RU2713582C1 - Method for optimal estimation of errors of an inertial navigation system and its correction on a fixed ground landmark with known geographical coordinates - Google Patents

Method for optimal estimation of errors of an inertial navigation system and its correction on a fixed ground landmark with known geographical coordinates Download PDF

Info

Publication number
RU2713582C1
RU2713582C1 RU2019102370A RU2019102370A RU2713582C1 RU 2713582 C1 RU2713582 C1 RU 2713582C1 RU 2019102370 A RU2019102370 A RU 2019102370A RU 2019102370 A RU2019102370 A RU 2019102370A RU 2713582 C1 RU2713582 C1 RU 2713582C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ann
components
errors
correction
current
Prior art date
Application number
RU2019102370A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Иванович Манохин
Алексей Николаевич Алексеев
Валерий Михайлович Бражник
Сает Минсабирович Габбасов
Владимир Валентинович Кавинский
Юрий Юрьевич Коркишко
Алексей Михайлович Кузнецов
Василий Викторович Курдин
Максим Юрьевич Линник
Сергей Валентинович Лобко
Виктор Васильевич Негриков
Михаил Ильич Орехов
Вадим Иванович Сотников
Original Assignee
Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" filed Critical Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро"
Priority to RU2019102370A priority Critical patent/RU2713582C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2713582C1 publication Critical patent/RU2713582C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C23/00Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: navigation systems.
SUBSTANCE: invention relates to measurement information systems and combat aircraft and helicopter systems, in which method is developed for optimal estimation of complete list of inertial navigation system (INS) state parameters and effective correction of navigation and flight information measured by it. Method for optimal estimation of errors of inertial navigation system and its correction along fixed landmark with known geographical coordinates includes angular tracking of fixed landmark of correction (LC) and discrete measurement of the inclined distance to it in sparing mode for the laser range finder from the sighting system composition mode with frequency of emitting parcels of 0.5–1.0 Hz and is based on combined processing of measured current viewing angles of lC and inclined distance to it, current angles of true and gyroscopic courses, roll and pitch of object and counted INS of geographical coordinates of its location and current baro-inertial height. At that, in the mode of continuous angular tracking of the lC, one-two-second time intervals between adjacent measurements of the range to the lC are filled with its ten-Hz design values, which are formed in accordance with modified, invariable to the underlying surface of the elevation procedure for determining the inclined range, involving use of the current baro-inertial height of the object, the cosine of the angle between the geographical vertical and the direction of the lC, and formed by lC measurements of reference altitude of altitude above sea level, wherein components of the absolute linear speed of the object are estimated in accordance with the kinematic model of its motion relative to the fixed ground-based optical system in the projections on the axis of the inertial coordinate system. At that, two parallel operating procedures of optimal estimation are implemented – primary and auxiliary, first of which provides evaluation of extended vector of INS state parameters and subsequent correction of its navigation and piloting parameters, and second – formation of adequate with SNS position and speed signals used in main procedure of optimal estimation as signals of ideal meter.
EFFECT: broader functional capabilities of the sighting and navigation system of modern aircraft.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительных информационных систем и комплексов боевых самолетов и вертолетов, в котором приведена разработка унифицированного способа оптимального оценивания полного перечня параметров состояния инерциальной навигационной системы (ИНС) и эффективной коррекции измеряемой ей навигационной и пилотажной информации.The invention relates to the field of measuring information systems and complexes of combat aircraft and helicopters, in which the development of a unified method for optimal assessment of the complete list of state parameters of an inertial navigation system (ANN) and effective correction of the navigation and flight information measured by it is described.

Известен способ определения текущих ошибок счисления географических координат местоположения летательного аппарата (ЛА) и их коррекции по результатам аппаратного углового сопровождения наземного ориентира коррекции (ОК) с известными географическими координатами с измерением при этом текущих углов его относительной ориентации и наклонной дальности до него.There is a method of determining current errors in calculating the geographical coordinates of the location of an aircraft (LA) and their correction according to the results of hardware angular tracking of a correction landmark (OK) with known geographical coordinates with the measurement of the current angles of its relative orientation and inclined range to it.

Указанный способ представлен в монографии О.А. Бабича «Обработка информации в навигационных комплексах», М., «Машиностроение», 1991 [1] (подраздел 3.4.1, стр. 225-229).The specified method is presented in the monograph O.A. Babich "Information processing in navigation systems", M., "Engineering", 1991 [1] (subsection 3.4.1, pp. 225-229).

Рассмотрение его сути целесообразно начать с решения так называемой прямой задачи и после представления используемых при ее решении параметров, математических преобразований и расчетных соотношений, перейти к рассмотрению обратной задачи, в которой и раскрывается суть способа, который предлагается использовать в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого алгоритмического решения.Consideration of its essence is advisable to start with the solution of the so-called direct problem and after presenting the parameters used in its solution, mathematical transformations and calculation relations, proceed to consider the inverse problem, in which the essence of the method that is proposed to be used as the closest analogue of the proposed algorithmic solution is revealed .

Суть прямой задачи ([1], стр. 226) достаточно тривиальна и заключается в определении текущих значений дальности, азимута и угла места направления на ориентир коррекции с известными географическими координатами. При этом предполагается, что текущие, счисленные ИНС, географические координаты местоположения объекта известны.The essence of the direct task ([1], p. 226) is quite trivial and consists in determining the current values of the range, azimuth and elevation angle of the direction to the correction landmark with known geographical coordinates. It is assumed that the current, estimated ANN, geographical coordinates of the location of the object are known.

При ее решении используется известная в теории навигации, наведения и управления процедура гринвичских координат, заключающаяся в преобразовании географических координат текущего местоположения объекта и ориентира коррекции в линейные прямоугольные координаты в проекциях на оси гринвичской системы координат.When solving it, the Greenwich coordinate procedure, known in the theory of navigation, guidance and control, is used, which consists in converting the geographical coordinates of the current location of the object and the correction landmark into linear rectangular coordinates in the projections on the axis of the Greenwich coordinate system.

В обозначениях, принятых ниже для географических координат текущего местоположения объекта ϕ, λ, h и ориентира коррекции ϕ0, λ0, h0, выражения для расчета гринвичских координат объекта X', Y', Z' и ОК

Figure 00000001
будут иметь следующий вид:In the notation adopted below for the geographical coordinates of the current location of the object ϕ, λ, h and the correction landmark ϕ 0 , λ 0 , h 0 , the expressions for calculating the Greenwich coordinates of the object X ', Y', Z 'and OK
Figure 00000001
will have the following form:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Здесь и далее под «с» следует понимать косинус, а под «s» - синус соответствующего угла.Hereinafter, “s” means cosine, and “s” - sine of the corresponding angle.

Вся необходимая информация об используемых в (1.1) и (1.2) параметрах Земли а, е2 представлена ниже.All necessary information about used in (1.1) and (1.2) and earth parameters, e 2 is below.

Процедура расчета искомых координат (дальности, азимута, угла места) относительной ориентации ориентира коррекции предполагает предварительное приведение относительных гринвичских координат местоположения ОК к осям географического сопровождающего трехгранника (ГСТ) ONHE объекта (стр. 226 [1]).The procedure for calculating the desired coordinates (range, azimuth, elevation angle) of the relative orientation of the correction landmark involves the preliminary reduction of the relative Greenwich coordinates of the OK location to the axes of the geographic accompanying trihedron (GTS) of the ONHE object (page 226 [1]).

Приведем полную сводку выражений для расчета упомянутых дальности ΔD0, азимута А0 и угла места θ0 относительной ориентации ОК:Here is a complete summary of the expressions for calculating the mentioned ranges ΔD 0 , azimuth A 0 and elevation angle θ 0 relative orientation OK:

- расчет прямоугольных гринвичских координат относительной ориентации ОК:- calculation of rectangular Greenwich coordinates relative orientation OK:

Figure 00000004
Figure 00000004

- приведение компонент

Figure 00000005
к осям географического сопровождающего трехгранника ГСТ ONHE объекта осуществляется в соответствии с векторно-матричным выражением (3), в котором используется матрица (5):- cast components
Figure 00000005
to the axes of the geographic accompanying GST trihedron, the ONHE object is carried out in accordance with the vector-matrix expression (3), in which the matrix (5) is used:

Figure 00000006
Figure 00000006

Приведенные выражения справедливы для взаимной ориентации ГСТ ONHE и гринвичской системы координат ГСК OX'Y'Z', представленной на фиг. 1, 2.The above expressions are valid for the relative orientation of the GTS ONHE and the Greenwich coordinate system HSC OX'Y'Z 'shown in FIG. 12.

- расчет относительной дальности ΔD0, азимута А0 и угла места θ0 ОК:- calculation of the relative range ΔD 0 , azimuth A 0 and elevation θ 0 OK:

Figure 00000007
Figure 00000007

В обратной задаче по измеренным обзорно-прицельной системой (ОПС) текущим значениям углов ϕy, ϕz визирования ОК и наклонной дальности

Figure 00000008
до него, определяют текущие значения компонент Dx, Dy, Dz указанной дальности в проекциях на оси связанной с объектом системы координат (ССК) Oxyz. После чего, используя текущие значения истинного курса ψи, крена γ и тангажа υ объекта, указанные составляющие дальности приводят к осям ГСТ ONHE объекта и находят тем самым компоненты дальности DN, DH, DE. Их аналог представлен 1-ой строкой системы (3.91) [1]. Используя указанные составляющие дальности DN, DH, DE и относительные координаты текущего местоположения ОК
Figure 00000009
в проекциях на оси гринвичской системы координат (ГСК) (1.3), формируют некие уравнения, связывающие гринвичские координаты текущего местоположения объекта X', Y', Z' (ϕ, λ, h) и компоненты дальности DN, DH, DE. Аналог указанных уравнений связи представлен на стр. 227 [1].In the inverse problem, according to the measured values of the angles ϕ y , ϕ z of the sighting OK and inclined range, measured by the survey-aiming system (OPS)
Figure 00000008
to it, determine the current values of the components D x , D y , D z of the specified range in projections on the axis of the Oxyz coordinate system associated with the object (CCK). Then, using the current values of the true heading ψ and , roll γ and pitch υ of the object, the specified range components lead to the axes of the GTS ONHE of the object and thereby find the range components D N , D H , D E. Their analogue is represented by the first line of the system (3.91) [1]. Using the specified range components D N , D H , D E and the relative coordinates of the current location OK
Figure 00000009
in the projections on the axis of the Greenwich coordinate system (HSC) (1.3), some equations are formed that connect the Greenwich coordinates of the current location of the object X ', Y', Z '(ϕ, λ, h) and range components D N , D H , D E . An analogue of the indicated coupling equations is presented on page 227 [1].

Формализуя представленное выше описание процедуры решения обратной задачи, приведем полный перечень математических операций и реализующих их выражений, в соответствии с которыми формируют упомянутые выше уравнения связи:Formalizing the above description of the procedure for solving the inverse problem, we present a complete list of mathematical operations and the expressions that implement them, in accordance with which the communication equations mentioned above are formed:

- расчет компонент Dx, Dy, Dz дальности до ориентира коррекции по измерениям ОПС в проекциях на оси ССК Oxyz - осуществляется в соответствии с фиг. 5 и векторно-матричным выражением (16), в котором используется матрица LT вида(18):- the calculation of the components D x , D y , D z of the range to the correction reference point according to the measurements of the SPS in projections on the axis of the SSC Oxyz is carried out in accordance with FIG. 5 and the vector-matrix expression (16), in which the matrix L T of the form (18) is used:

Figure 00000010
Figure 00000010

Пересчет полученных по измерениям ОПС компонент Dx, Dy, Dz (1.6) дальности на оси ГСТ ONHE объекта осуществляется в соответствии с фиг. 6 и векторно-матричным выражением (27) с используемой в нем матрицей

Figure 00000011
(29):The recalculation of the ranges obtained from measurements of the OPS components D x , D y , D z (1.6) on the GTS axis of the ONHE facility is carried out in accordance with FIG. 6 and the vector-matrix expression (27) with the matrix used in it
Figure 00000011
(29):

Figure 00000012
Figure 00000012

В наиболее близком аналоге приведенные выше математические процедуры (1.6) и (1.7) по расчету компонент дальности Dx, Dy, Dz и DN, DH, DE сведены в одну, которая обеспечивает непосредственный расчет компонент DN, DH, DE по измеренной наклонной дальности

Figure 00000013
до ОК и сформированным неким комбинированным устройством, совмещающим в себе оптический визир и курсовертикаль, текущим значениям углов азимута и угла места на ОК.In the closest analogue, the above mathematical procedures (1.6) and (1.7) for calculating the range components D x , D y , D z and D N , D H , D E are combined into one, which provides a direct calculation of the components D N , D H , D E by measured oblique range
Figure 00000013
to OK and formed by some kind of combined device that combines an optical sight and a vertical line, the current values of the azimuth and elevation angles on the OK.

Опыт эксплуатации прицельных систем свидетельствует о том, что подобных комбинированных устройств не существует, тем более с абсолютно безошибочным измерением азимута и угла места.Operating experience with sighting systems indicates that such combined devices do not exist, especially with absolutely error-free measurements of azimuth and elevation.

Поэтому ниже это обстоятельство будет расценено, как один из недостатков прототипа.Therefore, below this fact will be regarded as one of the disadvantages of the prototype.

Для формирования математически строгих уравнений связи необходимо компоненты DN, DH, DE дальности (1.7), полученные по измерениям ОПС, привести к осям ГСК OX'Y'Z' и сравнить с аналогичными компонентами

Figure 00000014
(1.3) дальности, сформированными по результатам навигационных измерений (1.1), (1.2). Приведение составляющих DN, DH, DE дальности до ОК (1.7) к осям ГСК OX'Y'Z' осуществляют в соответствии с векторно-матричным выражением (4).To form mathematically rigorous equations of coupling, it is necessary that the components D N , D H , D E of the range (1.7), obtained from the measurements of the OPS, bring to the axes of the HSC OX'Y'Z 'and compare with similar components
Figure 00000014
(1.3) ranges formed by the results of navigation measurements (1.1), (1.2). Bringing the components D N , D H , D E of the range to OK (1.7) to the axes of the HSC OX'Y'Z 'is carried out in accordance with the vector-matrix expression (4).

В скалярном виде выражения для компонент дальности (1.7) в проекциях на оси ГСК OX'Y'Z', в соответствии с (4) и (6), будут иметь вид:In the scalar form, the expressions for the range components (1.7) in the projections on the HSC axis OX'Y'Z ', in accordance with (4) and (6), will have the form:

Figure 00000015
Figure 00000015

Сравнение (1.3) с (1.8) приводит к следующим уравнениям связи:Comparison of (1.3) with (1.8) leads to the following communication equations:

Figure 00000016
Figure 00000016

Учитывая, что как географические координаты ϕ0, λ0, h0 ОК, так и полученные на их основе гринвичские координаты

Figure 00000017
(1.2) известны абсолютно точно, а ошибочными являются счисленные ИНС значения географических координат
Figure 00000018
текущего местоположения объекта и адекватные им по точности линейные гринвичские координаты
Figure 00000019
(1.1) - полученные уравнения связи (1.9) правомочно трактовать, как уравнения, связывающие ошибки Δϕ, Δλ, Δh счисления географических координат
Figure 00000020
и соответствующие им ошибки ΔХ', ΔY', ΔZ' определения гринвичских координат
Figure 00000021
текущего местоположения объекта.Given that both the geographical coordinates ϕ 0 , λ 0 , h 0 OK, and the Greenwich coordinates obtained on their basis
Figure 00000017
(1.2) are known exactly, and the calculated ANN values of geographical coordinates are erroneous
Figure 00000018
the current location of the object and adequate linear accuracy of Greenwich coordinates for them
Figure 00000019
(1.1) - the resulting communication equations (1.9) can be correctly interpreted as equations relating errors Δϕ, Δλ, Δh of the numbering of geographical coordinates
Figure 00000020
and the corresponding errors ΔX ', ΔY', ΔZ 'of determining the Greenwich coordinates
Figure 00000021
the current location of the object.

Действительно, если в полученных уравнениях связи (1.9) положить, что идеальные значения координат ϕ, λ, h и X', Y', Z' текущего местоположения объекта определяются соотношениями вида:Indeed, if in the obtained communication equations (1.9) it is assumed that the ideal values of the coordinates ϕ, λ, h and X ', Y', Z 'of the current location of the object are determined by relations of the form:

Figure 00000022
Figure 00000022

где

Figure 00000023
- счисленные ИНС значения географических координат местоположения объекта;
Figure 00000024
- полученные на их основе гринвичские координаты; Δϕ, Δλ, Δh, ΔХ', ΔY', ΔZ' - соответствующие ошибки счисления, подлежащие определению, то полученные таким образом уравнения связи будут иметь представленную выше трактовку.Where
Figure 00000023
- calculated ANN values of the geographical coordinates of the location of the object;
Figure 00000024
- Greenwich coordinates obtained on their basis; Δϕ, Δλ, Δh, ΔX ', ΔY', ΔZ 'are the corresponding numbering errors to be determined, then the communication equations obtained in this way will have the interpretation presented above.

Действительно, в соответствии с фигурой земного эллипсоида вращения, достаточно просто можно получить выражения, связывающие вариации линейных гринвичских координат ΔХ', ΔY', ΔZ' с линейными вариациями

Figure 00000025
Δh в проекциях на оси ГСТ ONHE объекта.Indeed, in accordance with the figure of the terrestrial ellipsoid of revolution, it is quite simple to obtain expressions relating the variations of the linear Greenwich coordinates ΔX ', ΔY', ΔZ 'with linear variations
Figure 00000025
Δh in the projections on the axis of the GTS ONHE object.

Запишем их в виде следующего векторно-матричного выражения:We write them in the form of the following vector-matrix expression:

Figure 00000026
Figure 00000026

где

Figure 00000027
- представленная ниже ортогональная матрица (6), определяемая текущими значениями счисленных географических координат
Figure 00000028
местоположения объекта.Where
Figure 00000027
- the orthogonal matrix (6) presented below, determined by the current values of the calculated geographic coordinates
Figure 00000028
location of the object.

Подставляя (2) в (1.10) и далее в уравнения связи вида (1.9) с учетом трех последних соотношений системы (1.10), получают систему из трех алгебраических уравнений относительно

Figure 00000025
и Δh.Substituting (2) into (1.10) and further into the communication equations of the form (1.9), taking into account the last three relations of the system (1.10), we obtain a system of three algebraic equations with respect to
Figure 00000025
and Δh.

Ее решение позволяет определить текущие ошибки счисления Δϕ, Δλ, Δh географических координат местоположения ИНС и откорректировать их в соответствии с последней тройкой соотношений (1.10).Its solution allows us to determine the current calculation errors Δϕ, Δλ, Δh of the geographical coordinates of the location of the ANN and correct them in accordance with the last three relations (1.10).

При необходимости повышения точности определения ошибок счисления координат, после осуществления соответствующих переприсваиваний может быть реализована вторая и последующие итерации.If it is necessary to increase the accuracy of determining the coordinates numbering errors, after the corresponding reassignments are carried out, the second and subsequent iterations can be implemented.

Представленный выше способ коррекции счисленных ИНС географических координат местоположения объекта по типу коррекции, по используемым при этом информационно-измерительным системам и основным приемам и методам математического преобразования измеренной информации может быть использован в качестве прототипа предлагаемого способа коррекции инерциальной системы по неподвижному ориентиру с известными географическими координатами.The above method of correcting the calculated ANN of the geographical coordinates of the object’s location according to the type of correction, according to the information-measuring systems used and the basic methods and methods of mathematical transformation of the measured information, can be used as a prototype of the proposed method for correcting the inertial system based on a fixed reference point with known geographical coordinates.

Формализуя приведенное выше описание прототипа, излагая его в терминах, используемых при решении подобных задач математических процедур и с акцентом на физическую суть выполняемых при этом операций, приведем его в следующем виде.Formalizing the above description of the prototype, stating it in terms used in solving similar problems of mathematical procedures and with emphasis on the physical essence of the operations performed in this case, we give it in the following form.

