Информационно-управляющий комплекс многофункциональных летательных аппаратов
Изобретение относится к средствам решения задач навигации, управления и наведения многофункциональных летательных аппаратов. По магистрали информационного обмена систем соединены входами-выходами радиотехнические средства навигации, обзорно-прицельные средства, системы опознавания образов, инерциальные датчики и системы, воздушные датчики и системы, индикационно-управляющие устройства и вычислительная система. Последняя включает в себя взаимосоединенные по магистрали вычислительного информационного обмена блок формирования параметров состояния, блок комплексной обработки информации, блок ввода-вывода и управления информационным обменом, блок объединенной базы данных, блок защиты от действия естественных и искусственных помех, блок информационной адаптации комплекса, блок синтеза параметров окружающего пространства, блок синтеза параметров состояния и блок логической комплексной обработки информации. Изобретение расширяет функциональные возможности комплекса и повышает эффективность его работы. 1 ил.
Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к комплексам навигации, управления и наведения летательных аппаратов (ЛА). В наиболее близком аналоге, приведенном в книге [1] (Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991 г. на стр. 6-16, 391-507), представлен информационно-управляющий комплекс (ИУК) ЛА, включающий в себя навигационные, пилотажные, прицельные, обзорные, измерительные датчики и системы, работающие на различных физических принципах: инерциальные навигационные системы (ИНС) и датчики; радиотехнические средства навигации, включающие радиосистемы ближней (РСБН) и дальней (РСДН) навигации, доплеровские измерители скорости и сноса (ДИСС), спутниковые навигационные системы (СНС); системы опознавания образов естественных и искусственных полей (рельефа земной поверхности, магнитного поля Земли, гравитационного поля Земли, поля радиолокационного контраста и др.); воздушные (аэрометрические) датчики и системы, включающие в себя систему воздушных сигналов (СВС) и датчики углов атаки и скольжения (ДУАС); обзорно-прицельные средства локации пространства, визирования ориентиров и слежения за подвижными и неподвижными объектами (астровизирные средства, тепло-, оптико-, радио- визирные средства), а также вычислительную систему, обеспечивающую информационный обмен между датчиками и системами и расчет необходимых навигационно-пилотажных и специальных параметров состояния ЛА. Вычислительная система при этом содержит следующие блоки: блок ввода-вывода и управления информационным обменом, обеспечивающий информационный обмен между компонентами комплекса; блок формирования параметров состояния ЛА, обеспечивающий расчет основных информационных параметров состояния и движения ЛА (азимуты и дальности до ориентиров, отклонения от заданной траектории, координаты, скорости, ускорения, углы ориентации ЛА - см. [1], стр. 7); блок комплексной обработки информации, поступающей от разных измерителей. Комплекс обеспечивает обработку информации различных датчиков и систем, определение параметров движения ЛА в целом и его отдельных точек, информационное взаимодействие с экипажем, управление состоянием ЛА. Из-за наличия инструментальных и методических погрешностей датчиков и систем, из-за воздействия естественных и искусственных помех, из-за неточности априорных знаний о геофизических полях, о движении и состоянии атмосферы, о геометрии пространства, о координатах и движении радиомаяков, ориентиров, светил, спутников и проч., - параметры движения и состояния ЛА определяются с ошибками. В вычислителе комплекса реализуется (см. [1], стр. 391; [2], стр. 26-28, 80-271) метод комплексирования информации, предусматривающий проведение статистической фильтрации информации двух или нескольких систем и получении корректирующих поправок для одной из них (корректируемой). На основе скорректированной информации осуществляется расчет основных параметров состояния и движения ЛА (азимуты и дальности до ориентиров, отклонения от заданной траектории, координаты, скорости, ускорения, углы ориентации ЛА - см., например, литературу [1], стр. 171-301).