Комплекс подготовки исходных данных для системы автоматического управления беспилотным летательным аппаратом

Размещено на http://www.allbest.ru/

10

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Постановка задачи

1.1 Назначение, цель проекта

Комплекс подготовки исходных данных (КПИД) для системы автоматического управления беспилотным летательным аппаратом предназначен для формирования исходных данных полетного задания БПЛА, содержащего систему коррекции траектории по радиолокационным изображениям местности. КПИД САУ БПЛА обеспечивает формирование ИД ПЗ, включающих в себя пункты поворота маршрута (ППМ), точки включения радиолокационного канала (РЛК) и эталоны для системы коррекции траектории БПЛА, проверку сформированных траекторий и отправку полученных данных в систему формирования полетного задания.

1.2 Исходные данные

Структурная схема БПЛА

Для расчета программной траектории БПЛА используется его структурная схема, приведенная на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Структурная схема БПЛА

Математическая модель динамики БПЛА

Математическая модель динамики БПЛА включает в себя алгоритм расчета вектора состояния (алгоритм динамики БПЛА) [1].

Входные параметры для модели объекта управления представлены в табл. 1.1., выходные параметры для модели объекта управления представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.1. Входные параметры для модели объекта управления

Параметр	Обозначение	Размерность (тип)	Источник Поступления
Начальное состояние ЛА		рад (веществ.)	Файл инициализации
		рад (веществ.)
		рад (веществ.)
	x	рад/c (веществ.)
	y	рад/c (веществ.)
	z	рад/c (веществ.)
	Xg	м (веществ.)
	Yg	м (веществ.)
	Zg	м (веществ.)
	Vx	м/c (веществ.)
	Vy	м/c (веществ.)
	Vz	м/c (веществ.)
Начальное состояние рулевых приводов	i	рад (веществ.)	Файл инициализации
		рад/c (веществ.)
Проекции скорости ветра на оси земной системы координат	Wxg	м/c (веществ.)	Файл инициализации
	Wyg	м/c (веществ.)
	Wzg	м/c (веществ.)
Сигналы управления	ui	рад (веществ.)	Алгоритм управления

Таблица 1.2. Выходные параметры для модели объекта управления

Параметр	Обозначение	Размерность (тип)	Где используется
Углы ориентации		рад (веществ.)	Алгоритм управления
		рад (веществ.)
		рад (веществ.)
Угловые скорости	x	рад/c (веществ.)
	y	рад/c (веществ.)
	z	рад/c (веществ.)
Координаты ЦМ	Xg	м (веществ.)
	Yg	м (веществ.)
	Zg	м (веществ.)
Линейные скорости	Vxg	м/c (веществ.)
	Vyg	м/c (веществ.)
	Vzg	м/c (веществ.)
Линейные перегрузки	nx	- (веществ.)
	ny	- (веществ.)
	nz	- (веществ.)

Алгоритм состоит из следующих шагов:

1) Динамика рулевых приводов описывается уравнением:

,

, , .

где Т_РП - постоянная времени,

D 1/c - добротность,

и - соответственно максимальные угол и угловая скорость отклонения руля (в данной задаче перевести в радианы),

- сигналы управления поступающие из БЦВМ.

2) Расчет модуля воздушной скорости и её проекции на связанные оси с учётом стационарного ветра:

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

где , , - проекции вектора скорости ветра на оси земной системы координат,

- матрица перехода от земной к связанной системе координат.

3) Расчет суммарных аэродинамических коэффициентов:

;

,

где - угол атаки в градусах;

- угол скольжения в градусах;

, , - проекции воздушной скорости на оси связанной системы координат;

- пространственный угол атаки в градусах;

- углы отклонения аэродинамических рулей;

, , , , , , , - аэродинамические коэффициенты определяются посредством линейной интерполяции таблично заданных функций.