Способ оценивания ошибок Δϕ, Δλ, Δh счисленных инерциальной навигационной системы (ИНС) географических координат ϕ, λ текущего местоположения объекта и комплексной бароинерциальной высоты h его полета и их эпизодической коррекции по результатам кратковременной аппаратной привязки к неподвижному наземному ориентиру коррекции (ОК) с известными географическими координатами ϕ0, λ0, h0 с измерением относительных координат ϕy, ϕz,

Figure 00000029
его ориентации, основанный на совместной обработке углов ϕy, ϕz визирования ОК и наклонной дальности
Figure 00000030
до него, формируемых ИНС текущих углов истинного курса ψи, крена γ и тангажа υ объекта и основной тройки ϕ, λ, h навигационных параметров, в процессе которой по измерениям ϕy, ϕz,
Figure 00000031
формируют текущие значения компонент Dx, Dy, Dz дальности до ОК в проекциях на оси связанной с объектом системы координат (ССК) Oxyz, которые, используя текущие значения углов ψи, υ, γ ориентации объекта и координат ϕ, λ его местоположения, последовательно приводят к осям географического сопровождающего трехгранника (ГСТ) ONHE и гринвичской системы координат (ГСК) OX'Y'Z', рассчитывая компоненты DN, DH, DE дальности до ОК в проекциях на оси ГСТ ONHE и компоненты
Figure 00000032
дальности в проекциях на оси ГСК, дополнительно, используя приведенный срез рассчитывают текущие значения гринвичских координат
Figure 00000033
объекта и ОК
Figure 00000034
сравнением которых определяют текущие относительные координаты
Figure 00000035
местоположения ОК, а сопоставляя их с соответствующими составляющими DX', DY', DZ' дальности до ОК, формируют систему алгебраических уравнений связи идеальных гринвичских X', Y', Z' и географических ϕ, λ, h координат текущего местоположения объекта, на основе которых, используя прием замены идеальных xj значений координат объекта их адекватным представлением вида
Figure 00000036
получают уравнения, связывающие ошибки Δϕ, Δλ, Δh счисления географических координат и соответствующие им ошибки ΔХ', ΔY', ΔZ' расчета гринвичских координат, которые известной в теории фигуры Земли подстановкой, связывающей вариации ΔХ', ΔY', ΔZ' гринвичских координат с линейными вариациями
Figure 00000037
Δh в проекциях на оси ГСТ объекта, приводят к системе алгебраических уравнений относительно Δϕ, Δλ, Δh, решая которую определяют ошибки Δϕ, Δλ, Δh счисления координат и корректируют их счисленные значения
Figure 00000038
A method for estimating the errors Δϕ, Δλ, Δh of the calculated inertial navigation system (INS) of the geographical coordinates ϕ, λ of the current location of the object and the complex baroinertial altitude h of its flight and their occasional correction according to the results of a short-term hardware reference to a fixed correction landmark (OK) with known geographical coordinates ϕ 0 , λ 0 , h 0 with measurement of relative coordinates ϕ y , ϕ z ,
Figure 00000029
its orientation, based on the joint processing of angles ϕ y , ϕ z of sighting OK and inclined range
Figure 00000030
to it, formed by the ANN of the current angles of the true course ψ and , roll γ and pitch υ of the object and the main triple ϕ, λ, h of navigation parameters, during which measurements ϕ y , ϕ z ,
Figure 00000031
form the current values of the components D x , D y , D z of the range to OK in the projections on the axis of the coordinate system Oxyz associated with the object (SSC), which, using the current values of the angles ψ and , υ, γ of the object’s orientation and the coordinates ϕ, λ of its location , sequentially lead to the axes of the geographic accompanying trihedron (GTS) ONHE and the Greenwich coordinate system (GSC) OX'Y'Z ', calculating the components D N , D H , D E of the range to OK in the projections on the GTS axis ONHE and components
Figure 00000032
range in projections on the GSK axis, in addition, using the given slice, the current values of the Greenwich coordinates are calculated
Figure 00000033
object and ok
Figure 00000034
By comparing which determine the current relative coordinates
Figure 00000035
OK locations, and comparing them with the corresponding components of D X ' , D Y' , D Z ' ranges to OK, form a system of algebraic equations for the connection of ideal Greenwich X', Y ', Z' and geographical ϕ, λ, h coordinates of the current location of the object on the basis of which, using the method of replacing the ideal x j values of the coordinates of the object with their adequate representation of the form
Figure 00000036
get equations linking the errors Δϕ, Δλ, Δh of the calculation of geographic coordinates and the corresponding errors ΔX ', ΔY', ΔZ 'of calculating the Greenwich coordinates, which are known in the theory of the Earth's figure by substitution connecting the variations ΔX', ΔY ', ΔZ' of the Greenwich coordinates with linear variations
Figure 00000037
Δh in projections on the axis of the GTS of the object, lead to a system of algebraic equations for Δϕ, Δλ, Δh, solving which determine errors
Figure 00000038

Достоинством указанного способа коррекции является его инвариантность относительно ошибок приведения компонент

Figure 00000039
дальности до ОК к осям ГСК OX'Y'Z' и ошибок ΔХ', ΔY', ΔZ' расчета счисленных значений гринвичских координат
Figure 00000040
текущего местоположения объекта.The advantage of this correction method is its invariance with respect to component reduction errors
Figure 00000039
range to OK to the axes of GSK OX'Y'Z 'and errors ΔX', ΔY ', ΔZ' of calculating the calculated values of the Greenwich coordinates
Figure 00000040
the current location of the object.

Недостатками указанного способа оптимального оценивания ошибок инерциальной информации и ее коррекции по неподвижному наземному ориентиру с известными географическими координатами являются:The disadvantages of this method of optimal error estimation of inertial information and its correction by a fixed landmark with known geographical coordinates are:

1. Отсутствие математического описания и учета ошибок пересчета компонент Dx, Dy, Dz дальности до ОК в проекциях на оси ССК Oxyz к осям ГСТ ONHE, реализуемого выражениями (1.7) и являющихся следствием ошибочного измерения текущих углов

Figure 00000041
эволюции объекта.1. Lack of mathematical description and accounting for errors in recalculating the components D x , D y , D z of the range to OK in the projections on the SSK axis Oxyz to the GTS ONHE axes, realized by expressions (1.7) and resulting from an erroneous measurement of current angles
Figure 00000041
evolution of an object.

2. Эпизодический, разовый характер коррекции с ограниченным перечнем оцениваемых и корректируемых параметров ИНС, следствием чего является невозможность проведения полноценной коррекции всего перечня пилотажной информации, включая истинный курс объекта, и горизонтальных составляющих его абсолютной линейной скорости.2. The episodic, one-time nature of the correction with a limited list of estimated and correctable parameters of the ANN, which results in the impossibility of a full correction of the entire list of flight information, including the true course of the object, and the horizontal components of its absolute linear speed.

3. В случае прекращения аппаратного, оптического контакта с используемым для коррекции ориентиром отсутствует возможность реализации не только долгосрочной (до 30÷40-ка минут), но любой процедуры прогноза оцененных ошибок ИНС и проведения по его результатам последующей коррекции.3. In the event of termination of the hardware, optical contact with the reference used for correction, it is not possible to implement not only long-term (up to 30-40 minutes), but any procedure for predicting the estimated ANN errors and performing subsequent correction based on its results.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей прицельно-навигационного комплекса современного ЛА за счет разработки унифицированной с инерциально-спутниковым режимом коррекции математической процедуры оптимального оценивания ошибок инерциальной информации и ее полноценной коррекции по результатам непрерывного углового сопровождения неподвижного наземного ориентира с известными географическими координатами в обеспечение эффективного решения навигационных, боевых и специальных задач.The technical result of the invention is to expand the functionality of the aiming and navigation complex of modern aircraft by developing a mathematical procedure unified with inertial-satellite correction mode for optimal estimation of inertial information errors and its full correction according to the results of continuous angular tracking of a fixed landmark with known geographical coordinates to provide an effective solution navigation, combat and special tasks.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе оптимального оценивания ошибок инерциальной информации и ее коррекции по неподвижному наземному ориентиру с известными географическими координатами, включающем угловое сопровождение неподвижного наземного ориентира коррекции (ОК) и дискретное измерение наклонной дальности до него в щадящем для лазерного дальномера (ЛД) из состава обзорно-прицельной системы (ОПС) режиме его работы с частотой излучающих посылок 0,5-1,0 Гц, основанном на совместной обработке измеряемых при этом текущих углов ϕy, ϕz визирования ОК и наклонной дальности

Figure 00000042
до него, текущих углов истинного
Figure 00000043
и гироскопического
Figure 00000044
курсов, крена
Figure 00000045
и тангажа
Figure 00000046
объекта, счисленных ИНС географических координат
Figure 00000047
его местоположения и текущей бароинерциальной высоты
Figure 00000048
дополнительно, в режиме непрерывного углового сопровождения ОК одно-двух секундные временные интервалы между соседними измерениями дальности до ОК заполняют ее десяти герцовыми расчетными значениями, которые формируют в соответствии с модифицированной, инвариантной к рельефу подстилающей поверхности угломестной процедурой определения наклонной дальности, предполагающей использование текущих бароинерциальной высоты объекта, косинуса угла между географической вертикалью и направлением на ОК, и сформированного по измерениям ОПС опорного значения высоты ОК над уровнем моря, при этом оценивание составляющих абсолютной линейной скорости объекта осуществляют в соответствии с кинематической моделью его движения относительно неподвижного наземного ОК в проекциях на оси инерциальной системы координат (ИСК), чем обеспечивают кардинальное упрощение описывающих ее дифференциальных уравнений за счет естественной поканальной декомпозиции модели относительного движения объекта, которую, из соображений повышения точности оценивания, дополнительно, модифицируют, переходя от уравнений для составляющих абсолютной линейной скорости и ускорения объекта в полных сигналах к их вариациям относительно измеренных ИНС текущих значений, при этом компоненты абсолютной линейной скорости движения объекта относительно ОК используют, как известное управление, а полученные в результате процедуры оптимальной фильтрации и идентификации оценки компонент дальности до ОК и составляющих абсолютной линейной скорости объекта используют для формирования позиционных и скоростных сигналов идеального измерителя, путем сравнения которых с соответствующими выходными сигналами ИНС формируют сигналы измерения оптимального фильтра-идентификатора ошибок ИНС и элементы его матрицы наблюдения, через которые осуществляют учет всех ошибок сигналов измерения, при этом процедуру их оптимальной фильтрации и идентификации реализуют в соответствии с традиционной для ИНС моделью ошибок, которую, из соображений корректности ее описания и точности оценивания, расширяют за счет включения в нее трех дифференциальных уравнений, описывающих характер изменения координат местоположения ИНС относительно ОПС в проекциях на оси опорного трехгранника гироплатформы (ОТГП) ИНС, по окончании оптимального оценивания ошибок ИНС, определяемого временем нахождения ОК в зоне оптического контакта с объектом, фильтр-идентификатор ошибок ИНС останавливают, его входные сигналы и коэффициенты усиления обнуляют, а сам фильтр переводят в режим долгосрочного прогноза полученных оценок, который реализуют в соответствии с рекуррентной процедурой формирования априорных ошибок ИНС, а полученные в результате прогноза значения ошибок ИНС используют для коррекции координат текущего местоположения объекта, горизонтальных составляющих его абсолютной линейной скорости, угла азимутальной ориентации ГП ИНС и углов текущей ориентации объекта.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method for optimal estimation of errors of inertial information and its correction according to a fixed landmark with known geographical coordinates, including angular tracking of a fixed correction landmark (OK) and discrete measurement of the inclined range to it in a sparing laser rangefinder (LD) from the composition of the survey-aiming system (OPS), its operation mode with a frequency of emitting transmissions of 0.5-1.0 Hz, based on joint processing, is measured x with the current angles ϕ y , ϕ z of the OK sight and inclined range
Figure 00000042
to him, the current angles of true
Figure 00000043
and gyroscopic
Figure 00000044
courses, roll
Figure 00000045
and pitch
Figure 00000046
of an object calculated by the ANN of geographical coordinates
Figure 00000047
its location and current baroinertial height
Figure 00000048
additionally, in the continuous angular tracking mode, OK, one-two second time intervals between adjacent measurements of the range to OK fill it with ten hertz calculated values, which are formed in accordance with the modified invariant to the relief of the underlying surface elevation procedure for determining the inclined range, involving the use of current baroinertial heights object, the cosine of the angle between the geographic vertical and the direction to OK, and formed by the measurements of the OPS op the reference value of the altitude OK above sea level, while the components of the absolute linear velocity of the object are estimated in accordance with the kinematic model of its motion relative to the motionless ground OK in the projections on the axis of the inertial coordinate system (ISC), which provides a fundamental simplification of the differential equations describing it due to the natural channel-by-channel decomposition of the model of relative motion of an object, which, for reasons of increasing the accuracy of estimation, is additionally modified I go from the equations for the components of the absolute linear velocity and acceleration of the object in full signals to their variations relative to the measured ANN current values, while the components of the absolute linear velocity of the object relative to the OK are used as a known control, and the component estimates obtained as a result of the optimal filtering and identification procedure range to OK and components of the absolute linear speed of the object is used to form positional and speed signals of an ideal meter, by which, with the corresponding output signals of the ANN, generate measurement signals of the optimal filter-identifier of the ANN errors and the elements of its observation matrix through which all errors of the measurement signals are recorded, while the procedure for their optimal filtering and identification is implemented in accordance with the traditional error model for the ANN, which , for reasons of correctness of its description and accuracy of estimation, it is expanded by including three differential equations in it that describe the nature of the change in coordinates the location of the ANN relative to the OPS in the projections on the axis of the reference gyro-platform trihedral (GST) of the ANN, at the end of the optimal estimation of the ANN errors, determined by the time spent by the OK in the zone of optical contact with the object, the ANN error filter-identifier is stopped, its input signals and amplification factors are reset, and the filter itself is transferred to the long-term forecast mode of the obtained estimates, which is implemented in accordance with the recursive procedure for generating a priori errors of the ANN, and the values obtained as a result of the forecast are significant Error ANNs are used to correct the coordinates of the current location of the object, the horizontal components of its absolute linear velocity, the azimuthal orientation angle of the GP ANN and the angles of the current orientation of the object.

Приведем перечень и описание фигур, которые потребуются при осуществлении предлагаемого изобретения.Here is a list and description of the figures that will be required in the implementation of the invention.

Для разработки унифицированной процедуры коррекции ИНС по неподвижному наземному ориентиру с известными географическими координатами целесообразно ввести в рассмотрение следующие системы координат:To develop a unified procedure for correcting ANNs according to a fixed landmark with known geographical coordinates, it is advisable to introduce the following coordinate systems:

- инерциальную систему координат (ИСК) OXYZ;- inertial coordinate system (ISK) OXYZ;

- гринвическую систему координат (ГСК) OX'Y'Z'.- Greenwich coordinate system (HSC) OX'Y'Z '.

- географический сопровождающий трехгранник (ГСТ) ONHE;- geographic accompanying trihedron (GTS) ONHE;

- опорный трехгранник гироплатформы (ОТГП) ИНС Oξηζ;- reference trihedral of the gyro platform (OGP) ANN Oξηζ;

- связанную с объектом систему координат (ССК) Oxyz;- Oxyz coordinate system associated with the object (SSC);

- лучевую систему координат (ЛСК) OxЛyЛzЛ.- ray coordinate system (LSC) Ox Л y Л z Л.

На фиг. 1 приведена ориентация ИСК OXYZ, ГСК OX'Y'Z' и ГСТ ONHE на земном эллипсоиде вращения. ГСК OX'Y'Z' - это система координат, связанная с Землей, ось ОХ' которой параллельна оси вращения Земли, ось OZ' - лежит в плоскости гринвичского меридиана, а ось OY' дополняет их до правого ортогонального трехгранника и направлена на Запад.In FIG. Figure 1 shows the orientation of the OXYZ GCS, OX'Y'Z 'GCS, and ONHE GTS on the terrestrial rotation ellipsoid. GSK OX'Y'Z 'is the coordinate system associated with the Earth, the axis OX' of which is parallel to the axis of rotation of the Earth, the axis OZ '- lies in the plane of the Greenwich meridian, and the axis OY' complements them to the right orthogonal trihedron and is directed to the West.

ИСК OXYZ - это абсолютно неподвижная система координат, связанная со звездами. Рассогласование ГСК OX'Y'Z' и ИСК OXYZ определяется углом ut, где u - угловая скорость суточно-годового вращения Земли, t - текущее время (фиг. 1).OXYZ ISK is an absolutely motionless coordinate system associated with stars. The mismatch between the HSC OX'Y'Z 'and the HSC OXYZ is determined by the angle ut, where u is the angular velocity of the daily-annual rotation of the Earth, t is the current time (Fig. 1).

На фиг. 2 приведена взаимная ориентация ГСК OX'Y'Z' и ГСТ ONHE.In FIG. 2 shows the relative orientation of HSC OX'Y'Z 'and GTS ONHE.

Их рассогласование определяется углами географической долготы λ и широты ϕ.Their mismatch is determined by the angles of geographic longitude λ and latitude ϕ.

Переход от осей ГСК OX'Y'Z' к осям ГСТ ONHE осуществляется посредством двух последовательных поворотов на угол λ и угол ϕ с угловыми скоростями

Figure 00000049
соответственно.The transition from the axes of the HSC OX'Y'Z 'to the axes of the GTS ONHE is carried out by two successive rotations through the angle λ and the angle ϕ with angular velocities
Figure 00000049
respectively.

Приведенное на фиг. 2 направление отсчета углов λ и ϕ и угловых скоростей

Figure 00000050
является положительным.Referring to FIG. 2 reference direction of angles λ and ϕ and angular velocities
Figure 00000050
is positive.

На фиг. 3 приведена взаимная ориентация ГСТ ONHE и ОТГП ИНС Oξηζ. Переход от осей ГСТ ONHE к осям ОТГП ИНС Oξηζ осуществляется посредством поворота на угол χ азимутальной ориентации ОТГП ИНС.In FIG. Figure 3 shows the relative orientation of the GTS ONHE and the OGPN ANN Oξηζ. The transition from the axes of the GTS ONHE to the axes of the OTGP ANN Oξηζ is carried out by rotation through the angle χ of the azimuthal orientation of the OTGP ANN.

Приведенное на фиг. 3 направление отсчета угла χ и угловой скорости

Figure 00000051
является положительным.Referring to FIG. 3 reference direction of the angle χ and angular velocity
Figure 00000051
is positive.

На фиг. 4 приведена взаимная ориентация ОТГП ИНС Oξηζ и ССК Oxyz.In FIG. Figure 4 shows the mutual orientation of the OTGP ANN Oξηζ and SSK Oxyz.

Их рассогласование определяется углами гироскопического курса ψг, тангажа υ и крена γ объекта.Their mismatch is determined by the angles of the gyroscopic course ψ g , pitch υ and roll γ of the object.

Переход от осей ОТГП Oξηζ к осям ССК Oxyz осуществляется посредством трех последовательных поворотов на углы ψг, υ и γ с угловыми скоростями

Figure 00000052
соответственно.The transition from the axes of the OGP Oξηζ to the axes of the SSK Oxyz is carried out by means of three successive rotations through the angles ψ g , υ and γ with angular velocities
Figure 00000052
respectively.

Приведенное на фиг. 4 направление отсчета углов ψг, υ, γ и угловых скоростей

Figure 00000053
является положительным.Referring to FIG. 4 reference direction of angles ψ g , υ, γ and angular velocities
Figure 00000053
is positive.

На фиг. 5 приведена взаимная ориентация ССК Oxyz и ЛСК OxЛyЛzЛ.In FIG. 5 shows the relative orientation of the SSC Oxyz and the BSC Ox Л y Л z Л.

Их рассогласование определяется углами ϕу, ϕz визирования ОК. Ось ОхЛ ЛСК направлена на ориентир, с указанной осью при угловом сопровождении ОК совпадает вектор

Figure 00000054
наклонной дальности до него (фиг. 5).Their mismatch is determined by the angles ϕ y , ϕ z of the sight OK. The axis ОX Л ЛСК is directed to a landmark; the vector coincides with the indicated axis for angular tracking OK
Figure 00000054
slant range to it (Fig. 5).

Переход от осей ССК Oxyz к осям ЛСК OxЛyЛzЛ. осуществляется посредством двух последовательных поворотов на углы ϕy и ϕz с угловыми скоростями

Figure 00000055
соответственно.The transition from the axes of the SSK Oxyz to the axes of the LSK Ox L y L z L. is carried out by means of two successive rotations through the angles ϕ y and ϕ z with angular velocities
Figure 00000055
respectively.

Приведенное на фиг. 5 направление отсчета углов ϕу, ϕz и угловых скоростей

Figure 00000056
является положительным.Referring to FIG. 5 reference direction of angles ϕ y , ϕ z and angular velocities
Figure 00000056
is positive.

На фиг. 6 приведена взаимная ориентация ГСТ ONHE и ССК Oxyz.In FIG. Figure 6 shows the relative orientation of the ONHE GTS and Oxyz CCK.

Их рассогласование определяется углами истинного курса ψи, тангажа υ и крена γ объекта.Their mismatch is determined by the angles of the true course ψ and , pitch υ and roll γ of the object.

Переход от осей ГСТ ONHE к осям ССК Oxyz осуществляется посредством трех последовательных поворотов на углы ψи, υ и γ с угловыми скоростями

Figure 00000057
соответственно.The transition from the axes of the GTS ONHE to the axes of the SSK Oxyz is carried out by means of three successive turns at the angles ψ and , υ and γ with angular velocities
Figure 00000057
respectively.

Приведенное на фиг. 6 направление отсчета углов ψи, υ и γ и угловых скоростей

Figure 00000058
является положительным.Referring to FIG. 6 reference direction of the angles ψ and , υ and γ and angular velocities
Figure 00000058
is positive.

