Автор: Сурков Владимир Олегович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №9 (89) май-1 2015 г.

Дата публикации: 05.05.2015

Библиографическое описание:

Сурков В. О. Системы навигации подвижных наземных объектов и их характеристики // Молодой ученый. — 2015. — №9. — С. 298-302.

Целью статьи являлся анализ существующих систем навигации для подвижных наземных объектов и сравнение их точностных характеристик. Сбор необходимых данных проводился путем рассмотрения нескольких навигационных систем различных производителей и изучения их технической документации и характеристик. Результаты показали, что точностные характеристики навигационных систем напрямую зависят от режима работы. Основной радиотехнической системой, используемой в данных навигационных системах является — спутниковая радионавигационная система. Наиболее подходящим режимом работы является совместный режим (инерциальная навигационная система + спутниковая радионавигационная система).

 

Обычно под термином навигационная система принято понимать совокупность приборов, алгоритмов и программного обеспечения, позволяющих произвести ориентирование объекта в пространстве. Навигационные системы классифицируются в зависимости от назначения, объема получаемой навигационной информации и используемых методов навигации. Система навигации подвижных наземных объектов (ПНО) решает задачи определения координат местоположения, параметров движения и углов ориентации подвижного объекта и выдачу необходимой информации. В статьях [1–2] производится обзор существующих навигационных систем, как военного, так и гражданского применения. В них подробно рассматривается работа некоторых датчиков, методы обработки информации в данных системах и сравниваются значений погрешностей в определения курса. В статье [3] сравниваются точностные характеристики и состав систем военного назначения. В статьях [4] рассматриваются системы навигации подвижных наземных объектов отечественного производства. Однако совместный анализ и сравнение всех точностных характеристик навигационных систем для ПНО иностранного и отечественного производства в литературе не встречается. Целью статьи является анализ точностных характеристик существующих систем навигации и их сравнение.

Характеристика навигационных систем

Система навигации ПНО решает задачи определения координат местоположения, параметров движения и углов ориентации подвижного объекта и обеспечивает выдачу следующих данных: горизонтальных координат (координат), высоты, скорости, углов ориентации (крена, курса, тангажа).

Обобщенная структурная схема навигационной системы ПНО представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Обобщенная блок-схема систем навигации для ПНО

 

Измерители автономной системы предназначены для определения координат, параметров движения и пространственного положения продольных осей ПНО.

В качестве измерителей могут быть использованы следующие устройства: — измеритель угловой скорости и ускорения — инерциальная навигационная система (входит в состав большинства навигационных систем). Инерциальная навигационная система может быть платформенного и бесплатформенного типа.

измеритель магнитного поля Земли: 3-осный магнитометр (система «КомпаНав-2М» [7],Ekinox-N);

измеритель скорости, выполненный в виде механического («Гамма — 1» [6]) или доплеровского датчика скорости («ГАЛС — Д2М» [7])

измеритель высоты — барометрический высотомер (система «КомпаНав-3» [8]);

измеритель пройденного пути, который может выполняться в виде одометра (система «БИНС-Тек» [9], «Азимут» [10], Ellipse-N).

В качестве радиотехнической системы коррекции обычно используется приемник спутниковой навигационной системы (СРНС) (ГЛОНАСС/GPS) и радиотехнические системы дальней навигации «Чайка» и «LORAN-C», входящие в состав системы «ОРИЕНТИР» и КС-100М [11,12].

Основным алгоритмом обработки информации является — фильтр Калмана.

Основными для навигационных систем являются следующие режимы работы:

1.      Автономный;

2.      Автономный с коррекцией от СРНС.

В таблице 1 приведены сравнительные точностные характеристики систем для ПНО отечественного производства.

Таблица 1

Точностные характеристики навигационных систем для подвижных наземных объектов отечественного производства.

