Комплекс информационного обеспечения группового взаимодействия летательных аппаратов

 

Изобретение предназначено для использования в составе бортового оборудования, обеспечивающего выполнение координированных групповых действий. Технический результат заключается в повышении точностных параметров относительной навигации, а также повышении точностных характеристик параметров целеуказания и формировании параметров целеуказания при потере контакта с целью на одном из взаимодействующих летательных аппаратов, чем достигается расширение функциональных возможностей комплекса и соответственно повышение показателей боевой эффективности группы летательных аппаратов, которые оснащены предлагаемым комплексом. Комплекс содержит инерциально-спутниковый датчик координат, блок приема и передачи данных, датчик координат цели, блок формирования относительных координат и дополнительно введенные блок задержки, блок разделения погрешностей, блок оптимальной фильтрации, блок формирования поправок и блок формирования параметрических функций. 1 ил.

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, в частности к бортовому информационному оборудованию относительной навигации и целеуказания тактических групп летательных аппаратов - самолетов, вертолетов, крылатых ракет.

Известен комплекс информационного обеспечения группового взаимодействия, содержащий инерциально-спутниковый датчик координат, блок приема и передачи данных, датчик (радиолокационный или оптиколокационный) координат цели, блок формирования относительных координат, описание которого приведено в книге [1] под редакцией Харисова В.Н., Перова А.И., Болдина В.А. "Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС", Москва, ИПРЖР, 1998 г., стр. 177, 178, 343. В данной системе, являющейся наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, осуществляется формирование относительных координат любых двух взаимодействующих объектов группы летательного аппарата на основе взаимного обмена через блок передачи данных инерциально-спутниковыми координатами и координатами летательных аппаратов относительно целей, одновременно лоцируемых датчиками координат целей взаимодействующих летательных аппаратов.

При этом точностные характеристики относительного инерциально-спутникового режима обеспечиваются только при работе спутниковых систем взаимодействующих объектов по одинаковым созвездиям навигационных спутников, а погрешности относительных координат, определяемых на основе измерений датчиков координат цели, при точных дальномерных измерениях определяются дальностью до цели Д и погрешностью угломерных измерений , примерно X = D, что при дальности Д = 10 км, = 0,6^o составит Х = 100 м, что приводит к существенным сложностям при выполнении группового полета летательных аппаратов в плотных боевых порядках (с дистанциями и интервалами 70-300 м) и соответственно является недостатком известной системы. Задачей изобретения является повышение точности работы комплекса и расширение его функциональных возможностей.

Технический результат достигается тем, что в комплекс информационного обеспечения группового взаимодействия летательных аппаратов, содержащий последовательно соединенные инерциально-спутниковый датчик координат, блок приема и передачи данных и блок формирования относительных координат, а также датчик координат цели, выход которого подключен ко второму входу блока приема и передачи данных и ко второму входу блока формирования относительных координат, на третий вход которого подключен первый выход инерциально-спутникового датчика координат, второй выход которого подключен ко входу датчика координат цели, дополнительно введены последовательно соединенные блок задержки, блок разделения погрешностей, блок оптимальной фильтрации, блок формирования поправок, выход которого подключен к четвертому входу блока формирования относительных координат, выход которого подключен к первому входу блока задержки, а также включенный между вторым выходом блока разделения погрешностей и вторым входом блока оптимальной фильтрации блок формирования параметрических функций, второй и третий входы которого соединены соответственно со вторыми и третьими входами блока формирования поправок, блока разделения погрешностей, блока задержки, первым выходом блока приема и передачи данных и выходом датчика координат цели, причем второй выход блока оптимальной фильтрации подключен к пятому входу блока формирования относительных координат.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого комплекса, содержащего: 1 - инерциально-спутниковый датчик координат ИСДК; 2 - блок приема и передачи данных БППД; 3 - датчик координат цели ДКЦ; 4 - блок формирования относительных координат БФОК; 5 - блок формирования поправок БФП; 6 - блок задержки БЗ; 7 - блок формирования параметрических функций БФПФ; 8 - блок оптимальной фильтрации БОФ; 9 - блок разделения погрешностей БРП.

Комплекс работает следующим образом. ИСДК 1 измеряет координаты местоположения летательного аппарата (ЛА) в земной системе координат - X₁ (продольная координата), Z₁ (боковая координата), Y₁ (высота), которые с первого выхода ИСДК 1 поступают на первый вход БППД 2 и на третий вход БФОК 4, и углы эволюций ЛА - ₁ (курс), ₁ (тангаж), ₁ (крен), которые со второго выхода ИСДК 1 поступают на вход ДКЦ 3. ДКЦ 3 является, например, оптиколокационным или радиолокационным датчиком координат цели, который при локации наземной, воздушной, неподвижной или подвижной цели измеряет дальность Д₁ и углы визирования цели ₁, ₁, которые пересчитываются через углы ₁, ₁, ₁ в координаты цели относительно ЛА:

в системе координат, аналогичной измерениям координат ИСДК 1. Например, при ₁= ₁= 0, ₁= 0, Y_1ц= 0


при этом погрешности измерений
где - флюктуационные погрешности типа белого шума,
₁ - систематическая погрешность. Координаты цели относительно ЛА X_1ц, Y_1ц, Z_1ц с выхода ДКЦ 3 поступают на второй вход БППД 2 и на второй вход БФОК 4 и на третьи входы БЗ 6, БРП 9, БФПФ 7, БФП 5. БППД 2 обеспечивает прием по третьему входу с взаимодействующего ЛА, датчик координат цели которого лоцирует ту же цель, следующих данных - X₂, Y₂, Z₂, X_2ц, Y_2ц, Z_2ц, которые с первого выхода БППД 2 поступают на первый вход БФОК 4 и на вторые БЗ 6, БРП 9, БФПФ 7, БФП 5. Параметры X₁, Y₁, Z₁, Y_1ц, X_1ц, Z_1ц со второго выхода БППД 2 передаются для приема взаимодействующими ЛА.

В БФОК 4, выполненном на элементах алгебраического суммирования, формируются относительные координаты взаимодействующих ЛА на основе инерциально-спутниковых измерений:

(здесь X₀, Z₀ - точные значения относительных координат, ₁, ₂ - систематические погрешности, - флюктуационные погрешности типа белого шума), относительные координаты взаимодействующих ЛА на основе измерений датчиков координат цели:


(здесь - флюктуационные погрешности типа белого шума, _2/ - систематическая погрешность) и разностные сигналы


где - белый шум единичной интенсивности,

Сигналы X₁, Z₁ с первого выхода БФОК 4 поступают на первый вход БЗ 6 и на четвертый вход БРП 9.

В БЗ 6, выполненном на элементах задержки, по поступившим сигналам формируются сигналы с задержкой на время :

которые с выхода БЗ 6 поступают на первый вход БРП 9, который по техническому исполнению является арифметическим устройством, выполняющим операции алгебраического суммирования, умножения, деления (см., например, книгу [2] Преснухина Л. Н. , Нестерова П. В. "Цифровые вычислительные машины", Москва, Высшая школа, 1981 г., стр. 329).

В БРП 9 осуществляются следующие операции:
- формирование разностей X = X₁-X₂, Z = Z₁-Z₂


- формирование разностей
X_1ц= X_1ц(t)-X_1ц(t-), X_2ц= X_2ц(t)-X_2ц(t-),
Z_1ц= Z_1ц(t)-Z_1ц(t-), Z_2ц= Z_2ц(t)-Z_2ц(t-),
- формирование определителя системы
O_c= Z_1цX_2ц+X_1цZ_2ц,
- формирование определителя ₁
O₁= XX_2ц+ZZ_2ц,
- формирование определителя ₂
O₂= ZZ_1ц-XX_1ц,
- формирование _1и, _2и


- формирование сигналов

- формирование сигналов


Сигналы _1и, _2и, _1и, _2и c первого выхода БРП 9 поступают на первый вход БОФ 8.

Сигналы C₁, C₂, C₃, C₄ со второго выхода БРП 9 поступают на первый вход БФПФ 7, являющегося арифметическим устройством ([2], стр. 329), в котором по поступившим сигналам на операциях суммирования, умножения и деления формируются параметрические функции:
F₁² = a₀² + a₁²(Z_1ц² + Z_2ц²) + b₁²(X_1ц² + X_2ц²),
F₂² = a₀² + a₁²(X_1ц² + X_2ц²) + b₁²(Z_1ц² + Z_2ц²),
n₁ = N₁^-2 = [2(F₁² C₄² + F₂² C₂²],
n₂ = N₂^-2 = [2(F₁² C₃² + F₂² C₁²],
n₃ = N₃^-2 = (F₁² + N₁² X_1ц² + N₂² X_2ц²)^-1,
n₄ = N₄^-2 = (F₂² + N₁² Z_1ц² + N₂² Z_2ц²)^-1,
Сигналы параметрических функций n₁, n₂, n₃, n₄ с выхода БФПФ 7 поступают на второй вход БОФ 8, на первый вход которого поступили сигналы (при i = 1 ₁= ₁; при i = 2 ₂= ₂, при i = 3 ₃= ₁, при i = 4 ₄= ₂ ).

В БОФ 8 (см. [3] книгу Э.Сейджа, Д. Мелса "Теория оценивания и ее применение в связи и управлении", Москва, Связь, 1976, стр. 287-289) по каждому сигналу n_i, _iи выполняются операции:
- интегрирования n_idt , i = 1; 2; 3; 4,
- деления ;
- алгебраического суммирования ;
- умножения ;
- интегрирования
где - сигналы оптимальных оценок систематических составляющих _i на фоне шума c дисперсией .

Например, при n₁ = 1 = const дисперсия погрешности (здесь T₀^-1 - начальное значение дисперсии) со временем стремится к нулю, соответственно математическое ожидание

откуда следует, что со временем , т.е. оптимальная оценка стремится к действительному значению систематической погрешности.

Оптимальные оценки погрешностей с первого выхода БОФ 8 поступают на первый вход БФП 5, оптимальные оценки погрешностей со второго выхода БОФ 8 поступают на пятый вход БФОК 4.

В БФП 5 по поступившим сигналам на элементах умножения формируются поправки которые с выхода БФП 5 поступают на четвертый вход БФОК 4, в котором формируются откорректированные сигналы:

которые со второго выхода БФОК 4 выдаются потребителям (в систему индикации, в систему управления групповым полетом),


которые с третьего выхода БФОК 4 выдаются потребителям,

которые с четвертого выхода БФОК 4 выдаются потребителям (в систему индикации, в систему прицеливания, в систему управления ЛА),

которые с пятого выхода БФОК 4 выдаются потребителям.

Все откорректированные составляющие координат значительно (на величину систематических составляющих) точнее измеренных величин, а формирование синтезированных откорректированных составляющих координат целеуказания , при отсутствии локации цели на данном ЛА обеспечивает расширение функциональных возможностей комплекса, что свидетельствует о достижении технического результата.

Формула изобретения

Комплекс информационного обеспечения группового взаимодействия летательных аппаратов, содержащий последовательно соединенные инерциально-спутниковый датчик координат, блок приема и передачи данных и блок формирования относительных координат, а также датчик координат цели, выход которого подключен ко второму входу блока приема и передачи данных и ко второму входу блока формирования относительных координат, на третий вход которого подключен первый выход инерциально-спутникового датчика координат, второй выход которого подключен ко входу датчика координат цели, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные блок задержки, блок разделения погрешностей, блок оптимальной фильтрации, блок формирования поправок, выход которого подключен к четвертому входу блока формирования относительных координат, выход которого предназначен для подачи сигналов на первый вход блока задержки и четвертый вход блока разделения погрешностей, а также включенный между вторым выходом блока разделения погрешностей и вторым входом блока оптимальной фильтрации блок формирования параметрических функций, второй и третий входы которого соединены соответственно со вторым и третьим входами блока формирования поправок, блока разделения погрешностей, блока задержки, первым выходом блока приема и передачи данных, выходом датчика координат цели, причем второй выход блока оптимальной фильтрации подключен к пятому входу блока формирования относительных координат.

РИСУНКИ

Рисунок 1