Определение динамической погрешности оптико-электронных станций внешнетраекторных измерений

Размещено на http://allbest.ru

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СТАНЦИЙ ВНЕШНЕТРАЕКТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

ГУМАРОВ С.Г.

Процесс совершенствования летательных аппаратов (ЛА), его комплексов и систем требует повышения точности и достоверности информации, получаемой от средств внешнетраекторных измерений (ВТИ). В настоящее время повысить точность определения траектории полёта ЛА, при использовании оптических средств (ОС) ВТИ, можно используя следующие возможности:

а) путём повышения инструментальной точности измерений, достигаемой разработкой и внедрением новых технологий и материалов. В частности для оптических средств ВТИ это достигается применением более высокоточных следящих приводов и датчиков съёма угломерных данных. Этот путь, как правило, требует больших стоимостных и временных затрат, связанных с разработкой новых технологий и их промышленной реализацией;

б) путём выявления и коррекции систематической составляющей погрешности и учета динамической погрешности, что связано с разработкой и внедрением новых методов их определения. Данный путь требует для своей реализации существенно меньших затрат, так как не требует разработки и создания новых средств ВТИ, а только повышает точность существующих.

Алгоритм выявления и коррекции систематической составляющей погрешности в основном известен и применяется на практике. Однако работы над его совершенствованием продолжаются.

В данной работе рассмотрен вопрос повышения точности определения траектории ЛА за счет учета динамической погрешности оптико-электронных станций (ОЭС) ВТИ.

В настоящее время погрешность ОЭС ВТИ выражается средней квадратической погрешностью (СКП), полученной при проведении метрологической аттестации по звёздам в статическом режиме работы.

В связи с тем, что при определении траектории полёта ОЭС ВТИ работают, как правило, в динамическом режиме, следовательно, появляется необходимость учитывать динамическую погрешность ОЭС ВТИ.

Динамическая погрешность определяется как разность между погрешностью в динамическом режиме и статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени по формуле

где Д_динр - погрешность измерения в динамическом режиме;

Д_стр - погрешность измерения в статическом режиме (статическая погрешность).

Исходя из формулы (1) погрешность ОЭС в динамическом режиме можно представить выражением

где - СКП ОЭС в динамическом режиме работы;

- СКП ОЭС в статическом режиме работы (статическая погрешность ОЭС);

- динамическая погрешность ОЭС, выраженная в виде СКП.

Влияние динамической погрешности на погрешность ОЭС можно вывести из формулы (2) и представить следующим выражением

дискриминатор погрешность траектория полёт

Динамические характеристики ОЭС в целом определяются динамическими свойствами систем, входящих в ее состав. Основные системы, входящие в состав ОЭС ВТИ, показаны на структурной схеме, изображенной на рисунке 1.

Размещено на http://allbest.ru

Рисунок 1 - Общая структурная схема ОЭС ВТИ

Из данного рисунка видно, что динамическими свойствами обладают:

- приемное устройство;

- вычислительное устройство;

- система слежения по азимуту и углу места;

- система наведения.

Составим структурную схему измерительного канала, объединив в следящий измеритель вычислительное устройство и систему слежения. Данная структурная схема изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структурная схема системы управления средства ВТИ по измерительному каналу азимута или угла места

Следящий измеритель представляет собой вычислительное устройство и систему слежения по азимуту и углу места, структурная схема которого изображена на рисунке 3.

Размещено на http://allbest.ru

Рисунок 3

Система поиска и захвата (СПЗ) состоит из двух названных систем, которые включаются в работу только в автоматическом режиме работы ОЭС, следовательно при работе в ручном режиме ОЭС их можно не рассматривать

Дискриминатор, по его динамическим свойствам в линейном приближении можно представить в виде схемы вычитания и апериодического звена с передаточной функцией

Основным элементом экстраполятора является интегратор с передаточной функцией

Передаточная функция синтезатора представляется усилительным звеном

Система наведения - исполнительное устройство, в составе которого используется двигатель постоянного или переменного тока и редуктор и определяется передаточной функцией двигателя

Приемным устройством средства ВТИ является объектив оптической или телевизионной системы, характеризуемый коэффициентом передачи и определяемый передаточной функцией

Используя формулу

где - собственная абсолютная динамическая погрешность ОЭС;

- входной сигнал;

- выходной сигнал;

- статический коэффициент преобразования данного средства.

реализуем структурную схему для определения динамической погрешности представленную на рисунке 4.

Рисунок 4 - Структурная схема определения динамической погрешности

Входным сигналом x схемы являются координаты ( направления оптической оси теодолита при регистрации ориентира (коллиматора) в динамическом режиме работы ОЭС. Выходным сигналом схемы является динамическая погрешность ОЭС.

Уравнения, описывающие данную схему имеют следующий вид:

Решение системы уравнений находим, применив метод Рунге-Кутта четвертого порядка.

Для апробации предложенного метода определения динамической погрешности была проведена серия экспериментов. Эксперименты проводились для случаев:

- имитации простого линейного движения;

- имитации сложного движения (змейка, горка).

В ходе эксперимента производилась регистрация ориентира, привязанного к геодезической сети, и рассчитывались точечные оценки математического ожидания и СКО невязок.

Для определения интервала корреляции определялись оценка нормализованной автокорреляционной функции (АКФ) [2]

где n - число отсчетов невязок при определении нормализованной автокорреляционной функции;

Т₀ - интервал времени между двумя последовательными отсчетами;

- значение невязки при измерении местоположения i-й звезды;

- оценка математического ожидания невязок;

- дисперсия невязок при определении АКФ.

и СКО коэффициентов корреляции [5]

Вследствие того, что традиционно нормируемая МХ ОС ВТИ и в частности ОЭС «Вереск» выражается как средняя квадратическая погрешность, в соответствии с формулой (1) динамическую погрешность представим следующим выражением

При определении средней квадратической погрешности в динамическом режиме работы ОЭС:

- рассчитан предел остаточной систематической составляющей погрешности i-й звезды по формуле

где - оценка среднего квадратического отклонения результата измерений параметра i-ой звезды, определяемая по формуле

t_q - квантиль закона распределения Стьюдента.

- выполнен перевод остаточной составляющей систематической погрешности в случайную составляющую погрешности по формуле [3]

где - коэффициент перехода от предела остаточной систематической составляющей погрешностей к ее среднему квадратическому отклонению.

- рассчитана средняя квадратическая погрешность i-й звезды

Результаты сравнения полученного решения с данными, полученными методом статистической обработки данных представлены на графиках, изображенных на рисунке 5.

Рисунок 5 - Графики динамической погрешности

x - входной сигнал (изменение азимута оптической оси теодолита), в угловых секундах;

dAoc - модель динамической погрешности, в угловых секундах;

dAизм - динамическая погрешность, рассчитанная методом статистической обработки данных, в угловых секундах;

u_sh - шум входного сигнала, в угловых секундах;

t - время проведения эксперимента, с.

Обработка данных, полученных в процессе эксперимента, показала, что рассчитанная динамическая погрешность ОЭС соизмерима со статической погрешностью, и, следовательно, должна учитываться при проведении метрологической аттестации ОЭС и в ходе проведения траекторных измерений.

В статье доказана необходимость учёта динамической погрешности оптико-электронных станций внешнетраекторных измерений для повышения точности определения траектории полёта летательных аппаратов, а также приведен алгоритм и расчеты определения динамической погрешности оптико-электронной станции «Вереск»

Литература

1. ГОСТ 8.009-84 Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений.

2. ГОСТ 8.508-84 Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации ГСП. Общие методы оценки и контроля.

3. РД В 319.01.13-98 Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Оценка метрологического обеспечения.

4. Методический материал по применению ГОСТ 8.009-84 Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений.

5. Длина А.М. Математическая статистика, М., Высшая школа, 1975 г.

6. Дулевич В.Е. Теоретические основы радиолокации, Москва, «Советское радио», 1978.

Размещено на Allbest.ru