Основными недостатками наиболее близкого аналога являются:1) при отказах или кратковременных отключениях отдельных систем комплекс становится неработоспособным (например, при переходе ЛА в режим сверхманевренности теряют работоспособность аэрометрические датчики, при маневрировании ЛА снижается качество работы радиотехнических и обзорно-прицельных средств);2) при расхождениях реальных ошибок и используемых в алгоритмах моделей погрешностей комплекс становится малоэффективным или даже фактически неработоспособным при исправных датчиках и системах (особенно при постановке специальных помех).Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ИУК и, как следствие этого, повышение эффективности работы информационно-управляющего комплекса многофункциональных ЛА (МЛА), снабженных ИУК.Достигается указанный результат тем, что информационно-управляющий комплекс, содержащий взаимосоединенные входами-выходами по магистрали информационного обмена систем радиотехнические средства навигации, обзорно-прицельные средства, системы опознавания образов, инерциальные датчики и системы, воздушные датчики и системы, индикационно-управляющие устройства, вычислительную систему комплекса, включающую взаимосоединенные по магистрали вычислительного информационного обмена блок формирования параметров состояния, блок комплексной обработки информации, блок ввода-вывода и управления информационным обменом, другой вход-выход которого является входом-выходом вычислительной системы комплекса, дополнительно снабжен введенными в состав вычислительной системы комплекса блоком объединенной базы данных, блоком защиты от действия естественных и искусственных помех, блоком адаптации комплекса, блоком синтеза параметров окружающего пространства, блоком синтеза параметров состояния, блоком логической комплексной обработки информации, взаимосоединенных между собой и с блоком формирования параметров состояния, с блоком комплексной обработки информации, с блоком ввода-вывода и управления информационным обменом вычислительной системы комплекса по магистрали вычислительного информационного обмена.На чертеже представлена блок-схема информационно-управляющего комплекса, содержащего:1 - радиотехнические средства навигации РТСН;2 - обзорно-прицельные средства ОПС;3 - системы опознавания образов СОО;4 - инерциальные датчики и системы ИДС;5 - воздушные датчики и системы ВДС;6 - магистраль информационного обмена систем МИОС;18 - индикационно-управляющие устройства ИУУ;7 - вычислительную систему комплекса ВСК.При этом в состав ВСК 7 входят следующие блоки:8 - блок ввода-вывода информации и управления информационным обменом ВВУИО;9 - блок формирования параметров состояния ФПС;10 - блок комплексной обработки информации КОИ;11 - блок объединенной базы данных ОБД;12 - блок защиты от действия естественных и искусственных помех ЗДП;13 - блок адаптации информационного комплекса АИК;14 - блок синтеза параметров окружающего пространства СПП;15 - блок синтеза параметров состояния СПС;16 - блок логической комплексной обработки информации ЛКОИ;17 - магистраль вычислительного информационного обмена МВИО.Информационная взаимосвязь систем ИУК осуществляется по МИОС 6 (на чертеже обозначена тонкой сплошной линией).Информационный обмен между входами-выходами вычислительно-логических блоков ВСК 7 осуществляется по МВИО 17 (на чертеже обозначена тонкой сплошной линией).Блоки 1-5, 18 подключены своими входами/выходами к магистрали информационного обмена систем, к которой подключен также вход/выход ВСК 7, при этом входом/выходом ВСК 7 являются вход/выход блока ВВУИО 8, а другой вход/выход блока ВВУИО 8 подключен к внутренней магистрали вычислительного информационного обмена МВИО 17, к которой подключены также входы/выходы блоков 9-16.