е. чтобы выполнялось условие полноты набора гипотез: Чаще всего линейные интервалы дискретизации ∆x и ∆y, а также константы алгоритма Nx и Ny выбирают одинаковыми по величине, поэтому при дальнейшем изложении материала без потери общности можно считать, что 9

Δx = Δy = Δ; Nx = Ny = N. Принцип функционирования поискового алгоритма КЭНС для задачи оценивания координатных ошибок иллюстрирует рисунок 1. Решение «грубой» НС

Y

( xˆ2 , yˆ 2 )

...

( xˆS , yˆ S )

y ( xˆ1 , yˆ1 )

Область поиска алгоритма КЭНС

... Гипотезы поискового алгоритма

x

O

X

Рисунок 1 − Принцип функционирования поискового алгоритма КЭНС Выходом БИНС в моменты времени tj , j = 1, 2, … S являются оценки текущих координат местоположения ЛА, преобразованные в прямоугольную систему координат ( xˆ j , yˆ j ) . Для

каждой

точки

(xˆ j , yˆ j )

определяются

координаты

точек,

соответствующих гипотезам Hmn:

( xˆ mn j , yˆ mn j )  ( xˆ j  m, yˆ j  n) . В точках

ˆ mn j ) осуществляется ( xˆ mn j , y

высоты рельефа местности: 10

восстановление эталонных значений

hPK ( xˆ j  m, yˆ j  n) .

Положение точек

ˆ mn j ) относительно ( xˆ mn j , y

( xˆ j , yˆ j ) представлено на рисунке

1 черными точками. Целевая функция поискового алгоритма КЭНС является функцией двух целочисленных аргументов – индексов m, n, и зависит от числа измерений S как параметра. Для каждой пары индексов (m, n) она представляет собой сумму S квадратов разностей измеренных значений высоты рельефа местности и эталонных значений для гипотезы с индексами (m, n):

S ~ FS (m, n)   (hPK ( xˆ j  m, yˆ j  n)  hP, j ) 2 ;

(3)

j 1

где –Nx ≤ m ≤ Nx; –Ny ≤ n ≤ Ny; hPK ( xˆ j  m, yˆ j  n) – эталонное значение высоты рельефа местности из

бортовой карты; ~ hP , j – измеренное значение высоты рельефа местности, соответствующее

формуле (18); Δ – линейный интервал дискретизации области поиска. Решением поисковой КЭНС является точка сетки разбиения, в которой целевая функция (3) принимает наименьшее значение: (m*, n*)  arg min ( FS (m, n)) .

(4)

( m, n )

1.3 Вычисление высоты рельефа местности Бортовое измерение высоты рельефа местности осуществляется косвенным путем как разность измерений барометрического высотомера (вертикального канала определения абсолютной высоты полета бортовым пилотажнонавигационным комплексом) и радиовысотомера. Схема измерения высоты рельефа приведена на рисунке 2. 11

Рисунок 2 − Определение высоты рельефа местности hр по измерениям барометрического высотомера hабс и радиовысотомера hрв. Уравнение измерения высоты рельефа местности в точке текущего местоположения ЛА может быть записано в следующем виде: ~ ~ hP ,i  hˆабс, i  hРВ,i ,

где: hˆабс, i

–

значение

абсолютной

высоты,

(5) полученное

на

выходе

барометрического канала измерения высоты (вертикального канала определения абсолютной высоты полета бортовым пилотажно-навигационным комплексом) в i-ый момент времени; ~ hРВ,i – измерение радиовысотомера (РВ) в i-ый момент времени; ~ hP,i - косвенное измерение высоты рельефа местности в i-ый момент времени.