Система

Режим работы

Координаты

Ско­рость

Вертикаль­ная скорость

Крен, Тангаж

Курс

«Азимут»

Р2

25м

 

 

0,8°

 

Р1

1,2 %от пр. пути

 

 

0,8°

 

КомпаНав-2Т

Р2

0,2 м/с

0,3 м/с

1,0°

1,5°

Р1

500м

5 м/с

0,3 м/с

1,5°

КомпаНав-3

Р2

6 м

0,2 м/с

0,2 м/с

0,2°

0,4°

Р1

500м

0,5 м/с

0,5 м/с

0,4°

КомпаНав-2М

Р2

5 м/с

0,3 м/с

0,3°

0,5°

Р1

600м

5 м/с

0,5 м/с

0,5°

БИНС-Тек

Р2

0,1 м/с

0,3 м/с

0,03°

0,1°

Р1

0,25 %от пр. пути

2 м/с

0,5 м/с

0,1°

0,7°

Ориентир

Р2

500 м

 

 

 

 

Р1

0,2 % от пр. пути

 

 

 

 

КС-100М

Р2

60 м

1 м/с

 

 

0,8°

Р1

500 м

1 м/с

 

 

0,8°

Малогабаритная навигационная аппаратура ФГУП НКТБ «ФЕРРИТ»

Р2

20 м

 

 

0,2°

0,6°

Р1

1,0 % от пр. пути

 

 

0,2°

0,6°

«Трона-1».

Р2

10 м

 

 

 

 

Р1

0,7 % от пр. пути

 

 

 

 

ТНА-4

Р2

 

 

 

 

 

Р1

0,9 % от пр. пути

 

 

 

 

«Гамма -1»

Р2

25 м

 

 

3,5°

0,1°

Р1

0,6 % от пр. пути

 

 

3,5°

0,1°

«Гамма -2»

Р2

25

 

 

3,5°

0,1°

Р1

1 % от пр. пути

 

 

3,5°

0,1°

ГАЛС-Д2М-1

Р2

33 м

 

 

0,5°

0,16°

Р1

0,5 % от пр. пути

 

 

 

 

ГАЛС-Д2М-2

Р2

22 м

 

 

0,5°

0,11°

Р1

0,25 % от пр. пути

 

 

 

 

ГАЛС-Д2М-3

Р2

14 м

 

 

0,5°

0,7°

Р1

0,1 % от пр. пути

 

 

 

 

ГАЛС-Д2М-4

Р2

8 м.

 

 

0,5°

0,04°

Р1

0,05 % от пр. пути

 

 

 

 

 

В таблице 1: Р1 — автономный режим; Р2- режим с коррекцией от СРНС; пр. путь — пройденный путь

В таблице 2 приведены точностные характеристики систем навигации подвижных наземных объектов иностранного производства.

Таблица 2

Точностные характеристики навигационных систем для подвижных наземных объектов иностранного производства

Система

Режим работы

Координаты

Скорость

Крен, тангаж

Курс

Ellipse-N

Р2

0.1 м/с

0.2°

0.2 °

Р1

190

Ellipse-E

Р2

0.1 м/с

0.2°

0.2 °

Р1

190м

Ekinox-N

Р2

1.5 м

0,1 %от пр. пути

0.05 °

0,5°

Р1

 

SBAS

0.6 м

DGPS

0.4 м

RTK

0.02 м

RT2500

Р2

0,36 м/с

0.05°

0.2°

Р1

600м

SBAS

2.0

DGPS

0.9

RT2502

Р2

3 м

0,36 м/с

0.05 °

0.15 °

Р1

0,25 %от пр. пути

SBAS

2.0

DGPS

0.9

RT2002

Р2

1,5 м

0,36 м/с

0.05°

0.1

Р1

0,2 % от пр. пути

SBAS

0.6 м

DGPS

0.4 м

RTK

0.02 м

RT3100

Р2

1.8 м

0,36 м/с

0.05°

0.1

Р1

 

SBAS

0.6 м

DGPS

0.4 м

RT3102

Р2

1,8 м

0,36 м/с

0.05°

0.1

Р1

 

SBAS

0.6 м

DGPS

0.4 м

RT3002

Р2

1,5 м

0,18 м/с

0.03°

0.1

Р1

 

SBAS

0.6 м

DGPS

0.4 м

RTK

0,01 м

RT3003

Р2

1,5 м

0,18 м/с

0.03°

0.1

Р1

 

SBAS

0.6 м

DGPS

0.4 м

RTK

0,01 м

Survey+

Р2

1,5 м

0,18 м/с

0.03°

0.1

Р1

 

SBAS

0.6 м

DGPS

0.4 м

RTK

0,01 м

Survey+ L1

Р2

1,8 м

0,36 м/с

0.05 °

0.1

Р1

 

SBAS

0.6 м

DGPS

0.4 м

 

При использовании только автономного режима (Р1) возрастают погрешности определения навигационных параметров, из-за погрешностей измерителей автономной системы. Для определения координат местоположения в навигационных системах ПНО зарубежного производства широко применяются различные системы коррекции данных СРНС, что проявляется в значительном снижении погрешностей позиционирования. Такими системами являются — спутниковая система дифференциальной коррекции (SBAS), система DGPS,заключающаяся в учёте и измерении разницы между известными псевдодальностями до спутников и фактическими кодовыми псевдодальностями и система RTK.