Блоки 1-5 представляют собой известные датчики и системы бортового оборудования ЛА, описанные в литературе, например [1], стр. 8-16, 171-243, 316-317, 325-327, 374-385; [2], стр. 6-22; [3], стр. 229-242. В состав блока РТ СН 1 входят: РСБН, измеряющая азимут радиомаяка и дальность до него, с помощью которых при известных координатах радиомаяка решается задача определения координат объекта; РСДН, измеряющая дальности до нескольких наземных радиостанций, с помощью которых при известных координатах станций решается задача определения координат объекта; ДИСС, измеряющая доплеровские сдвиги частот излучаемых радиосигналов, с помощью которых решается задача определения вектора скорости объекта; СНС, измеряющая временную задержку, фазовый сдвиг и доплеровский сдвиг частоты радиосигналов от космических спутников, с помощью которых при известных параметрах движения спутников решается задача определения времени, координат и скорости объекта; другие радиотехнические средства навигации, например радиовысотомер, радиокомпас и т.п. В состав блока ОПС 2 входят различные тепловые, оптические, радиолокационные средства визирования ориентиров (целей), измеряющие дальности до ориентиров и/или углы их визирования, с помощью которых при известных координатах ориентиров решается задача определения координат объекта, а при известных координатах объекта - задача определения координат целей. В состав блока СОО 3 входят измерители параметров различных геофизических поверхностных и пространственных полей: поля рельефа, магнитного поля, гравитационного поля, поля радиолокационного контраста и др., с помощью которых при известных закономерностях распределений этих полей в околоземном пространстве решается задача определения координат объекта, а при известных координатах объекта - задача картографирования указанных полей. В состав блока ИДС 4 входят: ИНС, решающие задачу автономного счисления скорости, координат и угловой ориентации объекта на основе измеряемых с помощью акселерометров и гироскопов, входящих в ИНС, ускорений и угловых скоростей (или углов ориентации) объекта; курсовертикали, решающие задачу счисления скорости и угловой ориентации объекта на основе измерительной информации гироскопов и акселерометров; акселерометры и гироскопы, измеряющие ускорения и угловые скорости (углы ориентации) в местах их расположения. В состав блока ВДС 5 входят СВС, измеряющие статические, динамические, полные давления воздуха, с помощью которых решаются задачи определения высоты и скорости объекта относительно атмосферы; ДУАС, измеряющие направления обтекающих воздушных потоков; воздушные датчики (приемники воздушных давлений, датчики углов атаки и скольжения).Блок ИУУ 18 представляет собой совокупность бортовых индикационно-управляющих устройств объекта, описанных в литературе, например [3], стр. 229-242, в число которых входят, например, система управления оружием (СУО), средства индикации и отображения информации, система связи, система автоматического управления (САУ), система дистанционного управления (СДУ), пульт управления.Блоки МИОС 6 и МВИО 17 представляют собой известные (описанные, например, в книге [4], стр. 21-24, 394-406) линии связи и информационного обмена, например, по последовательному коду, по параллельному коду, мультиплексные и др.Блок ВВУИО 8 представляет собой известное устройство (описанное, например, в книге [4], стр. 16-24, 386-406, 436-440) сопряжения вычислителя с линиями связи, осуществляющее прием, контроль и выдачу информации.Блоки ФПС 9, КОИ 10, ЗДП 12, АИК 13, СПП 14, СПС 15, ЛКОИ 16 выполнены, например, в виде однопроцессорных вычислителей ([4], стр. 31).Блок ОБД 11 выполнен, например, на постоянном запоминающем устройстве ПЗУ ([4], стр. 30).Блок ФПС 9 обеспечивает расчет параметров состояния МЛА, включающего в себя координаты, параметры движения и ориентации МЛА в целом и отдельных его точек относительно базовой системы отсчета, атмосферы, земной поверхности, ориентиров и т.п., на основе решения соответствующих уравнений, связывающих эти параметры с измеряемыми величинами, поступающими в магистраль МВИО 17 (см., например, книгу [1], стр. 7-8, 117-158, 171-283).Блок КОИ 10 обеспечивает комплексную обработку информации систем путем формирования оценок погрешностей определения параметров состояния МЛА (см., например, книгу [1], стр. 40-81, 391-507).Дополнительно введенный блок ОБД 11 обеспечивает накопление, хранение и выдачу в МВИО информации о различных естественных и искусственных полях Земли, об объектах, взаимодействующих с МЛА (ориентирах, целях, своих ЛА, небесных светилах, радиомаяках и т.п.), о внутренних параметрах ИУК, причем эта информация поступает в блок ОБД 11 посредством МВИО 17 от других блоков ВСК 7, в которых производится формирование такой информации (СПП 14, АИК 13, ЗДП 12, ЛКОИ 16).Дополнительно введенный блок ЛКОИ 16 обеспечивает уточнение параметров геофизических полей, состояния атмосферы, подстилающей поверхности, движения ориентиров и других взаимодействующих с ЛА объектов и т.п.Дополнительно введенный блок ЗДП 12 осуществляет повышение качества измерительной информации датчиков и систем путем выявления, идентификации естественных и искусственных помех и выдачи соответствующей информации в МВИО 17 для учета и накопления знаний в ОБД 11.Дополнительно введенный блок АИК 13 на основе специальной комплексной обработки избыточной информации, поступающей от измерительных датчиков и систем ИУК и из других блоков ВСК 7 по магистрали МВИО 17, обеспечивает формирование оценок внутренних параметров ИУК (относительно стабильных внутренних погрешностей) и выдачу их в МВИО 17 для учета и накопления знаний в ОБД 11.Дополнительно введенный блок СПП 14 обеспечивает расчет в зависимости от известных величин неизвестных и/или недоступных для измерений в текущий момент времени параметров априорной информации о геофизических полях, состоянии атмосферы, подстилающей поверхности, движении ориентиров и других взаимодействующих с ЛА объектов и т.п., используемой в алгоритмах.Дополнительно введенный блок СПС 15 обеспечивает синтез параметров состояния МЛА как функций от известных и доступных измерениям величин в условиях, когда непосредственное определение этих параметров затруднено или невозможно (например, синтез углов атаки и скольжения при отказах или отключениях систем блока ВДС 5, синтез азимута цели и дальности до нее при кратковременной потере цели системами блока ОПС 2 из-за маневрирования ЛА и т.п).ИУК работает следующим образом.Измеряемая информация о параметрах движения МЛА Ji (i=ИДС, ВДС, РТСН, ОПС, СОО) из блоков 1-5 поступает через магистраль МИОС 6, блок ВВУИО 8 в магистраль МВИО 17. В блоке ОБД 11 хранится априорная информация Кi (i=ИДС, ВДС, РТСН, ОПС, СОО) о параметрах геофизических полей и об объектах (ориентирах, небесных светилах, радиомаяках и т.п.), взаимодействующих с МЛА, а также о внутренних параметрах ИУК - оценках погрешностей

















Формула изобретения
Информационно-управляющий комплекс многофункциональных летательных аппаратов, содержащий взаимосоединенные входами-выходами по магистрали информационного обмена систем радиотехнические средства навигации, обзорно-прицельные средства, системы опознавания образов, инерциальные датчики и системы, воздушные датчики и системы, индикационно-управляющие устройства, вычислительную систему комплекса, включающую взаимосоединенные по магистрали вычислительного информационного обмена блок формирования параметров состояния, блок комплексной обработки информации, блок ввода-вывода и управления информационным обменом, другой вход-выход которого является входом-выходом вычислительной системы комплекса, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен введенными в состав вычислительной системы комплекса блоком объединенной базы данных, блоком защиты от действия естественных и искусственных помех, блоком информационной адаптации комплекса, блоком синтеза параметров окружающего пространства, блоком синтеза параметров состояния, блоком логической комплексной обработки информации, соединенных между собой и с блоком формирования параметров состояния, с блоком комплексной обработки информации, с блоком ввода-вывода и управления информационным обменом вычислительной системы комплекса по магистрали вычислительного информационного обмена.РИСУНКИ
Рисунок 1