«Комплексная обработка измерений спутникового радионавигационного приемника и корреляционно экстремальной системы навигации»

Актуальность темы
С течением времени, требования к показателям качества навигационных систем (НС) постоянно увеличиваются. Объединяя НС, работа которых основана на различных физических принципах, можно улучшить характеристики навигационной системы за счет взаимного компенсирования принципиальных недостатков одной системы принципиальными достоинствами другой.

Постановка задачи
Рассматривается летательный аппарат, на борту которого установлены НАП СРНС и КЭСН. Полагаем, что полет горизонтальный и прямолинейный на постоянной высоте, а также, что угол курса оценивается точно. Совместную обработку производим по двум горизонтальным составляющим скорости (север-восток), вертикальную составляющую не рассматриваем из-за полета на постоянной высоте. Полагаем, что данные от КЭСН поступают с большей частотой, чем от НАП СРНС и моменты поступления данных от НАП СРНС совпадают с моментами поступления информации от КЭСН. Также полагаем, что КЭСН всегда работает без сбоев, а нарушение работы НАП СРНС возможно.
Необходимо синтезировать фильтр, производящий совместную обработку навигационных измерений НАП СРНС и КЭСН.

СРНС
Достоинства:
Глобальность НС;
Отсутствие ограничений на число потребителей;
Высокая точность определения навигационной информации;
Отсутствие смещения оценок навигационной информации;
Недостатки:
Относительно высокая дисперсия флуктуаций;
Низкий темп выдачи данных;
Возможность отсутствия навигационных определений;

КЭСН
Достоинства:
Автономность НС;
Относительно низкая дисперсия флуктуаций;
Высокий темп выдачи данных;
Недостатки:
Наличие смещения оценок навигационной информации;
Накопление ошибки измерения координат;
Зависимость от вида подстилающей поверхности;

Модель измерений НАП СРНС
Модель измерений КЭСН

Модель квазиоптимального расширенного фильтра Калмана
Модель наблюдений:
Матрица наблюдений:
1) Этап экстраполяции:
2) Этап оценивания
Экстраполированная оценка вектора наблюдений:
Переходная матрица:
Экстраполированная оценка матрицы дисперсий:
Вектор невязки измерений:
Матрица дисперсий невязки измерений:
Квазиоптимальные значения коэффициентов усиления:
Формирование оценки вектора состояния:

Красная штриховая линия – оценка составляющих скорости в КЭСН;
Синяя точечная линия – оценка составляющих скорости в НАП СРНС;
Коричневая непрерывная линия – истинные значения составляющих скорости;
k – такт работы фильтра;

Красная точечная линия – оценка составляющих скорости в интегрированной НС;
Синяя точечная линия – истинные значения составляющих скорости;
k – такт работы фильтра;

Красная непрерывная линия – смещение масштабного коэффициента северной составляющей скорости;
Синяя непрерывная линия – смещение масштабного коэффициента восточной составляющей скорости;
Пунктирные линии – истинные значения смещений масштабных коэффициентов;
k – такт работы фильтра;

Красная непрерывная линия – истинное значение пройденного пути;
Синяя точечная линия – оценка пройденного пути в автономной КЭСН;
Светло зеленная штриховая линия – оценка пройденного пути в интегрированной НС после отключения НАП СРНС;
k – такт работы фильтра;

Красная непрерывная линия – ошибка оценивания пройденного пути в автономной КЭСН;
Синяя непрерывная линия – ошибка оценивания пройденного пути в интегрированной НС после отключения НАП СРНС;
k – такт работы фильтра;

Преимущества интегрированной НС в сравнении с автономными КЭСН и СРНС
Повышение точности определения скорости летательного аппарата;
Возможность определения параметров КЭСН, для последующей коррекции измерений;
Повышение точности определения координат аппаратурой КЭСН при отключенной НАП СРНС;