4) Расчет проекций аэродинамической силы и момента на оси связанной системы координат:

,

,

,

,

,

,

где - суммарные аэродинамические коэффициенты;



- скоростной напор;

=1.225 кг/м³ - плотность воздуха,

- модуль воздушной скорости;

S - характерная площадь БПЛА;

D - характерный диаметр БПЛА;

L - характерная хорда БПЛА.

5) Расчет проекций силы тяжести на оси связанной системы координат при центральном ньютоновском поле тяготении:

,

,

,

где - ускорение свободного падения.

,

(X, Y, Z - координаты в земной системе координат системе координат)

6) Расчет проекции силы тяги двигателя на связанные оси:

,

,

,

где - сила тяги двигателя.

7) Расчет математической модели пространственного движения БПЛА, представленной в связанной с БПЛА системе координат:

7.1) Расчет уравнений динамики:

;

;

,

,

,

.

7.2) Расчет уравнений кинематики при последовательности поворотов :

,

,

,

где - масса аппарата;

, , - проекции вектора скорости центра масс на связанные оси;

, , - углы крена, рыскания и тангажа соответственно;

,, - проекции вектора угловой скорости на связанные оси;

, , - осевые моменты инерции;

, , - проекции силы тяги двигателя на связанные оси;

, , - проекции силы тяжести;

, , , , , - проекции аэродинамической силы и момента.

Примечание. Масса и моменты инерции ЛА определяются посредством линейной интерполяции таблично заданных функций от времени.

8) Расчет изменения координат центра масс ЛА в земной системе координат:

.

Для определения координат необходимо проинтегрировать данное выражение.

9) Расчет проекции вектора перегрузки на оси связанной системы координат:

,

,

.

Математическая модель системы управления БПЛА

Математическая модель САУ БПЛА включает в себя алгоритм расчета управляющего сигнала (алгоритм приведения) [1].

Алгоритм расчета управляющего сигнала предназначен для расчета управляющих сигналов на основе данных о собственном положении БПЛА и данных целеуказания.

Входные параметры алгоритма представлены в табл. 1.3., выходные параметры алгоритма представлены в табл. 1.4.

Таблица 1.3. Входные параметры алгоритма расчета управляющего сигнала

Параметр	Обозначение	Размерность (тип)	Источник поступления
Углы ориентации		рад (веществ.)	Алгоритм расчета динамики ЛА
		рад (веществ.)
		рад (веществ.)
Угловые скорости	x	рад/c (веществ.)
	y	рад/c (веществ.)
	z	рад/c (веществ.)
Координаты ЦМ	Xg	м (веществ.)
	Yg	м (веществ.)
	Zg	м (веществ.)
Линейные скорости	Vxg	м/c (веществ.)
	Vyg	м/c (веществ.)
	Vzg	м/c (веществ.)
Линейные перегрузки	nx	- (веществ.)
	ny	- (веществ.)
	nz	- (веществ.)
Начальные (для подвижной) координаты целевой точки или точки приведения	Xgс	м (веществ.)	Точки маршрута
	Ygс	м (веществ.)
	Zgc	м (веществ.)
Скорость целевой точки	Vc	м/c (веществ.)
Углы ориентации вектора скорости целевой точки	с	рад (веществ.)
	с	рад (веществ.)

Таблица 1.4. Выходные параметры алгоритма расчета управляющего сигнала

Параметр	Обозначение	Размерность (тип)	Где используется
Сигналы управления	ui	рад (веществ.)	Алгоритм расчета динамики ЛА
Дальность до цели (точки приведения)	r	м	Алгоритм расчета траектории (для изменения текущей точки маршрута)

Алгоритм состоит из следующих шагов:

1) Расчет проекций линейной скорости цели на оси земной системы координат:

,

,

.

Координаты цели или точки приведения {X_gс, Y_gс, Z_gc} определяются интегрированием вышеопределённых проекций линейной скорости.