12

2 СЕМИНАР. АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ КЭНС В данном семинаре будут разобраны основные алгоритмы работы модели корреляционно-экстремальной навигационной системы (КЭНС), установленной на борту летательного аппарата (ЛА). Предполагается, что обучающийся уже имеет начальные знания о работе в пакете Matlab Simulink. 2.1 Моделирование работы БИНС Модуль, реализующий работу БИНС показан на рисунке 3. Данный модуль получает на входе эталонные координаты из блока, моделирующего полет ЛА, и добавляет к ним ошибку, нарастающую с течением времени. Ошибка моделируется при помощи формирующих фильтров, реализованных в виде колебательного звена и имеющих период колебания раный периоду Шулера и возбуждаемых белым (некоррелированным) шумом.

Рисунок 3 – Модуль, моделирующий работу БИНС в пакете Matlab-Simulink

13

2.2 Моделирование работы грубой коррекции КЭНС На рисунке 4 приведен модуль, моделирующий работу грубой коррекции местоположения с помощью КЭНС. Входными параметрами данного модуля являются: 1) координаты местоположения ЛА, полученные от БИНС; 2) показания баровысотомера 3) показания радиовысотомера. Также необходимо заранее задать шаг координатной сетки в подключаемой карты. В блоке Differences calculation реализовано грубое определение смещения реального положения ЛА относительно измеренного с помощью БИНС. Для этого, вокруг грубых координат, полученных от БИНС строится область поиска (её размер выбирается исходя из баланса между высокой нагрузкой на ЭВМ и точностью работы системы). Внутри каждого узла области поиска записываются квадраты разностей высот – измеренной и эталонной (полученной из карты). При этом, в одном из узлов, формируется экстремум. Расстояние от этого максимума до центра области поиска (координат, полученных от БИНС) и есть реальное положение ЛА.

Рисунок 4 – Модуль, моделирующий работу грубой коррекции КЭНС в пакете Matlab-Simulink 14

Для формирования экстремума, необходимо, чтобы система отработала несколько циклов работы, при этом данные, записанные в области поиска накапливаются и экстремум становится более выраженным. Блок Chart является конечным автоматом с двумя состояниями, он оценивает получаемую от блока Differences calculation матрицу данных, и если координаты экстремума внутри матрицы значительно не смещаются в течение нескольких тактов работы системы, то автомат переходит во второе состояние и устанавливается флаг о готовности решения КЭНС, данные передаются в БИНС, накопленные значения сбрасываются. Если положение минимума изменяется, то система продолжает накапливать и оценивать получаемые данные. На рисунке 3 приведен принцип функционирования КЭНС.

Рисунок 4– Принцип работы КЭНС

15

2.3 Моделирование работы α - β фильтра На рисунке 5 приведены входные и выходные данные, необходимые для работы данного фильтра. Входными параметрами являются – смещения координат от КЭНС, и текущее время работы системы. На выходе получаем скорректированные значения тех же смещений КЭНС, а также время проведения последней коррекции.

Рисунок 5 – Блок реализующий алгоритм работы α - β фильтра в пакете MatlabSimulink Ниже приведен алгоритм работы α - β фильтра, реализованного в виде функции Matlab. function [corr, t_corr] = fcn(delta, t)%описание функции фильтра persistent x alfa beta t_pred state;%объявление внутренних переменных if isempty(x) %первый такт работы фильтра, инициализация переменных, %запись полученных от КЭНС данных %фильтрация невозможно из-за недостатка данных x = zeros(1,4); x(1:2) = delta; alfa = 0.75; beta = 0.45; t_pred = t; state = 1; else 16

%второй такт работы фильтра, %оценивается скорость изменения данных за 2 такта x_ = x; dT = t - t_pred; t_pred = t; if state == 1 state = 2; x(1:2) = delta; x(3:4) = (x(1:2)-x_(1:2))/dT; else %третий такт работы фильтра, оценивается скорость изменения данных %и полученные координаты от КЭНС, вносятся поправочные %коэффициенты, рассчитанные ранее. x(1:2) = x_(1:2) + dT*x_(3:4); x(3:4) = x(3:4) + beta/dT*(delta - x(1:2)); x(1:2) = x(1:2) + alfa*(delta - x(1:2)); end end %данные поступают на выход фильтра corr = x; t_corr = t; end

17

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ КЭНС Необходимо промоделировать работу системы КЭНС по высотам рельефа местности в пакете Matlab-Simulink. Примерный состав данной системы (рисунок 6):  Модуль полета ЛА вдоль некоторой траектории;  Модуль измерения радио- и баровысотомеров;  Модуль работы БИНС;  Модуль работы КЭНС;  Модуль работы α - β фильтра. Также в модели используется блок начальной инициализации данных – 6.