На фиг. 7 представлен примерный план полета объекта относительно наземного ориентира коррекции ОК при его угловом сопровождении в обеспечение коррекции ИНС.In FIG. 7 shows an approximate flight plan of the object relative to the landmark of correction OK with its angular accompaniment to ensure the correction of ANN.

Оптический контакт с ОК и его угловое сопровождение начинается с дальности DK до точки К касания с окружностью радиуса rц, по которой осуществляется циркуляция объекта.Optical contact with OK and its angular tracking starts from the range D K to the point of contact K with a circle of radius r c along which the object is circulated.

Для вертолета представленные на фиг. 7 параметры при скорости его полета V=144 км/ч могут быть приняты равными DK=3-4 км, rц=1,2-1,5 км. При указанных значениях параметров время оптического контакта с ОК и его углового сопровождения составит порядка 337-360 секунд, что позволит реализовать полноценную процедуру оценивания и коррекции ИНС.For the helicopter shown in FIG. 7 parameters at its flight speed V = 144 km / h can be taken equal to D K = 3-4 km, r c = 1.2-1.5 km. With the specified parameter values, the time of optical contact with the OK and its angular tracking will be about 337-360 seconds, which will allow to implement a full-fledged procedure for evaluating and correcting ANNs.

Для боевого самолета указанные параметры могут быть определены и уточнены по результатам натурных работ.For a combat aircraft, these parameters can be determined and refined based on the results of field work.

С целью раскрытия физической и математической сути предлагаемого способа коррекции приведем подробное описание используемых при этом векторно-матричных и скалярных преобразований, дифференциальных уравнений относительного движения объекта и входящих в них параметров, а также оптимальных математических процедур линейной дискретной фильтрации и идентификации Калмана.In order to reveal the physical and mathematical essence of the proposed correction method, we give a detailed description of the vector-matrix and scalar transformations used, the differential equations of the relative motion of the object and the parameters included in them, as well as the optimal mathematical procedures for linear discrete filtering and Kalman identification.

Но прежде, несколько уточняющих и предваряющих дальнейшее исследование моментов, имеющих принципиальное значение.But before, a few clarifying and anticipating further research points of fundamental importance.

В дальнейшем будем полагать, что географические координаты ориентира коррекции являются абсолютно точными и равны ϕ0, λ0, h0, где под h0 следует понимать высоту ОК над уровнем моря.In the future, we will assume that the geographical coordinates of the correction landmark are absolutely accurate and equal to ϕ 0 , λ 0 , h 0 , where h 0 should be understood as the height of the OK above sea level.

Под используемым понятием «унифицированный способ оптимального оценивания…» следует понимать его алгоритмическую и программную унификацию с той процедурой оптимальной фильтрации и идентификации, которая используется при оптимальном оценивании ошибок ИНС в режиме инерциально-спутниковой коррекции. При этом допускается некоторые различия рассматриваемых процедур, определяемые вариациями их матриц наблюдения. Матрицы сообщения, определяемые моделью ошибок ИНС, в рассматриваемых случаях должны быть адекватны.The term “unified method of optimal estimation ...” used is understood to mean its algorithmic and software unification with the optimal filtering and identification procedure used in the optimal estimation of ANN errors in the inertial-satellite correction mode. At the same time, some differences of the considered procedures are allowed, determined by the variations of their observation matrices. The message matrices determined by the ANN error model should be adequate in the cases under consideration.

Учитывая, что процедура оптимального оценивания в режиме инерциально-спутниковой коррекции ИНС является достаточно отработанной, цель настоящего исследования будет заключаться в рассмотрении только тех специфических вопросов оценивания и коррекции по сопровождаемому теле- или тепловизионным каналом обзорно-прицельной системы (ОПС) ориентиру коррекции, которые позволяли бы максимально эффективно адаптировать их к инженерно-отработанному алгоритму инерциально-спутниковой коррекции.Considering that the procedure of optimal estimation in the mode of inertial-satellite correction of ANNs is quite worked out, the purpose of this study will be to consider only those specific issues of estimation and correction on the tracking-target system (OPS) accompanied by the television or thermal imaging channel, which allowed to adapt them to the engineering-developed algorithm of inertial-satellite correction as efficiently as possible.

Представляется, что для этого необходимо и достаточно в процессе углового сопровождения ОК по производимым ОПС измерениям и подлежащей коррекции навигационной и пилотажной информации ИНС (с учетом ошибок ее измерения и счисления) сформировать необходимые для реализации рассматриваемого режима коррекции значения географических координат текущего местоположения объекта и горизонтальных составляющих его абсолютной линейной скорости, которые в штатной процедуре инерциально-спутниковой коррекции используются в качестве сигналов измерителя.It seems that for this it is necessary and sufficient in the process of angular support of OK on the measurements made by the TSO and the corrected navigation and flight information of the ANN (taking into account the errors of its measurement and calculation) to form the necessary values for the implementation of the correction mode under consideration for the geographical coordinates of the current location of the object and horizontal components its absolute linear velocity, which are used as measurement signals in the standard inertial-satellite correction procedure retitle.

Условимся, что обзорно-прицельная система является идеальным датчиком первичной информации, поэтому производимые ей измерения углов ϕy, ϕz визирования ОК и опорных значений наклонной дальности

Figure 00000059
до него будем считать абсолютно точными.We agree that the sighting and sighting system is an ideal sensor of primary information, therefore, the measurements of the viewing angles ϕ y , ϕ z of the sight OK and the reference values of the inclined range
Figure 00000059
before it we will consider it absolutely accurate.

Учитывая, что длительность процедуры оптимального оценивания ошибок инерциальной информации должна составлять 5-6 минут, а на работу лазерного дальномера (ЛД) в режиме 10-ти герцового измерения дальности есть временные ограничения, предлагается использовать ЛД в режиме низкочастотного измерения дальности (f=0,5-1 Гц) с заполнением интервалов между опорными измерениями дальностей их расчетными значениями, полученными на основе модифицированного угломестного способа их определения.Considering that the duration of the procedure for optimal estimation of inertial information errors should be 5-6 minutes, and there are time limitations on the operation of the laser range finder (LD) in the 10 Hz range measurement mode, it is proposed to use the LD in the low-frequency range measurement mode (f = 0, 5-1 Hz) with filling the intervals between the reference measurements of ranges with their calculated values obtained on the basis of a modified elevation method for their determination.

С целью раскрытия физической сути и математического содержания предлагаемых алгоритмических решений приведем все необходимые векторно-матричные соотношения, в соответствии с которыми могут быть реализованы взаимные преобразования компонент произвольного вектора для введенных в рассмотрение систем координат.In order to disclose the physical essence and mathematical content of the proposed algorithmic solutions, we present all the necessary vector-matrix relations in accordance with which mutual transformations of the components of an arbitrary vector can be realized for the coordinate systems introduced into consideration.

Векторно-матричные выражения для преобразования компонент произвольного вектора, заданных проекциями на оси ГСК OX'Y'Z', к осям ГСТ ONHE и обратно будут иметь следующий вид:Vector-matrix expressions for transforming the components of an arbitrary vector defined by projections on the HSC axis OX'Y'Z 'to the axes of the GTS ONHE and vice versa will have the following form:

Figure 00000060
Figure 00000060

Входящие в выражения (3), (4) матрица G и транспонированная матрица GT, имеют вид:The matrix G and the transposed matrix G T included in expressions (3), (4) have the form:

Figure 00000061
Figure 00000061

Figure 00000062
Figure 00000062

Векторно-матричное выражение для расчета компонент произвольного вектора в проекциях на оси ОТГП ИНС Oξηζ по известным его составляющим в проекциях на оси ГСТ ONHE и обратное ему выражение будут иметь вид:The vector-matrix expression for calculating the components of an arbitrary vector in the projections on the axis of the OTGP ANN Oξηζ according to its known components in the projections on the axis of the GTS ONHE and its inverse expression will look like:

Figure 00000063
Figure 00000063

где матрица Г и транспонированная матрица ГТ, в соответствии с фиг. 3, равны:where the matrix G and the transposed matrix G T , in accordance with FIG. 3 are equal to:

Figure 00000064
Figure 00000064

Векторно-матричное выражение для расчета компонент произвольного вектора в проекциях на оси ССК Oxyz по известным его составляющим в осях ОТГП ИНС Oξηζ и обратное ему выражение имеют вид:The vector-matrix expression for calculating the components of an arbitrary vector in the projections on the SSK axis Oxyz according to its known components in the axes of the OTGP ANS Oξηζ and its inverse expression are:

Figure 00000065
Figure 00000065

где матрица S0 и транспонированная матрица

Figure 00000066
в соответствии с фиг. 4, имеют вид:where the matrix S 0 and the transposed matrix
Figure 00000066
in accordance with FIG. 4, have the form:

Figure 00000067
Figure 00000067

Figure 00000068
Figure 00000068

Векторно-матричное выражение для расчета компонент произвольного вектора в проекциях на оси ЛСК OxЛyЛzЛ по известным его составляющим в проекциях на оси ССК Oxyz и обратное ему выражение имеют вид:The vector-matrix expression for calculating the components of an arbitrary vector in the projections on the LSC axis Ox L y L z L according to its known components in the projections on the LSC axis Oxyz and its inverse expression are:

Figure 00000069
Figure 00000069

Входящие в (15) матрицы L и LT, в соответствии с фиг. 5, равны:The matrices L and L T included in (15), in accordance with FIG. 5 are equal:

Figure 00000070
Figure 00000070

Figure 00000071
Figure 00000071

Для расчета компонент произвольного вектора в проекциях на оси ИСК OXYZ по известным его компонентам в проекциях на оси ЛСК OxЛyЛzЛ необходимо знать соответствующую этому преобразованию матрицу.To calculate the components of an arbitrary vector in the projections on the OXYZ ISK axis using its known components in the projections on the LSC axis Ox Л y Л z Л it is necessary to know the matrix corresponding to this transformation.

Для определения вида указанной матрицы найдем предварительно матрицу для расчета компонент произвольного вектора в проекциях на оси ГСК OX'Y'Z' по известным его составляющим в осях ЛСК OxЛyЛzЛ.To determine the type of said matrix find pre-matrix for the calculation of the random component vector in projections onto the axis of GSK OX'Y'Z 'of its components known in the axes Ox LCS A y A z A.

Согласно (4), (8), (12) и (16), преобразование произвольного вектора, заданного в осях ЛСК, к осям гринвичской системы координат ГСК OX'Y'Z' может быть осуществлено в соответствии со следующим матричным выражением:According to (4), (8), (12) and (16), the transformation of an arbitrary vector specified in the axes of the LSC to the axes of the Greenwich coordinate system HSC OX'Y'Z 'can be carried out in accordance with the following matrix expression:

Figure 00000072
Figure 00000072

В соответствии с приведенным выражением матрица рассматриваемого преобразования равна

Figure 00000073
In accordance with the above expression, the matrix of the transformation under consideration is equal to
Figure 00000073

Для преобразования произвольного вектора, заданного проекциями на оси лучевой системы координат, под которым следует понимать измеренный лазерным дальномером массив наклонной дальности, к осям инерциальной системы отсчета воспользуемся полученным выше матричным соотношением (19), в котором под матрицей GT (6) будем понимать аналогичную по структуре матрицу с той лишь разницей, что в ней вместо географической долготы λ, отсчитываемой от плоскости гринвического меридиана, будем использовать абсолютную долготу λ а , равную:To transform an arbitrary vector defined by projections on the axis of the ray coordinate system, which should be understood as an oblique range array measured by a laser range finder, to the axes of the inertial reference frame, we use the matrix relation (19) obtained above, in which we mean the matrix G T (6) similar in structure, the matrix with the only difference being that instead of the geographic longitude λ counted from the plane of the green meridian, we will use the absolute longitude λ a equal to:

Figure 00000074
Figure 00000074

где u - угловая скорость суточно-годового вращения Земли

Figure 00000075
a tk - текущее время, которое рассчитывается в соответствии со следующим рекуррентным выражением:where u is the angular velocity of the daily-annual rotation of the Earth
Figure 00000075
at k is the current time, which is calculated in accordance with the following recurrence expression:

Figure 00000076
Figure 00000076

где τ - дискрет счета, который для рассматриваемой задачи равен 0,1 сек, t0=0.where τ is the discrete count, which for the problem under consideration is 0.1 sec, t 0 = 0.

Отсчет абсолютной долготы λ а осуществляется относительно оси OZ (фиг. 1), при этом угол между указанной осью и осью OZ', равен разнице абсолютной λ а и географической λ долготы.The absolute longitude λ a is measured relative to the OZ axis (Fig. 1), while the angle between the specified axis and the OZ 'axis is equal to the difference between the absolute λ a and the geographical λ longitude.

При расчете текущего времени tk (21) его отсчет необходимо вести относительно начала конкретного режима, в котором используется рассматриваемое векторно-матричное преобразование:When calculating the current time t k (21), it must be counted relative to the beginning of a specific mode in which the considered vector-matrix transformation is used:

Figure 00000077
Figure 00000077

где GT (ϕ, λ а ) - матрица, структурно аналогичная матрице GT (6), но в функции ϕ и λ а (20).where G T (ϕ, λ a ) is a matrix structurally similar to the matrix G T (6), but in the function ϕ and λ a (20).

Векторно-матричное выражение, обратное приведенному (22), будет иметь вид:The vector-matrix expression, the inverse of the above (22), will look like:

Figure 00000078
Figure 00000078

где G (ϕ, λ а ) - матрица, структурно аналогичная матрице G (5), но в функции абсолютной долготы λ а (20).where G (ϕ, λ a ) is a matrix structurally similar to the matrix G (5), but in the absolute longitude function λ a (20).

В соответствии с векторно-матричными выражениями (3) и (7), а также принимая во внимание (23), выражение для расчета составляющих произвольного вектора в проекциях на оси ОТГП Oξηζ по известным его компонентам, представленных в осях ИСК OXYZ, и обратное ему выражение имеют следующий вид:In accordance with the vector-matrix expressions (3) and (7), as well as taking into account (23), the expression for calculating the components of an arbitrary vector in the projections on the OGP axis Oξηζ using its known components presented in the OXYZ ICS axes and the inverse of it expression have the following form:

Figure 00000079
Figure 00000079

Векторно-матричное выражение для расчета компонент произвольного вектора в проекциях на оси ССК Oxyz по известным его составляющим в проекциях на оси ГСТ ONHE и обратное ему выражение имеют вид:The vector-matrix expression for calculating the components of an arbitrary vector in the projections on the SSK axis Oxyz according to its known components in the projections on the GTS axis ONHE and its inverse expression are:

Figure 00000080
Figure 00000080

где матрица Sг и транспонированная (обратная) матрица

Figure 00000081
в соответствии с фиг. 6, равны:where the matrix S g and the transposed (inverse) matrix
Figure 00000081
in accordance with FIG. 6 are equal to:

Figure 00000082
Figure 00000082

Figure 00000083
Figure 00000083

В соответствии с (3), (26) и (4), (27), используя в выражениях (3) и (4) вместо матриц G и GT их абсолютные аналоги G (ϕ, λ а ) и GT (ϕ, λ а ), получают векторно-матричное выражение для расчета компонент произвольного вектора в проекциях на оси ССК Oxyz по известным его составляющим в осях ИСК OXYZ, а также обратное ему выражение. Приведем их:In accordance with (3), (26) and (4), (27), using expressions (3) and (4) instead of the matrices G and G T, their absolute analogues G (ϕ, λ a ) and G T (ϕ , λ a ), they obtain a vector-matrix expression for calculating the components of an arbitrary vector in the projections on the axis of the CCS Oxyz according to its known components in the axes of the CSI OXYZ, as well as its inverse expression. We give them:

Figure 00000084
Figure 00000084

Приведенные выше векторно-матричные преобразования и входящие в них матрицы позволяют реализовать дискретную математическую процедуру оптимального оценивания составляющих абсолютной линейной скорости объекта на основе рекуррентной процедуры линейной фильтрации и идентификации составляющих дальности до ОК в проекциях на оси ИСК OXYZ, наблюдаемых на фоне случайных некоррелированных шумов измерения.The above vector-matrix transformations and the matrices included in them allow us to implement a discrete mathematical procedure for the optimal estimation of the components of the absolute linear velocity of the object based on the recursive linear filtering procedure and identification of the components of the range to OK in the projections on the OXYZ CSI axis, observed against the background of random uncorrelated measurement noise.

В частности, векторно-матричное выражение (31) будет использовано для расчета составляющих

Figure 00000085
дальности до ОК по рассчитанным, в соответствии с (16), составляющим Dx, Dy, Dz дальности в проекциях на оси ССК Oxyz.In particular, the vector-matrix expression (31) will be used to calculate the components
Figure 00000085
range to OK according to the calculated, in accordance with (16), components of D x , D y , D z ranges in the projections on the axis of the CCK Oxyz.

Как следует из выражения (16), при расчете составляющих Dx, Dy, Dz используют измеренные ОПС значения углов ϕy, ϕz визирования ОК (18) и текущее значение наклонной дальности до него.As follows from expression (16), when calculating the components D x , D y , D z , the measured SPS values of the angles ϕ y , ϕ z of the OK sight (18) and the current value of the inclined range to it are used.

Полученные по результатам оптимальной фильтрации оценки

Figure 00000086
компонент дальности до ОК в проекциях на оси ИСК, в соответствии с векторно-матричным выражением вида:Estimates obtained by the results of optimal filtering
Figure 00000086
the component of the range to OK in the projections on the axis of the ISK, in accordance with the vector-matrix expression of the form:

Figure 00000087
Figure 00000087

приводят к осям ГСТ ONHE и используют для формирования географических координат текущего местоположения объекта, которые используют в качестве позиционных сигналов идеального измерителя.they lead to the axes of the ONHE GTS and are used to form the geographical coordinates of the current location of the object, which are used as positional signals of an ideal meter.

Дополнительно, в соответствии с векторно-матричным выражением (24) осуществляют приведение оцениваемых составляющих

Figure 00000088
абсолютной линейной скорости объекта к осям ОТГП Oξηζ и последующее их использование в качестве скоростных сигналов идеального измерителя.Additionally, in accordance with the vector-matrix expression (24), the estimated components are reduced
Figure 00000088
absolute linear velocity of the object to the axes of the OTGP Oξηζ and their subsequent use as speed signals of an ideal meter.

При этом, по сформированным ниже позиционным и скоростным сигналам идеального измерителя и текущим значениям счисленных инерциальной системой географических координат местоположения и горизонтальных составляющих абсолютной линейной скорости объекта, формируют входные сигналы оптимального фильтра-идентификатора, реализующего оптимальное оценивание ошибок ИНС.In this case, according to the positional and speed signals of the ideal meter formed below and the current values of the geographical coordinates of the location and the horizontal components of the absolute linear velocity of the object calculated by the inertial system, the input signals of the optimal filter-identifier that implement the optimal ANN error estimation are generated.

В дальнейшем, все относящееся к оптимальному оцениванию ошибок ИНС будем трактовать, как основную процедуру оптимальной фильтрации и идентификации.In the future, we will treat everything related to the optimal estimation of ANN errors as the main procedure for optimal filtering and identification.

При этом под вспомогательной процедурой оптимального оценивания будем понимать процедуру, осуществляемую в соответствии с дифференциальными уравнениями движения объекта относительно неподвижного наземного ориентира коррекции в проекциях на оси ИСК OXYZ.In this case, by the auxiliary procedure of optimal estimation, we mean the procedure carried out in accordance with the differential equations of motion of the object relative to a fixed correction landmark in projections on the OXYZ CSI axis.

Ее основное назначение - оптимальная фильтрация измеренных/рассчитанных компонент

Figure 00000089
дальности и оценивание составляющих
Figure 00000090
абсолютной линейной скорости объекта с их последующим использованием для формирования позиционных и скоростных сигналов измерителя в обеспечение реализации основной процедуры оценивания.Its main purpose is to optimally filter the measured / calculated components.
Figure 00000089
range and component evaluation
Figure 00000090
absolute linear velocity of the object with their subsequent use for the formation of positional and speed signals of the meter to ensure the implementation of the basic evaluation procedure.

И в этом смысле указанная процедура, действительно, является вспомогательной, выполняющей функции информационного обеспечения оптимального оценивания текущих ошибок инерциальной системы.And in this sense, this procedure is, indeed, auxiliary, performing the functions of information support for the optimal estimation of current errors of the inertial system.

То обстоятельство, что вспомогательная процедура оптимального оценивания осуществляется в соответствии с моделью относительного движения объекта в проекциях на оси ИСК OXYZ является неслучайным, поскольку только в этом случае дифференциальные уравнения движения объекта относительно ОК упрощаются настолько, что принимают вид трех поканально независимых систем дифференциальных уравнений первого порядка. Получим их.The fact that the auxiliary optimal estimation procedure is carried out in accordance with the model of the relative motion of the object in the projections on the OXYZ ISK axis is not accidental, since only in this case the differential equations of the object’s motion relative to OK are simplified so much that they take the form of three channel-independent independent systems of differential equations of the first order . Get them.