Скорость изменения элементов матрицы перехода от земной системы координат к связанным осям определяются следующим образом:

,

,

,

,

,

,

,

,

.

2) Расчет проекций относительного расстояния «Р-Ц» на оси земной системы координат:

,

,

.

3) Расчет скорости изменения проекций относительного расстояния «Р-Ц» в земной системе координат:

,

,

.

4) Расчет проекций относительного расстояния «Р-Ц» и скорость их изменения в связанной системе координат:

,

,

.

5) Расчет дальности «Р-Ц»:

.

6) Расчет скорости изменения дальности «Р-Ц» (в данном контексте нижеописанное вычисляется без интегрирования):

7) Расчет углов ориентации линии визирования и скорости их изменения относительно связанной системы координат:

,

,

,

.

8) Формирование сигналов управления:

При первом такте управления (смена точки приведения или захват на сопровождение):

.

8.1) Расчёт углов ориентации линии визирования и скорости их изменения относительно земной системы координат:

,

,

,

,

,

,

.

Расчёт программных сигналов

Заданы ,,.

,

,

,

.

Расчёт коэффициентов стабилизации

Заданы ,,,,,

,

,

,

.

8.2) Расчёт коэффициентов стабилизации

,

,

.

8.3) Расчёт сигналов управления

,

,

,

.

Алгоритм формирования эталонов

Входные данные:

• · данные о рельефе местности - объект, позволяющий получать высоту земной поверхности над уровнем моря в точке по ее координатам в стартовой СК;
• · данные об объектовом составе - объект, позволяющий получать код типа поверхности в точке по координатам в стартовой СК;
• · массив значений количества зон , на которые разбивается поверхность каждого типа - массив из целых, где - число различных кодов типа поверхности;
• · размер выходного эталона ();
• · собственные координаты РЛ в стартовой СК: ;
• · проекции вектора скорости электрического центра антенного устройства в стартовой СК: ;
• · центр визирования в стартовой СК: ;
• · полоса визирования по дальности ;
• · период повторения сигнала ;
• · длина несущей волны .

Выходные данные:

эталон - матрица беззнаковых целых (8 бит) размером .

Описание алгоритма:

Алгоритм функционирует следующим образом:

1) формируется прогнозное изображение в СК дальность - допплеровское смещение с информацией о типе поверхности;

2) формируется эталон путем разбиения сформированного прогнозного изображения на квазиоднородные зоны.

Формирование прогнозного изображения в СК дальность-допплеровское смещение

Элемент прогнозного изображения содержит 2 значения: - значение прогнозной яркости элемента и - код типа поверхности.

Алгоритм функционирует следующим образом:

1) Определяется координатная ось по дальности: разрешение по дальности (шаг между соседними элементами выходного изображения):

,

центральный элемент по дальности:

,

допустимый диапазон значений по дальности . Если значение дальности элемента не входит в допустимый диапазон значений - элемент исключается из рассмотрения.

2) Определяется координатная ось по доплеровскому смещению: шаг оси

,

центральный элемент по доплеровскому смещению:

,

допустимый диапазон значений по допплеру . Если значение доплеровской частоты элемента не входит в допустимый диапазон значений - элемент исключается из рассмотрения.

3) Рассчитывается анализируемая область земной поверхности - множество элементов, находящихся на расстоянии в пределах (с учетом высоты) от точки .

4) Для каждого элемента множества производится разбиение на треугольники . Считается вектор нормали к поверхности треугольника , считается вектор направления от антенны локатора к центру треугольника . Рассчитывается угол между векторами и . Если больше 180 градусов - треугольник исключается из рассмотрения.

5) Треугольник делится на зоны по дальности до с шагом и допплеру по отношению к вектору скорости с шагом .

6) Для каждой зоны треугольников из находится ее центр , рассчитываются его координаты в СК дальность - допплеровское смещение:

,

.

7) Рассчитывается значение отклика от данной зоны треугольника:

,

где - площадь зоны.

8) Заполняются значения элементов яркости:

,

и кодов типа поверхности:

,

Разбиение прогнозного изображения на квазиоднородные зоны

1) Инициализировать счетчик номера зон .

2) Для каждого кода типа поверхности проверяется число зон , на которое его требуется разбить:

Если , то элементам эталона, соответствующим элементам прогнозного изображения с кодом поверхности , присваивается значение . После этого увеличивается счетчик номера зон и осуществляется переход к следующему коду поверхности .

• Если , для элементов прогнозного изображения с кодом поверхности вычисляется гистограмма яркостей, а по ней КФР яркостей . Элементам эталона, соответствующим элементам прогнозного изображения с кодом поверхности присваиваются значения в соответствии с правилом:
• ,

где - значение элемента эталона, - значение яркости элемента прогнозного изображения, - операция взятия целой части числа. После этого увеличивается счетчик номера зон и осуществляется переход к следующему коду поверхности .

Состав САУ БПЛА

1) Инерциальная навигационная система (ИНС);

2) аппаратура потребителя спутниковой навигации (АПСН);

3) РЛК;

4) бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ).

Требования к сформированным данным

1) БПЛА должен сохранять устойчивость при движении по сформированной траектории ();

2) сформированная траектория должна быть достижимой ();

3) промах не должен превышать допустимое значение ().

Технические особенности

Время расчета ИД ПЗ не должно превышать 5 мин.

1.3 Решаемая задача

Необходимо обеспечить формирование ИД ПЗ (набор ППМ, точек включения РЛК и эталонов), обеспечивающих приведение БПЛА с системой коррекции траектории, включающей РЛК, в положение объекта назначения при заданных начальных условиях с допустимой точностью.

1.4 Вариант решения задачи

Решение поставленной задачи можно обеспечить посредством создания наземного комплекса подготовки исходных данных для системы автоматического управления беспилотным летательным аппаратом. Для этого должна быть проведена разработка алгоритмического обеспечения, СПО и технического облика комплекса.

1.5 Логика работы КПИД САУ БПЛА

На основе задач, стоящих перед КПИД САУ БПЛА, была сформирована диаграмма вариантов использования комплекса (см. рис. 1.1.). На ней отражены основные методы взаимодействия оператора с комплексом и функции комплекса их обеспечивающие.



Рис. 1.1. Диаграмма вариантов использования

Далее была сформирована структурная схема КПИД САУ БПЛА, отражающая порядок выполнения расчетов, а также внутренний и внешний информационный обмен комплекса (рис. 1.2.).

Рис. 1.2. Структурная схема КПИД САУ БПЛА

При работе с КПИД САУ БПЛА оператором осуществляется ввод координат точки старта и объекта назначения, запретных зон и опорных участков местности, а также задается список необходимых расчетов. На основании этих данных проводится расстановка ППМ для множества достижимых траекторий БПЛА, обеспечивающих движение БПЛА из стартовой точки в положение объекта назначения без пересечения запретных зон. Расстановка ППМ для каждой из достижимых траекторий производится с учетом динамики БПЛА. Из указанного множества траекторий КПИД САУ БПЛА по критерию оптимальности выбирается одна субоптимальная, обеспечивающая наилучшую динамику БПЛА. Набор ППМ для выбранной траектории используется для дальнейшего расчета.

Далее осуществляется расчет программной траектории. При этом используется упрощенная модель БПЛА как материальной точки и САУ БПЛА. Для каждой точки траектории определяется вектор состояния БПЛА, затем рассчитывается управляющий сигнал, по которому определяется вектор состояния для следующей точки траектории (см. рис. 1.3.).

По окончании расчета производится проверка рассчитанной траектории на предмет соответствия поставленным требованиям. На всем протяжении полета должна обеспечиваться устойчивость БПЛА, сформированная траектория должна быть досягаемой, а обеспечиваемый промах не должен превышать допустимое значение. Если указанные требования не выполняются, то оператору выдается сообщение о том, что рассчитанная траектория является некорректной, то есть движение по ней БПЛА обеспечено быть не может, и прекращается расчет. В таком случае выбранные начальные условия являются недопустимыми для выполнения БПЛА поставленной задачи.

После корректного расчета программной траектории производится определение точек включения РЛК, входящего в состав САУ БПЛА, и выбор опорных участков местности (ОУМ). Определяются точки, в которых должна быть проведена коррекция траектории. В ближней окрестности этих точек определяются точки, в которых коррекция может быть проведена, то есть точки, в которых возможно произвести визированием ОУМ. Эти точки и являются точками включения РЛК. Далее для каждой точки включения выбирается ОУМ, визирование которого будет производиться.

После этого производится формирование радиолокационных эталонов для системы коррекции траектории БПЛА. Для каждой точки включения РЛК определяется множество допустимых ракурсов визирования ОУМ, для каждого из которых формируется прогнозное изображение ОУМ. По сформированным прогнозным изображениям строятся эталоны путем разбиения сформированного изображения на квазиоднородные зоны.

После окончания указанных расчетов проводится формирование ИД ПЗ. При этом рассчитанные на предыдущих этапах данные конвертируются и отправляются в систему формирования ПЗ.

По результатам работы средствами КПИД САУ БПЛА формируются отчетные материалы по каждому этапу работы.

2. Научно-исследовательская часть

2.1 Разработка алгоритмов расстановки ППМ

Анализ требований к расстановке ППМ

На основе характеристик и ограничений по динамики БПЛА были сформированы требования к расстановке ППМ [2].

Соседние ППМ должны удовлетворять условиям:

1) дальности ППМ должны возрастать и находиться в диапазоне от 10 км до дальности от стартовой до объекта назначения ():

.

2) Расстояние между соседними ППМ (i) и (i+1) должно удовлетворять соотношениям:

,

,

,

,

- поправка к расстоянию между соседними ППМ.

Здесь:

- расстояние между соседними ППМ;

- радиус разворота;

, - углы поворота в соседних ППМ ;

.

После удовлетворения условий (2.1) - (2.6) необходимо провести перенос i-ый ППМ на профиль движения БПЛА в точку сопряжения окружности и прямолинейного участка траектории. Траектория, удовлетворяющая всем приведенным требованиям является достижимой.

Графическая интерпретация движения БПЛА приведена на рис. 2.1. и рис. 2.2.

Рис. 2.1. Интерпретация движения БПЛА

Рис. 2.2. Отображение ППМ

Отображаемый ППМ - предполагаемая точка поворота, отображаемая специальным программным обеспечением (СПО) КПИД САУ БПЛА. Расчетный ППМ - это точка, принадлежащая траектории, по которой проходит БПЛА. Для получения i-ой расчетной точки необходимо перенести отображаемую точку в точку сопряжения окружности () и прямолинейного участка траектории. Перенос осуществляется в сторону (i-1) - ого ППМ.

Разработка алгоритма формирования достижимых траекторий

Блок-схема алгоритма формирования достижимых траекторий приведена на рис. 2.3.

Алгоритм формирования достижимых траекторий заключается в расстановке ППМ для набора траекторий, соответствующих накладываемым ограничениям [2].

Производится поиск ближней к текущему ППМ запретной зоны, которую пересекает траектория, и построения двух огибающих к ней с учетом требований п. 2.1.1. При этом происходит увеличение количества траекторий на 1. После этого проводится повторная проверка на пересечение запретной зоны. В случае пересечения построение огибающей и проверка на пересечение повторяются до тех пор, пока траектория не перестанет пересекать запретные зоны.

Проверка на пересечение траекторией запретной зоны проводится сравнением: если (i - номер запретной зоны, j - номер угловой точки запретной зоны, Z - координата Z угловой точки в стартовой СК), то траектория пересекает запретную зону.

Для нахождения ближней пересекаемой запретной зоны определяется запретная зона, имеющая ближайшую угловую точку к данной точке. Если выбранная таким зона не пересекается траекторией, то зона исключается из рассмотрения на данном этапе и повторяется нахождение ближней зоны.

Длина траектории рассчитывается по формуле:



где - длина i-ой траектории, - расстояние между соседними ППМ.

Рис. 2.3. Блок-схема алгоритма формирования достижимых траекторий

Разработка алгоритма построения огибающей к запретной зоне

Блок-схема алгоритма расчета ППМ приведена на рис. 5.

Расчет точек огибания опасной зоны производится следующим образом:

1) построение стартовой СК [2] с началом в текущим ППМ и направлением оси X на целевую точку;

2) нахождение точек i-ой опасной зоны k и j, таких, что:

,

.

3) получаем координаты новых ППМ в стартовой СК:

,

;

,

.

Корректировка траектории производится в соответствии с требованиями, приведенными в п. 2.1. Если угол поворота превышает значение , то вводится дополнительный ППМ таким образом, чтобы в нем поворот осуществлялся на , а затем через минимально допустимое расстояние - на оставшийся угол для приведения в требуемую точку. Если длина прямого участка меньше требуемой, то данный прямой участок продляется до необходимой длины, после чего осуществляется поворот.



Рис. 2.4. Блок-схема алгоритма построения огибающей к запретной зоне

Разработка алгоритма определения субоптимальной траектории

Блок-схема алгоритма выбора субоптимальной траектории приведена на рис. 2.5.

На основе исходных данных и проведенного моделирования, был эмпирически получен критерий оптимальности:

,

где i - номер траектории;

- количество ППМ i-ой траектории;



- минимальное значение количества ППМ траектории;

- длина i-ой траектории;

- наименьшая длина траектории;

- наибольший угол поворота для i-ой траектории;

- наименьшее значение наибольшего угла поворота.

Сравнение влияния параметров траектории проведено в табл. 2.1. Под удачным подразумевается моделирование, при котором БПЛА сохранил устойчивость и был получен требуемый промах. Всего было проведено 20 моделирований с 20 наборами начальных условий.

Таблица 2.1.

Критерий	Длина траектории	Максимальный угол поворота	Количество ППМ	Сформированный критерий оптимальности
Кол-во удачных моделирований	13	14	9	19

Субоптимальной считается траектория, имеющая наименьшее значение критерия оптимальности.

За счет L в критерии реализуется наименьший расход топлива, за счет и - обеспечение оптимальной динамики БПЛА.

Рис. 2.5. Блок-схема алгоритма выбора субоптимальной траектории

2.2 Разработка алгоритмов подготовки данных для формирования эталонов

Анализ требований к расстановке точек включения РЛК

Точки включения РЛК должны быть расставлены таким образом, чтобы обеспечить минимальную ошибку ИНС при движении БПЛА по траектории.

Первая точка включения РЛК должна располагаться на горизонтальном участке движения БПЛА, то есть на расстоянии большем 82 км от точки старта. Последняя точка включения РЛК должна располагаться до начала участка самонаведения, то есть на расстоянии 30 км от объекта назначения.

Для достижения наибольшей эффективности коррекции траектории минимальное расстояние между точками включения РЛК должно быть 10 км.

Дальность визирования ОУМ составляет 45 км. Углы визирования ±40.

Алгоритм определения точек включения РЛК

Для минимизации ошибки ИНС проведем коррекцию траектории сразу после выхода БПЛА на горизонтальный участок. Для этого выберем несколько подряд идущих точек включения РЛК. Количество точек должно быть достаточным, чтобы уменьшить ошибку ИНС до минимума [3]. Остальные точки включения РЛК должны располагаться таким образом, чтобы поддерживать ошибку ИНС на допустимом уровне.

