Повышение точностных характеристик прецизионной нашлемной системы целеуказания

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК. 62-52:623,422.5

Повышение точностных характеристик прецизионной нашлемной системы целеуказания

С.Н. Фролов,

М.О. Костишин,

В.А. Нечаев

(ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» имени П.А.Ефимова», Санкт-Петербург)

Рассматривается задача повышения точностных характеристик прецизионной нашлемной системы целеуказания. Целью является нахождение оптимального метода увеличения точности без существенного ухудшения других параметров системы.

Рассмотрены методы повышения точности определения углов целеуказания за счет изменения математического обеспечения вычислительной машины. Приведены результаты исследований и расчетов каждого из методов. прецизионный нашлемный целеуказание

При создании перспективных летательных аппаратов большое внимание уделяется оснащению их современным высокоточным и многофункциональным оптико-электронным и радиоэлектронным оборудованием, обеспечивающим выполнение возложенных на летательный аппарат функциональных задач. К таким система относится нашлемная система целеуказания (НСЦ), предназначенная для определения угловых координат линии визирования пилота по положению шлема (головы).

Предлагаемый доклад посвящен поиску методов повышения точности определения угловых координат линии визирования видимой цели нашлемной системы целеуказания.

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ НСЦ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ

В состав нашлемной системы целеуказания (см. рисунок 1) входят:

Нашлемное визирное устройство (НВУ);

Комплект устройств локационных (УЛ), в состав которого входят:

Устройство УЛ-А;

Устройство УЛ-Б.

Цифровая вычислительная машина (ЦВМ).

НВУ обеспечивает формирование коллимированного изображения прицельной и сигнальной марок в поле зрения летчика на внешнем фоне, выдачу электрического сигнала для схемы автоматической регулировки яркости, задание взаимного положения трех излучающих диодов и линии визирования, проходящей через центр изображения прицельной марки.

Комплект устройств УЛ, состоящий из устройств УЛ-А и УЛ-Б и выполненных зеркально, предназначен для выдачи в ЦВМ исходных данных, соответствующих положению реперов НВУ.

Рисунок 1 - Функциональная схема НСЦ

ЦВМ предназначена для:

синхронизации работы составных частей НСЦ;

приема сигналов от УЛ-А и УЛ-Б;

формирования питающих напряжений для УЛ-А и УЛ-Б;

приема/передачи сигналов бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО), УЛ-А, УЛ-Б и НВУ;

реализации ПО НСЦ;

управления индикацией марок ПМ и СМ и регулировки их яркости в соответствии с информацией, поступающей из БРЭО и НВУ (АРЯ);

включения реперов НВУ.

В состав ЦВМ входят конструктивно-функциональные модули вычислительный МВ62, дискретный МД52, управления МУ10, напряжений МН97 и фильтр радиопомех ФРП97.

ПРИНЦИП ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ЛИНИИ ВИЗИРОВАНИЯ

Пространственное положение линии визирования определяется координатами цy_нсц,цz_нсц и рассчитывается в ЦВМ по положению излучателей НВУ относительно локационных устройств УЛ-А и УЛ-Б, разнесенных на базовое расстояние Lи привязанных к системе координат самолета.

Излучающие диоды ИД1, ИД2, ИД3 НВУ жестко закреплены на шлеме летчика и ориентированы так, что образуют плоскость, перпендикуляр к которой является линией визирования.

Схема построения линии визирования представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема построения линии визирования: A - место размещения УЛ-А; B - место размещения УЛ-Б; L - базовое расстояние; N1,N2,N3 - излучающие диоды НВУ; N'1,N'2,N'3 - проекции излучающих диодов на плоскость XAZ; б1, б2, б3 - первичные углы УЛ-А; в1, в2, в3 - первичные углы УЛ-Б; E - вектор, направленный перпендикулярно плоскости излучающих диодов

В каждом цикле сканирования кабинного пространства устройствами УЛ производится отсчет углов до совмещения МПЗ с излучателями.

Излучатели НВУ работают в строго определенной последовательности, поэтому по номеру излучателя присваивается номер угла пеленга.

Для начала строится проекция точек N1, N2, N3 реперного треугольника НВУ на плоскость XAZ устройств УЛ в системе координат НСЦ (рисунок 3,а).

Рисунок 3 - Проекция реперного треугольника НВУ на плоскость XAZ устройств УЛ (а) и вычисление координат излучателей НВУ в плоскости XAZ (б)

По известным значениям углов и базовому расстоянию L определяем координаты проекций излучателей на плоскость XAZ (рисунок 3,б).

Принцип получения соответствующих формул рассмотрим, используя рисунок 4,а.

Рисунок 4 - Вычисление координат проекции излучающего диода (а) и система координат (б)

Согласно теореме синусов для треугольника CAB справедливо соотношение:

(1)

Так как и , то можно записать

(2)

Тогда формулы для координат , согласно рисунку 5, будут иметь вид:

(3)

Далее определяются значения проекций сторон треугольника на оси ПXи ПZ (рисунок3,б)

(4)

(5)

а также проекции и , характеризующие наклон плоскости расположения излучателей НВУ. Из рисунка 3,б можно записать

(6)

Расстояние между излучателями ИД1, ИД2 и ИД1, ИДЗ равны между собой и известны. Обозначив их буквой в соответствии с рисунком 2, запишем искомые формулы для ДY2 и ДY3

(7)

Проекции ДX2, ДY2, ДZ2 и ДX3, ДY3, ДZ3 можно рассматривать как координаты точек и соответственно в системе координат с началом в точке (рисунок 4,б). Тогда уравнение плоскости, проходящей через три точки с координатами , (ДX2, ДY2, ДZ2) и (ДX3, ДY3, ДZ3), будет иметь вид:

(8)

Раскладывая определитель по первой строке, получим уравнение плоскости

(9)

(10)

(11)

(12)

Из аналитической геометрии известно, что величины А, В, С есть проекции вектора нормали к плоскости а, следовательно, и к плоскости, в которой расположены излучающие диоды ИД1, ИД2, ИДЗ. Этот вектор проходит через начало системы координат, совпадающее с точкой . А так как нормаль к плоскости излучающих диодов коллинеарна визирной линии НВУ, то, согласно схеме поворотов и в соответствии с рисунком 6 выражения для определения искомых углов и запишутся в виде

(13)

(14)

Рисунок 6- Система координат вектора нормали

Таким образом, для расчета углов и по вышеприведённым формулам необходимо знать базу L, расстояние между излучающими диодами и пеленги , , i = 1,2,3 на излучающие диоды НВУ. Величины Lи известны и задаются постоянными значениями.

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ НСЦ

Возьмем плоскость с тремя излучающими диодами и вектором нормали к этой плоскости. Спроецируем вектор на плоскость - получается точка.

Согласно аналитической геометрии, 4 точки лежат в одной плоскости, если

(15)

Раскладывая определитель по первой строке, получим уравнение плоскости

(16)где

)

(18)

(19)

(20)

Также разделим рабочую зону определения углов линии визирования на области с шагом 1 градус (см. рисунок 7). Получив 321 точку в области, найдем для каждой точки с помощью рабочего стенда значения углов линии визирования. Разницу между входным и выходным значениями углов будем считать поправочными коэффициентами и внесем их в программное обеспечение системы.

Рисунок 7 - Зона определения углов линии визирования

В итоге, применение этих 2 методов позволило повысить точность определения углов целеуказания во всем диапазоне примерно в 1.5 раза. Это можно наглядно увидеть на следующих графиках.

Рисунок 8 - Результаты отработки на стенде определения угла

Рисунок 9 - Результаты отработки на стенде определения угла

В результате выполнения работы были найдены методы повышения точности нашлемной системы целеуказания. Внедрение найденных методов привело к созданию нового вычислительного модуля ЦВМ, что в конечном счете дало повышение точности без изменения конструкции системы.

В дальнейшем, для еще большего увеличения точности, можно провести фильтрацию параметров с помощью известных фильтров Винера и Калмана.

Литература

1. Кучерявый А.А. Бортовые информационные системы: Курс лекций/А.А. Кучерявый; под. ред. В.А. Мишина и Г.И. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. - Ульяновск: УлГТУ, 2004. - 504 с.: ил.

2. Нашлемный блок индикации в составе нашлемной системы целеуказания и индикации[Электронный ресурс], 2010. - Режим доступа:http://knowledge.allbest.ru/radio/3c0a65625b3bc68b5c43a89521206d37_0.html (дата обращения: 20.03.2015)

3. Корн Г., Корн Т. справочник по математике. - М.: Наука, 1977, -832с.

Размещено на Allbest.ru