В соответствии с известной леммой о нахождении абсолютной производной некоторого вектора, приведенной в «Курсе теоретической механики» Л.Г. Лойцянского, А.И. Лурье, Том 1, Москва, «Наука», 1982 г [2] (стр. 301-302) можно показать, что векторное дифференциальное уравнение относительного движения цели имеет вид:In accordance with the well-known lemma on finding the absolute derivative of a certain vector given in the Course of Theoretical Mechanics, L.G. Loytsyanskogo A.I. Lurie, Volume 1, Moscow, Nauka, 1982 [2] (pp. 301-302), it can be shown that the vector differential equation of the relative motion of the target has the form:

Figure 00000091
Figure 00000091

где

Figure 00000092
- вектор дальности между объектом и целью;
Figure 00000093
- векторы абсолютной линейной скорости цели и объекта соответственно;
Figure 00000094
- вектор абсолютной угловой скорости вращения подвижной системы координат Oxyz;
Figure 00000095
- символ локальной производной.Where
Figure 00000092
- the distance vector between the object and the target;
Figure 00000093
- vectors of the absolute linear velocity of the target and object, respectively;
Figure 00000094
- the vector of the absolute angular velocity of rotation of the moving coordinate system Oxyz;
Figure 00000095
is the symbol of the local derivative.

При скалярном представлении векторного уравнения (33) необходимо помнить, что оно должно быть записано в проекциях на оси подвижной системы координат Oxyz. Если в качестве подвижной выбрана ССК Oxyz, составляющие

Figure 00000096
абсолютной угловой скорости которой равны ωx, ωу, ωz, то в этом случае система скалярных уравнений относительного движения цели будет иметь следующий вид:In the scalar representation of the vector equation (33), it must be remembered that it must be written in projections on the axis of the moving coordinate system Oxyz. If Oxyz CCK is selected as mobile, the components
Figure 00000096
the absolute angular velocity of which are equal to ω x , ω y , ω z , then in this case the system of scalar equations of relative motion of the target will have the following form:

Figure 00000097
Figure 00000097

Приведенной системой дифференциальных уравнений описывается относительное движение объекта и цели в самом общем случае. Указанную структуру будут иметь дифференциальные уравнения в проекциях на оси ГСТ ONHE, ОТГП Oξηζ.The given system of differential equations describes the relative motion of an object and a target in the most general case. The indicated structure will have differential equations in projections on the axis of the GTS ONHE, OGP Oξηζ.

Из этого ряда выпадают дифференциальные уравнения в проекциях на оси ЛСК OxЛyЛzЛ и ГСК OX'Y'Z'. Особое место в этом ряду занимает случай, когда в качестве подвижной принимается абсолютно неподвижная система координат, а именно, ИСК OXYZ.Differential equations in the projections on the LSC axis Ox Л y Л z Л and ГСК OX'Y'Z 'fall out of this series. A special place in this series is occupied by the case when the absolutely motionless coordinate system, namely, the OXYZ ISK, is taken as the moving one.

Принципиальное отличие этого варианта от представленных выше является то, что абсолютная угловая скорость подвижной (инерциальной) системы координат относительно неподвижной (инерциальной) системы координат будет равна нулю, т.е. ωХYZ=0, что приводит к закономерному упрощению представленной выше системы дифференциальных уравнений (34), которая в этом случае принимает вид:The fundamental difference between this option and those presented above is that the absolute angular velocity of the moving (inertial) coordinate system relative to the fixed (inertial) coordinate system will be zero, i.e. ω X = ω Y = ω Z = 0, which leads to a regular simplification of the above system of differential equations (34), which in this case takes the form:

Figure 00000098
Figure 00000098

Впервые на указанное свойство ИСК OXYZ применительно к модели относительного движения цели обратили внимание в учебнике Р.В. Мубаракшина, В.М. Балуева, Б.В. Воронова «Прицельные системы стрельбы», часть 1, ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1973 г, [3] (стр. 49, с 5-ой по 9-ую строки сверху).For the first time in the textbook R.V. Mubarakshina, V.M. Balueva, B.V. Voronova "Aiming systems of firing", part 1, VVIA them. NOT. Zhukovsky, 1973, [3] (p. 49, from 5th to 9th lines from the top).

Для формирования полной модели относительного движения цели необходимо дифференциальные уравнения (35) дополнить уравнениями, описывающими характер изменения скорости цели для случая ее движения с постоянным ускорением. В соответствии с упомянутой выше леммой [2], устанавливающей порядок определения абсолютной производной в подвижной системе координат, указанные уравнения будут иметь следующий вид:To form a complete model of the relative motion of the target, it is necessary to supplement the differential equations (35) with equations describing the nature of the change in the speed of the target for the case of its movement with constant acceleration. In accordance with the above lemma [2], which establishes the procedure for determining the absolute derivative in a moving coordinate system, these equations will have the following form:

Figure 00000099
Figure 00000099

Figure 00000100
Figure 00000100

Figure 00000101
Figure 00000101

Полагая в приведенных уравнениях составляющие

Figure 00000102
абсолютной линейной скорости движения цели - в рассматриваемом случае, ориентира коррекции, известными, поскольку известны его географические координаты, и ускорения - равными нулю, а составляющие
Figure 00000103
абсолютной скорости и ускорения а Х, a Y, a Z движения объекта подлежащими оптимальному оцениванию, запишем их в следующем измененном виде:Assuming the components in the above equations
Figure 00000102
the absolute linear velocity of the target’s movement - in this case, the correction landmark, known since its geographical coordinates are known, and the accelerations are equal to zero, and the components
Figure 00000103
the absolute speed and acceleration a X , a Y , a Z of the object’s movement subject to optimal evaluation, we write them in the following modified form:

Figure 00000104
Figure 00000104

Figure 00000105
Figure 00000105

Figure 00000106
Figure 00000106

Figure 00000107
Figure 00000107

Таким образом, система из трех поканально независимых дифференциальных уравнений (36), (37), (38), которая в режиме привязки к подвижной цели используется для оптимального оценивания параметров ее движения, в ее измененном представлении (39), (40), (41) предназначена для оптимальной фильтрации и идентификации параметров движения объекта относительно неподвижного наземного ориентира, осуществляемой, как и в режиме привязки к цели, по измерениям дальности до ориентира коррекции, наблюдаемых на фоне случайных некоррелированных шумов измерения VX, VY, VZ:Thus, a system of three channel-independent independent differential equations (36), (37), (38), which in the mode of reference to a moving target is used to optimally estimate its motion parameters, in its modified representation (39), (40), ( 41) is intended for optimal filtering and identification of the object’s motion parameters relative to a fixed landmark, carried out, as in the target snap mode, by measuring the distance to the correction landmark observed against random uncorrelated noise measurements V X , V Y , V Z :

Figure 00000108
Figure 00000108

Входящие в (39), (40), (41) составляющие абсолютной линейной скорости ОК в проекциях на оси ГСТ ONHE обусловлены угловой скоростью суточно-годового вращения Земли и равны:The components of the absolute linear velocity OK in (39), (40), (41) in the projections on the GH axis ONHE are due to the angular velocity of the daily-annual rotation of the Earth and are equal to:

Figure 00000109
Figure 00000109

Расчет составляющих

Figure 00000110
в проекциях на оси ИСК, может быть осуществлен в соответствии с векторно-матричным выражением, обратным (32):Component calculation
Figure 00000110
in projections on the ISK axis, can be implemented in accordance with the inverse vector-matrix expression (32):

Figure 00000111
Figure 00000111

В выражениях (43), (44) ϕ0, λ0, h0 - это географические координаты ОК, при этом его абсолютная долгота λ а равна:In expressions (43), (44), ϕ 0 , λ 0 , h 0 are the geographical coordinates of OK, while its absolute longitude λ a is equal to:

Figure 00000112
Figure 00000112

Учитывая, что в рассматриваемом режиме коррекции в процессе оптимального оценивания ошибок ИНС объект после подлета к ориентиру коррекции переходит в режим циркуляции с последующим выходом на предписанный заданием курс (фиг. 7), для гарантированно точного оценивания составляющих абсолютной линейной скорости и ускорения объекта представляется целесообразным от варианта оценивания в полных сигналах (39), (40), (41) перейти к варианту оценивания ошибок

Figure 00000113
измеренных инерциальной системой составляющих
Figure 00000114
подчиняющимся соотношениям вида:Considering that in the correction mode under consideration, in the process of optimal ANN error estimation, the object, after approaching the correction reference point, enters the circulation mode with the subsequent exit to the course prescribed by the task (Fig. 7), for guaranteed accurate estimation of the components of the absolute linear velocity and acceleration of the object it seems appropriate from estimation option in full signals (39), (40), (41) go to error estimation variant
Figure 00000113
components measured by inertial system
Figure 00000114
subject to relationships of the form:

Figure 00000115
Figure 00000115

где

Figure 00000116
- измеренные/рассчитанные ИНС составляющие абсолютной линейной скорости объекта, приведенные к осям ИСК (25).Where
Figure 00000116
- measured / calculated ANN components of the absolute linear velocity of the object, reduced to the axes of the ISK (25).

Подставляя (46) в дифференциальные уравнения (39), (40), (41) и переходя в уравнениях для составляющих скорости и ускорения к их вариациям, получим следующую модифицированную систему уравнений:Substituting (46) into differential equations (39), (40), (41) and passing in the equations for the components of velocity and acceleration to their variations, we obtain the following modified system of equations:

Figure 00000117
Figure 00000117

Figure 00000118
Figure 00000118

Figure 00000119
Figure 00000119

Приведенный прием модификации дифференциальных уравнений относительного движения объекта позволит практически устранить возможные динамические ошибки оценивания абсолютной линейной скорости объекта на циркуляции.The presented technique for modifying the differential equations of the relative motion of the object will practically eliminate possible dynamic errors in estimating the absolute linear velocity of the object in circulation.

Входящие в уравнения (47), (48), (49) составляющие

Figure 00000120
абсолютной линейной скорости объекта формируются посредством применения к измеренным инерциальной системой горизонтальным составляющим
Figure 00000121
абсолютной линейной скорости объекта матричного преобразования вида (25):The components of Eqs. (47), (48), (49)
Figure 00000120
absolute linear velocity of the object are formed by applying horizontal components to the measured inertial system
Figure 00000121
absolute linear velocity of the matrix transformation object of the form (25):

Figure 00000122
Figure 00000122

Составляющие скорости

Figure 00000123
в процедуре оптимального оценивания используются, как известные управления.Speed components
Figure 00000123
In the procedure of optimal estimation, they are used as well-known controls.

При этом текущие оценки составляющих

Figure 00000124
абсолютной линейной скорости объекта рассчитываются в соответствии с выражениями вида (46):At the same time, current estimates of the components
Figure 00000124
absolute linear velocity of the object are calculated in accordance with expressions of the form (46):

Figure 00000125
Figure 00000125

где

Figure 00000126
оценки ошибок измеряемых ИНС составляющих абсолютной линейной скорости (46).Where
Figure 00000126
error estimates of the measured ANN components of the absolute linear velocity (46).

Приведенные выше уравнения (47), (48), (49) предназначены для синтеза вспомогательной процедуры оптимальной фильтрации и идентификации сигналов измерения (42) и оценивания ошибок

Figure 00000127
измерения счисленных инерциальной системой составляющих
Figure 00000128
абсолютной линейной скорости, поскольку разработанную на их основе математическую процедуру оптимального оценивания будет отличать высокая степень их поканальной унификации, простота алгоритмической и программной реализации, высокое быстродействие и точность.The above equations (47), (48), (49) are intended for the synthesis of an auxiliary procedure for optimal filtering and identification of measurement signals (42) and error estimation
Figure 00000127
measuring inertial components calculated by the inertial system
Figure 00000128
absolute linear speed, since the mathematical procedure for optimal estimation developed on their basis will be distinguished by a high degree of their channel-by-channel unification, simplicity of algorithmic and software implementation, high speed and accuracy.

Приведем сводку используемых при оптимальном оценивании соотношений, представленную в Э. Сейдж, Дж. Мелс «Теория оценивания и ее применение в связи и управлении», «Связь», Москва, 1976, [4] (стр. 269).Here is a summary of the relationships used in the optimal estimation presented in E. Sage, J. Mels, “The theory of evaluation and its application in communication and management”, “Communication”, Moscow, 1976, [4] (p. 269).

Приведенная ниже процедура оптимального оценивания будет использована и при синтезе фильтра-идентификатора в обеспечение оценивания ошибок ИНС.The optimal estimation procedure below will be used in the synthesis of the filter-identifier to ensure the estimation of ANN errors.

1. Исходная модель сообщения:1. The original message model:

Figure 00000129
Figure 00000129

2. Модель наблюдения:2. Surveillance Model:

Figure 00000130
Figure 00000130

3. Априорные данные, используемые при синтезе:3. A priori data used in the synthesis:

Figure 00000131
Figure 00000131

Figure 00000132
Figure 00000132

4. Структура оптимального фильтра:4. The structure of the optimal filter:

Figure 00000133
Figure 00000133

где

Figure 00000134
Where
Figure 00000134

5. Вычисление оптимальных коэффициентов усиления:5. Calculation of optimal amplification factors:

Figure 00000135
Figure 00000135

6. Вычисление матрицы априорных ошибок оценивания:6. The calculation of the matrix of a priori estimation errors:

Figure 00000136
Figure 00000136

7. Вычисление матрицы апостериорных ошибок оценивания:7. The calculation of the matrix of posterior estimation errors:

Figure 00000137
Figure 00000137

В приведенных выше соотношениях приняты следующие условные обозначения:In the above ratios, the following conventions are used:

xk - вектор параметров состояния системы;x k is the vector of system state parameters;

Figure 00000138
- вектор оптимальных апостериорных оценок параметров состояния;
Figure 00000138
- vector of optimal posterior estimates of state parameters;

wk - вектор случайных возмущений системы (модели сообщения);w k is the vector of random perturbations of the system (message model);

Vk - вектор случайных шумов измерения;V k is the vector of random measurement noise;

Фk+1,k - фундаментальная матрица системы (модели сообщения);Ф k + 1, k is the fundamental matrix of the system (message model);

Гk+1,k - матрица передачи случайных возмущений системы;Г k + 1, k is the matrix of transmission of random perturbations of the system;

Hk - матрица измерения;H k is the measurement matrix;

Figure 00000139
- вектор априорных оценок параметров состояния системы;
Figure 00000139
is the vector of a priori estimates of the system state parameters;

Pk+1,k - априорная корреляционная матрица ошибок оценивания;P k + 1, k is the a priori correlation matrix of estimation errors;

Pk+1 - апостериорная корреляционная матрица ошибок оценивания;P k + 1 - a posteriori correlation matrix of estimation errors;

Qk - корреляционная матрица случайных шумов системы;Q k - correlation matrix of random noise of the system;

Rk - корреляционная матрица случайных шумов измерения;R k - correlation matrix of random noise measurements;

zk - вектор сигналов измерения;z k is the vector of measurement signals;

Kk+1 - матрица оптимальных коэффициентов усиления.K k + 1 is the matrix of optimal gain.

Приведем некоторые соображения, касающиеся точности оценивания составляющих абсолютной линейной скорости объекта.Here are some considerations regarding the accuracy of estimating the components of the absolute linear velocity of an object.

Предположение, что все измерения, производимые обзорно-прицельной системой, являются абсолютно точными, означает безошибочность расчета компонент Dx, Dy, Dz дальности до ОК в проекциях на оси ССК Oxyz.The assumption that all measurements made by the survey-aiming system are absolutely accurate means the accuracy of calculating the components D x , D y , D z of the range to OK in the projections on the Oxyz CCK axis.

При ошибочно измеренных углах ψи, υ, γ эволюции объекта и счисленных географических координатах ϕ, λ его текущего местоположения, составляющие DX, DY, DZ дальности до ОК в проекциях на оси ИСК OXYZ, будут рассчитаны с ошибками, обусловленными, исключительно, пересчетами компонент дальности от осей ССК Oxyz к осям ГСТ ONHE и далее - к осям ИСК OXYZ.With the erroneously measured angles ψ and , υ, γ of the evolution of the object and the calculated geographical coordinates ϕ, λ of its current location, the components D X , D Y , D Z of the range to OK in the projections on the axis of the ISS OXYZ will be calculated with errors due exclusively , by recalculating the distance components from the axes of the CCS Oxyz to the axes of the GTS ONHE and further to the axes of the CSI OXYZ.

Ошибки расчета компонент DX, DY, DZ дальности приведут к соответствующим и согласованным с ними ошибкам определения составляющих

Figure 00000140
абсолютной линейной скорости объекта. Для корректно организованной линейной процедуры оптимальной фильтрации и идентификации согласованность ошибок рассматриваемых параметров в проекциях на оси ИСК является следствием асимптотической сходимости их оптимальных оценок.Errors in calculating the components D X , D Y , D Z range will lead to the corresponding and consistent errors in determining the components
Figure 00000140
absolute linear velocity of the object. For a correctly organized linear procedure of optimal filtration and identification, the consistency of the errors of the considered parameters in the projections on the ISK axis is a consequence of the asymptotic convergence of their optimal estimates.

Обратный пересчет, но уже оценок компонент

Figure 00000141
дальности к осям ССК Oxyz приведет к ожидаемому устранению ошибок прямого преобразования.Countdown, but component estimates
Figure 00000141
the distance to the Oxyz SSK axes will lead to the expected elimination of direct conversion errors.

Таким образом, как ошибочность дискретного массива компонент дальности до ОК в проекциях на оси ИСК являлась причиной ошибочного оценивания составляющих

Figure 00000142
абсолютной линейной скорости объекта в инерциальных осях, так и безошибочность оценок компонент
Figure 00000143
дальности в связанных осях, учитывая их согласованность с соответствующими оценками составляющих
Figure 00000142
абсолютной линейной скорости, следует рассматривать как необходимое и достаточное условие безошибочного определения последних в осях ССК Oxyz.Thus, as the error of the discrete array of components of the range to OK in the projections on the axis of the ISK was the cause of the erroneous estimation of the components
Figure 00000142
absolute linear velocity of the object in the inertial axes, as well as the error-free estimation of the components
Figure 00000143
ranges in the associated axes, given their consistency with the corresponding estimates of the components
Figure 00000142
absolute linear velocity should be considered as a necessary and sufficient condition for the error-free determination of the latter in the axes of the CCS Oxyz.

На основании вышеизложенного, далее, при формировании позиционных и скоростных сигналов измерения и определении соответствующих им элементов матрицы наблюдения будем считать, что оценки компонент

Figure 00000144
дальности до ориентира коррекции и составляющих
Figure 00000145
абсолютной линейной скорости в проекциях на оси ССК Oxyz являются абсолютно точными.Based on the foregoing, further, when forming positional and high-speed measurement signals and determining the corresponding elements of the observation matrix, we assume that the component estimates
Figure 00000144
range to the correction landmark and components
Figure 00000145
the absolute linear velocity in projections on the Oxyz SSK axis are absolutely accurate.

Дальнейшее использование рассматриваемых оценок

Figure 00000146
дальности и составляющих
Figure 00000147
абсолютной линейной скорости предполагает приведение первых к осям ГСТ ONHE, а вторых -
Figure 00000148
- к осям ОТГП ИНС Oξηζ.Further use of the assessments in question
Figure 00000146
range and components
Figure 00000147
absolute linear speed involves bringing the first to the axes of the GTS ONHE, and the second -
Figure 00000148
- to the axes of the OTGP ANN Oξηζ.

Учитывая характер указанных преобразований, следует ожидать, что ошибки координат текущего местоположения объекта будут определяться ошибками измерения углов

Figure 00000149
эволюции объекта и счисления географической широты
Figure 00000150
а составляющих его абсолютной линейной скорости
Figure 00000151
- ошибками измерения углов
Figure 00000152
Given the nature of these transformations, it should be expected that the coordinate errors of the current location of the object will be determined by errors in measuring angles
Figure 00000149
object evolution and latitude reckoning
Figure 00000150
and its absolute linear velocity components
Figure 00000151
- angle measurement errors
Figure 00000152

Приведем все необходимые вспомогательные операции для получения скоростных и позиционных уравнений связи и формирования на их основе сигналов измерения по скорости и координатам, а также соответствующих им элементов матрицы наблюдения основной процедуры оптимального оценивания.We present all the necessary auxiliary operations for obtaining the velocity and positional equations of coupling and the formation on their basis of measurement signals for speed and coordinates, as well as the corresponding elements of the observation matrix of the main optimal estimation procedure.

Математический прием, который будет использован при этом, эффективно себя зарекомендовал при разработке алгоритмов оптимального оценивания и коррекции ИНС по измерениям спутниковой навигационной системы (СНС) и доплеровского измерителя составляющих скорости (ДИСС).The mathematical technique that will be used in this case has effectively proved itself in the development of algorithms for optimal estimation and correction of ANNs from measurements of the satellite navigation system (SSS) and the Doppler meter of velocity components (DISS).

С такой же эффективностью он может быть использован и в рассматриваемой процедуре оптимального оценивания и коррекции.With the same efficiency, it can be used in the considered procedure of optimal estimation and correction.

При этом, для идеальных навигационных сигналов используют выражения (1.10), а для пилотажных - соотношения вида:At the same time, expressions (1.10) are used for ideal navigation signals, and for aerobatic signals, relations of the form:

Figure 00000153
Figure 00000153

где

Figure 00000154
- измеренные значения соответствующих углов; Δψг, Δψи, Δυ, Δγ - ошибки их измерения.Where
Figure 00000154
- measured values of the corresponding angles; Δψ g , Δψ and , Δυ, Δγ are the errors of their measurement.

Эффективность использования указанного приема обусловлена тем, что введенные в рассмотрение ошибки навигационных Δϕ, Δλ, Δχ и пилотажных Δψг, Δψи, Δυ, Δγ параметров могут быть представлены в функции малых углов αx, αy, αz рассогласования реального и опорного трехгранников ГП ИНС, а именно:Efficiency of use of said reception due to the fact that introduced in consideration of the navigation Δφ errors, Δλ, Δχ and aerobatic Δψ r, Δψ and, Δυ, Δγ parameters can be represented as a function of small angles α x, α y, α z mismatch of the real and the reference trihedrons GP INS, namely:

Figure 00000155
Figure 00000155

Figure 00000156
Figure 00000156

А то обстоятельство, что углы αx, αу, αz входят в перечень оцениваемых параметров состояния ИНС, позволяет автоматизировать учет представленных выше ошибок (60), (61) счисления навигационных и измерения пилотажных параметров в рамках штатной процедуры оптимального оценивания путем корректного формирования позиционных и скоростных элементов матрицы наблюдения.And the fact that the angles α x , α y , α z are included in the list of estimated parameters of the ANN state makes it possible to automate the accounting of the above errors (60), (61) of the numbering of navigation and measurement of flight parameters as part of the standard procedure for optimal estimation by correctly forming positional and velocity elements of the observation matrix.

Приведем подробное описание процедуры формирования скоростных сигналов измерения и соответствующих элементов матрицы наблюдения.Here is a detailed description of the procedure for generating high-speed measurement signals and the corresponding elements of the observation matrix.

Учитывая, что оценивание ошибок ИНС осуществляется в соответствии с системой дифференциальных уравнений ошибок ИНС, представленной в проекциях на оси ОТГП Oξηζ, необходимо полученные, в соответствии с векторно-матричным выражением вида (30), составляющие оценок

Figure 00000157
абсолютной линейной скорости объекта привести к осям ОТГП Oξηζ.Given that the ANN error estimation is carried out in accordance with the system of differential ANN error equations presented in projections on the OTPG axis Oξηζ, the components of the estimates obtained in accordance with the vector-matrix expression of the form (30) are necessary
Figure 00000157
the absolute linear velocity of the object lead to the axes of the OGP Oξηζ.

Для этого воспользуемся векторно-матричным преобразованием (12), в котором используемая при его реализации матрица

Figure 00000158
имеет вид (14).To do this, we use the vector-matrix transformation (12), in which the matrix used in its implementation
Figure 00000158
has the form (14).

Представляя выражение (12) в скалярном виде, в соответствии с (14), получим:Representing expression (12) in a scalar form, in accordance with (14), we obtain:

Figure 00000159
Figure 00000159

Подставляя в (62) идеальные значения углов ψг, υ, γ (59), получим следующее промежуточное представление выражений для

Figure 00000160
в функции измеренных углов
Figure 00000161
эволюции объекта и ошибок Δψг, Δυ, Δγ их измерения:Substituting in (62) the ideal values of the angles ψ g , υ, γ (59), we obtain the following intermediate representation of the expressions for
Figure 00000160
in function of the measured angles
Figure 00000161
object evolution and errors Δψ g , Δυ, Δγ of their measurement:

Figure 00000162
Figure 00000162

Перепишем приведенные выражения, раскрывая в них синусы и косинусы двух углов, полагая углы Δψг, Δυ, Δγ малыми:We rewrite the above expressions, revealing in them the sines and cosines of two angles, assuming that the angles Δψ g , Δυ, Δγ are small:

Figure 00000163
Figure 00000163

Раскрывая приведенные выражения, пренебрегая при этом величинами 2-го и более порядка малости относительно Δψг, Δυ, Δγ, получим следующее представление для рассматриваемых составляющих абсолютной линейной скорости:Opening the above expressions, neglecting the values of the second and more orders of smallness with respect to Δψ g , Δυ, Δγ, we obtain the following representation for the components of the absolute linear velocity under consideration:

Figure 00000164
Figure 00000164

Figure 00000165
Figure 00000165

Полученные выше выражения (65) для горизонтальных составляющих

Figure 00000166
абсолютной линейной скорости объекта целесообразно представить в следующем виде:Expressions (65) obtained above for horizontal components
Figure 00000166
the absolute linear velocity of the object, it is advisable to present in the following form:

Figure 00000167
Figure 00000167

где расчетные составляющие

Figure 00000168
абсолютной линейной скорости объекта и ошибки
Figure 00000169
их расчета, в соответствии с выражениями (65), будут равны:where are the calculated components
Figure 00000168
absolute linear velocity of the object and errors
Figure 00000169
their calculation, in accordance with expressions (65), will be equal to:

Figure 00000170
Figure 00000170

Figure 00000171
Figure 00000171

Для формирования сигналов измерения по скорости запишем выражения для горизонтальных составляющих Vx, Vy абсолютной линейной скорости, измеряемых ИНС.To generate speed measurement signals, we write down the expressions for the horizontal components V x , V y of the absolute linear velocity measured by the ANN.

Как показывает опыт вывода дифференциальных уравнений, описывающих характер изменения ошибок ИНС, традиционной и самой распространенной формой представления ее выходных сигналов по скорости является представление вида:As experience in the derivation of differential equations describing the nature of changes in ANN errors shows, the traditional and most common form of representing its output signals by speed is a representation of the form:

Figure 00000172
Figure 00000172

где: Vξ, Vη, Vζ - составляющие абсолютной линейной скорости в проекциях на оси ОТГП ИНС Oξηζ; ΔVx, ΔVy - ошибки их измерения/вычисления; αx, αу, αz - введенные выше в рассмотрение малые углы рассогласования реального и опорного трехгранников ГП ИНС.where: V ξ , V η , V ζ are the components of the absolute linear velocity in the projections on the axis of the OTGP ANN Oξηζ; ΔV x , ΔV y - errors of their measurement / calculation; α x , α y , α z - the small mismatch angles introduced above for the mismatch between the real and the reference trihedra of the INS GP.

Составляющие Vξ, Vη, Vζ - это компоненты абсолютной линейной скорости объекта, измеряемые ИНС в случае ее идеального функционирования.The components V ξ , V η , V ζ are the components of the absolute linear velocity of the object, measured by the ANN in case of its perfect functioning.

С учетом кинематических составляющих ΔVξ, ΔVη, ΔVζ скорости, имеющих место при различном конструктивном размещении на объекте обзорно-прицельной и инерциальной систем и выполнении им маневра, типа «циркуляции» (фиг. 7), приведенные выше выражения (69) должны быть уточнены и представлены в следующем виде:Taking into account the kinematic components ΔV ξ , ΔV η , ΔV ζ of the velocity occurring at different constructive placement of the sighting and inertial systems on the object and performing its maneuver, such as "circulation" (Fig. 7), the above expressions (69) should be specified and presented as follows:

Figure 00000173
Figure 00000173

Записывая полученные выше выражения (66) в несколько измененном виде:Writing the above expressions (66) in a slightly modified form:

Figure 00000174
Figure 00000174

и сравнивая их с соответствующими выражениями, описывающими выходные сигналы ИНС (70), получим следующие уравнения связи:and comparing them with the corresponding expressions describing the output signals of the ANN (70), we obtain the following communication equations:

Figure 00000175
Figure 00000175

Левые части приведенных уравнений связи (72) - это результат сравнения соответствующих составляющих абсолютной линейной скорости, измеренных ИНС (70) и сформированных по измерениям ОПС (71).The left-hand sides of the given coupling equations (72) are the result of comparing the corresponding components of the absolute linear velocity, measured by ANNs (70) and formed from OPS measurements (71).

Обозначим их через z3 и z4 и в дальнейшем будем трактовать их, как сигналы измерения оптимального фильтра-идентификатора ошибок ИНС:We denote them by z 3 and z 4 and in the future we will treat them as signals for measuring the optimal filter identifier for ANN errors:

Figure 00000176
Figure 00000176

Выражения (73) являются легко реализуемыми, поскольку используемые при их формировании сигналы либо измеряются (Vx, Vy), либо вычисляются

Figure 00000177
Expressions (73) are easily realizable, since the signals used in their formation are either measured (V x , V y ) or calculated
Figure 00000177

По виду правой части уравнений (72) определяют скоростные элементы матрицы наблюдения, используемой в основной процедуре оценивания при расчете оптимальных коэффициентов усиления (56), апостериорной матрицы ошибок оценивания (58), а также при расчете оптимальных оценок параметров состояния ИНС (55).By the form of the right-hand side of equations (72), the velocity elements of the observation matrix used in the main estimation procedure to calculate the optimal gain (56), the posterior error estimation matrix (58), and also to calculate the optimal estimates of the ANN state parameters (55) are determined.

Но для этого необходимо знать состав вектора параметров состояния ИНС и математическое описание кинематических составляющих ΔVξ, ΔVη, ΔVζ скорости (70) и компонент

Figure 00000178
(68) скорости, характеризующих ошибки расчета составляющих (67), (71).But for this, it is necessary to know the composition of the vector of the ANN state parameters and the mathematical description of the kinematic components ΔV ξ , ΔV η , ΔV ζ of the velocity (70) and the components
Figure 00000178
(68) velocities characterizing the errors in the calculation of components (67), (71).

Для описания последних

Figure 00000179
(68) в функции входящих в перечень параметров состояния ИНС малых углов, характеризующих погрешности αx, αу выдерживания вертикали и азимутального ухода αz гироплатформы ИНС, воспользуемся кинематическими соотношениями связи (61).To describe the latter
Figure 00000179
(68) as functions of small angles included in the list of parameters of the state of the ANN that characterize the errors α x , α for vertical and azimuthal departure α z of the ANS gyro platform, we use the kinematic relations of coupling (61).

Но прежде, преобразуем полученные выше выражения (68) для

Figure 00000180
группируя их по ошибкам Δψг, Δυ, Δγ измерения углов эволюции объекта:But first, we transform the expressions (68) obtained above for
Figure 00000180
grouping them by errors Δψ g , Δυ, Δγ measuring the angles of evolution of the object:

Figure 00000181
Figure 00000181

Figure 00000182
Figure 00000182

Выражения (74), в соответствии с выражениями для

Figure 00000183
(67) и видом матрицы
Figure 00000184
(14), запишем в более компактном виде:Expressions (74), in accordance with the expressions for
Figure 00000183
(67) and the form of the matrix
Figure 00000184
(14), we write in a more compact form:

Figure 00000185
Figure 00000185

Подстановка в выражения (75) вместо малых углов Δψг, Δυ, Δγ ошибок измерения текущих углов ориентации объекта их значений, определяемых соотношениями (61), приводит к выражениям вида:Substitution in expressions (75) instead of small angles Δψ g , Δυ, Δγ of measurement errors of the current orientation angles of the object of their values, defined by relations (61), leads to expressions of the form:

Figure 00000186
Figure 00000186

После приведения подобных членов полученные выражения примут вид:After casting such terms, the resulting expressions will take the form:

Figure 00000187
Figure 00000187

С учетом обозначений вида:Given the type designations:

Figure 00000188
Figure 00000188

выражения для

Figure 00000189
(77) можно представить в следующем компактном виде:expressions for
Figure 00000189
(77) can be represented in the following compact form:

Figure 00000190
Figure 00000190

С целью формирования выражений для кинематических составляющих ΔVξ, ΔVη скорости, входящих в (70), (72), целесообразно привести дифференциальные уравнения, описывающие характер изменения координат Δξ, Δη, Δζ местоположения ИНС относительно ОПС в проекциях на оси ОТГП Oξηζ.In order to formulate expressions for the kinematic components ΔV ξ , ΔV η of velocity included in (70), (72), it is advisable to give differential equations describing the nature of the change in the coordinates of the location of the ANN relative to the OPS in the projections on the OTPG axis Oξηζ

Из простых физических соображений можно показать, что указанные уравнения, а заодно и выражения для ΔVξ, ΔVη, ΔVζ, имеют вид:From simple physical considerations, it can be shown that these equations, and at the same time the expressions for ΔV ξ , ΔV η , ΔV ζ , have the form:

Figure 00000191
Figure 00000191

где

Figure 00000192
- составляющие угловой скорости объекта относительно ОТГП ИНС Oξηζ.Where
Figure 00000192
- components of the angular velocity of the object relative to the OTGP ANN Oξηζ.

Параметры Δξ, Δη, Δζ, наряду с традиционными для ИНС параметрами, входят в перечень оцениваемых параметров состояния ИНС.The parameters Δξ, Δη, Δζ, along with the parameters traditional for the ANN, are included in the list of estimated state parameters of the ANN.

Приведем полный вектор XT ее параметров состояния:We present the full vector X T of its state parameters:

Figure 00000193
Figure 00000193

где εx, εy, εz - нескомпенсированные составляющие систематического ухода гиростабилизированной платформы ИНС.where ε x , ε y , ε z are uncompensated components of the systematic departure of the gyrostabilized ANN platform.

В соответствии с уравнениями связи (72), выражениями для

Figure 00000194
(79), дифференциальными уравнениями/выражениями (80) и видом вектора параметров состояния ИНС (81), скоростная часть матрицы наблюдения для рассматриваемой процедуры оптимального оценивания ошибок ИНС может быть представлена в виде:In accordance with the coupling equations (72), the expressions for
Figure 00000194
(79), differential equations / expressions (80) and the form of the vector of state parameters of the ANN (81), the velocity part of the observation matrix for the considered procedure for optimal estimation of ANN errors can be represented as:

Figure 00000195
Figure 00000195

с элементами h3j, h4j (j=1÷13), равными:with elements h 3j , h 4j (j = 1 ÷ 13) equal to:

Figure 00000196
Figure 00000196

Figure 00000197
Figure 00000197

Выше показано, что используемый в предлагаемом изобретении подход, основанный на использовании кинематических соотношений связи ошибок Δψг, Δυ, Δγ измерения углов эволюции объекта с малыми углами αх, αу, αz ухода реальной ГП ИНС (61), при ошибочно измеренных скоростных сигналах измерения (73), а это, действительно, так, поскольку составляющие

Figure 00000198
скорости, используемые в качестве сигналов измерителя (67) сформированы с ошибками
Figure 00000199
характер которых известен и описан выражениями (68), (74), (75)-(77), (79), позволяет через матрицу наблюдения (82), (83) учесть все ошибки сформированных по измерениям ОПС составляющих
Figure 00000200
абсолютной линейной скорости объекта и тем самым обеспечить эффективное оценивание всех, зависящих от рассматриваемых измерений (73), параметров состояния ИНС, причем без ущерба для точности ее коррекции.It is shown above that the approach used in the present invention based on the use of kinematic relations of the error relation Δψ g , Δυ, Δγ of measuring the evolution angles of an object with small angles α x , α y , α z of the departure of a real GP ANN (61), with measurement signals (73), and this is indeed so, since the components
Figure 00000198
speeds used as meter signals (67) are formed with errors
Figure 00000199
the character of which is known and described by expressions (68), (74), (75) - (77), (79), allows, through the observation matrix (82), (83), to take into account all the errors formed by the measurements of the SPS components
Figure 00000200
absolute linear velocity of the object and thereby provide an effective assessment of all parameters of the ANN state that depend on the measurements considered (73), without compromising the accuracy of its correction.

В качестве основного варианта расчета географических координат текущего местоположения объекта, предлагается метод, основанный на приведении оцененных компонент

Figure 00000201
дальности до ОК к осям ССК Oxyz (30) и далее к осям ГСТ ONHE (27) с последующим преобразованием полученных в общем случае, ошибочных линейных компонент дальности
Figure 00000202
в некоторые угловые составляющие
Figure 00000203
соответствующие широтно-долготной сетке в точке текущего местоположения объекта.As the main option for calculating the geographical coordinates of the current location of the object, a method is proposed based on the reduction of estimated components
Figure 00000201
range to OK to the axes of the CCS Oxyz (30) and further to the axes of the GTS ONHE (27) with the subsequent conversion of the generally obtained erroneous linear range components
Figure 00000202
into some corner components
Figure 00000203
corresponding to the latitude-longitude grid at the point of the current location of the object.

В соответствии с векторно-матричным выражением (27) и видом используемой в нем матрицы

Figure 00000204
(29), запишем скалярные выражения для составляющих
Figure 00000205
дальности до ориентира коррекции в проекциях на оси ГСТ ONHE:In accordance with the vector-matrix expression (27) and the type of matrix used in it
Figure 00000204
(29), we write the scalar expressions for the components
Figure 00000205
range to the correction reference point in projections on the ONHE GTS axis:

Figure 00000206
Figure 00000206

При действительных углах эволюции объекта

Figure 00000207
измеряемых с ошибками Δψи, Δυ, Δγ.At real angles of evolution of the object
Figure 00000207
measured with errors Δψ and , Δυ, Δγ.

Figure 00000208
Figure 00000208

выражения для их истинных значений будут определяться соотношениями (59).expressions for their true values will be determined by relations (59).

Подставка (59) в (84) позволяет получить выражения для идеальных компонент

Figure 00000209
дальности до ОК, как разности ошибочно рассчитанных компонент
Figure 00000210
дальности и соответствующих ошибок ΔDN, ΔDH, ΔDE их расчета, обусловленных ошибками Δψи, Δυ, Δγ измерения углов эволюции объекта:Substituting (59) into (84) allows us to obtain expressions for ideal components
Figure 00000209
range to OK, as the difference of erroneously calculated components
Figure 00000210
range and corresponding errors ΔD N , ΔD H , ΔD E of their calculation, due to errors Δψ and , Δυ, Δγ of measuring the angles of evolution of the object:

Figure 00000211
Figure 00000211

Для получения искомых выражений для

Figure 00000212
и ΔDN, ΔDH, ΔDE последовательно проведем описанные выше преобразования выражений (84).To get the desired expressions for
Figure 00000212
and ΔD N , ΔD H , ΔD E sequentially carry out the above transformations of expressions (84).

Подставляя (59) в (84), получим следующие выражения для компонент

Figure 00000213
Figure 00000214
дальности до ОК в функции измеренных углов
Figure 00000215
эволюции объекта и ошибок Δψи, Δυ, Δγ их измерения:Substituting (59) into (84), we obtain the following expressions for the components
Figure 00000213
Figure 00000214
range to OK as a function of measured angles
Figure 00000215
object evolution and errors Δψ and , Δυ, Δγ of their measurement:

Figure 00000216
Figure 00000216

После раскрытия синусов и косинусов соответствующих углов и выполнения всех необходимых для получения выражений вида (86) преобразований, пренебрегая при этом величинами 2-го и более порядка малости относительно Δψи, Δυ, Δγ, получим следующие промежуточные выражения:After revealing the sines and cosines of the corresponding angles and performing all the transformations necessary to obtain expressions of the form (86), neglecting the values of the second or more orders of smallness with respect to Δψ and , Δυ, Δγ, we obtain the following intermediate expressions:

Figure 00000217
Figure 00000217

Понимая под

Figure 00000218
расчетные значения линейных компонент дальности до ОК, определяемые, исключительно, измеряемыми углами
Figure 00000219
эволюции объекта, а под ΔDN, ΔDH, ΔDE - соответствующие погрешности их расчета, определяемые ошибками Δψи, Δυ, Δγ измерения углов эволюции объекта, в соответствии с (86) и на основании (88), запишем выражения для рассматриваемых компонент дальности:Understanding by
Figure 00000218
calculated values of the linear components of the range to OK, determined exclusively by measured angles
Figure 00000219
evolution of the object, and under ΔD N , ΔD H , ΔD E - the corresponding errors in their calculation, determined by the errors Δψ and , Δυ, Δγ of measuring the angles of evolution of the object, in accordance with (86) and based on (88), we write the expressions for the components under consideration range:

Figure 00000220
Figure 00000220

Figure 00000221
Figure 00000221

Учитывая, что в выражениях для ΔDN, ΔDH, ΔDE (90) будет осуществлена замена малых параметров Δψи, Δυ, Δγ на малые углы αх, αy, αz ухода реальной ГП ИНС, целесообразно все члены указанных выражений сгруппировать по ошибкам измерения текущих углов эволюции объекта.Considering that in the expressions for ΔD N , ΔD H , ΔD E (90), the small parameters Δψ and , Δυ, Δγ will be replaced by small angles α x , α y , α z of departure of the real GP ANN, it is advisable to group all the terms of these expressions by errors in measuring the current angles of evolution of the object.

После реализации указанной операции, выражения (90) примут вид:After the implementation of this operation, expressions (90) will take the form:

Figure 00000222
Figure 00000222

Figure 00000223
Figure 00000223

С учетом выражений для

Figure 00000224
(89) и в соответствии с видом матрицы
Figure 00000225
(29), полученные выражения для ΔDN, ΔDH, ΔDE (91) можно представить в следующем виде:Given the expressions for
Figure 00000224
(89) and in accordance with the type of matrix
Figure 00000225
(29), the obtained expressions for ΔD N , ΔD H , ΔD E (91) can be represented in the following form:

Figure 00000226
Figure 00000226

В приведенных выражениях (92) под

Figure 00000227
следует понимать соответствующие элементы матрицы
Figure 00000228
(29), а под
Figure 00000229
- расчетное значение горизонтированной дальности, которая, в соответствии с фиг. 6, равна:In the above expressions (92) under
Figure 00000227
understand the relevant elements of the matrix
Figure 00000228
(29), but under
Figure 00000229
is the calculated value of the horizontal range, which, in accordance with FIG. 6 is equal to:

Figure 00000230
Figure 00000230

В дальнейшем выражение для ΔDH использовано не будет, поскольку оно имеет значение для синтеза вертикального канала ИНС, что не является предметом предлагаемого решения.In the future, the expression for ΔD H will not be used, since it is important for the synthesis of the vertical channel of the ANN, which is not the subject of the proposed solution.

Представим такую гипотетическую ситуацию, что нам известны идеальные значения компонент

Figure 00000231
(86), (88) до ОК. Гипотетическую потому, что, в действительности, нам известны только расчетные компоненты
Figure 00000232
дальности (89).Imagine such a hypothetical situation that we know the ideal values of the components
Figure 00000231
(86), (88) to OK. Hypothetical because, in reality, we only know the calculated components
Figure 00000232
range (89).

Используя, указанные значения идеальных компонент

Figure 00000233
(86) горизонтированной дальности, в соответствии с известными выражениями могут быть рассчитаны соответствующие им идеальные приращения
Figure 00000234
географических координат текущего местоположения объекта относительно ОК. Приведем их:Using the indicated values of ideal components
Figure 00000233
(86) horizontal range, according to well-known expressions, their ideal increments can be calculated
Figure 00000234
geographical coordinates of the current location of the object relative to OK. We give them:

Figure 00000235
Figure 00000235

где RN, RE - главные радиусы кривизны земного эллипсоида вращения:where R N , R E are the main radii of curvature of the earth's ellipsoid of revolution:

Figure 00000236
Figure 00000236

Figure 00000237
Figure 00000237

где а - большая полуось земного эллипсоида вращения; h - высота над уровнем моря; е2 - квадрат первого эксцентриситета:where a is the semimajor axis of the earth's ellipsoid of revolution; h is the height above sea level; e 2 is the square of the first eccentricity:

Figure 00000238
Figure 00000238

b - малая полуось земного эллипсоида вращения.b - minor axis of the Earth's ellipsoid of revolution.

При расчете RN, RE целесообразно использовать бароинерциальную высоту, а в качестве географической широты ϕ и долготы λ - их идеальные значения, представленные соотношениями (1.10) в функции счисленных ИНС

Figure 00000239
и ошибок Δϕ и Δλ их счисления.When calculating R N , R E, it is advisable to use the baroinertial height, and as the geographical latitude ϕ and longitude λ, their ideal values represented by relations (1.10) as functions of the calculated ANNs
Figure 00000239
and errors Δϕ and Δλ of their number.

Прежде, чем представлять выражения (94) в целесообразном для их дальнейшего использования виде, преобразуем приведенные выше выражения (95) для расчета главных радиусов кривизны RN, RE.Before presenting expressions (94) in a form suitable for their further use, we transform the above expressions (95) to calculate the principal radii of curvature R N , R E.

Учитывая, что параметр e2s2ϕ является малым и во всем диапазоне изменения географической широты не превышает принятого для эллипсоида Ф.Н. Красовского значения равного 0,0066934 (1946 г.), представляется целесообразным с достаточной для синтеза рассматриваемого способа оптимального оценивания и коррекции точностью выражения (95) для расчета главных радиусов RN, RE кривизны земного эллипсоида вращения записать в виде:Considering that the parameter e 2 s 2 ϕ is small and does not exceed F.N. accepted for the ellipsoid in the whole range of changes in geographical latitude The Krasovsky value equal to 0.0066934 (1946) seems appropriate with the accuracy of expression (95) sufficient for the synthesis of the considered method for optimal estimation and correction to calculate the principal radii R N , R E of the curvature of the earth's rotation ellipsoid to be written as:

Figure 00000240
Figure 00000240

Подставляя в (96) вместо географической широты ее представление в функции счисленной широты

Figure 00000241
и погрешности Δϕ ее счисления (1.10), с точностью до величины первого порядка малости относительно Δϕ получим следующие выражения для RN, RE:Substituting in (96) instead of geographical latitude its representation as a function of calculated latitude
Figure 00000241
and the error Δϕ of its number (1.10), up to a value of the first order of smallness with respect to Δϕ, we obtain the following expressions for R N , R E :

Figure 00000242
Figure 00000242

Очевидно, что выражения (97) могут быть представлены в традиционном для проводимого исследования виде:Obviously, expressions (97) can be represented in the form traditional for the current study:

Figure 00000243
Figure 00000243

где выражения для

Figure 00000244
ΔRN, ΔRE, в соответствии с (97), имеют вид:where are the expressions for
Figure 00000244
ΔR N , ΔR E , in accordance with (97), have the form:

Figure 00000245
Figure 00000245

Расписывая выражения (94) с учетом (98) и

Figure 00000246
получим следующие выражения для идеальных значений
Figure 00000247
отклонения объекта по широте и долготе относительно ориентира коррекции:By writing expressions (94) taking into account (98) and
Figure 00000246
we obtain the following expressions for ideal values
Figure 00000247
deviations of the object in latitude and longitude relative to the correction landmark:

Figure 00000248
Figure 00000248

Вводя для величины 1-го порядка малости относительно Δϕ и ΔRE, входящей в знаменатель выражения для

Figure 00000249
обозначение вида:Introducing for a value of the 1st order of smallness with respect to Δϕ and ΔR E included in the denominator of the expression for
Figure 00000249
type designation:

Figure 00000250
Figure 00000250

получим следующее выражение для

Figure 00000251
we get the following expression for
Figure 00000251

Figure 00000252
Figure 00000252

Подставляя в выражение для

Figure 00000253
значения для ΔRE и
Figure 00000254
(99), получим его следующее представление:Substituting in the expression for
Figure 00000253
values for ΔR E and
Figure 00000254
(99), we obtain its following representation:

Figure 00000255
Figure 00000255

Раскладывая приведенные выше выражения для

Figure 00000256
(100) и
Figure 00000257
(102) в ряд Тейлора в окрестности измеренных значений
Figure 00000258
ограничиваясь при этом линейными членами разложения, получим следующие выражения для
Figure 00000259
Expanding the above expressions for
Figure 00000256
(100) and
Figure 00000257
(102) in the Taylor series in the vicinity of the measured values
Figure 00000258
confining ourselves to the linear terms of the expansion, we obtain the following expressions for
Figure 00000259

Figure 00000260
Figure 00000260

Подстановка в (104) выражений для

Figure 00000261
(86) приводит, с точностью до величин первого порядка малости относительно ΔDE, ΔDN,
Figure 00000262
ΔRN, к выражениям вида:Substitution in (104) expressions for
Figure 00000261
(86) leads, up to values of the first order of smallness with respect to ΔD E , ΔD N ,
Figure 00000262
ΔR N , to expressions of the form:

Figure 00000263
Figure 00000263

Выражения (105) целесообразно записать в традиционном для них виде, а именно:Expressions (105) should be written in their traditional form, namely:

Figure 00000264
Figure 00000264

где

Figure 00000265
- расчетные значения угловых координат положения объекта относительно ОК; Δn, Δе - соответствующие ошибки их расчета, определяемые выражениями:Where
Figure 00000265
- calculated values of the angular coordinates of the position of the object relative to OK; Δn, Δе - the corresponding errors in their calculation, determined by the expressions:

Figure 00000266
Figure 00000266

На основании простых физических соображений можно показать, что при абсолютно точных координатах OK (ϕ0, λ0), координаты текущего местоположения объекта будут равны:Based on simple physical considerations, it can be shown that with absolutely accurate coordinates OK (ϕ 0 , λ 0 ), the coordinates of the current location of the object will be equal to:

Figure 00000267
Figure 00000267

Приведенных выражениях

Figure 00000268
- это расчетные значения координат местоположения объекта. Обозначая их через
Figure 00000269
запишем следующие выражения для их идеальных значений (108):Given expressions
Figure 00000268
- These are the calculated coordinates of the location of the object. Labeling them by
Figure 00000269
we write the following expressions for their ideal values (108):

Figure 00000270
Figure 00000270

Иначе, приведенные выражения можно записать в виде:Otherwise, the above expressions can be written as:

Figure 00000271
Figure 00000271

Счисленные инерциальной навигационной системой координаты текущего местоположения объекта целесообразно описать выражениями вида:The coordinates of the current location of the object calculated by the inertial navigation system should be described by expressions of the form:

Figure 00000272
Figure 00000272

где Δϕ, Δλ - ошибки инерциального счисления, Δϕk, Δλk - смещения координат местоположения ИНС относительно ОПС. Сравнение соответствующих координат текущего местоположения объекта, счисленных ИНС (111) и сформированных по результатам визирования ОК с использованием ОПС (110), приводит к следующим уравнениям связи:where Δϕ, Δλ are the errors of inertial reckoning, Δϕ k , Δλ k are the displacements of the coordinates of the ANN location relative to the OPS. Comparison of the corresponding coordinates of the current location of the object, calculated by ANN (111) and formed according to the results of OK sighting using OPS (110), leads to the following communication equations:

Figure 00000273
Figure 00000273

Принимая левые части полученных уравнений связи в качестве позиционных сигналов измерения:Taking the left-hand sides of the obtained communication equations as positional measurement signals:

Figure 00000274
Figure 00000274

по их правым частям, в соответствии с представленным выше вектором параметров состояния ИНС (81), формируют соответствующие элементы матрицы наблюдения. Но для этого необходимо, чтобы входящие в правую часть уравнений связи (112) компоненты Δϕk, Δλk, Δn, Δе были представлены в функции соответствующих параметров состояния ИНС, оцениваемых в процессе оптимальной фильтрации и идентификации. В рассматриваемом случае коррекции это означает их зависимость от таких параметров состояния, как Δϕ, Δλ, Δξ, Δη, αx, αу (80), (81).according to their right-hand sides, in accordance with the above vector of state parameters of the ANN (81), the corresponding elements of the observation matrix are formed. But for this it is necessary that the components Δϕ k , Δλ k , Δn, Δе included in the right-hand side of the coupling equations (112) are represented as functions of the corresponding state parameters of the ANN, which are estimated during optimal filtering and identification. In the case of correction under consideration, this means their dependence on state parameters such as Δϕ, Δλ, Δξ, Δη, α x , α in (80), (81).

Полученные выше выражения (92), определяющие характер изменения составляющих ΔDN, ΔDH, ΔDE представлены в функции ошибок Δψи, Δυ, Δγ измерения углов

Figure 00000275
эволюции объекта.The expressions (92) obtained above, which determine the nature of the change in the components ΔD N , ΔD H , ΔD E, are presented in the error function Δψ and , Δυ, Δγ of the angle measurement
Figure 00000275
evolution of an object.

Для представления выражений для ΔDN и ΔDE, а, следовательно, Δn иΔе, в функции таких параметров состояния, как Δλ, αx, αy, необходимо в выражения (92) вместо Δψи, Δυ, Δγ подставить их значения, определяемые кинематическими соотношениями связи Δψи, Δυ, Δγ и Δχ, Δϕ, Δλ с малыми углами рассогласования реального и опорного трехгранников ГП ИНС (61) и (60).To represent the expressions for ΔD N and ΔD E , and, consequently, Δn and Δе, in the function of such state parameters as Δλ, α x , α y , it is necessary to substitute Δψ and , Δυ, Δγ in expressions (92) for their values determined the kinematic relations of the relationship Δψ and , Δυ, Δγ and Δχ, Δϕ, Δλ with small angles of mismatch between the real and the reference trihedra of the INS GP (61) and (60).

Учитывая, что по определению:Given that by definition:

Figure 00000276
Figure 00000276

поэтому, подставляя в (114) выражения для Δχ (60) и Δψг (61), получим следующее выражение для Δψи:therefore, substituting in (114) the expressions for Δχ (60) and Δψ g (61), we obtain the following expression for Δψ and :

Figure 00000277
Figure 00000277

После подстановки кинематических соотношений, определяющих Δυ, Δγ (61) и Δψи (115), в выражения для ΔDN и ΔDE (92) получим их представление в функции αx, αу, Δλ:After substituting the kinematic relations defining Δυ, Δγ (61) and Δψ and (115) into the expressions for ΔD N and ΔD E (92), we obtain their representation in the function α x , α у , Δλ:

Figure 00000278
Figure 00000278

Приводя в (116) подобные члены, группируя их по параметрам состояния αx, αy, Δλ, запишем их в следующем виде:Bringing similar terms into (116), grouping them according to the state parameters α x , α y , Δλ, we write them in the following form:

Figure 00000279
Figure 00000279

Введем следующие обозначения для коэффициентов при αx, αу, Δλ:We introduce the following notation for the coefficients for α x , α y , Δλ:

Figure 00000280
Figure 00000280

Figure 00000281
Figure 00000281

С учетом введенных обозначений выражения для ΔDN и ΔDE (117) можно записать в следующем виде:Taking into account the introduced notation, the expressions for ΔD N and ΔD E (117) can be written in the following form:

Figure 00000282
Figure 00000282

В соответствии с (107) и (119), выражения для ошибок Δn и Δе расчета значений угловых координат

Figure 00000283
положения объекта относительно ориентира коррекции могут быть представлены в следующем развернутом виде:In accordance with (107) and (119), the expressions for the errors Δn and Δе of calculating the values of the angular coordinates
Figure 00000283
the position of the object relative to the reference point of correction can be represented in the following expanded form:

Figure 00000284
Figure 00000284

где

Figure 00000285
ΔRN, ΔRE,
Figure 00000286
определяются выражениями (99), (101),
Figure 00000287
- выражениями (89), а
Figure 00000288
- полученными выше выражениями (118).Where
Figure 00000285
ΔR N , ΔR E ,
Figure 00000286
are determined by the expressions (99), (101),
Figure 00000287
- by expressions (89), and
Figure 00000288
- the expressions obtained above (118).

Представляя выражения для

Figure 00000289
(99), (101), в виде:Introducing expressions for
Figure 00000289
(99), (101), in the form:

Figure 00000290
Figure 00000290

где А и В, в соответствии с (99) и (101) определяются, как:where A and B, in accordance with (99) and (101) are defined as:

Figure 00000291
Figure 00000291

выражения (120) записывают следующим образом:expressions (120) are written as follows:

Figure 00000292
Figure 00000292

где

Figure 00000293
определены выше (107).Where
Figure 00000293
defined above (107).

Выше приведены также дифференциальные уравнения (80), описывающие характер изменения координат Δξ, Δη, Δζ местоположения (размещения на объекте) ИНС относительно ОПС в проекциях на оси ОТГП ИНС Oξηζ.The above differential equations (80) are also described that describe the nature of the change in the coordinates Δξ, Δη, Δζ of the location (location on the object) of the ANN relative to the OPS in the projections on the OTGP axis of the ANN Oξηζ.

При известных оценках

Figure 00000294
указанных координат достаточно просто могут быть сформированы конструктивные компоненты Δϕk, Δλk, входящие в полученные выше уравнения связи (112) для позиционных сигналов:With known estimates
Figure 00000294
of the indicated coordinates, structural components Δϕ k , Δλ k that are included in the communication equations (112) obtained above for positional signals can be formed quite simply:

Figure 00000295
Figure 00000295

После определения всех параметров правых частей полученных выше уравнений связи (112) приведем аналитическое представление для позиционных элементов матрицы наблюдения Н, а именно, ее первую и вторую строки:After determining all the parameters of the right-hand sides of the above communication equations (112), we present an analytical representation for the positional elements of the observation matrix H, namely, its first and second rows:

Figure 00000296
Figure 00000296

Элементы h1j, h2j (j=1÷13) рассматриваемой матрицы наблюдения, в соответствии с (81), (112), (123) и (124), будут иметь следующий вид:Elements h 1j , h 2j (j = 1 ÷ 13) of the observation matrix under consideration, in accordance with (81), (112), (123) and (124), will have the following form:

Figure 00000297
Figure 00000297

Figure 00000298
Figure 00000298

Таким образом, располагая ошибочными координатами текущего местоположения объекта (110) и используя их в качестве сигналов измерителя ошибочно счисляемых инерциальных координат (111), можно реализовать гарантированно эффективное по точности и быстродействию оценивание всех параметров состояния ИНС, долгосрочный прогноз и коррекцию счисляемых и измеряемых ею сигналов.Thus, having erroneous coordinates of the current location of the object (110) and using them as signals from a meter of erroneously reckoned inertial coordinates (111), it is possible to realize an estimate of all parameters of the ANN state, guaranteed long-term forecast and correction of the signals being measured and measured by it with accuracy and speed .

Аналогичный вывод сделан выше и относительно скоростных сигналов измерения.A similar conclusion is made above with respect to high-speed measurement signals.

Учитывая, что приведенные выше дифференциальные уравнения (47), (48), (49) описывающие характер движения объекта относительно ориентира коррекции, модифицированы и отличаются от их исходного аналога (39), (40), (41), представляется целесообразным процедуру оптимального оценивания компонент DX, DY, DZ дальности и ошибок

Figure 00000299
(46) измерения инерциальной системой составляющих
Figure 00000300
абсолютной линейной скорости объекта расписать более подробно.Considering that the above differential equations (47), (48), (49) describing the nature of the object’s movement relative to the correction reference point, are modified and differ from their original counterpart (39), (40), (41), the optimal estimation procedure seems appropriate component D X , D Y , D Z range and error
Figure 00000299
(46) inertial component measurement
Figure 00000300
absolute linear velocity of the object to paint in more detail.

В соответствии с поканально представленной системой дифференциальных уравнений (47), (48), (49) дискретная модель сообщения рассматриваемой системы в терминах оптимальной фильтрации (52)-(58) имеет вид:In accordance with the system of differential equations (47), (48), (49) presented per channel, the discrete message model of the considered system in terms of optimal filtering (52) - (58) has the form:

1. Канал X1. Channel X

Figure 00000301
Figure 00000301

2. Канал Y2. Channel Y

Figure 00000302
Figure 00000302

3. Канал Z3. Channel Z

Figure 00000303
Figure 00000303

где wXik, wYik, wZik (i=1-3) - белые шумы возмущений, действующих в каждом из каналов; τ - дискретность вычислений.where w Xik , w Yik , w Zik (i = 1-3) are the white noise of the disturbances acting in each channel; τ - discreteness of calculations.

В соответствии с (127)-(129) фундаментальные матрицы для каналов X, Y и Z будут иметь вид:In accordance with (127) - (129), the fundamental matrices for channels X, Y, and Z will have the form:

Figure 00000304
Figure 00000304

Матрицы ГXk+1,k, ГYk+1,k, ГZk+1,k передачи случайных возмущений wXik, wYik, wZik, очевидно, будут равны:The matrices Г Xk + 1, k , Г Yk + 1, k , Г Zk + 1, k of the transmission of random perturbations w Xik , w Yik , w Zik will obviously be equal to:

Figure 00000305
Figure 00000305

Корреляционные матрицы QX, QY, QZ возмущающих шумов модели сообщения представим в следующем виде:The correlation matrices Q X , Q Y , Q Z of disturbing noises of the message model can be represented as follows:

Figure 00000306
Figure 00000306

где

Figure 00000307
- дисперсии возмущающих шумов по дальности, скорости и ускорению соответственно.Where
Figure 00000307
- variance of disturbing noise in range, speed and acceleration, respectively.

Матрицы измерения НХ, HY, HZ, учитывая, что векторы параметров состояния для каждого из каналов имеют вид:The measurement matrix H X , H Y , H Z , given that the state parameter vectors for each of the channels are:

Figure 00000308
Figure 00000308

будут равны:will be equal to:

Figure 00000309
Figure 00000309

Корреляционные матрицы RX, RY, RZ шумов измерения равны:The correlation matrices R X , R Y , R Z of the measurement noise are:

Figure 00000310
Figure 00000310

где σ2 - дисперсия измерительных шумов в каждом тракте измерения компонент дальности.where σ 2 is the dispersion of the measuring noise in each path for measuring the range components.

Матрицы оптимальных коэффициентов усиления для каждого из рассматриваемых каналов будут иметь вид:Matrices of optimal gain for each of the channels under consideration will have the form:

Figure 00000311
Figure 00000311

Процедура расчета указанных матриц является традиционной и осуществляется в соответствии с матричным выражением (56).The calculation procedure for these matrices is traditional and is carried out in accordance with the matrix expression (56).

В соответствии с (55) выражения для расчета апостериорных оценок будут иметь вид:In accordance with (55), the expressions for calculating posterior estimates will have the form:

Figure 00000312
Figure 00000312

Figure 00000313
Figure 00000313

Figure 00000314
Figure 00000314

В приведенных уравнениях компоненты с индексами k+1,k - априорные оценки соответствующих параметров состояния системы. Выражения для их расчета, в соответствии с (127)-(128), будут равны:In the above equations, components with indices k + 1, k are a priori estimates of the corresponding state parameters of the system. The expressions for their calculation, in accordance with (127) - (128), will be equal to:

Figure 00000315
Figure 00000315

Figure 00000316
Figure 00000316

Figure 00000317
Figure 00000317

Полученные в процессе оптимального оценивания оценки

Figure 00000318
компонент дальности до ОК используют в соответствии с представленным выше описанием, а расчет идеальных составляющих абсолютной линейной скорости объекта осуществляют в соответствии с выражениями (46), используя при этом вместо
Figure 00000319
их оценки
Figure 00000320
Estimates obtained in the process of optimal assessment
Figure 00000318
the component of the range to OK is used in accordance with the above description, and the calculation of the ideal components of the absolute linear speed of the object is carried out in accordance with expressions (46), using instead
Figure 00000319
their ratings
Figure 00000320

Модифицированная процедура формирования дальности до ориентира коррекции используется при фильтрации компонент дальности до ОК и оптимальном оценивании скоростных погрешностей инерциальной системы и предназначена для заполнения одно-двух секундных временных интервалов между соседними измерениями дальности (интервалы росдыха ЛД) ее десяти герцовыми расчетными значениями.The modified procedure for the formation of the range to the correction reference point is used to filter the components of the range to OK and to optimally estimate the speed errors of the inertial system and is intended to fill one or two second time intervals between adjacent range measurements (LD spacing intervals) with its ten hertz calculated values.

Указанный вариант целесообразен при необходимости измерения дальности на достаточно протяженных временных интервалах, составляющих единицы минут, когда ЛД, как правило, работает в щадящем для него режиме с частотой излучающих посылок не выше 0,5-1,0 Гц.The indicated option is advisable if it is necessary to measure the range at sufficiently long time intervals of units of minutes, when the LD, as a rule, operates in a mode sparing for it with a frequency of emitting transmissions not higher than 0.5-1.0 Hz.

При решении высокотехнологичных задач, предполагающих использование процедуры оптимальной фильтрации и идентификации, приемлемой частотой обработки информации является 10 Гц.When solving high-tech problems involving the use of optimal filtering and identification procedures, an acceptable information processing frequency is 10 Hz.

Рассматриваемая задача коррекции предполагает реализацию одновременно двух процедур оптимального оценивания, а именно, фильтрации компонент дальности до ОК и оценивания составляющих абсолютной линейной скорости объекта, которая является вспомогательной процедурой, и основной, связанной с оцениванием частных ошибок инерциальной системы и коррекцией ее выходных сигналов.The correction task under consideration involves the implementation of two optimal estimation procedures at the same time, namely, filtering the components of the range to OK and estimating the components of the absolute linear velocity of the object, which is an auxiliary procedure, and the main one, related to the estimation of particular errors of the inertial system and the correction of its output signals.

Суть предлагаемой модифицированной процедуры формирования наклонной дальности состоит в следующем.The essence of the proposed modified procedure for forming an inclined range is as follows.

Каждое измеренное значение наклонной дальности до ОК, помимо его использования в соответствии с представленным выше описанием, дополнительно используют для расчета текущего опорного - до следующего измерения дальности, значения высоты цели над уровнем моря Δh0 или иначе бароинерциальной высоты ОК.Each measured value of the inclined range to OK, in addition to its use in accordance with the above description, is additionally used to calculate the current reference - until the next range measurement, the target altitude Δh 0 or otherwise the inertial altitude OK.

Для этого по измеренному - опорному значению дальности

Figure 00000321
и соответствующего указанному моменту времени значению косинуса с θ0 угла между векторами географической вертикали и направлением на ОК определяют геометрическую высоту h0 объекта относительно цели:For this, from the measured - reference value of the range
Figure 00000321
and the cosine value corresponding to the specified time moment with θ 0 of the angle between the vectors of the geographic vertical and the direction to OK determines the geometric height h 0 of the object relative to the target:

Figure 00000322
Figure 00000322

Сравнивая указанное значение высоты с текущей бароинерциальной высотой

Figure 00000323
объекта, получают искомое - опорное значение высоты Δh0 ОК над уровнем моря:Comparing the indicated height value with the current baroinertial height
Figure 00000323
object, get the desired - reference value of the height Δh 0 OK above sea level:

Figure 00000324
Figure 00000324

Далее полученное значение высоты (144) используют на одно или двух секундном интервале росдыха ЛД для формирования 10-ти герцовых расчетных значений дальности.Next, the obtained height value (144) is used on one or two second intervals of the rosacea LD for the formation of 10 hertz calculated range values.

Для чего, в каждый последующий, после измерения опорной дальности такт решения рассматриваемой задачи по текущему значению бароинерциальной высоты

Figure 00000325
объекта и известной опорной высоте ОК над уровнем моря Δh0 (144) определяют текущее значение геометрической высоты объекта относительно ОК:Why, in each subsequent step, after measuring the reference range, the tact of solving the problem in question at the current value of the baroinertial height
Figure 00000325
object and the known reference altitude OK above sea level Δh 0 (144) determine the current value of the geometric height of the object relative to OK:

Figure 00000326
Figure 00000326

Искомое значение текущей наклонной дальности определяют в соответствии с выражением вида:The desired value of the current slant range is determined in accordance with an expression of the form:

Figure 00000327
Figure 00000327

где текущее значение с θi (i=0, 1, …, 9/19) (143), (146) определяют в соответствии с выражением:where the current value with θ i (i = 0, 1, ..., 9/19) (143), (146) is determined in accordance with the expression:

Figure 00000328
Figure 00000328

которое рассчитывают с частотой 10 Гц.which is calculated with a frequency of 10 Hz.

По окончании активной фазы оптимального оценивания ошибок автономного инерциального счисления, основанного на рекуррентной процедуре обработки, фильтрации и идентификации постоянно обновляющейся входной последовательности сигналов, формируемых по измерениям ИНС и вспомогательной процедуры оптимального оценивания, фильтр-идентификатор ошибок ИНС переводят в режим долгосрочного, до следующего сеанса оценивания, прогноза полученных оценок. При этом коррекция измеряемой ИНС навигационной и пилотажной информации осуществляется как в процессе оптимального оценивания, так и прогноза.At the end of the active phase of the optimal error estimation of autonomous inertial calculus, based on a recursive procedure for processing, filtering, and identifying a constantly updated input sequence of signals generated by ANN measurements and the auxiliary optimal estimation procedure, the ANN filter-identifier for errors is transferred to the long-term mode until the next evaluation session prediction of the received estimates. Moreover, the correction of the measured ANN of navigation and flight information is carried out both in the process of optimal estimation and forecast.

Особенностью работы фильтра-идентификатора ошибок ИНС в режиме прогноза является обнуление входных сигналов фильтра и приостановка математической процедуры расчета оптимальных коэффициентов усиления, которые на все время прогноза принимаются равными нулю.A feature of the operation of the ANN error identifier filter in the prediction mode is the zeroing of the filter input signals and the suspension of the mathematical procedure for calculating the optimal amplification factors, which are assumed to be zero for the entire forecast time.

В качестве начальных значений оценок в процедуре прогноза используют их значения, полученные по завершении оптимального оценивания, при этом все значения передаточных коэффициентов, взвешивающих рассматриваемые оценки, рассчитываются в соответствии с их аналитическим представлением в расширенной модели ошибок ИНС.As the initial values of the estimates in the forecast procedure, their values obtained at the end of the optimal estimation are used, and all the values of the transfer coefficients weighing the considered estimates are calculated in accordance with their analytical representation in the extended ANN error model.

Далее, при описании процедуры коррекции инерциальной информации полученные в результате прогноза значения оценок будем обозначать по аналогии с оптимальными оценками, а именно ,

Figure 00000329
…, а счисленные значения инерциальных параметров, как
Figure 00000330
Vx, Vy, …Further, when describing the inertial information correction procedure, the values of estimates obtained as a result of the forecast will be denoted by analogy with the optimal estimates, namely,
Figure 00000329
... and the calculated values of inertial parameters, as
Figure 00000330
V x , V y , ...

Приведем процедуру коррекции основных навигационных и пилотажных параметров.Here is the procedure for correcting the basic navigation and flight parameters.

Коррекцию горизонтальных составляющих Vx, Vy абсолютной линейной скорости объекта, представленных в виде (69), осуществляют в соответствии с выражениями:The correction of the horizontal components V x , V y the absolute linear velocity of the object, presented in the form (69), is carried out in accordance with the expressions:

Figure 00000331
Figure 00000331

Очевидно, что зная счисленные значения составляющих Vx, Vy абсолютной линейной скорости объекта и текущие оцененные или спрогнозированные значения оценок

Figure 00000332
а также бароинерциальную составляющую Vζ вертикальной скорости, в соответствии с выражениями (148), с точностью до величин первого порядка малости относительно
Figure 00000333
могут быть рассчитаны откорректированные составляющие
Figure 00000334
абсолютной скорости.Obviously, knowing the calculated values of the components V x , V y of the absolute linear velocity of the object and the current estimated or predicted values of the estimates
Figure 00000332
as well as the baroinertial component V ζ of the vertical velocity, in accordance with expressions (148), up to first-order values of smallness with respect to
Figure 00000333
corrected components can be calculated
Figure 00000334
absolute speed.

При коррекции географических координат местоположения объекта и его истинного курса будем считать, что счисленные значения координат

Figure 00000335
и угла
Figure 00000336
азимутальной ориентации опорного трехгранника гироплатформы ИНС определяются выражениями вида (1.10), а именно:When correcting the geographical coordinates of the location of the object and its true course, we assume that the calculated coordinates
Figure 00000335
and angle
Figure 00000336
the azimuthal orientation of the supporting trihedron of the ANS gyro platform are determined by expressions of the form (1.10), namely:

Figure 00000337
Figure 00000337

где ϕ, λ, Δχ - идеальные значения рассматриваемых параметров, Δϕ, Δλ, Δχ - ошибки их счисления.where ϕ, λ, Δχ are the ideal values of the considered parameters, Δϕ, Δλ, Δχ are the errors of their calculation.

Следовательно, располагая текущими значениями оценок

Figure 00000338
ошибок счисления указанных параметров, достаточно просто могут быть рассчитаны их откорректированные значения
Figure 00000339
:Therefore, having the current valuation values
Figure 00000338
errors in calculating the indicated parameters, their corrected values can be calculated quite simply
Figure 00000339
:

Figure 00000340
Figure 00000340

Figure 00000341
Figure 00000341

При этом оценка

Figure 00000342
рассчитывается в соответствии с кинематическим соотношением вида (61):Moreover, the assessment
Figure 00000342
calculated in accordance with the kinematic relation of the form (61):

Figure 00000343
Figure 00000343

где

Figure 00000344
- оценка курсового ухода гироплатформы ИНС.Where
Figure 00000344
- assessment of the course care of the ANN gyro platform.

При коррекции истинного курса объекта воспользуемся выражением, в соответствии с которым осуществляется его расчет:When correcting the true course of the object, we use the expression in accordance with which it is calculated:

Figure 00000345
Figure 00000345

Очевидно, что в вариациях это выражение будет иметь вид:Obviously, in variations this expression will look like:

Figure 00000346
Figure 00000346

из которого следует, что погрешность Δψи формирования истинного курса ψи определяется ошибкой Δχ счисления угла χ азимутальной ориентации опорного трехгранника ГП ИНС и ошибкой Δψг измерения гироскопического курса ψг.from which it follows that the error Δψ and forming true heading ψ and determined by the error χ corner Δχ numeral azimuthal orientation reference trihedron SE INS and measurement error Δψ r gyroscopic rate ψ g.

Воспользовавшись соответствующими кинематическими соотношениями для Δχ (60) и Δψг (61), запишем выражения для Δψи (153) в следующем виде:Using the corresponding kinematic relations for Δχ (60) and Δψ g (61), we write the expressions for Δψ and (153) in the following form:

Figure 00000347
Figure 00000347

С учетом соотношения для Δγ (61) его можно представить в следующем алгоритмически целесообразном виде:Given the relation for Δγ (61), it can be represented in the following algorithmically appropriate form:

Figure 00000348
Figure 00000348

Из полученного выражения следует, что погрешность Δψи формирования истинного курса ψи не зависит от угла αz азимутального ухода ГП ИНС.From this expression that the error Δψ and forming true heading ψ is independent of the azimuth angle α z care GP ANN.

Таким образом, располагая оцененными или спрогнозированными значениями оценок

Figure 00000349
счисленным значением географической широты
Figure 00000350
и измренными значениями тангажа
Figure 00000351
и гироскопического курса
Figure 00000352
объекта, может быть определена оценка
Figure 00000353
погрешности формирования истинного курса:Thus, having estimated or predicted valuation values
Figure 00000349
latitude
Figure 00000350
and measured pitch values
Figure 00000351
and gyroscopic course
Figure 00000352
object, can be determined
Figure 00000353
errors in the formation of the true course:

Figure 00000354
Figure 00000354

При этом откорректированное значение самого курса

Figure 00000355
может быть определено в соответствии с выражением вида:In this case, the adjusted value of the course itself
Figure 00000355
can be determined in accordance with an expression of the form:

Figure 00000356
Figure 00000356

Процедура коррекции всех пилотажных параметров, а именно, углов гироскопического курса ψг, крена γ и тангажа υ объекта предполагает использование кинематических соотношений (61).The procedure for correcting all aerobatic parameters, namely, the angles of the gyroscopic course ψ g , roll γ and pitch υ of the object, involves the use of kinematic relations (61).

Действительно, зная текущие значения оценок малых углов

Figure 00000357
ухода реальной ГП ИНС, в соответствии с первым выражением системы (61), определяют оценку
Figure 00000358
ошибки измерения угла тангажа объекта:Indeed, knowing the current values of the estimates of small angles
Figure 00000357
the departure of a real GP ANN, in accordance with the first expression of the system (61), determine the estimate
Figure 00000358
errors of measuring the pitch angle of the object:

Figure 00000359
Figure 00000359

зная которую на рассматриваемом такте вычисления рассчитывают откорректированное значение тангажа

Figure 00000360
knowing which on the considered step the calculations calculate the corrected pitch value
Figure 00000360

Figure 00000361
Figure 00000361

На этом же такте, зная уже откорректированное значение тангажа

Figure 00000362
в соответствии со 2-ым соотношением системы (61) определяют оценку
Figure 00000363
ошибки измерения крена
Figure 00000364
объекта:At the same measure, knowing the already adjusted pitch value
Figure 00000362
in accordance with the 2nd relation of system (61), an estimate
Figure 00000363
roll measurement errors
Figure 00000364
object:

Figure 00000365
Figure 00000365

после чего на этом же такте определяют его откорректированное значение:then on the same measure determine its adjusted value:

Figure 00000366
Figure 00000366

И последние операции рассматриваемого такта связаны с коррекцией гироскопического курса

Figure 00000367
And the last operations of the considered measure are associated with the correction of the gyroscopic course
Figure 00000367

В соответствии с 3-им соотношением системы (61) формируют оценку

Figure 00000368
ошибки измерения
Figure 00000369
In accordance with the 3rd ratio of the system (61) form an estimate
Figure 00000368
measurement errors
Figure 00000369

Figure 00000370
Figure 00000370

после чего, определяют откорректированное значение гироскопического курса

Figure 00000371
объекта:after which, the adjusted value of the gyroscopic course is determined
Figure 00000371
object:

Figure 00000372
Figure 00000372

Способ оптимального оценивания ошибок инерциальной навигационной системы и ее коррекции по неподвижному ориентиру с известными географическими координатами реализуется следующим образом:The method for optimal estimation of errors of the inertial navigation system and its correction according to a fixed reference point with known geographical coordinates is implemented as follows:

1. При полете относительно неподвижного наземного ориентира коррекции по предварительно согласованной траектории с непрерывным, в течение пяти-шести минут, его угловым сопровождением и дискретным измерением наклонной дальности до него в щадящем для лазерного дальномера из состава обзорно-прицельной системы режиме его работы - с частотой посылок, не превышающей 0,5-1,0 Гц, при этом все массивы текущей информации, измеряемой ОПС, ИНС и комплексным бароинерциальным каналом формирования абсолютной высоты и вертикальной скорости обрабатывают таким образом, чтобы обеспечить как эффективное оптимальное оценивание ошибок счисленных географических координат текущего местоположения объекта и измеряемых ИНС составляющих его абсолютной линейной скорости, так и формирование оценок ошибок углов текущей ориентации объекта с реализацией их долгосрочного, не превышающего 40-ка минут, прогноза и параллельной коррекции всего массива ее выходных параметров.1. When flying relative to a fixed landmark, correction along a pre-agreed path with continuous, for five to six minutes, its angular tracking and discrete measurement of the slant range to it in the operating mode sparing for the laser rangefinder from the sighting system with frequency parcels, not exceeding 0.5-1.0 Hz, while all arrays of current information measured by the OPS, ANN and a complex baroinertial channel for generating absolute height and vertical speed are processed Thus, in order to provide both effective optimal error estimation of calculated geographic coordinates of the current location of the object and measured ANNs, components of its absolute linear velocity, and the formation of error estimates of the angles of the current orientation of the object with the implementation of their long-term forecast, not exceeding 40 minutes, and parallel correction the entire array of its output parameters.

При этом, для достижения технического результата изобретения осуществляют:In this case, to achieve the technical result of the invention carry out:

2. В обеспечение разработки точной и эффективной процедуры оптимального оценивания горизонтальных составляющих

Figure 00000373
абсолютной линейной скорости объекта, используемых в качестве сигналов скоростного измерителя в основной процедуре оптимального оценивания ошибок ИНС, одно-двух секундные временные интервалы между соседними измерениями дальности (интервалы роздыха ЛД) заполняют 10-ти герцовыми расчетными значениями, которые формируют в соответствии с модифицированной, инвариантной к рельефу подстилающей поверхности, угломестной процедурой расчета наклонной дальности до ОК, реализуемой на основе использования текущей бароинерциальной высоты
Figure 00000374
косинуса с θi угла между географической вертикалью и направлением на ОК и опорным 1-2-х герцовым значением высоты ОК над уровнем моря Δh0. Указанная процедура приведена в описании изобретения и представлена выражениями (143)-(147).2. In support of the development of an accurate and efficient procedure for the optimal assessment of horizontal components
Figure 00000373
the absolute linear speed of the object used as signals of a speed meter in the main procedure for the optimal estimation of ANN errors, one-two second time intervals between adjacent range measurements (intervals of the LD output) are filled with 10 Hz calculation values, which are formed in accordance with the modified, invariant to the relief of the underlying surface, elevation procedure for calculating the slant range to OK, implemented using the current baroinertial height
Figure 00000374
cosine with θ i of the angle between the geographic vertical and the direction to the OK and the reference 1-2 Hz value of the height of the OK above sea level Δh 0 . The specified procedure is described in the description of the invention and is represented by the expressions (143) - (147).

3. Кинематические дифференциальные уравнения движения объекта относительно ОК представляют в проекциях на оси ИСК, чем обеспечивают кардинальное упрощение описывающих его уравнений за счет реализации естественной поканальной декомпозиции модели их относительного движения, вследствие чего, вместо взаимосвязанной кинематической модели 9-го порядка, получают три структурно идентичных и не связанных между собой канала (36), (37), (38), на основе которых синтезируют три независимых, структурно и алгоритмически идентичных фильтра-идентификатора.3. The kinematic differential equations of the object’s motion relative to the OK are represented in the projections on the ISK axis, which provides a fundamental simplification of the equations describing it by implementing a natural channel-by-channel decomposition of the model of their relative motion, as a result of which, instead of an interconnected 9th-order kinematic model, three structurally identical and unrelated channels (36), (37), (38), on the basis of which three independent, structurally and algorithmically identical filter-identifiers are synthesized .

4. Учитывая, что в рассматриваемой задаче абсолютная линейная скорость ОК, может быть определена безошибочно (43), (44), дифференциальные уравнения относительного движения объекта (36)-(38) видоизменяют и представляют в виде (39)-(41), удобном для оптимального оценивания составляющих

Figure 00000375
абсолютной линейной скорости объекта. После подстановки в них вместо составляющих
Figure 00000376
их значений, определяемых адекватными для них выражениями (46), переходят от уравнений для скорости и ускорения объекта в полных сигналах к уравнениям в вариациях, представленным в виде модифицированной системы дифференциальных уравнений (47)-(49), которую используют в процедуре оптимального оценивания ошибок
Figure 00000377
счисления составляющих
Figure 00000378
абсолютной линейной скорости. По известным счисленным значениям компонент
Figure 00000379
абсолютной линейной скорости объекта и оцененным ошибкам
Figure 00000380
определения ее текущих составляющих, в соответствии с (51), формируют искомые значения оценок
Figure 00000381
составляющих абсолютной линейной скорости.4. Given that in the problem under consideration the absolute linear velocity of OK can be determined accurately (43), (44), the differential equations of relative motion of the object (36) - (38) are modified and presented in the form (39) - (41), convenient for optimal component evaluation
Figure 00000375
absolute linear velocity of the object. After substitution in them instead of components
Figure 00000376
their values determined by expressions adequate for them (46) pass from the equations for the speed and acceleration of the object in full signals to the equations in variations represented in the form of a modified system of differential equations (47) - (49), which is used in the optimal error estimation procedure
Figure 00000377
numbering of components
Figure 00000378
absolute linear speed. According to the known calculated values of the components
Figure 00000379
absolute linear velocity of the object and estimated errors
Figure 00000380
determining its current components, in accordance with (51), form the desired values of the estimates
Figure 00000381
components of the absolute linear velocity.

Процедура оптимального оценивания текущих компонент

Figure 00000382
дальности и ошибок
Figure 00000383
счисления абсолютной скорости и ускорения
Figure 00000384
объекта представлена уравнениями/выражениями (127)-(142).Procedure for the optimal assessment of current components
Figure 00000382
range and error
Figure 00000383
calculation of absolute speed and acceleration
Figure 00000384
the object is represented by equations / expressions (127) - (142).

Пересчет составляющих (51) абсолютной линейной скорости объекта к осям ОТГП ИНС Oξηζ осуществляют в соответствии с векторно-матричным выражением, обратным (50). При этом, приведение отфильтрованных оценок компонент

Figure 00000385
дальности до ОК к осям ГСТ ONHE реализуют в соответствии с выражением вида (32).Recalculation of the components (51) of the absolute linear velocity of the object to the axes of the OTGP ANN Oξηζ is carried out in accordance with the vector-matrix expression inverse (50). At the same time, casting the filtered component estimates
Figure 00000385
the ranges to OK to the axes of the GTS ONHE are implemented in accordance with the expression of the form (32).

5. В соответствующем разделе осуществления изобретения на основе простых физических соображений, показано, что ошибки приведения оценок компонент

Figure 00000386
дальности до ОК к осям ГСТ ONHE определяются ошибками Δψи, Δυ, Δγ измерения углов
Figure 00000387
эволюции объекта (87)-(92), (116)-(119), а погрешности
Figure 00000388
(68) формирования составляющих
Figure 00000389
абсолютной линейной скорости объекта в проекциях на оси ОТГП ИНС Oξηζ (67) - ошибками
Figure 00000390
измерения углов гироскопического курса
Figure 00000391
тангажа
Figure 00000392
и крена
Figure 00000393
(74)-(79).5. In the corresponding section of the invention, on the basis of simple physical considerations, it is shown that the errors in bringing estimates of the components
Figure 00000386
the ranges to OK to the axes of the GTS ONHE are determined by the errors Δψ and , Δυ, Δγ of the measurement of angles
Figure 00000387
the evolution of the object (87) - (92), (116) - (119), and the errors
Figure 00000388
(68) forming components
Figure 00000389
absolute linear velocity of the object in projections on the axis of the OTGP ANN Oξηζ (67) - errors
Figure 00000390
gyro angle measurement
Figure 00000391
pitch
Figure 00000392
and roll
Figure 00000393
(74) - (79).

6. Итоговые погрешности Δn, Δе формирования идеальных значений географических координат ϕ, λ (109) текущего местоположения объекта с учетом погрешностей ΔRN, ΔRE,

Figure 00000394
(99), (101) расчета главных радиусов кривизны земного эллипсоида вращения, определяют, также, как и погрешности
Figure 00000395
(79) формирования горизонтальных составляющих абсолютной линейной скорости объекта (67), (71), в функции параметров состояния ИНС таких, как αx, αy, αz, Δϕ, Δλ (79), (123).6. The total errors Δn, Δе of the formation of ideal values of the geographical coordinates ϕ, λ (109) of the current location of the object, taking into account the errors ΔR N , ΔR E ,
Figure 00000394
(99), (101) of calculating the principal radii of curvature of the earth's ellipsoid of revolution, determine, as well as the errors
Figure 00000395
(79) the formation of horizontal components of the absolute linear speed of the object (67), (71), as a function of the state parameters of the ANN such as α x , α y , α z , Δϕ, Δλ (79), (123).

Для этого используют характерные для навигационных Δϕ, Δλ, Δχ и пилотажных

Figure 00000396
параметров ИНС кинематические соотношения их связи с малыми углами αx, αу, αz ухода ее реальной гироплатформы (60)-(61).For this, characteristic for navigation Δϕ, Δλ, Δχ and aerobatic
Figure 00000396
ANS parameters, the kinematic relations of their connection with small angles α x , α y , α z of the departure of its real gyro platform (60) - (61).

7. Для корректного математического описания позиционных и скоростных сигналов измерения оптимального фильтра-идентификатора ошибок ИНС формируют соответствующие уравнения связи (72), (112).7. For the correct mathematical description of positional and high-speed signals, the measurements of the optimal filter-identifier of the ANN errors generate the corresponding communication equations (72), (112).

Левые части указанных уравнений принимают за соответствующие сигналы измерения (73), (113), а по их правым частям определяют соответствующие элементы матрицы наблюдения (82), (83), (125), (126), которые представляют в функции параметров состояния ИНС (81), для чего используют кинематические соотношения связи ошибок счисления основной тройки Δϕ, Δλ, Δχ навигационных параметров и углов

Figure 00000397
эволюции объекта с малыми углами αx, αу, αz ухода реальной ГП ИНС.The left-hand sides of these equations are taken for the corresponding measurement signals (73), (113), and their right-hand sides determine the corresponding elements of the observation matrix (82), (83), (125), (126), which represent the ANN state parameter functions (81), for which they use the kinematic relations of the correlation errors of the calculus of the main three Δϕ, Δλ, Δχ of navigation parameters and angles
Figure 00000397
the evolution of an object with small angles α x , α y , α z the departure of a real GP ANN.

8. Процедуру оптимальной фильтрации и идентификации позиционных и скоростных сигналов измерения реализуют в соответствии с дискретным вариантом ее реализации, представленным векторно-матричными уравнениями/выражениями вида (52)-(58). При этом используют традиционную для ИНС модель ошибок, представленную системой дифференциальных уравнений 10-го порядка, которую расширяют за счет включения в нее системы из трех взаимосвязанных дифференциальных уравнений первого порядка (80), описывающих характер изменения координат Δξ, Δη, Δζ местоположения (размещения на объекте) ИНС относительно ОПС в проекциях на оси ОТГП ИНС Oξηζ.8. The procedure for optimal filtering and identification of positional and high-speed measurement signals is implemented in accordance with the discrete version of its implementation, represented by vector-matrix equations / expressions of the form (52) - (58). In this case, the error model, traditional for the ANN, is used, which is represented by a system of differential equations of the 10th order, which is expanded by including a system of three interconnected differential equations of the first order (80) that describe the nature of the change in the coordinates of the Δξ, Δη, Δζ location (placement on object) ANN relative to the OPS in the projections on the axis of the OTGP ANN Oξηζ.

9. По истечении времени оптимального оценивания, определяемого временем нахождения ОК в зоне оптического контакта с объектом и составляющего 5,5-6 минут, фильтр-идентификатор ошибок инерциальной информации останавливают, его входные сигналы и коэффициенты усиления обнуляют, а сам фильтр переводят в режим долгосрочного прогноза его оценок, используя для этого рекуррентную процедуру формирования ее априорных оценок (55).9. After the time of optimal estimation, determined by the time spent by the OK in the zone of optical contact with the object and amounting to 5.5-6 minutes, the filter-identifier of inertial information errors is stopped, its input signals and amplification factors are reset, and the filter is put into long-term mode prediction of his estimates, using for this a recurrent procedure for the formation of its a priori estimates (55).

Полученные в результате прогноза значения оценок используют для коррекции счисленных географических координат

Figure 00000398
текущего местоположения объекта, горизонтальных составляющих Vx, Vy его абсолютной линейной скорости, угла
Figure 00000399
азимутальной ориентации ее гироплатформы, углов
Figure 00000400
текущей ориентации объекта и его истинного курса
Figure 00000401
При этом коррекцию углов
Figure 00000402
и
Figure 00000403
осуществляют после предварительного формирования оценок ошибок счисления/измерения углов
Figure 00000404
в соответствии с кинематическими соотношениями их связи с оценками малых углов
Figure 00000405
ухода реальной ГП ИНС (60), (61). Использование указанных соотношений позволяет достаточно просто реализовать коррекцию практически всех счисляемых и измеряемых инерциальной системой сигналов, которую осуществляют в «разомкнутом контуре». Описанная выше процедура коррекции навигационных и пилотажных параметров приведена в описании изобретения и представлена выражениями (148)-(163). При этом маневр, который предполагается использовать в рассматриваемом режиме коррекции, типа круговой циркуляции вокруг ОК (фиг. 7), следует рассматривать, как методический прием, обеспечивающий оценивание всех параметров состояния ИНС, включая и слабонаблюдаемые, такие, как азимутальный уход ГП αz и некомпенсированный дрейф εz курсового гироскопа.The estimated values obtained as a result of the forecast are used to correct the calculated geographic coordinates
Figure 00000398
the current location of the object, the horizontal components V x , V y its absolute linear speed, angle
Figure 00000399
azimuthal orientation of its gyro platform, angles
Figure 00000400
the current orientation of the object and its true course
Figure 00000401
In this case, the correction of angles
Figure 00000402
and
Figure 00000403
carried out after the preliminary formation of estimates of errors of reckoning / measuring angles
Figure 00000404
in accordance with the kinematic relations of their relationship with the estimates of small angles
Figure 00000405
care of real GP ANN (60), (61). The use of these ratios makes it quite simple to implement the correction of almost all signals counted and measured by the inertial system, which are carried out in an “open loop”. The above procedure for the correction of navigation and flight parameters is given in the description of the invention and is represented by expressions (148) - (163). At the same time, the maneuver that is supposed to be used in the correction mode under consideration, such as circular circulation around the OC (Fig. 7), should be considered as a methodological technique for assessing all parameters of the ANN state, including the weakly observed ones, such as azimuthal departure of the GP α z and uncompensated drift ε z of the directional gyroscope.

Из приведенного описания унифицированного способа оптимального оценивания ошибок инерциальной информации и ее коррекции по неподвижному наземному ориентиру с известными географическими координатами следует, что суть предлагаемого решения раскрыта и технический результат достигнут.From the above description of a unified method for optimal estimation of inertial information errors and its correction by a fixed landmark with known geographical coordinates, it follows that the essence of the proposed solution is disclosed and the technical result is achieved.

Claims (1)

Способ оптимального оценивания ошибок инерциальной навигационной системы и ее коррекции по неподвижному наземному ориентиру с известными географическими координатами, включающий угловое сопровождение неподвижного наземного ориентира коррекции (ОК) и дискретное измерение наклонной дальности до него в щадящем для лазерного дальномера (ЛД) из состава обзорно-прицельной системы (ОПС) режиме его работы с частотой излучающих посылок 0,5-1,0 Гц и основанный на совместной обработке измеряемых при этом текущих углов ϕy, ϕz визирования ОК и наклонной дальности
Figure 00000406
до него, текущих углов истинного
Figure 00000407
и гироскопического
Figure 00000408
курсов, крена
Figure 00000409
и тангажа
Figure 00000410
объекта и счисленных ИНС географических координат
Figure 00000411
его местоположения и текущей бароинерциальной высоты
Figure 00000412
отличающийся тем, что в режиме непрерывного углового сопровождения ОК одно-двухсекундные временные интервалы между соседними измерениями дальности до ОК заполняют ее десятигерцовыми расчетными значениями, которые формируют в соответствии с модифицированной, инвариантной к рельефу подстилающей поверхности угломестной процедурой определения наклонной дальности, предполагающей использование текущих бароинерциальной высоты объекта, косинуса угла между географической вертикалью и направлением на ОК, и сформированного по измерениям ОПС опорного значения высоты ОК над уровнем моря, при этом оценивание составляющих абсолютной линейной скорости объекта осуществляют в соответствии с кинематической моделью его движения относительно неподвижного наземного ОК в проекциях на оси инерциальной системы координат (ИСК), чем обеспечивают кардинальное упрощение описывающих ее дифференциальных уравнений за счет естественной поканальной декомпозиции модели относительного движения объекта, которую, из соображений повышения точности оценивания, дополнительно, модифицируют, переходя от уравнений для составляющих абсолютной линейной скорости и ускорения объекта в полных сигналах к их вариациям относительно измеренных ИНС текущих значений, при этом компоненты абсолютной линейной скорости движения объекта относительно ОК используют как известное управление, а полученные в результате процедуры оптимальной фильтрации и идентификации оценки компонент дальности до ОК и составляющих абсолютной линейной скорости объекта используют для формирования позиционных и скоростных сигналов идеального измерителя, путем сравнения которых с соответствующими выходными сигналами ИНС формируют сигналы измерения оптимального фильтра-идентификатора ошибок ИНС и элементы его матрицы наблюдения, через которые осуществляют учет всех ошибок сигналов измерения, при этом процедуру их оптимальной фильтрации и идентификации реализуют в соответствии с традиционной для ИНС моделью ошибок, которую, из соображений корректности ее описания и точности оценивания, расширяют за счет включения в нее трех дифференциальных уравнений, описывающих характер изменения координат местоположения ИНС относительно ОПС в проекциях на оси опорного трехгранника гироплатформы (ОТГП) ИНС, по окончании оптимального оценивания ошибок ИНС, определяемого временем нахождения ОК в зоне оптического контакта с объектом, фильтр-идентификатор ошибок ИНС останавливают, его входные сигналы и коэффициенты усиления обнуляют, а сам фильтр переводят в режим долгосрочного прогноза полученных оценок, который реализуют в соответствии с рекуррентной процедурой формирования априорных ошибок ИНС, а полученные в результате прогноза значения ошибок ИНС используют для коррекции координат текущего местоположения объекта, горизонтальных составляющих его абсолютной линейной скорости, угла азимутальной ориентации ГП ИНС и углов текущей ориентации объекта.
A method for optimal error estimation of an inertial navigation system and its correction using a fixed landmark with known geographical coordinates, including angular tracking of a fixed correction landmark (OK) and discrete measurement of the slant range to it in a sparing laser rangefinder (LD) from the sighting system (TSO) modes of operation with a frequency of 0.5-1.0 Hz emitting chip and based on joint processing of the measured current with the angles φ y, φ z and the hooded sight OK constant range
Figure 00000406
to him, the current angles of true
Figure 00000407
and gyroscopic
Figure 00000408
courses, roll
Figure 00000409
and pitch
Figure 00000410
object and estimated ANN of geographical coordinates
Figure 00000411
its location and current baroinertial height
Figure 00000412
characterized in that in the continuous angular tracking mode OK one-two-second time intervals between adjacent measurements of the range to OK fill it with ten-hertz calculated values, which form in accordance with the modified, invariant to the relief of the underlying surface elevation procedure for determining the inclined range, involving the use of current baroinertial height object, the cosine of the angle between the geographic vertical and the direction to OK, and formed by measurements PS of the reference value of the altitude OK above sea level, while the components of the absolute linear velocity of the object are estimated in accordance with the kinematic model of its motion relative to the motionless ground OK in the projections on the axis of the inertial coordinate system (ISC), which provides a fundamental simplification of the differential equations describing it due to natural channel-by-channel decomposition of the model of relative motion of an object, which, for reasons of increasing the accuracy of estimation, is additionally modified, passing from the equations for the components of the absolute linear velocity and acceleration of the object in full signals to their variations relative to the measured ANN current values, the components of the absolute linear velocity of the object relative to the OK are used as a known control, and the range components obtained as a result of the optimal filtering and identification procedure to OK and the components of the absolute linear velocity of the object are used to form positional and speed signals of an ideal meter, comparing them with the corresponding output signals of the ANN generate the measurement signals of the optimal filter identifier of the ANN errors and the elements of its observation matrix, through which all errors of the measurement signals are recorded, the procedure for their optimal filtering and identification is implemented in accordance with the traditional error model for the ANN, which , for reasons of the correctness of its description and the accuracy of estimation, it is expanded by the inclusion of three differential equations that describe the nature of the change in the coordinate inat of the location of the ANN relative to the OPS in the projections on the axis of the supporting trihedral of the gyro platform (OTGP) of the ANN, at the end of the optimal estimation of the errors of the ANN, determined by the time spent by the OK in the zone of optical contact with the object, the filter-identifier of errors of the ANN is stopped, its input signals and amplification coefficients are reset, and the filter itself is transferred to the long-term forecast mode of the obtained estimates, which are implemented in accordance with the recursive procedure for generating a priori errors of the ANN, and the results obtained from the forecast Achen INS error is used to correct the coordinates of the current location of the object, its absolute horizontal components of the linear velocity, azimuthal angle orientation angles SE ANN and the current orientation of the object.
RU2019102370A 2019-01-29 2019-01-29 Method for optimal estimation of errors of an inertial navigation system and its correction on a fixed ground landmark with known geographical coordinates RU2713582C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102370A RU2713582C1 (en) 2019-01-29 2019-01-29 Method for optimal estimation of errors of an inertial navigation system and its correction on a fixed ground landmark with known geographical coordinates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102370A RU2713582C1 (en) 2019-01-29 2019-01-29 Method for optimal estimation of errors of an inertial navigation system and its correction on a fixed ground landmark with known geographical coordinates

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2713582C1 true RU2713582C1 (en) 2020-02-05

Family

ID=69624897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019102370A RU2713582C1 (en) 2019-01-29 2019-01-29 Method for optimal estimation of errors of an inertial navigation system and its correction on a fixed ground landmark with known geographical coordinates

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2713582C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2504733C1 (en) * 2012-07-27 2014-01-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Меридиан" Method of relative drift in movable carrier navigation systems and system to this end
RU2614192C1 (en) * 2015-12-02 2017-03-23 Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Method of inertial data estimation and its correction according to measurement of doppler velocity sensor
RU2621374C1 (en) * 2016-04-27 2017-06-02 Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Method of optimal binding to mobile ground target and predicting its parameters based on suboptimal corner procedure
EP1724592B1 (en) * 2005-05-19 2018-04-04 Airbus Helicopters System for estimating the speed of an aircraft and its application to the detection of obstacles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1724592B1 (en) * 2005-05-19 2018-04-04 Airbus Helicopters System for estimating the speed of an aircraft and its application to the detection of obstacles
RU2504733C1 (en) * 2012-07-27 2014-01-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Меридиан" Method of relative drift in movable carrier navigation systems and system to this end
RU2614192C1 (en) * 2015-12-02 2017-03-23 Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Method of inertial data estimation and its correction according to measurement of doppler velocity sensor
RU2621374C1 (en) * 2016-04-27 2017-06-02 Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Method of optimal binding to mobile ground target and predicting its parameters based on suboptimal corner procedure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11782141B2 (en) Method and apparatus for automatic calibration of mobile LiDAR systems
US8204677B2 (en) Tracking method
US9593963B2 (en) Method and a device for determining navigation parameters of an aircraft during a landing phase
US8452536B2 (en) Method of definition of a navigation system
US8560280B2 (en) Method for calculating a navigation phase in a navigation system involving terrain correlation
RU2454631C1 (en) Method for autonomous navigation and orientation of spacecraft based on virtual measurements of zenith distances of stars
RU2318188C1 (en) Method for autonomous navigation and orientation of spacecrafts
Johnson et al. Combining stereo vision and inertial navigation for automated aerial refueling
Setterfield et al. Lidar-inertial based navigation and mapping for precision landing
RU2713585C1 (en) Method of forming air-speed parameters of a manoeuvrable object
RU2723199C1 (en) Method and system for determining orientation of spacecraft in space with autonomous correction of light aberration effect
RU2713582C1 (en) Method for optimal estimation of errors of an inertial navigation system and its correction on a fixed ground landmark with known geographical coordinates
RU2654964C1 (en) Method for determining of adjustment corrections in the strap down inertial navigation system
Hoshizaki et al. Performance of Integrated Electro‐Optical Navigation Systems
EP0277231A1 (en) Distributed kalman filter
RU2232102C1 (en) Distributed information control complex of multi-functional flying vehicle group
RU2383468C1 (en) Complex system to determine parametres of operational targets
RU2713584C1 (en) Secure method of optimum attachment to a mobile ground target
Lebedev In-flight geometric calibration of optoelectronic equipment of remote sensing satellite by unknown landmarks
Reynaud et al. A universal navigability map building approach for improving Terrain-Aided-Navigation accuracy
Tuma Automated Driftmeter Fused with Inertial Navigation
Zeng et al. INS error correction method based on passive radar angle tracking information
RU2806707C1 (en) Method of strapdown inertial navigation
Kuznetsov et al. A system of autonomous navigation and orientation for satellites based on virtual measurements of zenith distances of stars
Baraniello et al. Unconventional integrated navigation systems based on redundancy of traditional navigation sensors