Каждое визирование ОУМ сокращает ошибку ИНС на 70%, но не менее чем на 30 м (соответствует 1 пикселю на изображении).

С помощью системы коррекции траектории БПЛА компенсируется аддитивная составляющая ошибки ИНС [3], рассчитываемая по формуле:

,

где - случайная величина, принимающая значения от 0 до 1;

- модуль ускорения БПЛА.

Оценка возрастания ошибки ИНС позволяет установить, что для проведения коррекции достаточно 5-6 точек коррекции. Введение дополнительных точек нецелесообразно, так как если ошибка ИНС меньше 30 м, то коррекция будет неэффективна из-за недостаточной разрешающей способности РЛК. Это может привести к возрастанию ошибки ИНС.

Таким образом, для проведения коррекции траектории и минимизации ошибки ИНС достаточно 5-6 точек включения РЛК.

На основании вышеизложенного сформирован алгоритм определения точек включения РЛК. В качестве исходных данных используется массив точек программной траектории БПЛА и массив ОУМ с указанием координат.

Для каждой точки траектории БПЛА рассчитывается значение ошибки ИНС по формуле (2.16). Далее определяется крайняя точка траектории, в которой должно быть проведено включение РЛК. Для первого включения это точка начала горизонтального участка траектории (82 км от точки старта). После этого последовательным перебором определяется точка, в которой может быть проведено визирование ОУМ. Если в данной точке можно провести визирование нескольких ОУМ, то предпочтение отдается тому, который визируется под большим углом к траектории БПЛА.

Далее совершается пересчет ошибки ИНС и поиск новых точек включения РЛК.

Блок-схема алгоритма приведена на рис. 2.6. - 2.7.



Рис. 2.6. Блок-схема алгоритма определения точек включения РЛК



Рис. 2.7. Блок-схема алгоритма определения возможности визирования ОУМ в точке

Разработка алгоритма формирования эталонов

Метод синтеза эталонов представляет собой последовательность действий по формированию эталонных изображений и геопривязки эталонов. Метод представляет собой формирование прогнозных изображений РЛК при движении носителя по траектории. При этом формируются эталоны для разных ракурсов.

В общем случае, метод формирования эталонов можно свести к следующим шагам:

1) для каждой из точек включения РЛК формируется зона неопределенности положения изделия. Параметры зоны неопределенности рассчитываются исходя из параметров точности навигационной системы БПЛА и его динамики движения, а также предполагаемых погрешностей комплексированной навигационной системы, оцененных для точки включения РЛК (см. рис. 2.8).

Рис. 2.8. Зона неопределенности положения БПЛА

2) Производится дискретизация зоны неопределенности. После этого с заданным шагом по осям X, Y, Z определяются точки, в которых будет производиться визирование ОУМ (см. рис. 2.9). Размер шага по каждой из осей обратно пропорционален проекции скорости на данную ось.

Рис. 2.9. Выбор точек визирования в горизонтальной плоскости

3) Для каждой точки визирования определяются возможные значения углов тангажа, курса и крена исходя из допустимого диапазона изменения этих углов при движении БПЛА и угловой скорости изделия по каждой оси.

4) На основании точек визирования и возможных углов ориентации изделия в этих точках формируются ракурсы визирования.

5) Для каждого ракурса формируется прогнозное изображение в СК дальность - доплеровское смещение.

6) Прогнозные изображения разбивает на квазиоднородные зоны и осуществляется формирование эталонов.

7) На основе ракурса визирования, для которого был получен эталон, формируется геопривязка этого эталона.

8) Сформированные таким образом эталоны заносятся в хранилище эталонов, в котором в соответствие с каждым эталоном ставятся время визирования, угловые параметры и координаты изделия на момент визирования. Параллельно создается набор инструкций для алгоритмов, в которых указывается, в какой момент времени выдавать соответствующий эталон на вход алгоритма распознавания.

2.3 Моделирование

Данные для моделирования

Для проверки корректности сформированных КПИД САУ БПЛА данных была проведена серия отработок на стенде математического моделирования систем управления ЛА, в состав которого включен комплекс. Ниже приведен пример моделирования.

В качестве исходных данных использовались ИД ПЗ, рассчитанные с помощью СПО КПИД САУ БПЛА, подробное описание которого приведено в разделе 3. На основе рассчитанного набора ППМ было проведено моделирование движения БПЛА.

В связи со сложностью подготовки модели фоноцелевой обстановки при формировании эталонов вместо прогнозного изображения использовался радиолокационный снимок местности. Корректность формирования эталонов тестировалась по результатам работы зонного алгоритма распознавания, реализованного в стенде.

Координаты угловых точек запретных зон, использовавшихся при формировании достижимых траекторий, приведены в табл. 2.2. Координаты точки старта и объекта назначения приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.2. Координаты угловых точек запретных зон

Широта	Долгота
Запретная зона 1
53.579461	79.826660
53.729217	79.854126
53.936688	80.057373
53.654406	80.233154
53.582723	80.568237
53.445535	80.590210
53.452078	80.238647
Запретная зона 2
54.258807	80.288086
54.358157	80.540771
54.239551	80.782471
54.236340	81.062622
54.139915	81.123047
54.040038	80.749512
54.075506	80.551758
54.165650	80.337524
Запретная зона 3
54.033586	81.227417
54.075506	81.447144
53.923751	81.518555
53.855767	81.364746
53.813626	81.150513
53.907574	81.117554

Таблица 2.3. Координаты точки старта и объекта назначения

Точка	Широта	Долгота	Дальность, м
Точка старта	52.832642	79.310303	212056.32
Объект назначения	54.217072	81.507568

, полученным в результате расстановки ППМ, было проведено моделирование движения БПЛА по сформированной траектории. Ниже указаны начальные данные для моделирования. Единицы измерения соответствуют приведенным в описании соответствующих алгоритмов.

Координаты точек приведения в географической СК приведены в табл. 2.4., в стартовой СК - в табл. 2.5.

Таблица 2.4. Координаты точек приведения в географической СК

Широта	Долгота	H, м	Комментарий
52.832642	79.310303	1000	точка старта
53.439350	80.601067	1000	1 точка приведения
54.038700	81.214844	1000	2 точка приведения
54.217072	81.507568	1000	Целевая точка

Таблица 2.5. Координаты точек приведения в стартовой СК

X, м	Y, м	Z, м	Комментарий
0	250	0	точка старта
108304.16	3000	17056.46	Точка приведения 1
184481.26	3000	108.83	Точка приведения 2
212056.32	0	0	Целевая точка

Рассчитанная траектория является физически реализуемой. Это следует из того, что перегрузки не превышают 10g, угол атаки не превышает 15 градусов. Таким образом, траектория, сформированная СПО КПИД САУ БПЛА является корректной.

Все сформированные эталоны были корректно распознаны на тестовом радиолокационном изображении.

Список используемой литературы

беспилотный управление автоматический моделирование

1. В.Л. Лисицын Управление движением ЛА в атмосфере. - Реутов, 2007.

2. В.Л. Лисицын, А.Е. Лукьянович Метод управления траекторией движения сверхзвукового ЛА в атмосфере. Х., Вестник ХПИ, вып. 70, 1999.

3. Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. - М.: Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1979. - 296 с.

4. Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования Си. - СПб.: «Невский диалект», 2001. - 352 с.: ил.

5. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы. 2003.

6. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».

7. Бадиков Г.А., Лекции по курсу «Организация и планирования производства», 2010.

8. Гапонюк Н.А., Лекции по курсу «Охрана труда и промышленная экология» 2008.

Размещено на Allbest.ru

...