18

6

3

1

2

4

5

Рисунок 6 – Схема, моделирующая работу системы КЭНС в пакете Matlab-Simulink

19

3.1 Моделирование полета ЛА вдоль некоторой траектории Моделирование полета ЛА вдоль некоторой траектории необходимо реализовать в виде отдельного модуля. Для простоты моделирования, высоту полета над уровнем моря считать постоянной в пределах всего полета. Координаты вылета (или начала коррекции) задать таким образом, чтобы дальнейшее движение проходило вдоль наиболее информативного участка карты (так как для работы КЭНС нужен рельеф местности с малым радиусом корреляции). Пример модели, данного модуля, выполненной в MatlabSimulink представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 – Модуль, моделирующий полет ЛА вдоль некоторой траектории в пакете Matlab-Simulink На рисунке 8 показан загруженный в память ЭВМ участок карты, в пределах которого может проводиться коррекция данных, полученных от БИНС. Как пример, на карту нанесена траектория полета ЛА при моделировании работы данной системы. Область, выделенная синей линией была вырезана ввиду своей неинформативности для экономии памяти ЭВМ. Изображение этого участка было также получено при использовании пакета Matlab-Simulink.

20

Рисунок 8 – Загруженный в память ЭВМ участок зоны коррекции На

рисунке

9

показан

загруженный

участок

зоны

коррекции,

необходимый для моделирования работы КЭНС, относительно Евразии

Рисунок 9 – Участок зоны коррекции на карте Евразии 21

3.2 Моделирование работы радио- и баровысотомеров На вход модуля, моделирующего работу радио- и баровысотомеров, должны поступать эталонные координаты ЛА из блока, моделирующего его полет. При помощи этих координат, с используя функцию hmap, получаем высоту рельефа в этой точке. Затем из высоты полета над уровнем моря (взятой также из модели полета) вычитаем высоту рельефа и получаем высоту полета над рельефом, что соответствует высоте, получаемой от высотомера. Для

имитации

ошибок

работы

радиовысотомера,

добавляем

некоррелированный шум к эталонному значению измеренной высоты. Модель, данного модуля, выполненная при помощи Matlab-Simulink представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 – Модуль, моделирующий работу радио- и баровысотомеров в пакете Matlab-Simulink 3.3 Сравнение ошибок определения координат местоположения при различных способах автономной навигации После построения модели в Matlab-Simulink необходимо записать в таблицу

1

ошибки

определения

координат

местоположения

при

использовании только БИНС, при комплексировании БИНС с КЭНС и при обработке данных на выходе КЭНС при помощи α - β фильтра. Время измерения соответствует такту выработки решения КЭНС. 22

Таблица 1 – Сравнительная оценка ошибок при использовании различных алгоритмов работы в автономной навигационной системе. Модуль ошибки

Модуль ошибки по

Модуль ошибки по

№

Время

по широте и

широте и долготе при

широте и долготе при

корре-

измерения

долготе при

комплексировании

использовании в

-кции.

(сек)

использовании

БИНС и КЭНС, угл.

КЭНС α - β фильтра,

БИНС, угл. сек.

сек.

угл. сек.

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

На заключительном этапе нужно проанализировать значения в таблице и сделать вывод о преимуществах и недостатках данной системы.

