Интегрированные радионавигационные системы: Методические указания к практическим занятиям, страница 12

6.1. Основные теоретические сведения

Комплексирование радиотехнических и автономных средств навигации позволяет повысить точность и надежность оценивания координат. Примером комплексной системы является система оценивания координат самолета, состоящая из радиотехнической системы ближней навигации и автономных датчиков воздушной скорости и угла курса.

В лабораторной работе исследуется дальномерный канал такой системы, в котором данные о дальности самолета до маяка объединяются с результатами измерения скорости полета, получаемыми от датчика воздушной скорости.

Отдельные измерители комплексной системы работают в разных системах координат и требуются дополнительные преобразования координат. Особенности преобразования координат в лабораторной работе не рассматриваются. Предполагается, что в дальномер из вычислителя поступает значение скорости изменения расстояния до маяка  , вычисленное по данным датчика воздушной скорости и курсовой системы.

Реальная скорость перемещения самолета относительно маяка связана с   соотношением:

,

где   - ошибка измерения, обусловленная влиянием ветра.

Величина  изменяется с течением времени по случайному закону с интервалом корреляции, измеряемым минутами, и, в первом приближении, может моделироваться в виде экспоненциально-коррелированного случайного процесса.

В основу объединения радиотехнических и автономных данных положен известный принцип инвариантности. Поскольку датчики неоднородные, применяется схема следящего контура с двумя интеграторами (рис.10). Благодаря наличию двух интеграторов в системе компенсируется влияние ветра, так как в первом интеграторе вырабатывается поправка на скорость ветра  (оценка , но с противоположным знаком) и на второй интегратор поступает сигнал, соответствующий уточненному значению скорости полета самолета ( плюс поправка ).

Оценим эффективность комплексирования. Если дальномер работает без комплексирования, то при действии в канале измерения флюктуационной помехи с эквивалентной спектральной плотностью мощности    и постоянном ускорении объекта (самолета)    имеют место динамическая и флюктуационная составляющие ошибки слежения, рассмотренные в работе №3.

При наличии комплексирования ускорение самолета не вызывает появления динамической ошибки (действует принцип инвариантности). Динамическая ошибка при этом может возникнуть только из-за ускорения ветра , которое обычно существенно меньше ускорения самолета: .

Замена ускорения самолета на ускорение ветра при расчете оптимальных коэффициентов следящей системы приводит к уменьшению шумовой полосы и, соответственно, к увеличению помехоустойчивости системы (см. результаты выполнения работы №4). При этом уменьшается не только дисперсия ошибки оценивания дальности, но и дисперсия ошибки оценивания скорости. Последнее обстоятельство существенно улучшает надежность работы системы при пропаданиях радиосигнала, возникающих из-за больших углов крена самолета и других причин. Следящий дальномер с двумя интеграторами может формировать оценку дальности при пропадании сигнала путем интегрирования данных о скорости, поступающих с первого интегратора (интегратора скорости) или автономных датчиков. Ошибка оценивания дальности при этом зависит от времени интегрирования и ошибки оценивания скорости. Если комплексирование отсутствует, то оценка скорости вырабатывается интегратором скорости с большой флюктуационной ошибкой. Кроме того, маневрирование самолета при отсутствии сигнала может привести к дополнительным ошибкам (в процессе маневрирования изменяется скорость).

Рис.10

В комплексной системе в интеграторе скорости с высокой точностью вырабатывается поправка к значению скорости, поступающему от автономного датчика. Кроме того, изменение скорости в процессе маневрирования самолета не вызывает дополнительных ошибок, так как скорость оценивается с помощью датчика воздушной скорости.

Возможность точного оценивания координат при кратковременных пропаданиях радиосигнала является одним из важнейших качеств комплексной системы.