Системы навигации подвижных наземных объектов и их характеристики

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.

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

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.