23

4 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА НИРС Тема работы: разработка модели поисковой КЭНС с коррекцией по координатам и скоростям. Необходимо разработать в пакете MATLAB-Simulink модель системы КЭНС, функционирующую с использованием фильтра Калмана, а также вычисляющую поправки не только к показаниям координат БИНС, но и скоростям. Для этого нужно выполнить следующие пункты: 1. Аналитический обзор существующих систем КЭНС. 2. Модель карты в MATLAB-Simulink. 3. Модель типовой КЭНС по высотам рельефа местности. 4. Усложнение полученного алгоритма коррекцией по скоростям. 5. Изменение алгоритма поиска реального местоположения объекта, вычисляемого в КЭНС, используя фильтр Калмана.

24

5 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Тема работы: Разработка алгоритма КЭНС Необходимо разработать алгоритм работы КЭНС по рельефу местности, основанный на использовании фильтра Калмана. Входными параметрами алгоритма являются:  Показания радиовысотомера, получаемые с быстроменяющейся по амплитуде ошибкой от 0 до 20 м.  Показания баровысотомера, получаемые с медленноменяющейся по амплитуде ошибкой от 0 до 10 м.  Данные от бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) – широта и долгота (в угловых секундах), с постоянно нарастающей по амплитуде ошибкой (со скоростью от 0,2 до 0,4 м/с) по каждой из координат.  Текущее время полета летательного аппарата, в формате мм.сс. Выходные параметры: – Коррекция координат (долготы и широты) относительно полученных от БИНС, в угл. сек. – Время проведенной коррекции, в формате мм.сс. Обмен со всеми устройствами происходит при помощи интерфейса RS-422. Скорость 115000 бод/с.

25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном курсе были рассмотрены основные принципы навигации по рельефу местности, приведены основные типы КЭНС и даны краткие описания их работы, была решена задача анализа точности работы КЭНС, предложена и подробно изложена методика оценки точностных характеристик КЭНС. В результате прохождения курса, учащиеся:  ознакомились с основными типами КЭНС по рельефу местности;  рассмотрели основные характеристики КЭНС;  исследовали возможности применения КЭНС для коррекции работы навигационных систем;  разработали модель КЭНС. Во

время

семинарских

и

лабораторных

занятий

обучающиеся

познакомились с работой пакета Matlab Simulink, а также с процессом подключения к Matlab-модели функций, написанных на языке C/C++. Также был получен опыт моделирования работы сложной технической системы в реальном времени, в результате чего были получены экспериментальные данные

о

предполагаемой

точности

навигационной системы.

26

корреляционно-экстремальной

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Основная учебная литература 1 Матвеев В.В. Основы построения бесплатформенных инерциальных систем. СПб.: ГНЦ РФ ОАО "Концерн "ЦНИИ Электроприбор", 2009. 280 с. 2 Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.: Сов. радио, 1974. 392 с. 3 Красовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория корреляционноэкстремальных навигационных систем. М.: Наука, 1979. 640 с. 4 Красовский А.А. Динамика непрерывных самонастраивающихся систем. М.: Физматгиз, 1963. 468 с. 5 Белоглазов И.Н., Джанджава Г.И., Чигин Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. М.: Наука, 1985. 328 с. Дополнительная учебная литература 6 Белоглазов И.Н. Рекуррентно-поисковые алгоритмы оценивания. ДАН СССР. 1977. Т. 236, N2. С. 117–129. 7 Алёшин Б.С., Афонин А.А., Веремеенко К.К. Ориентация и навигация подвижных

объектов:

современные

информационные

технологии.

М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 424 с. 8 Фарина А. [Farina A.], Студер Ф. [Studer F]. Цифровая обработка радиолокационной информации. Сопровождение целей: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1993. 320 с. Обсуждено на заседании кафедры __________ Протокол № _____ Зав. кафедрой ____________ Рецензент

Автор(ы) программы: Магистр, Александр Владимирович Колесников

организация, должность, Ф.И.О________________

«____» __________ 201_г.

27

Декан факультета _______ (Ф.И.О.) _________________

«___»__________201_ г.

СОГЛАСОВАНО: Декан факультета _______ (Ф.И.О.) _________________

«___»__________201_ г.

Начальник управления образовательных стандартов и программ Строганов Д.В. ___________________

«___»__________201_ г.

28