Однако при отсутствии данных от СРНС погрешности позиционирования зарубежных систем значительно возрастают. Следовательно, оптимальным режимом работы систем навигации для ПНО как отечественного, так и зарубежного производства является режим коррекции от СРНС (Р2). Он подразумевает совместную работу ИНС и СРНС, что повышает надежность работы данных систем и точность определения координат.

Наиболее перспективным направлениями в развитии данных систем являются:

1.         Совершенствование компонентов, входящих в систему навигации для ПНО. Данное направление реализовано в создании систем с более чувствительными эле-ментами (лазерный и волоконно-оптический гироскопы, кварцевые акселерометры), которые повышают точность работы систем навигации, как в автономном, так и в ре-жиме коррекции от СРНС;

2.         Внедрение нового программного обеспечения, позволяющего снизить вред от попадания данных от СРНС — создание адаптивных алгоритмов обработки информации с использованием различных методов, например методов марковской теории оценивания случайны процессов.

 

Литература:

 

1.         Комраков Д. В. Навигационные комплексы наземных мобильных средств / Д. В. Комраков // Технические науки: теория и практика: материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Чита, апрель 2012 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2012. — С. 47–49.

2.         А. В. Журавлев, В. М. Безмага. Навигационные комплексы наземных мобильных средств// Новостинавигации — 2009 — № 1 — С. 29–36.

3.         Система топографического ориентирования «Трона-1» //Обозрение армии и флота — 2007. — № 4.

4.         Сурков В. О. Системы навигации подвижных наземных объектов и их характеристики/ В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2013. — № 7. — С. 76–79.

5.         Интегрированная инерциальная навигационная система «КомпаНав-2М» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2011 — Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/companav-2m.pdf.

6.         Модернизация навигационной аппаратуры зенитных ракетных комплексов С-300 ПМУ1/C-400 на основе изделия «ГАЛС-Д2М» [Электронный ресурс]: Каталог/ ООО «НПО ПРОГРЕСС» — Электрон.дан. — М.,2012 — Режим доступа: http://www.mriprogress.ru/_files/AN_1.pdf.

7.         Глубокая модернизация навигационной аппаратуры БМП/ БМД и танков Т-90/Т-72 на основе комплекса «ГАЛС — Д2М» [Электронный ресурс]: Каталог/ ООО «НПО ПРОГРЕСС» — Электрон.дан. — М.,2012 — Режим доступа: http://www.mriprogress.ru/_files/AN_2.pdf.

8.         Ультракомпактная интегрированная инерциальная навигационная система «КомпаНав-3» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2009 — Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/companav-3.pdf.

9.         Навигационная система для наземного транспортного средства «БИНС-Тек» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2009 — Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/bins-tek-n.pdf.

10.     Навигационная аппаратура «Азимут» для подвижных наземных объектов [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «Концерн «Созвездие» — Электрон.дан. — М.,2009 — Режим доступа: http: // www.sozvezdie.su /catalog /navigatsionnaya_ apparatura_azimut.

11.     Навигационный комплекс «ОРИЕНТИР» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО НВП «ПРОТЕК» — Электрон.дан. — М.,2012 — Режим доступа: http://www.protek-vrn.ru/production/navigation/orientir.html.

12.     Комплексная помехоустойчивая навигационная аппаратура для подвижных наземных объектов (КС-100М) [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО НВП «ПРОТЕК» — Электрон.дан. — М.,2012 — Режим доступа: http://www.protek-vrn.ru/production/navigation/ks100m.html.

Основные термины (генерируются автоматически): подвижных наземных объектов, навигации подвижных наземных, систем навигации, Режим доступа, навигационная система, навигационных систем, инерциальная навигационная система, Электронный ресурс, Системы навигации подвижных, существующих систем навигации, определения координат, работы систем навигации, систем навигации подвижных, Система навигации подвижных, системы навигации подвижных, комплексы наземных мобильных, определения координат местоположения, задачи определения координат, спутниковая радионавигационная система, Сурков В. О. Системы навигации подвижных.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle