RU2558699C1 - Complex method of aircraft navigation - Google Patents

Complex method of aircraft navigation Download PDF

Info

Publication number
RU2558699C1
RU2558699C1 RU2014120782/28A RU2014120782A RU2558699C1 RU 2558699 C1 RU2558699 C1 RU 2558699C1 RU 2014120782/28 A RU2014120782/28 A RU 2014120782/28A RU 2014120782 A RU2014120782 A RU 2014120782A RU 2558699 C1 RU2558699 C1 RU 2558699C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
navigation
nrm
orientation
composition
Prior art date
Application number
RU2014120782/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Бабуров
Теодор Борисович Гальперин
Альберт Грейнемович Герчиков
Владимир Константинович Орлов
Олег Иванович Саута
Алексей Иванович Соколов
Юрий Семёнович Юрченко
Original Assignee
ЗАО "ВНИИРА-Навигатор"
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 ЗАО "ВНИИРА-Навигатор" filed Critical ЗАО "ВНИИРА-Навигатор"
Priority to RU2014120782/28A priority Critical patent/RU2558699C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2558699C1 publication Critical patent/RU2558699C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: generated is extra data base including antenna patterns of satellite receiver antenna and onboard antenna of long-range signal transceiver. navigation satellite signals received and navigation parameters defined by satellite navigation procedure (SNP), working constellation composition and angular coordinates of navigation satellites are isolated. Satellite receiver SNR is isolated to generate SNP error correlation matrix. Navigation satellite (NS) direction vectors are shaped to define NS weight factors in working constellation by aircraft orientation, refined aircraft position, NS angular coordinates and satellite receiver antenna pattern. Composition of satellite constellation is corrected by NS weight factors to correct navigation parameters by corrected composition of NS working constellation. Then, oriented correlation SNP error matrix is shaped with due allowance for aircraft orientation on the basis of corrected composition of said constellation and NS weight factors. Simultaneously, long-range navigation process (LRN) is used to shape correlation matrix of LRN error matrix. Direction vectors and shaped to define ground radio beacon (GRB) weight factors by aircraft orientation, refined aircraft position, GRB coordinates and said transceiver onboard antenna pattern. GRB working composition is corrected by their weight factors. LGN error correlation matrix is generated with allowance for aircraft orientation. Corrected working composition of HRM and their weight factors allowed for are used to generate oriented parameters for LGN and SNP to be used in onboard computer for generation of complex navigation parameters. Note here that output results are presented as a refined position of aircraft corrected with allowance for aircraft orientation. Invention discloses the process version exploiting for definition of data on aircraft orientation of orientation operator computed in inertial navigation process. Besides, it discloses the process version that defines the LGS transceiver one onboard antenna pattern selection. Besides, in compliance with another version, aircraft multi-beam pattern is taken to depend on aircraft orientation to correct its position depending on the level of multipathing.
EFFECT: higher reliability and precision, lower risks of disasters.
4 cl, 5 dwg, 3 app

Description

Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) с использованием комплексного способа навигации, функционально объединяющего инерциальный способ навигации, спутниковый способ навигации и дальномерный способ навигации. Изобретение может быть использовано при осуществлении навигации высокодинамичных ЛА в сложных навигационных условиях при интенсивных маневрах, характеризующихся повышенным уровнем изменчивости состава рабочего созвездия (СРС) навигационных спутников (НС) и рабочего состава наземных радиомаяков (НРМ).The invention relates to the field of navigation of aircraft (LA) using an integrated navigation method that functionally combines the inertial navigation method, satellite navigation method and rangefinding navigation method. The invention can be used in the navigation of highly dynamic aircraft in difficult navigation conditions during intensive maneuvers, characterized by an increased level of variability in the composition of the working constellation (SRS) of navigation satellites (NS) and the working composition of ground-based radio beacons (NRM).

Каждый из упомянутых способов навигации имеет свои достоинства и недостатки.Each of the mentioned navigation methods has its advantages and disadvantages.

В инерциальном способе навигации (ИСН) определение местоположения (далее - положения) ЛА осуществляется путем интегрирования навигационных параметров из показаний инерциальных датчиков, например, значений угловой скорости и ускорения [1, 2]. Основное достоинство этого способа заключается в высокой помехоустойчивости, а недостаток - в накоплении ошибок с течением времени. Поэтому ИСН требует периодической коррекции положения ЛА с использованием радиотехнических способов навигации - спутникового и дальномерного. В спутниковом способе навигации (ССН) вычисление навигационных параметров ЛА осуществляется с использованием сигналов N навигационных спутников, формирующих рабочее созвездие [3, 4]. Достоинством ССН является глобальность и высокая точность измерения. Недостатком является низкая помехоустойчивость и высокая, с точки зрения безопасности полета, вероятность отказа. Кроме того, для маневренных ЛА характерна изменчивость СРС спутников из-за больших углов крена и тангажа ЛА (см. Фиг. 1). При этом точность спутниковых навигационных определений положения ЛА существенно падает. Спутниковые определения положения также становятся невозможными, если в зону радиовидимости спутниковой антенны ЛА попадает недостаточное количество НС. При восстановлении горизонтального полета ЛА (при уменьшении углов крена и тангажа) в спутниковой аппаратуре происходит повторный поиск рабочих спутников, слежение за ними, выделение информации и измерение навигационных параметров, по которым определяются псевдодальности (ПД) и псевдоскорости (ПС) относительно каждого радиовидимого НС.In the inertial navigation method (INS), the location (hereinafter referred to as the position) of an aircraft is determined by integrating the navigation parameters from the readings of inertial sensors, for example, values of angular velocity and acceleration [1, 2]. The main advantage of this method is the high noise immunity, and the disadvantage is the accumulation of errors over time. Therefore, the ISN requires periodic correction of the position of the aircraft using radio-technical navigation methods - satellite and rangefinder. In the satellite navigation method (SSN), the calculation of the navigation parameters of the aircraft is carried out using the signals of N navigation satellites forming the working constellation [3, 4]. The advantage of CCH is global and high measurement accuracy. The disadvantage is low noise immunity and high, in terms of flight safety, the probability of failure. In addition, maneuverable aircraft are characterized by the variability of CPC satellites due to the large roll angles and pitch of the aircraft (see Fig. 1). In this case, the accuracy of satellite navigation definitions of the position of the aircraft significantly decreases. Satellite positioning also becomes impossible if an insufficient number of NS falls into the radio visibility zone of the satellite antenna of the aircraft. When restoring a horizontal flight of an aircraft (with a decrease in the roll and pitch angles) in satellite equipment, a second search for working satellites occurs, tracking them, extracting information and measuring navigation parameters, which determine pseudorange (PD) and pseudo-speed (PS) with respect to each radio-visible NS.

В дальномерном способе навигации (ДСН) вычисление навигационных параметров ЛА осуществляется с использованием сигналов L наземных радиомаяков (НРМ), формирующих рабочую группу. При этом выполняется определение дальностей ЛА до L НРМ путем излучения запросных дальномерных сигналов с борта ЛА, приема этих сигналов на НРМ, формирования и излучения ответных дальномерных сигналов, измерения на борту ЛА времени задержки ответных дальномерных сигналов относительно запросных дальномерных сигналов и определения с помощью данного измерения навигационных параметров ЛА [5]. Этот способ навигации уступает ССН в точности, но имеет преимущество в надежности и помехоустойчивости. Однако ДСН, так же, как и ССН, зависит от маневрирования ЛА и, при больших углах крена и тангажа ЛА, возможно нарушение связи с некоторыми НРМ из-за отсутствия радиовидимости (см. Фиг.1). При организации дальномерного режима используется один комплект бортового оборудования в режиме последовательного частотно-кодового сканирования, а выбор НРМ выполняется без учета ориентации бортовой антенны [6]. Маневрирование ЛА приводит к потере связи с некоторыми НРМ, снижению точности и перерывам в определении положения по ДСН.In the rangefinder navigation method (SDS), the calculation of the navigation parameters of the aircraft is carried out using the signals L of terrestrial beacons (NRM), forming a working group. In this case, the determination of the aircraft ranges to L NRM is performed by emitting interrogated rangefinder signals from the aircraft, receiving these signals on the NRM, generating and emitting response rangefinder signals, measuring onboard the aircraft the delay time of the response rangefinder signals relative to the interrogating rangefinder signals and determining using this measurement aircraft navigation parameters [5]. This navigation method is inferior to the CCH in accuracy, but has the advantage of reliability and noise immunity. However, SDS, like SSN, depends on the maneuvering of the aircraft and, at large angles of roll and pitch of the aircraft, communication with some NRMs is possible due to the lack of radio visibility (see Figure 1). When organizing the rangefinder mode, one set of on-board equipment is used in the sequential frequency-code scanning mode, and the selection of the receiver is performed without taking into account the orientation of the on-board antenna [6]. Maneuvering an aircraft leads to a loss of communication with some NRMs, a decrease in accuracy, and interruptions in determining the position of the SDS.

Одним из способов повышения точности навигационных определений при маневрировании ЛА является комплексное использование ИСН, ССН и ДСН. Подобное комплексирование рассмотрено в ряде аналогов изобретения.One of the ways to improve the accuracy of navigation definitions when maneuvering an aircraft is the integrated use of ISN, SSN and SDS. Such a combination is considered in a number of analogues of the invention.

Полезная модель бортового радиотехнического комплекса навигации и посадки ЛА морского базирования [7] предназначена для обеспечения навигации и управления ЛА, при этом используются следующие навигационные системы: инерциальная навигационная система (ИНС), спутниковая радионавигационная система (СРНС), радиотехническая система ближней навигации (РСБН), соответственно реализующие указанные выше способы навигации (ИСН, ССН, ДСН). Особенность этого комплекса заключается в том, что маяк РСБН может быть установлен на подвижном объекте, а в состав навигационного комплекса ЛА дополнительно включено вычислительное устройство, вырабатывающее выходные сигналы по перестраиваемому в зависимости от условий работы алгоритму. Однако в аналоге не рассмотрено никаких способов оптимального комплексирования навигационных данных и формирования выходных сигналов, не производится коррекция навигационных данных при изменении ориентации ЛА.A useful model of an on-board radio-technical complex for navigation and landing of a sea-based aircraft [7] is designed to provide navigation and control of aircraft, using the following navigation systems: inertial navigation system (ANN), satellite radio navigation system (SRNS), short-range radio navigation system (RSBN) , respectively, implementing the above navigation methods (ISN, CCH, SDS). The peculiarity of this complex is that the RSBN beacon can be installed on a movable object, and a computing device is additionally included in the navigation system of the aircraft, generating output signals according to an algorithm that is tunable depending on the operating conditions. However, the analogue does not consider any methods for optimally integrating navigation data and generating output signals; navigation data are not corrected when the aircraft orientation changes.

В патенте [8] предлагается навигационная система для ЛА, содержащая источники навигационных данных - СРНС, ИНС, дальномерную систему DME или азимутально-дальномерную систему VOR/DME. Эта система предназначена для безопасного полета в сложных метеорологических условиях. Состав оборудования подобен [7], поскольку оборудование РСБН эквивалентно VOR/DME. Однако в этом патенте также не обсуждаются способы оптимального комплексирования навигационных данных и их коррекции при изменении ориентации ЛА.The patent [8] proposes a navigation system for aircraft containing sources of navigation data - SRNS, ANN, DME rangefinder system or VOR / DME azimuth-rangefinder system. This system is designed for safe flight in difficult weather conditions. The composition of the equipment is similar [7], since the RSBN equipment is equivalent to VOR / DME. However, this patent also does not discuss methods for optimally integrating navigation data and their correction when changing the orientation of the aircraft.

В заявке [9] рассматривается использование двух способов навигации - ИСН и ССН, с учетом ориентации ЛА. При этом выполняется комплексная оптимальная обработка навигационных данных. Однако целостность системы, основанной на указанных двух способах навигации недостаточна в связи с отсутствием упомянутых выше положительных характеристик, обеспечиваемых дальномерным способом навигации. Кроме того, в [9] не предусмотрена корректировка состава данных с учетом ориентации ЛА, что не позволяет достичь требуемой эффективности предложенного способа даже в части использования ИСН и ССН.The application [9] discusses the use of two navigation methods - ISN and CCH, taking into account the orientation of the aircraft. In this case, a comprehensive optimal processing of navigation data is performed. However, the integrity of the system based on these two navigation methods is insufficient due to the lack of the above-mentioned positive characteristics provided by the rangefinding navigation method. In addition, in [9] does not provide for the adjustment of the data composition taking into account the orientation of the aircraft, which does not allow to achieve the required effectiveness of the proposed method, even in terms of the use of ISN and CCH.

Способ-прототип [10] состоит в том, что предлагается комплексный способ навигации летательных аппаратов (ЛА), предусматривающий для определения положения ЛА использование инерциального, спутникового и дальномерного способов навигации, при этом в инерциальном способе навигации (ИСН) определяют навигационные параметры и положение ЛА по показаниям инерциальных датчиков, в спутниковом способе навигации (ССН) по N навигационным спутникам (НС) производят прием на ЛА сигналов НС, определяют навигационные параметры по ССН с данными о положении ЛА в виде псевдодальностей и псевдоскоростей, а в дальномерном способе навигации (ДСН) производят формирование и излучение запросных дальномерных сигналов на ЛА, прием упомянутых запросных сигналов на наземных радиомаяках (НРМ) с известными координатами, формирование и излучение ответных дальномерных сигналов, прием упомянутых ответных сигналов на ЛА и определяют навигационные параметры в виде дальностей до L НРМ, а далее в бортовом вычислителе формируют комплексные навигационные параметры ЛА из навигационных параметров, определенных по ССН и по ДСН, и формируют комплексную матрицу ошибок ССН и ДСН, с помощью которых оценивают ошибки положения ЛА, определенного по ИСН, и путем коррекции определенного по ИСН положения ЛА определяют уточненное положение ЛА, кроме того, в бортовом вычислителе осуществляют выбор рабочего состава НРМ по уточненному положению ЛА и координатам НРМ из базы данных, сопряженной с бортовым вычислителем, при этом по рабочему составу НРМ проводят соответствующее ему формирование и излучение запросных дальномерных сигналов, а выходные результаты представляют в виде уточненного положения ЛА.The prototype method [10] consists in the fact that a comprehensive method for navigation of aircraft (LA) is proposed, which provides for the use of inertial, satellite and rangefinding navigation methods to determine the position of the aircraft, while the navigation parameters and position of the aircraft are determined in the inertial navigation method (ISN) according to the readings of inertial sensors, in the satellite navigation method (SSN) on N navigation satellites (NS), NS signals are received on the aircraft, navigation parameters are determined by the SSN with data on the position of the aircraft in the form of pseudo-ranges and pseudo-velocities, and in the rangefinding navigation method (SDS), the formation and emission of interrogation rangefinder signals are performed on the aircraft, the reception of the interrogation signals on terrestrial beacons (NRM) with known coordinates, the formation and emission of the response rangefinder signals, the reception of the response signals to Aircraft and determine the navigation parameters in the form of ranges to L NRM, and then in the on-board computer form complex navigation parameters of the aircraft from the navigation parameters defined by about SSN and SDS, and form a comprehensive matrix of errors SSN and SDS, with which the errors of the position of the aircraft determined by the ISS are estimated, and by correcting the position of the aircraft determined by the ISS, the specified position of the aircraft is determined, in addition, the operating staff is selected in the on-board computer NRM according to the updated position of the aircraft and the coordinates of the NRM from the database, paired with the on-board computer, while the working composition of the NRM carry out the corresponding generation and emission of interrogated rangefinder signals, and the output results are set in the form of an updated position of the aircraft.

Блок-схема последовательности действий по способу-прототипу [10] приведена в Приложении 1.The flowchart for the prototype method [10] is given in Appendix 1.

Недостатком способа-прототипа [10], как и перечисленных выше аналогов, использующих три способа навигации [7, 8], является отсутствие учета влияния угловой ориентации ЛА при его маневрировании на изменение навигационных данных (состава рабочего созвездия СНС и рабочего состава НРМ) и, соответственно, на работу алгоритма комплексной обработки данных инерциального и радиотехнических способов навигации, приводящее к снижению точности оценивания координат в сложных навигационных условиях. В прототипе [10] и аналогах [7, 8] выбор рабочего созвездия выполняется на основе альманаха спутников и положения ЛА, а выбор рабочего состава НРМ выполняется на основе информации о координатах НРМ из базы данных и, также, положения ЛА. Изменение угловой ориентации ЛА (например, при крене) приводит к нарушению приема сигналов некоторых НС и НРМ.The disadvantage of the prototype method [10], as well as the above counterparts using three navigation methods [7, 8], is the lack of consideration of the influence of the angular orientation of the aircraft during its maneuvering to change navigation data (composition of the working constellation of the SNA and the working composition of the NRM) and, accordingly, to the operation of the algorithm for complex data processing of inertial and radio engineering navigation methods, leading to a decrease in the accuracy of coordinate estimation in difficult navigation conditions. In the prototype [10] and analogues [7, 8], the choice of the working constellation is based on the almanac of satellites and the position of the aircraft, and the selection of the working composition of the NRM is based on information about the coordinates of the NRM from the database and, also, the position of the aircraft. A change in the angular orientation of the aircraft (for example, with a roll) leads to a violation of the reception of signals of some NS and NRM.

Задачей заявляемого способа является повышение точности оценивания координат ЛА в сложных навигационных условиях благодаря учету ориентации ЛА при формировании навигационных данных ИСН, ССН и ДСН и их комплексной обработке.The objective of the proposed method is to increase the accuracy of estimating the coordinates of aircraft in difficult navigation conditions by taking into account the orientation of the aircraft in the formation of navigation data ISN, SSN and SDS and their complex processing.

Поставленная задача решается следующим образом. Предлагается комплексный способ навигации летательных аппаратов (ЛА), предусматривающий для определения положения ЛА использование инерциального, спутникового и дальномерного способов навигации, при этом в инерциальном способе навигации (ИСН) определяют навигационные параметры и положение ЛА по показаниям инерциальных датчиков, в спутниковом способе навигации (ССН) по N навигационным спутникам (НС) производят прием на ЛА сигналов НС, определяют навигационные параметры с данными о положении ЛА в виде псевдодальностей и псевдоскоростей, а в дальномерном способе навигации (ДСН) производят формирование и излучение запросных дальномерных сигналов на ЛА, прием упомянутых запросных сигналов на наземных радиомаяках (НРМ) с известными координатами, формирование и излучение ответных дальномерных сигналов, прием упомянутых ответных сигналов на ЛА и определяют навигационные параметры в виде дальностей до L НРМ, а далее в бортовом вычислителе формируют комплексные навигационные параметры ЛА, из навигационных параметров, определенных по ССН и по ДСН, и формируют комплексную матрицу ошибок ССН и ДСН, с помощью которых оценивают ошибки положения ЛА, определенного по ИСН, и путем коррекции определенного по ИСН положения ЛА определяют уточненное положение ЛА, кроме того, в бортовом вычислителе осуществляют выбор рабочего состава НРМ по уточненному положению ЛА и координатам НРМ из базы данных, сопряженной с бортовым вычислителем, при этом по рабочему составу НРМ проводят соответствующее ему формирование и излучение запросных дальномерных сигналов, а выходные результаты представляют в виде уточненного положения ЛА, при этом формируют дополнительную базу данных, включающую диаграммы направленности антенны спутникового приемника и бортовых антенн приемопередатчика дальномерных сигналов, после приема сигналов НС параллельно с определением навигационных параметров по ССН выделяют состав рабочего созвездия и угловые координаты НС, выделяют отношения сигнал/шум спутникового приемника и формируют корреляционную матрицу ошибок ССН, затем формируют векторы направления НС и определяют весовые коэффициенты НС из состава рабочего созвездия по ориентации ЛА, уточненному положению ЛА, угловым координатам НС и диаграмме направленности антенны спутникового приемника, корректируют состав рабочего созвездия спутников по весовым коэффициентам НС, корректируют навигационные параметры по откорректированному составу рабочего созвездия НС, далее формируют ориентированную корреляционную матрицу ошибок ССН, учитывающую ориентацию ЛА, на основе откорректированного состава рабочего созвездия и учета весовых коэффициентов НС, параллельно по ДСН формируют корреляционную матрицу ошибок ДСН, формируют векторы направления и определяют весовые коэффициенты НРМ из рабочего состава НРМ по ориентации ЛА, уточненному положению ЛА, координатам НРМ из рабочего состава НРМ и диаграмме направленности упомянутой бортовой антенны приемопередатчика, корректируют рабочий состав НРМ по весовым коэффициентам НРМ, формируют ориентированную корреляционную матрицу ошибок ДСН, учитывающую ориентацию ЛА, на основе откорректированного рабочего состава НРМ и учета весовых коэффициентов НРМ, формируют соответственно ориентированные навигационные параметры по ССН и ДСН и используют их в бортовом вычислителе для формирования комплексных навигационных параметров, при этом выходные результаты представляются в виде уточненного положения ЛА, откорректированного с учетом ориентации ЛА.The problem is solved as follows. A complex method of navigation of aircraft (LA) is proposed, which provides for the use of inertial, satellite and rangefinding navigation methods to determine the position of the aircraft, while the inertial navigation method (INS) determines the navigation parameters and the position of the aircraft according to the readings of inertial sensors, in the satellite navigation method (SSN) ) using N navigation satellites (NS), receive NS signals on an aircraft, determine navigation parameters with data on the position of the aircraft in the form of pseudorange and pseudo-speeds and in the rangefinder navigation method (SDS), the formation and emission of interrogation rangefinder signals on the aircraft, the receipt of the aforementioned interrogation signals on ground radio beacons (NRM) with known coordinates, the formation and emission of the response rangefinder signals, the reception of the response signals on the aircraft and determine the navigation parameters in the form of ranges to L NRM, and then in the on-board computer form the integrated navigation parameters of the aircraft, from the navigation parameters determined by SSN and SDS, and form a complex matrix the error index of the SSN and SDS, with the help of which the errors of the position of the aircraft determined by the ISS are estimated, and by correcting the position of the aircraft determined by the ISS, the specified position of the aircraft is determined, in addition, the on-board computer selects the working composition of the NRM according to the updated position of the LA and the coordinates of the NRM from database associated with the on-board computer, while the working composition of the NRM conduct the corresponding generation and emission of interrogation rangefinder signals, and the output results are presented in the form of an updated position of the aircraft at the same time, an additional database is formed, including radiation patterns of the antenna of the satellite receiver and the onboard antennas of the transceiver of rangefinder signals, after receiving the NS signals in parallel with the determination of navigation parameters on the SSN, the constellation of the working constellation and the angular coordinates of the NS are extracted, the signal-to-noise ratio of the satellite receiver is extracted and formed correlation matrix of errors CCH, then form the direction vectors of the NS and determine the weight coefficients of the NS from the composition of the working constellation in orientation the aircraft, the correct position of the aircraft, the angular coordinates of the NS and the antenna radiation pattern of the satellite receiver, adjust the composition of the working constellation of satellites according to the weight coefficients of the NS, adjust the navigation parameters according to the adjusted composition of the working constellation of the NS, then form an oriented correlation matrix of errors of the SSN, taking into account the orientation of the aircraft, to On the basis of the adjusted composition of the working constellation and taking into account NS weight coefficients, a correlation error matrix of the SDS, f form the direction vectors and determine the weight coefficients of the NRM from the working composition of the NRM according to the orientation of the aircraft, the correct position of the aircraft, the coordinates of the NRM from the working composition of the NRM and the radiation pattern of the aforementioned onboard antenna of the transceiver, adjust the working composition of the NRM by the weight coefficients of the NRM, form an oriented correlation matrix of errors of the SDL, taking into account the orientation of the aircraft, based on the adjusted working composition of the NRM and taking into account the weight coefficients of the NRM, form accordingly oriented navigation nnye parameters for CLO and SDS and their use in avionic computer to form a complex navigational parameters, the results are output as a position proximate the aircraft, corrected for aircraft orientation.

Предлагается вариант способа, раскрывающий операции при формировании данных по ориентации ЛА, который состоит в том, что по показаниям инерциальных датчиков в виде угловых скоростей в связанной системе координат вычисляют в ИСН оператор ориентации, формируют в ССН по угловым координатам НС векторы направления НС в навигационной системе координат, затем, используя оператор ориентации, формируют векторы направления НС в связанной системе координат и, используя диаграмму направленности антенны спутникового приемника, определяют весовые коэффициенты НС, параллельно в ДСН по координатам НРМ из базы данных и уточненному положению ЛА вычисляют угловые координаты НРМ, формируют векторы направления НРМ в навигационной системе координат, затем, используя оператор ориентации, формируют векторы направления НРМ в связанной системе координат и, используя диаграмму направленности бортовой антенны приемопередатчика дальномерных сигналов, определяют весовые коэффициенты НРМ, при этом в ИСН с помощью оператора ориентации вычисляют вектор ускорения ЛА в навигационной системе координат, по которому определяют положение ЛА по ИСН.A variant of the method is proposed that discloses operations when generating data on aircraft orientation, which consists in calculating the orientation operator in the ISN according to the readings of inertial sensors in the form of angular velocities in the ISN, and forming directional vectors in the SSN for the NS angular coordinates in the navigation system coordinates, then, using the orientation operator, the NS direction vectors are formed in the associated coordinate system and, using the antenna pattern of the satellite receiver, the weight NS coefficients, in parallel in the SDS, the angular coordinates of the NRM are calculated from the database and the updated position of the aircraft, form the NRM direction vectors in the navigation coordinate system, then, using the orientation operator, form the NRM direction vectors in the associated coordinate system and, using the airborne radiation pattern antennas of the transceiver of ranging signals, determine the weighting coefficients of the NRM, while in the IOS using the orientation operator calculate the acceleration vector of the aircraft in the navigation system rdinat, by which the position of the aircraft is determined by the ISN.

Предлагается также вариант способа, в котором дополнительно после формирования векторов направления НРМ определяют коэффициент усиления каждой из бортовых антенн приемопередатчика дальномерных сигналов и выбирают диаграмму направленности антенны с наибольшим коэффициентом усиления, а при близких коэффициентах усиления упомянутых бортовых антенн выбирают диаграмму направленности антенны в соответствии с перемещением вектора направления НРМ.A method variant is also proposed in which, after the formation of the directional direction vectors, the gain of each of the airborne antennas of the transceiver of the ranging signals is additionally determined, and the antenna pattern with the highest gain is selected, and for similar amplitudes of the mentioned airborne antennas, the antenna pattern is selected in accordance with the movement of the vector directions of NRM.

Предлагается также вариант способа, в котором в дополнительную базу данных вводят диаграмму многолучевости ЛА, определяют дополнительные весовые коэффициенты НС из состава рабочего созвездия по ориентации ЛА и упомянутой диаграмме многолучевости, после определения весовых коэффициентов НС проводят корректировку весовых коэффициентов, определяя результирующий весовой коэффициент НС, например, как сумму весового коэффициента и дополнительного весового коэффициента, и вводят при формировании ориентированной корреляционной матрицы ошибок ССН результирующий весовой коэффициент.A variant of the method is also proposed in which an LA multipath diagram is introduced into the additional database, additional NS weight coefficients are determined from the composition of the working constellation according to the aircraft orientation and the multipath diagram, after determining the NS weight coefficients, the weight coefficients are adjusted to determine the resulting NS weight coefficient, for example as the sum of the weight coefficient and the additional weight coefficient, and is introduced when forming an oriented correlation matrix shibok CCH resultant weighting factor.

Суть заявляемого способа поясняется с помощью Фиг. 1, 2, 3, 4 и 5.The essence of the proposed method is illustrated using FIG. 1, 2, 3, 4 and 5.

На Фиг. 1 дана иллюстрация относительного положения диаграмм направленности бортовых антенн используемых в ССН и ДСН.In FIG. 1 is an illustration of the relative position of the radiation patterns of the onboard antennas used in the SSN and SDS.

На Фиг. 2 представлена блок-схема основной последовательности операций предложенного способа комплексной навигации ЛА.In FIG. 2 presents a block diagram of the main sequence of operations of the proposed method for integrated navigation of the aircraft.

На Фиг. 3 раскрыта последовательность операций при формировании данных по ориентации ЛА для определения векторов направления и весовых коэффициентов НС и НРМ.In FIG. 3, a sequence of operations is disclosed when generating data on aircraft orientation to determine direction vectors and weighting factors of NS and NRM.

На Фиг. 4 представлен вариант способа определения весовых коэффициентов НРМ в случае нескольких бортовых антенн приемопередатчика дальномерных сигналов.In FIG. 4 shows a variant of the method for determining the weighting coefficients of the NRM in the case of several onboard antennas of the transceiver of ranging signals.

На Фиг. 5 представлен вариант способа, учитывающий эффект многолучевости при определении весовых коэффициентов НС.In FIG. 5 shows a variant of the method that takes into account the multipath effect in determining the weight coefficients of NS.

Кроме того, в Приложении 1 раскрыта блок-схема основной последовательности операций, выполняемых в прототипе, а в Приложении 2 представлены типовые диаграммы направленности бортовых антенн приемопередатчика дальномерных сигналов.In addition, Appendix 1 discloses a block diagram of the main sequence of operations performed in the prototype, and Appendix 2 presents typical radiation patterns of onboard antennas of a rangefinder signal transceiver.

Фиг. 1 иллюстрирует изменение положения центральных осей диаграмм направленности антенн в ССН и ДСН и соответственно изменение информации о навигационных сигналах при изменении ориентации ЛА (в данном случае - угла тангажа).FIG. 1 illustrates the change in the position of the central axes of the antenna patterns in the CLS and LTOs and, accordingly, the change in information about the navigation signals when the aircraft orientation changes (in this case, the pitch angle).

Суть заявляемого способа поясняется с помощью Фиг. 2, где представлена блок-схема последовательности действий при реализации комплексного способа навигации.The essence of the proposed method is illustrated using FIG. 2, which presents a flowchart of the implementation of an integrated navigation method.

Ниже приведена расшифровка обозначений на Фиг. 2:The following is a description of the symbols in FIG. 2:

1. Определение навигационных параметров и положения ЛА по ИСН.1. Determination of navigational parameters and the position of the aircraft on the ISN.

2. Прием на ЛА сигналов НС.2. Reception of aircraft signals on the aircraft.

3. Определение навигационных параметров по ССН с данными о положении ЛА в виде псевдодальностей и псевдоскоростей.3. Determination of navigation parameters by SSN with data on the position of the aircraft in the form of pseudorange and pseudo-speeds.

4. Формирование и излучение на ЛА запросных дальномерных сигналов (ЗДС).4. The formation and emission on the aircraft of interrogative rangefinder signals (ZDS).

5. Прием ЗДС на НРМ, формирование и излучение ответных дальномерных сигналов (ОДС).5. Reception of ZDS on NRM, formation and radiation of response range-finding signals (ODS).

6. Прием ОДС на ЛА.6. Reception of SLM in the aircraft.

7. Определение навигационных параметров по ДСН (дальности).7. Determination of navigation parameters by SDS (range).

8. Формирование комплексных навигационных параметров и комплексной корреляционной матрицы (КМ) по ССН и ДСН.8. Formation of complex navigation parameters and a complex correlation matrix (CM) for SSN and SDS.

9. Оценивание ошибок положения ЛА по ИСН.9. Evaluation of errors in the position of the aircraft on the ISN.

10. Определение уточненного положения ЛА.10. Determination of the specified position of the aircraft.

11. Выбор рабочего состава НРМ.11. The selection of the working composition of the NRM.

12. База данных.12. The database.

13. Выделение состава рабочего созвездия и угловых координат НС.13. The allocation of the composition of the working constellation and angular coordinates of the NS.

14. Выделение отношений сигнал/шум (с/ш) и формирование КМ ошибок ССН.14. The allocation of signal-to-noise (s / w) and the formation of CM errors SSN.

15. Формирование векторов направления НС и определение весовых коэффициентов НС.15. The formation of vectors of the direction of the national Assembly and the determination of the weighting coefficients of the national Assembly.

16. Корректировка состава рабочего созвездия НС.16. Correction of the composition of the working constellation of the National Assembly.

17. Корректировка навигационных параметров по ССН по откорректированному составу рабочего созвездия.17. Correction of navigation parameters according to the SSN according to the adjusted composition of the working constellation.

18. Формирование ориентированной КМ ошибок ССН.18. The formation of oriented CM errors SSN.

19. Формирование КМ ошибок ДСН.19. The formation of KM errors SDS.

20. Формирование векторов направления и определение весовых коэффициентов НРМ.20. Formation of direction vectors and determination of weighting coefficients of the NRM.

21. Корректировка рабочего состава НРМ.21. Adjustment of the working composition of the NRM.

22. Формирование ориентированной КМ ошибок ДСН.22. The formation of the oriented CM errors SDS.

23. Формирование ориентированных навигационных параметров по ССН.23. The formation of oriented navigation parameters on the SSN.

24. Формирование ориентированных навигационных параметров по ДСН.24. The formation of oriented navigation parameters for the SDS.

Способ включает характерные для способа-прототипа операции (см. Приложение 1 и Фиг. 2): определение навигационных параметров и положения ЛА по ИСН 1, прием на ЛА сигналов НС 2, определение навигационных параметров по ССН с данными о положении ЛА в виде псевдодальностей и псевдоскоростей 3, формирование и излучение на ЛА запросных дальномерных сигналов 4, прием упомянутых запросных сигналов на НРМ, формирование и излучение ответных дальномерных сигналов 5, прием упомянутых ответных сигналов на ЛА 6, определение навигационных параметров по ДСН в виде дальностей до L НРМ 7, формирование в бортовом вычислителе комплексных навигационных параметров ЛА и комплексной корреляционной матрицы ошибок положения ЛА, определенных по ССН и ДСН 8, оценивание ошибок положения по ИСН 9, определение уточненного положения ЛА 10, выбор рабочего состава НРМ 11, базу данных 12.The method includes operations typical for the prototype method (see Appendix 1 and Fig. 2): determining the navigation parameters and the position of the aircraft on the ISN 1, receiving the signals of the NS 2 on the aircraft, determining the navigation parameters on the SSN with data on the position of the aircraft in the form of pseudo-ranges and pseudo-speeds 3, generation and emission of interrogative rangefinder signals 4, reception of the interrogated signals to the receiver, generation and emission of interfaced rangefinder signals 5, reception of the response signals to the LA 6, determination of navigation parameters by SDS in the range to L NRM 7, the formation in the on-board computer of the integrated navigation parameters of the aircraft and the complex correlation matrix of position errors of the aircraft, as determined by SSN and SDS 8, the estimation of position errors by ISN 9, the determination of the corrected position of the aircraft 10, the choice of the working composition of the NRM 11, the base data 12.

На входы «а», «b», «с» подаются соответственно следующие сигналы:The following signals are applied to inputs “a”, “b”, “c”:

a) данные об ориентации ЛА,a) aircraft orientation data,

b) диаграмма направленности антенны спутникового приемника,b) the antenna pattern of the satellite receiver,

c) диаграмма направленности бортовой антенны приемопередатчика ЗДС.c) the radiation pattern of the on-board antenna of the ZDS transceiver.

Предложены операции, реализующие заявленный способ (Фиг. 2). После вычисления навигационных параметров по ССН выполняется выделение состава рабочего созвездия и угловых координат НС 13, выделение отношений сигнал/шум спутникового приемника и формирование КМ ошибок ССН 14, формирование векторов направления и определение весовых коэффициентов НС 15, корректировка состава рабочего созвездия спутников по весовым коэффициентам НС 16, корректировка навигационных параметров по ССН 17, формирование ориентированной КМ ошибок ССН 18, формирование КМ ошибок ДСН 19, формирование векторов направления и определение весовых коэффициентов НРМ 20, корректировка рабочего состава НРМ по весовым коэффициентам НРМ 21, формирование ориентированной КМ ошибок ДСН 22, формирование, соответственно, ориентированных навигационных параметров по ССН 23 и ДСН 24 и использование их в бортовом вычислителе для формирования комплексных навигационных параметров ЛА по ССН и ДСН 8.Offered operations that implement the claimed method (Fig. 2). After calculating the navigation parameters on the SSN, the composition of the working constellation and the angular coordinates of NS 13 are extracted, the signal-to-noise ratios of the satellite receiver are extracted and the CM errors of the SSN 14 are generated, the direction vectors and the determination of the weight coefficients of the NS 15 are formed, the composition of the working constellation of the satellites is determined by the weight coefficients of the NS 16, adjustment of navigation parameters for SSN 17, the formation of oriented CM errors SSN 18, the formation of CM errors SDS 19, the formation of direction vectors and determine the weighting factors of the NRM 20, the adjustment of the working composition of the NRM according to the weighting coefficients of the NRM 21, the formation of oriented KM errors SDS 22, the formation, respectively, oriented navigation parameters for SSN 23 and SDN 24 and their use in the on-board computer for the formation of complex navigation parameters of the aircraft for SSN and SDS 8.

Работа заявляемого способа происходит следующим образом.The operation of the proposed method is as follows.

Действия 1-12 выполняются полностью аналогично прототипу. При этом определение навигационных параметров и положения ЛА по ИСН 1 состоит в интегрировании показаний инерциальных датчиков ИД и подразумевает вычисление пространственных координат ЛА, составляющих вектора скорости и угловых координат [2]. Прием на ЛА сигналов НС 2 завершается определением навигационных параметров по ССН 3, которое подразумевает определение данных о положении в виде псевдодальностей и псевдоскоростей, а также состава рабочего созвездия и отношений сигнал/шум [3, 4]. Для определения навигационных параметров по ДСН 7 выполняется формирование и излучение на ЛА запросных дальномерных сигналов (ЗСД) 4, прием ЗСД на НРМ, формирование и излучение ответных дальномерных сигналов (ОДС) 5, прием ОДС на ЛА 6. При этом определение навигационных параметров по ДСН 7 подразумевает определение временных задержек ОДС относительно ЗДС и вычисление дальностей до НРМ. Обработка навигационных параметров, полученных радиотехническими способами навигации (ССН и ДСН), осуществляется путем формирования комплексных навигационных параметров ЛА из навигационных параметров, определенных по ССН и по ДСН, и формирования комплексной корреляционной матрицы ошибок ССН и ДСН 8, с помощью которых оценивают ошибки положения ЛА, определенного по ИСН, и путем коррекции определенного по ИСН положения ЛА определяют уточненное положение ЛА по ИСН 9. Комплексная обработка использует метод компенсации, реализующий принцип инвариантности к динамике ЛА [11]. С этой целью оцениваются ошибки положения ЛА по ИСН и выполняется компенсация этих ошибок, в результате которой выполняется определение уточненного положения ЛА 10. В вычислителе также выполняется выбор рабочего состава НРМ 11 с использованием базы данных 2, по которому определяется формирование и излучение ЗДС.Actions 1-12 are performed completely similar to the prototype. In this case, the determination of the navigation parameters and the position of the aircraft according to ISN 1 consists in integrating the readings of the inertial sensors ID and involves the calculation of the spatial coordinates of the aircraft that make up the velocity vector and angular coordinates [2]. Reception of NS 2 signals to the aircraft ends with the determination of navigation parameters by SSN 3, which implies the determination of position data in the form of pseudo-ranges and pseudo-velocities, as well as the composition of the working constellation and signal-to-noise ratios [3, 4]. To determine the navigation parameters for SDS 7, the formation and emission of interrogated rangefinder signals (ZSD) 4 is performed, reception of the WHSDs on the receiver, the formation and emission of response rangefinder signals (ODS) 5, the reception of the ODS on the aircraft 6. At the same time, the determination of the navigation parameters for the SDS 7 involves the determination of the time delays of the ODS relative to the ZDS and the calculation of the ranges to the NRM. Processing of navigation parameters obtained by radio-technical navigation methods (SSN and SDS) is carried out by forming complex navigation parameters of the aircraft from the navigation parameters determined by SSN and SDS, and the formation of a complex correlation matrix of errors SSN and SDS 8, with which the position errors of the aircraft are estimated determined by the ISN, and by correcting the position determined by the ISN of the aircraft, the specified position of the aircraft by the ISN 9 is determined. Complex processing uses a compensation method that implements the principle invariance to aircraft dynamics [11]. For this purpose, the position errors of the aircraft according to the ISS are estimated and these errors are compensated, as a result of which the specified position of the aircraft is determined 10. The calculator also selects the working composition of the MPM 11 using database 2, which determines the formation and emission of the airborne laser.

Параллельно с определением навигационных параметров по ССН 3 выполняются следующие операции: выделение состава рабочего созвездия и угловых координат НС 13, выделение отношений сигнал/шум и формирование КМ ошибок ССН 14, формирование векторов направления спутников и определение весовых коэффициентов спутников 15 и корректировка состава рабочего созвездия 16.In parallel with the determination of navigation parameters for SSN 3, the following operations are performed: separation of the composition of the working constellation and angular coordinates of NS 13, separation of signal-to-noise ratios and generation of CM errors of SSN 14, formation of satellite direction vectors and determination of satellite weights 15 and correction of the composition of the working constellation 16 .

Выделение состава рабочего созвездия и угловых координат НС 13 выполняется при приеме сигналов 2 в спутниковом приемнике [3, 4]. При формировании векторов направления НС 15 используются данные об ориентации (сигнал «а»), которые можно формировать различными способами. Ниже рассматривается пример, когда используются угловые координаты НС (углы места и азимута) в навигационной системе координат (НСК). Затем формируются векторы направлений НС в связанной системе координат (ССК) с учетом ориентации ЛА (подробнее эти операции будут описаны далее).The separation of the composition of the working constellation and the angular coordinates of the NS 13 is performed when receiving signals 2 in the satellite receiver [3, 4]. When forming the direction vectors of NS 15, orientation data (signal “a”) are used, which can be generated in various ways. An example is considered below when the NS angular coordinates (elevation and azimuth angles) are used in the navigation coordinate system (NSC). Then the vectors of the NS directions are formed in the associated coordinate system (SSC) taking into account the aircraft orientation (these operations will be described in more detail below).

При определении весовых коэффициентов спутников 15 используется диаграмма направленности антенны спутникового приемника, установленной на ЛА (сигнал «b»). Диаграмма направленности антенны обычно задается в координатах азимут-угол места (в ССК). После определения векторов направления НС коэффициент усиления антенны спутникового приемника в направлении на спутник Kант.с сравнивается с порогом K а н т . с м и н

Figure 00000001
и, при корректировке состава рабочего созвездия 16 оставляются спутники, для которых коэффициент усиления антенны превышает указанный порог. Для оставшихся в корректируемом составе рабочего созвездия спутников коэффициент усиления антенны определяет информационный вес данного спутника при решении навигационной задачи. С этой целью после определения навигационных параметров по ССН 3 выполняется выделение отношений сигнал/шум спутникового приемника и формирование КМ ошибок ССН 14.When determining the weights of the satellites 15, the antenna pattern of the satellite receiver mounted on the aircraft (signal "b") is used. The antenna pattern is usually given in azimuth-elevation coordinates (in CCK). After determining the direction vectors of the NS, the gain of the antenna of the satellite receiver in the direction to the satellite K ant.s is compared with the threshold K but n t . from m and n
Figure 00000001
and, when adjusting the composition of the working constellation 16, satellites are left for which the antenna gain exceeds the specified threshold. For those remaining in the corrected composition of the working constellation of satellites, the antenna gain determines the information weight of this satellite when solving a navigation problem. For this purpose, after determining the navigation parameters for SSN 3, the signal-to-noise ratios of the satellite receiver are extracted and CM errors of SSN 14 are generated.

При формировании КМ ошибок ССН учитываются шумовые ошибки измерений псевдодальности (ПД) и псевдоскорости (ПС) в спутниковом приемнике. Оценка точности измерений ПД по отношению к шумовой ошибке в спутниковом приемнике выполняется с помощью формулы для расчета дисперсии ошибки измерения [11]:In the formation of CM errors, the SNS takes into account the noise errors of the measurements of pseudorange (PD) and pseudo-velocity (PS) in the satellite receiver. Evaluation of the accuracy of the measurements of the PD in relation to the noise error in the satellite receiver is performed using the formula for calculating the variance of the measurement error [11]:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Δf - полоса пропускания системы слежения за задержкой дальномерного кода; τ - длительность элементарного символа кода; В -полоса пропускания спутникового приемника; Q - отношение сигнал/шум, т.е. отношение мощностей сигнала спутника и шума в полосе 1 Гц (величина Q измеряется в спутниковом приемнике).where Δf is the bandwidth of the tracking system for the delay of the ranging code; τ is the duration of the elementary symbol of the code; In-bandwidth of the satellite receiver; Q is the signal-to-noise ratio, i.e. ratio of satellite signal power and noise in the 1 Hz band (Q value is measured in a satellite receiver).

Например, для ГЛОНАСС τ=2 мкс. При Q=40 дБ Гц, Δf=1 Гц и B=15 МГц имеем среднеквадратичное значение ошибки измерения ПД 2,5 не или 0,75 м.For example, for GLONASS, τ = 2 μs. At Q = 40 dB Hz, Δf = 1 Hz and B = 15 MHz, we have the mean square value of the measurement error of a PD of 2.5 nsec or 0.75 m.

Значения σ П Д 2

Figure 00000003
для каждого спутникового канала располагаются на главной диагонали корреляционной матрицы ошибок по ССН 14.Values σ P D 2
Figure 00000003
for each satellite channel are located on the main diagonal of the correlation matrix of errors according to SSN 14.

Далее выполняется формирование ориентированной КМ ошибок ССН 18. С целью определения информационного веса (N-M) НС, оставшихся после корректировки 16, дополнительно используется функциональное преобразование величины Kант.с, например, вида:Next, the formation of the oriented KM errors of the SSN 18 is performed. In order to determine the information weight (NM) of the NS remaining after adjustment 16, a functional transformation of the value of K ant.s is used , for example, of the form:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Dпд - информационный вес НС по ПД, K а н т . с м и н

Figure 00000005
- пороговое значение для величины Kант.с; a 1 - масштабный коэффициент, обеспечивающий плавное выключение спутника из решения навигационной задачи при близких к порогу значениях Kант.с.where D nq - information on the weight of the NA PD K but n t . from m and n
Figure 00000005
- threshold value for the value of K ant.s ; a 1 - scale factor, providing a smooth shutdown of the satellite from the solution of the navigation problem at close to the threshold values of K ant.s.

После вычисления σ П Д 2

Figure 00000003
и DПД формируются значения первых (N-M) диагональных элементов ориентированной КМ ошибок ССН 18, соответствующих ошибкам ПД, в виде σ П Д 2 + D П Д 1
Figure 00000006
(DПД>0)(дисперсия ошибки измерения псевдодальности обратно пропорциональна информационному весу измерений).After calculating σ P D 2
Figure 00000003
and D PD , the values of the first (NM) diagonal elements of the oriented KM errors of SSN 18 corresponding to PD errors are formed, in the form σ P D 2 + D P D - one
Figure 00000006
(D PD > 0) (the variance of the pseudorange measurement error is inversely proportional to the information weight of the measurements).

При формировании значений диагональных элементов КМ ошибок ССН, соответствующих ошибкам ПС, поступают аналогично. Если параметры системы слежения за несущей (системы ФАПЧ) в спутниковом приемнике оптимизированы при действии шума, то полоса пропускания контура второго порядка определяется из выражения Δ f ϕ = K a 0.5

Figure 00000007
[11]. Тогда полоса пропускания по выходу частоты следящей системы равна Δfω=0.5(Δfφ)3 и оценка точности измерений ПС по отношению к шумовой ошибке в спутниковом приемнике (оценка дисперсии измерения доплеровской частоты) выполняется с помощью формулы:When forming the values of the diagonal elements of the CM, the errors of the SSN corresponding to the PS errors do the same. If the parameters of the carrier tracking system (PLL) in the satellite receiver are optimized under the influence of noise, then the bandwidth of the second-order loop is determined from the expression Δ f ϕ = K a 0.5
Figure 00000007
[eleven]. Then the passband at the output of the tracking system frequency is Δf ω = 0.5 (Δf φ ) 3 and the accuracy of measurements of the PS with respect to the noise error in the satellite receiver (estimation of the variance of the Doppler frequency measurement) is estimated using the formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

где Δfω - полоса пропускания системы ФАПЧ.where Δf ω is the passband of the PLL system.

С целью определения информационного веса (N-M) НС, оставшихся после корректировки 16, дополнительно используется функциональное преобразование величины Kант.с, аналогичное приведенному ранее (2):In order to determine the information weight (NM) of the NS remaining after adjustment 16, a functional transformation of the value of K ant.s is also used , similar to that given earlier (2):

Figure 00000009
Figure 00000009

Где: Dпс - информационный вес НС по ПС,Where: D ps - informational weight of the PS for PS,

а 2 - масштабный коэффициент (в общем случае отличный от а 1), обеспечивающий плавное выключение спутника из решения навигационной задачи. and 2 is a scale factor (in general, different from a 1 ), providing a smooth shutdown of the satellite from the solution of the navigation problem.

После вычисления σ П C 2

Figure 00000010
, и DПС формируются значения последующих после (N-M) диагональных элементов с (N-М+1)до 2(N-M)) ориентированной КМ ошибок ССН 18, соответствующих ошибкам ПС, в виде σ П C 2 + D П С 1
Figure 00000011
(DПС>0) (дисперсия ошибки измерения псевдоскорости обратно пропорциональна информационному весу измерений).After calculating σ P C 2
Figure 00000010
, and D PS , the values of the subsequent after (NM) diagonal elements are formed from (N-М + 1) to 2 (NM)) oriented CM errors CCH 18, corresponding to PS errors, in the form σ P C 2 + D P FROM - one
Figure 00000011
(D PS > 0) (the variance of the measurement error of the pseudo-velocity is inversely proportional to the information weight of the measurements).

Корректировка навигационных параметров ЛА по ССН 17 выполняется после определения навигационных параметров по ССН 3 и корректировки состава рабочего созвездия 16, причем указанные навигационные параметры включают в себя псевдодальности и псевдоскорости. При этом исключаются навигационные параметры спутников, для которых коэффициент усиления антенны не превышает установленный порог.Correction of the navigation parameters of the aircraft according to SSN 17 is carried out after determining the navigation parameters according to SSN 3 and adjusting the composition of the working constellation 16, and these navigation parameters include pseudorange and pseudo-speeds. This excludes the navigation parameters of satellites for which the antenna gain does not exceed the set threshold.

Формирование ориентированных навигационных параметров по ССН 23 объединяет два информационных потока: навигационные параметры ЛА по ССН в виде псевдодальностей и псевдоскоростей (вектор размером 2(W-M)), а также точностные характеристики указанных параметров в виде ориентированной КМ ошибок по ССН (матрица размером 2(N-M)×2(N-M)). Дополнительно выполняется отбраковка НС по величине элементов ориентированной КМ. Необходимость этой операции связана с тем, что при малых углах места затруднительно иметь точные данные о коэффициенте усиления антенны из-за влияния отражений от поверхности корпуса ЛА и изменения геометрии ЛА при полете. В процессе эксплуатации корпус ЛА многократно перекрашивается, а состояние поверхности зависит от метеоусловий. При полете форма корпуса и, в частности прогиб крыла, зависит от загрузки, расхода топлива и маневрирования. Поэтому требуется дополнительная отбраковка НС по величине элементов ориентированной КМ.The formation of oriented navigation parameters by SSN 23 combines two information flows: navigation parameters of an SS by SSN in the form of pseudo-ranges and pseudo-velocities (vector size 2 (WM)), as well as the accuracy characteristics of these parameters in the form of oriented CM errors on SSN (matrix size 2 (NM ) × 2 (NM)). Additionally, the rejection of the NS by the value of the elements of the oriented CM is performed. The need for this operation is due to the fact that at small elevation angles it is difficult to have accurate data on the antenna gain due to the influence of reflections from the surface of the aircraft body and changes in the geometry of the aircraft during flight. During operation, the aircraft body is repeatedly repainted, and the surface condition depends on weather conditions. During flight, the shape of the hull, and in particular the deflection of the wing, depends on the load, fuel consumption and maneuvering. Therefore, additional rejection of NS according to the size of the elements of oriented CM is required.

После определения навигационных параметров по ДСН 7 выполняются следующие операции: формирование векторов направления и определение весовых коэффициентов НРМ 20 и корректировка рабочего состава НРМ 21. Выбор рабочего состава НРМ 11 в способе прототипе [10] выполняется в бортовом вычислителе на основе данных о координатах НРМ, содержащихся в базе данных, и уточненного положения (координат) ЛА. При этом учитываются расстояние ЛА относительно НРМ и геометрический фактор [6]. Ориентация ЛА не учитывается. Формирование ЗДС выполняется на частотно-кодовых каналах только тех НРМ, которые включены в текущий рабочий состав. В предлагаемом способе производится корректировка рабочего состава НРМ 21.After determining the navigation parameters for SDS 7, the following operations are performed: the formation of direction vectors and determination of the weight coefficients of the NRM 20 and the adjustment of the working composition of the NRM 21. The selection of the working composition of the NRM 11 in the prototype method [10] is performed in the on-board computer based on the coordinates of the NRM contained in the database, and the updated position (coordinates) of the aircraft. This takes into account the distance of the aircraft relative to the receiver and the geometric factor [6]. The orientation of the aircraft is not taken into account. The formation of the ZDS is performed on the frequency-code channels of only those NRMs that are included in the current operating structure. In the proposed method, the adjustment of the working composition of the NRM 21.

Для этого выполняется формирование векторов направления и определение весовых коэффициентов 20. При формировании векторов направления НРМ 20, с помощью данных о координатах НРМ и уточненного положения ЛА вычисляются угловые координаты (углы места и азимута) рабочих НРМ в НСК. Затем формируются векторы направлений НРМ в ССК с учетом ориентации ЛА (подробнее эти операции будут описаны далее).To do this, the formation of direction vectors and determination of weight coefficients 20. When forming the direction vectors NRM 20, using the data on the coordinates of the NRM and the correct position of the aircraft, the angular coordinates (elevation and azimuth angles) of the working NRMs in the NSC are calculated. Then, the direction vectors of the NRM in the SSK are formed taking into account the orientation of the aircraft (these operations will be described in more detail below).

При определении весовых коэффициентов 20 используется диаграмма направленности бортовой антенны приемопередатчика дальномерных сигналов, установленной на ЛА (на малых дальностях возможен учет диаграммы направленности антенны ответчика НРМ). Диаграмма направленности антенны обычно задается в координатах азимут-угол места (в ССК). При этом коэффициент усиления антенны приемника ОДС Kант.д в направлении на НРМ сравнивается с порогом K а н т . д м и н

Figure 00000012
и при корректировке рабочего состава НРМ 21 оставляются те НРМ, для которых коэффициент усиления антенны превышает порог. Если коэффициент усиления антенны для какого-либо НРМ не превышает порог, то передача ЗДС для этого НРМ не выполняется.When determining the weighting coefficients 20, the directivity pattern of the onboard antenna of the transceiver of rangefinder signals installed on the aircraft is used (at small ranges, the directivity pattern of the antenna of the responder HPM can be taken into account). The antenna pattern is usually given in azimuth-elevation coordinates (in CCK). In this case, the gain of the antenna of the receiver of the ODS K ant.d in the direction on the receiver is compared with the threshold K but n t . d m and n
Figure 00000012
and when adjusting the working composition of the NRM 21, those NRMs for which the antenna gain exceeds the threshold are left. If the antenna gain for any of the NRM does not exceed the threshold, then the transmission of the ZDS for this NRM is not performed.

Для оставшихся в корректируемом рабочем составе НРМ коэффициент усиления антенны определяет информационный вес данного НРМ при решении навигационной задачи. С этой целью после определения навигационных параметров по ДСН 7 выполняется формирование КМ ошибок по ДСН 19. При формировании корреляционной матрицы ошибок по ДСН учитываются шумовые ошибки измерений времени задержки в приемнике ОДС, зависящие от расстояния ЛА относительно НРМ:For those remaining in the adjusted working composition of the NRM, the antenna gain determines the information weight of the given NRM when solving the navigation problem. For this purpose, after determining the navigation parameters for the SDS 7, CM errors are generated for the SDS 19. When generating the correlation matrix of errors for the SDS, the noise errors of the measurement of the delay time in the ODS receiver, depending on the distance of the aircraft relative to the receiver, are taken into account:

Figure 00000013
Figure 00000013

где b1 - дисперсия инструментальной погрешности измерения дальности; r - дальность НРМ относительно ЛА; b2 - масштабный коэффициент.where b 1 - the variance of the instrumental error of range measurement; r is the range of the NRM relative to the aircraft; b 2 - scale factor.

Значения σ Д 2

Figure 00000014
для каждого НРМ располагаются на главной диагонали (позиции диагональных элементов с 1 до L) корреляционной матрицы ошибок по ДСН 19.Values σ D 2
Figure 00000014
for each NRM are located on the main diagonal (positions of diagonal elements from 1 to L) of the correlation matrix of errors according to the SDS 19.

Далее выполняется формирование ориентированной КМ ошибок по ДСН 22. С целью определения информационного веса сигнала данного НРМ при решении навигационной задачи дополнительно используется функциональное преобразование коэффициента усиления антенны приемника ОДС Kант.д, например, вида:Next, the formation of the oriented CM errors for SDS 22 is performed. In order to determine the information weight of the signal of this NRM when solving the navigation problem, the functional conversion of the gain of the antenna antenna of the receiver of the ODS K ant.d , for example, is used:

Figure 00000015
Figure 00000015

где K а н т . д м и н

Figure 00000012
- пороговое значение для величины Kант.д; а 3 - масштабный коэффициент, обеспечивающий плавное выключение НРМ из решения навигационной задачи при близких к порогу значениях Kант.д.Where K but n t . d m and n
Figure 00000012
- the threshold value for the value of K ant.d ; and 3 is a scale factor that provides smooth shutdown of the receiver from the solution of the navigation problem at close to the threshold values of K ant.d.

После вычисления σ Д 2

Figure 00000014
и DД формируются значения диагональных элементов ориентированной КМ ошибок по ДСН 22, соответствующих ошибкам измерения дальности Д, в виде σ Д 2 + D Д 1
Figure 00000016
(DД>0) (дисперсия ошибки измерения дальности обратно пропорциональна информационному весу измерений).After calculating σ D 2
Figure 00000014
and D D the values of the diagonal elements of the oriented CM errors are formed according to the SDS 22 corresponding to the measurement errors of the range D, in the form σ D 2 + D D - one
Figure 00000016
(D D > 0) (the variance of the range measurement error is inversely proportional to the information weight of the measurements).

Формирование ориентированных навигационных параметров по ДСП 24 объединяет два информационных потока: навигационные параметры ЛА по ДСН в виде дальностей (вектор размером L), а также точностные характеристики указанных параметров в виде ориентированной КМ ошибок по ДСН (матрица размером L×L). При этом используются те же соображения, что и при реализации действия 23 и выполняется дополнительная отбраковка НРМ по величине элементов ориентированной КМ.The formation of oriented navigation parameters by DSP 24 combines two information streams: navigation parameters of an aircraft according to SDS in the form of ranges (a vector of size L), as well as the accuracy characteristics of these parameters in the form of oriented CM errors on an SDS (matrix of size L × L). In this case, the same considerations are used as in the implementation of step 23 and an additional rejection of the NRM is performed according to the size of the elements of the oriented CM.

Для оценивания ошибок положения ЛА по ИСН 9 используется алгоритм фильтрации Калмана. При этом ориентированные навигационные параметры по ССН и ДСН, совместно с результатами вычисления положения ЛА по ИСН, используются в алгоритме оценивания ошибок инерциального способа навигации расширенным фильтром Калмана. Операции формирования комплексных навигационных параметров ЛА по ССН и ДСН 8 объединяют следующие информационные потоки: ориентированные корреляционные матрицы ошибок по ССН и ДСН объединяются в виде одной диагональной матрицы R размером (2(N-М)+L)×(2(N-M)+L), навигационные параметры ЛА по ССН и ДСН объединяются в виде одного вектора Z(i) размером 2(N-М)+L.To evaluate errors in the position of the aircraft according to ISN 9, the Kalman filtering algorithm is used. At the same time, the oriented navigation parameters for SSN and SDS, together with the results of calculating the position of the aircraft for SSI, are used in the error estimation algorithm of the inertial navigation method with the advanced Kalman filter. The operations of forming the integrated navigation parameters of the aircraft by CCH and SDS 8 combine the following information flows: oriented correlation matrices of errors by CCH and SDS are combined in the form of one diagonal matrix R of size (2 (N-M) + L) × (2 (NM) + L ), the navigation parameters of the aircraft along the SSN and SDS are combined in the form of a single vector Z (i) of size 2 (N-M) + L.

Ошибки вычисления положения (координат) ЛА ИСН Х описываются векторным разностным уравнением [1,2]:Errors in calculating the position (coordinates) of the aircraft ISN X are described by the vector difference equation [1,2]:

Figure 00000017
Figure 00000017

где Х - вектор состояния ошибок; U - вектор погрешностей инерциальных датчиков; F - матрица системы дифференциальных уравнений; W - матрица преобразования.where X is the error state vector; U is the error vector of inertial sensors; F is the matrix of the system of differential equations; W is the transformation matrix.

Упомянутый вектор состояния содержит ошибки измерения положения, скорости и угловой ориентации:Said state vector contains errors of measurement of position, velocity and angular orientation:

Figure 00000018
Figure 00000018

где Δх, Δy, Δz - ошибки измерения прямоугольных навигационных координат, причем ось x направлена на Север, ось y - на Восток, ось z - вниз; Δvx, Δvy, Δvz - ошибки измерения скорости; Δα, Δβ, Δγ - ошибки угловой ориентации ИНС.where Δх, Δy, Δz are measurement errors of rectangular navigation coordinates, with the x axis pointing to the North, the y axis pointing to the East, the z axis pointing down; Δv x , Δv y , Δv z - errors of speed measurement; Δα, Δβ, Δγ - errors of the angular orientation of the ANN.

Матрица системы дифференциальных уравнений F выбирается в зависимости от класса инерциальной навигационной системы. В системах тактического класса при ограниченной точности датчиков угловой скорости не учитывают угловую скорость вращения Земли [1]. Тогда матрицу можно представить в виде:The matrix of the system of differential equations F is selected depending on the class of the inertial navigation system. In tactical class systems with limited accuracy of angular velocity sensors, the angular velocity of the Earth’s rotation is not taken into account [1]. Then the matrix can be represented as:

Figure 00000019
Figure 00000019

где µ=(R+h)-1; η=-tgB(R+h)-1; R - радиус Земли для выбранного референц-эллипсоида; h - высота ЛА; В - широта ЛА; а N, а E, а D - составляющие вектора ускорения ЛА в НСК.where μ = (R + h) -1 ; η = -tgB (R + h) -1 ; R is the Earth's radius for the selected reference ellipsoid; h is the height of the aircraft; B is the latitude of the aircraft; and N , and E , and D are the components of the aircraft acceleration vector in the NSC.

Вектор U содержит ошибки датчиков ускорений и угловых скоростей в связанной системе координат:The vector U contains errors of the acceleration and angular velocity sensors in the associated coordinate system:

Figure 00000020
.
Figure 00000020
.

Матрица преобразования равна

Figure 00000021
.The transformation matrix is
Figure 00000021
.

Вектор X(i) дополняется ошибками инерциальных датчиков, а также ошибкой измерения времени t и скоростью ухода часов vt спутникового приемника. В результате образуется новый n-мерный (n=17) вектор состояния Y(i):The vector X (i) is supplemented by errors of inertial sensors, as well as an error in measuring the time t and the departure speed of the clock v t of the satellite receiver. As a result, a new n-dimensional (n = 17) state vector Y (i) is formed:

Figure 00000022
Figure 00000022

Разностное уравнение состояния в дискретном времени i имеет вид:The difference equation of state in discrete time i has the form:

Y(i+1)=ФY(i)+V(i),Y (i + 1) = ФY (i) + V (i),

где V(i) - n-мерный вектор дискретного белого шума с известной корреляционной матрицей Qv; Ф = ( Ф 1 Δ t W 0 0 Ф 2 0 0 0 Ф 3 )

Figure 00000023
- матрица перехода, причем Ф1=I+ΔtF; Ф2 - матрица модели ошибок инерциальных датчиков [1] и Ф 3 = [ 1 Δ t 0 1 ]
Figure 00000024
- матрица модели ухода часов спутникового приемника; Δt - интервал временной дискретизации.where V (i) is the n-dimensional vector of discrete white noise with the known correlation matrix Q v ; F = ( F one Δ t W 0 0 F 2 0 0 0 F 3 )
Figure 00000023
is the transition matrix, with Ф 1 = I + ΔtF; F 2 - matrix model errors inertial sensors [1] and F 3 = [ one Δ t 0 one ]
Figure 00000024
- matrix of the model of watch drift of the satellite receiver; Δt is the time sampling interval.

Наблюдаемая величина содержит вычисляемые спутниковым приемником навигационные параметры: псевдодальности (ПД) и псевдоскорости (ПС) относительно (N-M) НС, а также вычисляемые приемником дальномерной системы дальности (Д) относительно L НРМ и, поэтому, имеет вид:The observed value contains the navigation parameters calculated by the satellite receiver: pseudorange (PD) and pseudo-speed (PS) relative to the (N-M) NS, as well as calculated by the receiver of the rangefinding range system (D) relative to L NRM and, therefore, has the form:

Figure 00000025
,
Figure 00000025
,

где ZПД(i) - вектор измерений ПД; ZПС(i) - вектор измерения ПС; ZД(i) - вектор измерений дальности.where Z PD (i) is the vector of measurements of PD; Z PS (i) - vector measurement PS; Z D (i) is the vector of range measurements.

Заметим, что вектор Z(i) представляет собой комплексные (ориентированные) навигационные параметры ЛА по ССН и ДСН и имеет размер 2(N-М)+L.Note that the vector Z (i) represents the complex (oriented) navigation parameters of the aircraft according to the SSN and SDS and has a size of 2 (N-M) + L.

Вектор ПД состоит из (N-М) элементов видаThe PD vector consists of (N-M) elements of the form

Figure 00000026
Figure 00000026

где xи(i), yи(i) и zи(i) - элементы вектора координат, измеренного инерциальным способом; k - номер спутника k=1…N-M; xk(i), yk(i) и zk(i) - координаты k-го спутника; n к п д ( i )

Figure 00000027
- дискретный белый шум с известной дисперсией, определенной для каждой из N-M ПД при формировании корреляционной матрицы ошибок ССН в виде σ П Д 2 + D П Д
Figure 00000028
.where x and (i), y and (i) and z and (i) are the elements of the coordinate vector measured in an inertial manner; k is the satellite number k = 1 ... NM; x k (i), y k (i) and z k (i) are the coordinates of the k-th satellite; n to P d ( i )
Figure 00000027
- discrete white noise with a known dispersion defined for each of the NM PD during the formation of the correlation matrix of errors in the SSN in the form σ P D 2 + D P D
Figure 00000028
.

Вектор ПС также содержит N-M элементов видаThe PS vector also contains N-M elements of the form

Figure 00000029
Figure 00000029

где vx(i), vy(i) и vz(i) - элементы вектора скорости, измеренного инерциальным способом; x ˙ k ( i )

Figure 00000030
, y ˙ k ( i )
Figure 00000031
и z ˙ k ( i )
Figure 00000032
- элементы вектора скорости k-го спутника; cosxk, cosyk и coszk - направляющие косинусы k-го спутника; fн - несущая частота; Δf=vtfн - уход частоты; n к п с ( i )
Figure 00000033
- дискретный белый шум с известной дисперсией, определенной для каждой из N-М ПС при формировании корреляционной матрицы ошибок ССН в виде σ П C 2 + D П C
Figure 00000034
.where v x (i), v y (i) and v z (i) are elements of the velocity vector measured in an inertial manner; x ˙ k ( i )
Figure 00000030
, y ˙ k ( i )
Figure 00000031
and z ˙ k ( i )
Figure 00000032
- elements of the velocity vector of the kth satellite; cos xk , cos yk and cos zk are the direction cosines of the k-th satellite; f n - carrier frequency; Δf = v t f n - frequency drift; n to P from ( i )
Figure 00000033
- discrete white noise with a known dispersion defined for each of the N-M PS in the formation of the correlation matrix of errors CCH in the form σ P C 2 + D P C
Figure 00000034
.

Вектор измерений дальности состоит из L элементов видаThe range measurement vector consists of L elements of the form

Figure 00000035
,
Figure 00000035
,

где хи(i), yи(i) и zи(i) - элементы вектора координат, измеренного инерциальным способом; j - номер НРМ j=1…L; хj(i), yj(i) и zj(i) - координаты j-го НРМ; n j д ( i )

Figure 00000036
- дискретный белый шум с известной дисперсией, определенной для каждой из L дальности при формировании корреляционной матрицы ошибок ДСН в виде σ Д 2 + D Д
Figure 00000037
.where x and (i), y and (i) and z and (i) are the elements of the coordinate vector measured in an inertial manner; j is the number of the receiver array j = 1 ... L; x j (i), y j (i) and z j (i) are the coordinates of the j-th NRM; n j d ( i )
Figure 00000036
- discrete white noise with a known dispersion defined for each of the L ranges during the formation of a correlation matrix of SDS errors in the form σ D 2 + D D
Figure 00000037
.

Оптимальная оценка вектора состояния Y ( i )

Figure 00000038
формируется в соответствии с алгоритмом [1, 2]:Optimal estimation of the state vector Y ( i )
Figure 00000038
formed in accordance with the algorithm [1, 2]:

Figure 00000039
Figure 00000039

где Z П Д ( i )

Figure 00000040
, Z П С ( i )
Figure 00000041
и Z Д ( i )
Figure 00000042
- векторы, построенные с использованием экстраполированных оценок вектора состояния Y ( i )
Figure 00000043
; элементы вектора Z П Д ( i )
Figure 00000040
для k-го спутника равны:Where Z P - D ( i )
Figure 00000040
, Z P - FROM ( i )
Figure 00000041
and Z D - ( i )
Figure 00000042
- vectors constructed using extrapolated estimates of the state vector Y - ( i )
Figure 00000043
; vector elements Z P - D ( i )
Figure 00000040
for the k-th satellite are equal:

Figure 00000044
;
Figure 00000044
;

элементы вектора Z П С ( i )

Figure 00000041
равны:vector elements Z P - FROM ( i )
Figure 00000041
equal to:

Figure 00000045
;
Figure 00000045
;

элементы вектора Z Д ( i )

Figure 00000042
для j-го НРМ равны:vector elements Z D - ( i )
Figure 00000042
for the j-th NRM are:

Figure 00000046
Figure 00000046

K(i) - оптимальный коэффициент усиления.K (i) is the optimal gain.

Величина K(i) определяется выражениями:The value of K (i) is determined by the expressions:

Figure 00000047
Figure 00000047

Figure 00000048
Figure 00000048

Figure 00000049
Figure 00000049

где Р(i) и Р-(i) - корреляционные матрицы ошибок фильтрации и экстраполяции вектора состояния объекта; H л = H Y | Y ^ ( i )

Figure 00000050
- производные нелинейных функций наблюдения, содержащихся в Z(i).where P (i) and P - (i) are the correlation matrices of filtering errors and extrapolation of the object state vector; H l = H Y | Y ^ - ( i )
Figure 00000050
- derivatives of nonlinear observation functions contained in Z (i).

Заметим, что матрица R теперь представляет собой комплексную корреляционную матрицу ошибок по ССН и ДСН, учитывающую ориентацию ЛА, и имеет размер (2(N-М)+L)×(2(N-M)+L).Note that the matrix R is now a complex correlation matrix of errors according to SSN and SDS, taking into account the orientation of the aircraft, and has a size of (2 (N-M) + L) × (2 (N-M) + L).

После оценивания ошибок положения ЛА по ИСН выполняется коррекция навигационных параметров по ИСН и определение уточненного положения ЛА 10. При этом из оценок навигационных параметров ЛА, полученных инерциальным способом, вычитаются значения соответствующих оценок ошибок ИСН (ошибки измерения координат и скорости), содержащиеся в оценке вектора состояния Y ^ ( i )

Figure 00000051
на выходе расширенного Фильтра Калмана (ФК), причем в этой оценке учтено влияние изменения ориентации ЛА.After evaluating the errors in the position of the aircraft by the satellite, the navigation parameters are corrected by the satellite and the updated position of the aircraft is determined 10. In this case, the values of the corresponding estimates of the errors of the satellite (coordinates and speed measurements) contained in the vector estimate are subtracted from the estimates of the navigation parameters of the aircraft obtained inertially state Y ^ ( i )
Figure 00000051
at the output of the extended Kalman Filter (FC), moreover, this assessment takes into account the influence of changes in aircraft orientation.

Ниже рассмотрены варианты, развивающие и уточняющие предложенный способ.Below are considered options that develop and clarify the proposed method.

Вариант, соответствующий п. 2 формулы. При вычислении положения ЛА по ИСН 1 (Фиг. 2), предполагается, что используется бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС). В такой системе блок инерциальных датчиков, установленный на корпусе ЛА, вырабатывает вектор угловых скоростей ωb и вектор ускорений a b в связанной системе координат (ССК), например: крен-тангаж-рысканье (Roll-Pitch-Yaw) - RPY. Определение координат и вектора скорости ЛА затем выполняется в навигационной системе координат (НСК), например: «North-East-Down» - NED. Для вычисления положения ЛА по ИСН (Фиг. 3) выполняются следующие операции: определение векторов угловой скорости и ускорения в ССК (показания инерциальных датчиков), вычисление оператора ориентации ЛА 25, обеспечивающего преобразование координат. Далее выполняется вычисление положения ЛА по ИСН 33 путем преобразования вектора ускорения из ССК в НСК и вычисления скорости и координат ЛА [2, 9]. В качестве оператора ориентации ЛА можно, например, использовать матрицу направляющих косинусов C b n

Figure 00000052
. Тогда преобразование вектора ускорения a b, измеренного в ССК, в НСК a n выполняется с помощью выражения a n = C b n a b
Figure 00000053
, а обратное преобразование имеет вид a b = ( C b n ) T a n
Figure 00000054
. После преобразования координат выполняется интегрирование преобразованного вектора ускорений a n = C b n a b
Figure 00000055
с учетом поправок на ускорение силы тяжести и угловую скорость вращения Земли [1, 2]. При этом также учитываются начальные условия (координаты и скорость ЛА). В результате рассмотренных навигационных вычислений данные, получаемые от инерциальных датчиков, преобразуются в координаты, вектор скорости и углы ориентации ЛА. Рассмотренное преобразование координат всегда выполняется в БИНС, поэтому оператор ориентации ЛА предлагается после формирования векторов направления НС в НСК 26 использовать при формировании векторов направления НС в ССК 27 и последующим определением весовых коэффициентов с учетом влияния диаграммы направленности антенны спутникового приемника (Фиг. 3). Аналогично это преобразование можно использовать при формировании векторов направления НРМ в ССК 31 и последующим определением весовых коэффициентов с учетом влияния диаграммы направленности антенны приемопередатчика ДСН. Рассмотрим эти операции подробнее.Option corresponding to paragraph 2 of the formula. When calculating the position of the aircraft according to ISN 1 (Fig. 2), it is assumed that a strapdown inertial navigation system (SINS) is used. In such a system, an inertial sensor unit mounted on the aircraft’s hull produces an angular velocity vector ω b and acceleration vector a b in a linked coordinate system (SSC), for example: Roll-Pitch-Yaw - RPY. The determination of the coordinates and the velocity vector of the aircraft is then performed in the navigation coordinate system (NSC), for example: "North-East-Down" - NED. To calculate the position of the aircraft according to the ISN (Fig. 3), the following operations are performed: determining the angular velocity and acceleration vectors in the SSC (readings of inertial sensors), calculating the orientation operator of the aircraft 25, which provides coordinate conversion. Next, the position of the aircraft is calculated according to ISN 33 by converting the acceleration vector from the SSC to the NSC and calculating the speed and coordinates of the aircraft [2, 9]. As an aircraft orientation operator, for example, one can use the matrix of guiding cosines C b n
Figure 00000052
. Then, the conversion of the acceleration vector a b measured in SSC to NSC a n is performed using the expression a n = C b n a b
Figure 00000053
, and the inverse transformation has the form a b = ( C b n ) T a n
Figure 00000054
. After coordinate transformation, the converted acceleration vector is integrated a n = C b n a b
Figure 00000055
subject to corrections for the acceleration of gravity and the angular velocity of rotation of the Earth [1, 2]. In this case, the initial conditions (coordinates and speed of the aircraft) are also taken into account. As a result of the considered navigation calculations, the data obtained from inertial sensors are converted into coordinates, velocity vector and aircraft orientation angles. The considered coordinate transformation is always performed in the SINS, therefore, it is proposed to use the aircraft orientation operator after generating the NS direction vectors in the NSC 26 when forming the NS direction vectors in the SSK 27 and then determining the weight coefficients taking into account the influence of the antenna radiation pattern of the satellite receiver (Fig. 3). Similarly, this transformation can be used in the formation of directional vectors of the NRM in SSK 31 and the subsequent determination of weight coefficients, taking into account the influence of the radiation pattern of the antenna of the transceiver SDS. Let's consider these operations in more detail.

При формировании векторов направления НС в НСК 26 (Фиг. 3) используются угловые координаты НС (углы места и азимута) в НСК. Угол места спутника φ в НСК отсчитывается относительно горизонтальной плоскости, а угол азимута ϕ - относительно направления на Север. Направление на спутник в НСК при этом характеризуется векторомWhen forming the direction vectors of the NS in the NSC 26 (Fig. 3), the angular coordinates of the NS (elevation and azimuth angles) in the NSC are used. The satellite elevation angle φ in the NSC is measured relative to the horizontal plane, and the azimuth angle ϕ is relative to the direction to the North. The direction to the satellite in the NSC is characterized by the vector

Figure 00000056
.
Figure 00000056
.

Затем формируются векторы направлений НС в ССК 27 с помощью транспонированной матрицы ( C b n ) T

Figure 00000057
:Then, NS direction vectors are formed in SSK 27 using the transposed matrix ( C b n ) T
Figure 00000057
:

Figure 00000058
.
Figure 00000058
.

При определении весовых коэффициентов спутников 28 (Фиг. 3) используется диаграмма направленности антенны спутникового приемника, установленной на ЛА. Диаграмма направленности антенны обычно задается в координатах азимут-угол места (в ССК). Например, если определен вектор направления Nb=(n1n2n3)T, то угол места спутника в ССК равен -arcsinn3 и азимут arctg(n2/n1). Далее, как описано выше, коэффициент усиления антенны спутникового приемника Кант.с в направлении на с НРМ Nb сравнивается с порогом и выполняется корректировка состава рабочего НРМ 21. После корректировки останется (N-M) спутников. Для оставшихся в корректируемом составе рабочего созвездия спутников определяются весовые коэффициенты 32 (эта операция описана ранее).When determining the weighting coefficients of satellites 28 (Fig. 3), the antenna pattern of the satellite receiver mounted on the aircraft is used. The antenna pattern is usually given in azimuth-elevation coordinates (in CCK). For example, if the direction vector N b = (n 1 n 2 n 3 ) T is determined, then the elevation angle of the satellite in the SSC is -arcsinn 3 and the azimuth is arctg (n 2 / n 1 ). Further, as described above, the antenna gain of the satellite receiver K ant.s in the direction of with NRM N b is compared with a threshold and the composition of the working NRM 21 is adjusted. After the correction, (NM) satellites remain. For the remaining satellites in the corrected composition of the working constellation, weights 32 are determined (this operation has been described previously).

При формировании векторов направления НРМ 30 (Фиг. 3), предварительно с помощью данных о координатах НРМ и уточненного положения ЛА вычисляются угловые координаты НРМ 29 (углы места и азимута для рабочих НРМ в НСК). Угол места НРМ φ в НСК отсчитывается относительно горизонта, а угол азимута ϕ - относительно направления на Север. Направление на НРМ в навигационной системе координат при этом характеризуется вектором (формирование векторов направления НРМ в ССК 30)When forming the direction vectors of the NRM 30 (Fig. 3), the angular coordinates of the NRM 29 (elevation and azimuth angles for working NRMs in the NSC) are preliminarily calculated using data on the coordinates of the NRM and the updated position of the aircraft. The elevation angle φM in the NSC is measured relative to the horizon, and the azimuth angle ϕ is relative to the direction to the North. The direction to the NRM in the navigation coordinate system is characterized by a vector (the formation of the NRM direction vectors in SSK 30)

Figure 00000059
.
Figure 00000059
.

Затем формируются векторы направлений НРМ в ССК 31 с помощью транспонированной матрицы ( C b n ) T

Figure 00000057
:Then, the direction vectors of the NRM are formed in SSK 31 using the transposed matrix ( C b n ) T
Figure 00000057
:

Figure 00000060
.
Figure 00000060
.

При определении весовых коэффициентов НРМ 32 (Фиг. 3) используется диаграмма направленности бортовой антенны приемопередатчика дальномерных сигналов, установленной на ЛА. Диаграмма направленности антенны обычно задается в координатах азимут-угол места (в ССК). Например, если определен вектор направления Nb=(n1n2n3)T, тогда угол места равен -arcsinn3 и азимут arctg(n2/n1). Далее, как описано выше, коэффициент усиления антенны приемопередатчика дальномерных сигналов Kант.д в направлении на НРМ Nb сравнивается с порогом и выполняется корректировка рабочего состава НРМ 21. После корректировки останется (N-M) НРМ. Для оставшихся в корректируемом рабочем составе НРМ определяются весовые коэффициенты 32 (эта операция описана ранее).When determining the weighting coefficients of the HPM 32 (Fig. 3), the directivity pattern of the onboard antenna of the transceiver of the rangefinder signals mounted on the aircraft is used. The antenna pattern is usually given in azimuth-elevation coordinates (in CCK). For example, if the direction vector N b = (n 1 n 2 n 3 ) T is determined, then the elevation angle is -arcsinn 3 and the azimuth is arctg (n 2 / n 1 ). Further, as described above, the gain of the antenna of the transceiver of the ranging signals K ant.d in the direction to the NRM N b is compared with the threshold and the working composition of the NRM 21 is adjusted. After the correction, the (NM) NRM will remain. For those remaining in the adjusted working composition of the NRM, weights 32 are determined (this operation has been described previously).

Вариант, соответствующий п. 3 формулы. Поскольку невозможно для ДСН построить всенаправленную антенну, на ЛА устанавливают несколько антенн, например носовую и хвостовую [12]. Диаграммы направленности этих антенн показаны в Приложении 2 на рис 1. Если использовать суммарный выход этих антенн, возникает интерференция в широком секторе углов, и надежная связь обеспечивается только в носовом и хвостовом секторах (Приложения 2 рис. 2). Можно использовать независимые выходы этих антенн и производить поиск сильных сигналов. Но при таком поиске происходит потеря времени и нарушается непрерывность связи с НРМ. Благодаря наличию БИНС можно реализовать оптимальный способ выбора антенны ДСП (Фиг.4), содержащий формирование векторов направления НРМ в ССК 31, определение коэффициентов усиления антенн и векторов, совмещенных с максимумом диаграмм направленности антенн 34, сравнение коэффициентов усиления антенн и выбор наибольшего 35, при наличии которого осуществляется выбор диаграммы направленности антенны 37 с наибольшим коэффициентом усиления K а н т м а к с

Figure 00000061
с последующим определением весового коэффициента DД выбранного источника (НРМ) 32.Option corresponding to paragraph 3 of the formula. Since it is impossible for an SDS to build an omnidirectional antenna, several antennas are installed on the aircraft, for example, the nose and tail [12]. The radiation patterns of these antennas are shown in Appendix 2 in Figure 1. If you use the total output of these antennas, interference occurs in a wide sector of angles, and reliable communication is provided only in the bow and tail sectors (Appendix 2 of Fig. 2). You can use the independent outputs of these antennas and search for strong signals. But with this search, time is lost and the continuity of communication with the NRM is disrupted. Due to the presence of SINS, it is possible to implement the optimal method for selecting a DSP antenna (Figure 4), which includes the formation of directional vectors of the NRM in SSK 31, determining the gain of the antennas and vectors combined with the maximum radiation patterns of the antennas 34, comparing the gain of the antennas and selecting the largest 35, with the presence of which the antenna pattern is selected 37 with the highest gain K but n t m but to from
Figure 00000061
with the subsequent determination of the weight coefficient D D of the selected source (NRM) 32.

При выборе диаграммы направленности антенны с наибольшим коэффициентом усиления K а н т м а к с

Figure 00000062
возможна такая ситуация, когда антенны имеют равные или близкие коэффициенты усиления. Тогда целесообразно выбрать антенну, максимум диаграммы направленности которой находится в соответствии с перемещением вектора направления НРМ. Определение перемещения вектора направления НРМ 36 осуществляется следующим способом (Фиг. 4). Угол между вектором направления Nb и вектором, совмещенным с максимумом диаграммы Nмакс, определяется выражениемWhen choosing the antenna pattern with the highest gain K but n t m but to from
Figure 00000062
such a situation is possible when the antennas have equal or close gain factors. Then it is advisable to choose an antenna whose maximum radiation pattern is in accordance with the movement of the direction vector of the NRM. The determination of the displacement of the direction vector НРМ 36 is carried out in the following way (Fig. 4). The angle between the direction vector N b and the vector combined with the maximum of the diagram N max is determined by the expression

Figure 00000063
Figure 00000063

Движению в сторону максимума соответствует уменьшение угла γ и увеличение произведения NbNмакс и, соответственно, положительное значение производной этой величины. Для определения направления вычисляем производную NbNмакс по времени.The movement towards the maximum corresponds to a decrease in the angle γ and an increase in the product N b N max and, accordingly, a positive value of the derivative of this quantity. To determine the direction, we calculate the derivative N b N max with respect to time.

Figure 00000064
Figure 00000064

Далее используем преобразование N ˙ b = ( C ˙ b n ) T N n

Figure 00000065
и известное уравнение C ˙ b n = C b n × ω b
Figure 00000066
, где ωb - вектор угловой скорости. Тогда получим окончательное выражение для производной:Next we use the transformation N ˙ b = ( C ˙ b n ) T N n
Figure 00000065
and the famous equation C ˙ b n = C b n × ω b
Figure 00000066
where ω b is the angular velocity vector. Then we get the final expression for the derivative:

Figure 00000067
Figure 00000067

Полученное выражение зависит от вектора направления НРМ в ССК, вектора угловой скорости вращения ЛА и оператора ориентации. При выборе антенны вычисляется упомянутая производная и осуществляется выбор антенны 37 с положительным значением производной.The resulting expression depends on the direction vector of the NRM in the SSC, the angular rotation vector of the aircraft and the orientation operator. When selecting the antenna, the aforementioned derivative is calculated and the antenna 37 is selected with a positive derivative value.

Вариант, соответствующий п. 4 формулы. При формировании ориентированной КМ ошибок ССН возможен учет эффектов многолучевого распространения радиосигналов (в дальнейшем - эффектов многолучевости).Option corresponding to paragraph 4 of the formula. In the formation of the oriented CM errors of the SSN errors, it is possible to take into account the effects of multipath propagation of radio signals (hereinafter, the multipath effects).

Эффекты многолучевости приводят к росту ошибки измерения данных о положении ЛА по ССН. При этом влияние пространственной ориентации ЛА при его маневрировании может оказывать существенное влияние на уровень указанной ошибки. Для выявления таких эффектов требуется иметь диаграмму бистатической эффективной поверхности рассеяния (объемную диаграмму многолучевости [13]) элементов корпуса ВС и данные об угловом положении корпуса относительно направления на спутник. Поэтому предлагается выполнять определение дополнительных весовых коэффициентов НС 38 (Фиг. 5) с учетом оператора ориентации и объемной диаграммы многолучевости, хранящейся в базе данных и характерной для данного типа ЛА. Эта диаграмма содержит значения дисперсии ошибки многолучевости, например псевдодальности σ М П Д 2

Figure 00000068
, и должна быть также задана в координатах азимут-угол места.The effects of multipath lead to an increase in the error in measuring data on the position of the aircraft on the SSN. In this case, the influence of the spatial orientation of the aircraft during its maneuvering can have a significant effect on the level of the indicated error. To identify such effects, it is necessary to have a diagram of the bistatic effective scattering surface (volumetric multipath diagram [13]) of the aircraft hull elements and data on the angular position of the hull relative to the direction to the satellite. Therefore, it is proposed to determine the additional weighting coefficients of NS 38 (Fig. 5) taking into account the orientation operator and the 3D multipath diagram stored in the database and characteristic for this type of aircraft. This diagram contains the variances of the multipath error, for example pseudorange σ M P D 2
Figure 00000068
, and should also be given in the coordinates of the azimuth-elevation angle.

Далее выполняется корректировка весовых коэффициентов НС 39 (Фиг. 5), например в виде: σ М П Д 2 + D П Д 1

Figure 00000069
, и формируются значения первых N-M диагональных элементов ориентированной КМ ошибок по ССН 19, соответствующих ошибкам ПД, в виде: σ П Д 2 + σ М П Д 2 + D П Д 1
Figure 00000070
. Формирование элементов ориентированной КМ ошибок по ССН 19, соответствующих ошибкам ПС выполняется аналогично. Таким образом, в предложенном способе соединены принципиально новые операции (действия), связанные с учетом влияния ориентации на определение положения ЛА:Next, the adjustment of the weight coefficients of the HC 39 (Fig. 5), for example in the form of: σ M P D 2 + D P D - one
Figure 00000069
, and the values of the first NM diagonal elements of the oriented KM errors are formed according to SSN 19, corresponding to PD errors, in the form: σ P D 2 + σ M P D 2 + D P D - one
Figure 00000070
. The formation of the elements of the oriented CM errors on SSN 19, corresponding to the errors PS is performed similarly. Thus, in the proposed method connected fundamentally new operations (actions) associated with taking into account the influence of orientation on determining the position of the aircraft:

- формирование ориентированных корреляционных матриц ошибок спутникового и дальномерного способов навигации;- the formation of oriented correlation error matrices of satellite and rangefinding navigation methods;

- формирование ориентированных навигационных параметров ЛА, определяемых по каждому из упомянутых способов.- the formation of oriented navigation parameters of the aircraft, determined by each of the above methods.

При этом существенно:Moreover, it is essential:

- при формировании ориентированных навигационных параметров ЛА по ССН производится корректировка навигационных параметров с учетом изменяющегося состава рабочего созвездия НС и ориентированной корреляционной матрицы ошибок ССН;- when forming oriented navigation parameters of the aircraft according to the SSN, the navigation parameters are adjusted taking into account the changing composition of the working constellation of the NS and the oriented correlation matrix of errors of the SSN;

- при формировании ориентированных навигационных параметров ЛА по ДСН постоянно отслеживается и учитывается изменяющийся рабочий состав НРМ.- in the formation of oriented navigation parameters of the aircraft according to the SDS, the changing working composition of the NRM is constantly monitored and taken into account.

Указанные действия определяют существенную новизну предложенного способа. Эффективность предложенного способа подтверждена результатами имитационного цифрового и полунатурного моделирования на комплексных стендах при разработке и отладке программного обеспечения бортовых навигационно-посадочных комплексов перспективных ЛА.These actions determine the significant novelty of the proposed method. The effectiveness of the proposed method is confirmed by the results of digital and semi-natural simulation on integrated stands during the development and debugging of software for on-board navigation and landing complexes of promising aircraft.

Проведенные летные проверки на самолете Як-42 и вертолете Ми-8 показали техническую целесообразность и эффективность предложенного способа.The flight tests conducted on the Yak-42 aircraft and the Mi-8 helicopter showed the technical feasibility and effectiveness of the proposed method.

Таким образом, заявляемое изобретение является перспективным для решения проблем повышения надежности и точности перспективных систем навигации, в конечном итоге, снижения вероятности авиационных катастроф.Thus, the claimed invention is promising for solving problems of increasing the reliability and accuracy of advanced navigation systems, ultimately, reducing the likelihood of aircraft accidents.

В Приложении 3 приведен перечень принятых в тексте описания сокращений.Appendix 3 contains a list of abbreviations accepted in the text.

ЛитератураLiterature

1. Roger R.M. Applied mathematics in integrated navigation systems. AIAA, 2007.1. Roger R.M. Applied mathematics in integrated navigation systems. AIAA, 2007.

2. D.H. Titterton, J.L. Weston. Strapdown Inertial Navigation Technology. Second Edition, MIT, 2007.2. D.H. Titterton, J.L. Weston. Strapdown Inertial Navigation Technology. Second Edition, MIT, 2007.

3. Сетевые спутниковые радионавигационные системы / Шебшаевич B.C., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. и др.; Под ред. B.C. Шебшаевича. - 2-е изд. М.: Радио и связь, 1993. - 408 с.3. Network satellite radio navigation systems / Shebshaevich B.C., Dmitriev PP, Ivantsevich N.V. and etc.; Ed. B.C. Shebshaevich. - 2nd ed. M .: Radio and communications, 1993 .-- 408 p.

4. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. 4-е изд. М.: Радиотехника. - 800 с.4. GLONASS. The principles of construction and operation / Ed. A.I. Perova, V.N. Harisova. 4th ed. M .: Radio engineering. - 800 p.

5. Сосновский А.А. и др. Авиационная радионавигация, справочник. - М.: Транспорт, 1990.5. Sosnovsky A.A. et al. Aviation radio navigation, reference book. - M .: Transport, 1990.

6. Гаврищук В.В. и др. Моделирование и исследование комплексной навигационной системы, содержащей DME, ДВС и датчик курса. Вопросы радиоэлектроники, сер. РЛТ, вып. 2. - М., 2009 стр. 156-165.6. Gavrishchuk V.V. et al. Modeling and research of an integrated navigation system containing DME, ICE and heading sensor. Questions of radio electronics, ser. RLT, vol. 2. - M., 2009 p. 156-165.

7. Патент на полезную модель RU 120077 «Бортовой радиотехнический комплекс навигации и посадки ЛА морского базирования», заявл. 05.05 2012 г., опубл. 10.09 2012 г.7. Patent for utility model RU 120077 “On-board radio-technical complex for navigation and landing of sea-based aircraft,” stated 05.05 2012, publ. September 10, 2012

8. Патент ЕРЗ 2533123 Navigation system for an aircraft and method of operating such a navigation system.8. Patent EPZ 2533123 Navigation system for an aircraft and method of operating such a navigation system.

9. Заявка РФ №201313555/28 от 29.07.13. Способ инерциально-спутниковой навигации ЛА.9. RF application No. 201313555/28 of 07.29.13. Inertial-satellite navigation method of an aircraft.

10. Патент US 2010/0106416 «Навигация самолета, использующая GPS, инерциальную систему управления, и дистанционные измерения (DME)», заявл. от 28.10.2008 г., опубл. 29.04.2010 г.10. Patent US 2010/0106416 "Aircraft navigation using GPS, inertial control system, and remote sensing (DME)", stated. from 10.28.2008, publ. 04/29/2010

11. Радиоавтоматика: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.И. Соколов, Ю.С. Юрченко. - М.: Издательский центр «Академия», 2011.11. Radio automation: textbook. allowance for students. higher textbook. institutions / A.I. Sokolov, Yu.S. Yurchenko. - M.: Publishing Center "Academy", 2011.

12. Шатраков Ю.Г., Ривкин М.И., Цыбаев Б.Г. Самолетные антенные системы. М. Машиностроение, 1979, стр. 42, 114-117.12. Shatrakov Yu.G., Rivkin M.I., Tsybaev B.G. Aircraft antenna systems. M. Engineering, 1979, p. 42, 114-117.

13. Бабуров В.И. Формирование объемных диаграмм ошибок многолучевого распространения сигналов в спутниковой системе посадки / Бабуров В.И., Гальперин Т.Б., Саута О.И., Соколов А.И., Юрченко Ю.С. // Вопросы радиоэлектроники, сер. РЛТ, 2010, вып. 2, стр. 169-179.13. Baburov V.I. The formation of three-dimensional error diagrams of multipath propagation of signals in a satellite landing system / Baburov V.I., Halperin TB, Sauta OI, Sokolov A.I., Yurchenko Yu.S. // Questions of radio electronics, ser. RLT, 2010, no. 2, pp. 169-179.

Claims (4)

1. Комплексный способ навигации летательных аппаратов (ЛА), предусматривающий для определения положения ЛА использование инерциального, спутникового и дальномерного способов навигации, при этом в инерциальном способе навигации (ИСН) определяют навигационные параметры и положение ЛА по показаниям инерциальных датчиков, в спутниковом способе навигации (ССН) по N навигационным спутникам (НС) производят прием на ЛА сигналов НС, определяют навигационные параметры по ССН с данными о положении ЛА в виде псевдодальностей и псевдоскоростей, а в дальномерном способе навигации (ДСН) производят формирование и излучение запросных дальномерных сигналов на ЛА, прием упомянутых запросных сигналов на наземных радиомаяках (НРМ) с известными координатами, формирование и излучение ответных дальномерных сигналов, прием упомянутых ответных сигналов на ЛА и определяют навигационные параметры в виде дальностей до L НРМ, а далее в бортовом вычислителе формируют комплексные навигационные параметры ЛА из навигационных параметров, определенных по ССН и по ДСН, и формируют комплексную матрицу ошибок ССН и ДСН, с помощью которых оценивают ошибки положения ЛА, определенного по ИСН, и путем коррекции определенного по ИСН положения ЛА определяют уточненное положение ЛА, кроме того, в бортовом вычислителе осуществляют выбор рабочего состава НРМ по уточненному положению ЛА и координатам НРМ из базы данных, сопряженной с бортовым вычислителем, при этом по рабочему составу НРМ проводят соответствующее ему формирование и излучение запросных дальномерных сигналов, а выходные результаты представляют в виде уточненного положения ЛА, отличающийся тем, что формируют дополнительную базу данных, включающую диаграммы направленности антенны спутникового приемника и бортовых антенн приемопередатчика дальномерных сигналов, после приема сигналов НС параллельно с определением навигационных параметров по ССН выделяют состав рабочего созвездия и угловые координаты НС, выделяют отношения сигнал/шум спутникового приемника и формируют корреляционную матрицу ошибок ССН, затем формируют векторы направления НС и определяют весовые коэффициенты НС из состава рабочего созвездия по ориентации ЛА, уточненному положению ЛА, угловым координатам НС и диаграмме направленности антенны спутникового приемника, корректируют состав рабочего созвездия спутников по весовым коэффициентам НС, корректируют навигационные параметры по откорректированному составу рабочего созвездия НС, далее формируют ориентированную корреляционную матрицу ошибок ССН, учитывающую ориентацию ЛА, на основе откорректированного состава рабочего созвездия и учета весовых коэффициентов НС, параллельно по ДСН формируют корреляционную матрицу ошибок ДСН, формируют векторы направления и определяют весовые коэффициенты НРМ из рабочего состава НРМ по ориентации ЛА, уточненному положению ЛА, координатам НРМ из рабочего состава НРМ и диаграмме направленности упомянутой бортовой антенны приемопередатчика, корректируют рабочий состав НРМ по весовым коэффициентам НРМ, формируют ориентированную корреляционную матрицу ошибок ДСН, учитывающую ориентацию ЛА, на основе откорректированного рабочего состава НРМ и учета весовых коэффициентов НРМ, формируют соответственно ориентированные навигационные параметры по ССН и ДСН и используют их в бортовом вычислителе для формирования комплексных навигационных параметров, при этом выходные результаты представляют в виде уточненного положения ЛА, откорректированного с учетом ориентации ЛА.1. An integrated method of navigation of aircraft (LA), which provides for the use of inertial, satellite and rangefinding navigation methods to determine the position of an aircraft, while the inertial navigation method (INS) determines the navigation parameters and position of the aircraft according to the readings of inertial sensors, in the satellite navigation method ( SSN) on N navigation satellites (NS), they receive NS signals on an aircraft, determine navigation parameters on SSN with data on the position of the aircraft in the form of pseudo-ranges and pseudo-velocities, and in the ranging method of navigation (SDS) generate and emit interrogation rangefinder signals on an aircraft, receive the aforementioned interrogation signals on ground beacons with known coordinates, generate and emit a response rangefinder signals, receive the aforementioned response signals on an aircraft and determine the navigation parameters in the form of ranges to L NRM, and then in the on-board computer form the integrated navigation parameters of the aircraft from the navigation parameters determined by the SSN and the SDS, and form a complex matrix of OSh Ibok CLO and SDS through which evaluate aircraft position error determined by SRI, and by correcting the specified on IOS aircraft position define a refined position of the aircraft, in addition, the onboard computer selects a working composition HPM on the updated position of the aircraft and coordinates HPM from the database data associated with the on-board computer, while the working composition of the NRM conducts the corresponding formation and emission of interrogation rangefinder signals, and the output results are presented in the form of an updated position of the aircraft, In that they form an additional database, including radiation patterns of the satellite receiver antenna and the onboard antennas of the rangefinder signal transceiver, after receiving the NS signals in parallel with the determination of the navigation parameters on the SSN, the constellation of the working constellation and the angular coordinates of the NS are isolated, the signal-to-noise ratios of the satellite receiver are extracted and form a correlation matrix of errors CCH, then form the direction vectors of the NS and determine the weight coefficients of the NS from the composition of the working constellation orientation of the aircraft, the correct position of the aircraft, the angular coordinates of the NS and the antenna radiation pattern of the satellite receiver, adjust the composition of the working constellation of satellites according to the weight coefficients of the NS, adjust the navigation parameters according to the adjusted composition of the working constellation of the NS, then form an oriented correlation matrix of errors of the SSN, taking into account the orientation of the aircraft, based on the adjusted composition of the working constellation and taking into account the weight coefficients of the NS, in parallel along the SDS form a correlation matrix erroneously directional signals, form direction vectors and determine the weighting factors of the NRM from the working composition of the NRM according to the orientation of the aircraft, the correct position of the aircraft, the coordinates of the NRM from the working composition of the NRM and the radiation pattern of the aforementioned onboard antenna of the transceiver, adjust the working composition of the NRM by the weight coefficients of the NRM, form an oriented correlation matrix SDS errors that take into account the orientation of the aircraft, based on the adjusted working composition of the NRM and taking into account the weight coefficients of the NRM, form accordingly oriented to navigation parameters according to SSN and SDS and use them in the on-board computer to form integrated navigation parameters, while the output results are presented in the form of an updated position of the aircraft, adjusted for the orientation of the aircraft. 2. Комплексный способ по п. 1, отличающийся тем, что по показаниям инерциальных датчиков в виде угловых скоростей в связанной системе координат вычисляют в ИСН оператор ориентации, формируют в ССН по угловым координатам НС векторы направления НС в навигационной системе координат, затем, используя оператор ориентации, формируют векторы направления НС в связанной системе координат и, используя диаграмму направленности антенны спутникового приемника, определяют весовые коэффициенты НС, параллельно в ДСН по координатам НРМ из базы данных и уточненному положению ЛА вычисляют угловые координаты НРМ, формируют векторы направления НРМ в навигационной системе координат, затем, используя оператор ориентации, формируют векторы направления НРМ в связанной системе координат и, используя диаграмму направленности бортовой антенны приемопередатчика дальномерных сигналов, определяют весовые коэффициенты НРМ, при этом в ИСН с помощью оператора ориентации вычисляют вектор ускорения ЛА в навигационной системе координат, по которому определяют положение ЛА по ИСН.2. The complex method according to claim 1, characterized in that, according to the readings of inertial sensors in the form of angular velocities in the associated coordinate system, the orientation operator is calculated in the ISN, the direction vectors of the NS are formed in the SSN by the angular coordinates of the NS in the navigation coordinate system, then using the operator orientation, form the direction vectors of the NS in the associated coordinate system and, using the radiation pattern of the antenna of the satellite receiver, determine the weight coefficients of the NS, in parallel to the SDS according to the coordinates of the NRM from the database and to the correct position of the aircraft, the angular coordinates of the NRM are calculated, the direction vectors of the NRM are generated in the navigation coordinate system, then, using the orientation operator, the direction vectors of the NRM are formed in the associated coordinate system and, using the directional diagram of the onboard antenna of the transceiver of rangefinder signals, the weight coefficients of the NRM are determined, while AIS using the orientation operator calculates the acceleration vector of the aircraft in the navigation coordinate system, which determines the position of the aircraft according to the ISN. 3. Способ по пп. 1,2, отличающийся тем, что после формирования векторов направления НРМ определяют коэффициент усиления каждой из бортовых антенн приемопередатчика дальномерных сигналов и выбирают диаграмму направленности антенны с наибольшим коэффициентом усиления, а при близких коэффициентах усиления упомянутых бортовых антенн выбирают диаграмму направленности антенны в соответствии с перемещением вектора направления НРМ.3. The method according to PP. 1,2, characterized in that after the formation of the direction vectors NRM determine the gain of each of the airborne antennas of the transceiver of rangefinder signals and select the antenna pattern with the highest gain, and at close gains of the mentioned airborne antennas choose the radiation pattern of the antenna in accordance with the movement of the vector directions of NRM. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в дополнительную базу данных вводят диаграмму многолучевости ЛА, определяют дополнительные весовые коэффициенты НС из состава рабочего созвездия по ориентации ЛА и упомянутой диаграмме многолучевости, после определения весовых коэффициентов НС проводят корректировку весовых коэффициентов, определяя результирующий весовой коэффициент НС, например, как сумму весового коэффициента и дополнительного весового коэффициента, и вводят при формировании ориентированной корреляционной матрицы ошибок ССН результирующий весовой коэффициент. 4. The method according to p. 1, characterized in that an additional multipath diagram of the aircraft is introduced into the additional database, additional weight coefficients of the NS are determined from the composition of the working constellation according to the orientation of the aircraft and the mentioned multipath diagram, after determining the weight coefficients of the NS, weight coefficients are adjusted, determining the resulting NS weight coefficient, for example, as the sum of a weight coefficient and an additional weight coefficient, and is introduced when forming an oriented correlation matrix of SS errors the resulting weighting factor.
RU2014120782/28A 2014-05-22 2014-05-22 Complex method of aircraft navigation RU2558699C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014120782/28A RU2558699C1 (en) 2014-05-22 2014-05-22 Complex method of aircraft navigation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014120782/28A RU2558699C1 (en) 2014-05-22 2014-05-22 Complex method of aircraft navigation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2558699C1 true RU2558699C1 (en) 2015-08-10

Family

ID=53795990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014120782/28A RU2558699C1 (en) 2014-05-22 2014-05-22 Complex method of aircraft navigation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2558699C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2613369C1 (en) * 2016-01-28 2017-03-16 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method of aircraft navigation using high-precision single-phase direction finder and address-respond packet digital radio link in decameter waves range
RU2623452C1 (en) * 2016-05-19 2017-06-26 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of navigation of moving objects
RU2635825C1 (en) * 2016-06-29 2017-11-16 Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") Method of generating self-organizing structure of navigation complex
RU2640964C1 (en) * 2016-07-20 2018-01-12 Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") Self-organizing navigation complex
RU2770311C2 (en) * 2020-07-09 2022-04-15 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики" (АО "ЦНИИАГ") Method of navigating an object using a radio rangefinder system
RU2776077C1 (en) * 2021-11-17 2022-07-13 Федеральное автономное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФАУ "ГосНИИАС") Method for determining the location and flight velocity of an aircraft

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2336537C2 (en) * 2003-01-03 2008-10-20 Нортроп Грамман Корпорейшн Architecture and method of gps navigation system of aircraft with double redundancy and protection against interferences
RU2368873C1 (en) * 2005-07-22 2009-09-27 Эрбюс Франс Device that assists in ground navigation of aircraft in airport
RU2385469C1 (en) * 2008-08-25 2010-03-27 ЗАО "ВНИИРА-Навигатор" Method of landing aircraft using satellite navigation system
US20100106416A1 (en) * 2008-10-28 2010-04-29 Yochum Thomas E Aircraft navigation using the global positioning system, inertial reference system, and distance measurements
RU2471152C1 (en) * 2011-04-18 2012-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of aircraft navigation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2336537C2 (en) * 2003-01-03 2008-10-20 Нортроп Грамман Корпорейшн Architecture and method of gps navigation system of aircraft with double redundancy and protection against interferences
RU2368873C1 (en) * 2005-07-22 2009-09-27 Эрбюс Франс Device that assists in ground navigation of aircraft in airport
RU2385469C1 (en) * 2008-08-25 2010-03-27 ЗАО "ВНИИРА-Навигатор" Method of landing aircraft using satellite navigation system
US20100106416A1 (en) * 2008-10-28 2010-04-29 Yochum Thomas E Aircraft navigation using the global positioning system, inertial reference system, and distance measurements
RU2471152C1 (en) * 2011-04-18 2012-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of aircraft navigation

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2613369C1 (en) * 2016-01-28 2017-03-16 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Method of aircraft navigation using high-precision single-phase direction finder and address-respond packet digital radio link in decameter waves range
RU2623452C1 (en) * 2016-05-19 2017-06-26 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of navigation of moving objects
RU2635825C1 (en) * 2016-06-29 2017-11-16 Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") Method of generating self-organizing structure of navigation complex
RU2640964C1 (en) * 2016-07-20 2018-01-12 Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") Self-organizing navigation complex
RU2770311C2 (en) * 2020-07-09 2022-04-15 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики" (АО "ЦНИИАГ") Method of navigating an object using a radio rangefinder system
RU2778093C1 (en) * 2021-05-27 2022-08-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method and apparatus for controlling the integrity of measurements of the on-board equipment of the global navigation satellite system (gnss) applying measurements of a short-range navigation radio system and pseudo satellites
RU2776077C1 (en) * 2021-11-17 2022-07-13 Федеральное автономное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФАУ "ГосНИИАС") Method for determining the location and flight velocity of an aircraft
RU2796411C1 (en) * 2022-06-24 2023-05-23 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Flight control device for ground-based radio-technical facilities of flight support
RU2804931C1 (en) * 2022-07-25 2023-10-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method for monitoring and increasing integrity of measurements of aviation on-board satellite navigation receivers using dead reckoning method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3056922B1 (en) Velocity and attitude estimation using an interferometric radar altimeter
DK3123197T3 (en) METHODS AND APPARATUS FOR DETERMINING THE ARRANGEMENT (AOA) OF A RADAR WARNING RECEIVER
CN111221018B (en) GNSS multi-source information fusion navigation method for inhibiting marine multipath
RU2558699C1 (en) Complex method of aircraft navigation
IL238877A (en) Kalman filtering with indirect noise measurements
US20080088504A1 (en) Carrier phase interger ambiguity resolution with multiple reference receivers
US11821997B2 (en) Techniques for determining geolocations
CN109782289A (en) A kind of submarine navigation device localization method based on the constraint of baseline geometry
RU2536768C1 (en) Method of inertial-satellite navigation of aircrafts
CA2949209C (en) Direct geolocation from tdoa, fdoa, and agl
CN111273298A (en) Underwater acoustic target positioning and tracking method based on wave glider networking technology
RU2529016C1 (en) Method of locating mobile object in navigation measurements
CN104267420A (en) Satellite-borne three-dimensional moving object positioning method, device and system
RU2613369C1 (en) Method of aircraft navigation using high-precision single-phase direction finder and address-respond packet digital radio link in decameter waves range
RU2510518C1 (en) Compound method for aircraft navigation
KR101856826B1 (en) A terrain-aided navigation apparatus using a multi-look angle radar altimeter
RU2569843C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth's surface in on-board doppler radar station with linear antenna array
DeGregoria Gravity gradiometry and map matching: An aid to aircraft inertial navigation systems
RU2483324C1 (en) Method for aircraft navigation on radar images of earth's surface
RU2606241C1 (en) Method of aircraft relative position determining during inter-plane navigation
Sun et al. Performance analysis and system implementation for energy-efficient passive UAV radar imaging system
US10656262B2 (en) Airborne precision doppler velocity radar
RU2499279C1 (en) Method of estimating aircraft altitude from radar images of earth's surface
RU2229671C1 (en) Method for guidance of flight vehicles on ground objects
RU2551896C2 (en) Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor