Целью статьи являлся анализ существующих систем навигации для подвижных наземных объектов и сравнение их точностных характеристик. Сбор необходимых данных проводился путем рассмотрения нескольких навигационных систем различных производителей и изучения их технической документации и характеристик. Результаты показали что, точностные характеристики навигационных систем напрямую зависят от режима работы. Наиболее подходящим режимом работы является совместный режим (инерциальная навигационная система + спутниковая радионавигационная система). Лучшими точностными характеристиками обладают системы ООО «ТеКнол» (КомпаНав и БИНС-Тек).
Введение
Обычно под термином навигационная система принято понимать совокупность приборов, алгоритмов и программного обеспечения, позволяющих произвести ориентирование объекта в пространстве. Навигационные системы классифицируются в зависимости от назначения, объема получаемой навигационной информации и используемых методов навигации. В зависимости от области применения навигационные системы разделяют на системы морской, наземной и воздушной навигации. Система навигации подвижных наземных объектов (ПНО) решает задачи определения координат местоположения, параметров движения и углов ориентации подвижного объекта и выдачу необходимой информации. В статьях [1–2] производится обзор существующих навигационных систем, как военного, так и гражданского применения. В них подробно рассматривается работа некоторых датчиков, методы обработки информации в данных системах и сравниваются значений погрешностей в определения курса. В статье [3] сравниваются точностные характеристики и состав систем военного назначения. Однако, полный анализ и сравнение всех точностных характеристик навигационных систем для ПНО, как военного, так и гражданского применения в литературе не встречается. Целью статьи является обзор существующих систем навигации и сравнение их точностных характеристик.
Обзор навигационных систем
Система навигации ПНО решает задачи определения координат местоположения, параметров движения и углов ориентации подвижного объекта и обеспечивает выдачу следующих данных: горизонтальных координат (координат), высоты, путевой скорости, углов ориентации (крена, курса, тангажа), угловой скорости, ускорения.Обобщенная структурная схема навигационной системы ПНО представлена на рисунке 1.
Измерители автономной системы предназначены для определения координат, параметров движения и пространственного положения продольных осей ПНО.
В качестве измерителей могут быть использованы следующие устройства:
- измеритель угловой скорости — гироскоп микроэлектромеханический (система «КомпаНав-3» [4]),волоконно-оптический (система «БИНС-Тек» [5]);
- измеритель ускорения — акселерометр микроэлектромеханический (система «КомпаНав-2Т» [6]), кварцевый (система «БИНС-Тек»);
- измеритель магнитного поля Земли: 3-осный магнитометр (система «КомпаНав-2М» [7]),датчик магнитного поля (феррозонд) (система «Азимут» [8]);
- измеритель скорости, выполненный в виде механического («Гамма — 1» [9]) или доплеровского датчика скорости («ГАЛС — Д2М» [10])
В некоторых системах в состав автономной системы также входят: измеритель высоты — барометрический высотомер (система «КомпаНав-3»); измеритель пройденного пути, который может выполняться в виде одометра (система «БИНС-Тек», «Азимут»).
В качестве радиотехнической системы коррекции обычно используется приемник спутниковой навигационной системы (ГЛОНАСС/GPS) и радиотехнические системы дальней навигации «Чайка» и «LORAN-C», входящие в состав системы «ОРИЕНТИР» и КС-100М [11,12].
Основными для навигационных систем являются следующие режимы работы:
1. Автономный (ИНС);
2. Автономный с коррекцией от СРНС.
Для системы «БИНС-Тек» также предусмотрен специальный режим работы — ZUPT ИНС/одометр, а автономный режим дополняется коррекцией от одометра.
При использовании только автономного (ИНС)режима возрастают погрешности определения навигационных параметров, из-за погрешностей измерителей ИНС. Недостатком применения только СРНС является низкая помехоустойчивость сигналов и наличие «мертвых зон»- мест не доступных для спутников СРНС. Следовательно, оптимальным режимом работы систем навигации для ПНО является режим коррекции от СРНС. Он подразумевает совместную работу ИНС и СРНС, что повышает надежность работы данных систем и точность определения координат. В таблице приведены сравнительные точностные характеристики систем для ПНО.
Таблица
Сравнительные точностные характеристики навигационных систем для подвижных наземных объектов.
|
Система |
Режим работы |
Координаты |
Скорость |
Вертикальная скорость |
Крен, тангаж |
Курс |
|
Азимут» |
ИНС+ СРНС |
25м |
0,8° |
|||
|
ИНС |
1,2 %от пройденного пути |
0,8° |
||||
|
КомпаНав-2Т |
ИНС+ СРНС |
5м |
0,2 м/с |
0,3 м/с |
1,0° |
1,5° |
|
ИНС |
500м |
5 м/с |
0,3 м/с |
1,5° |
3° |
|
|
КомпаНав-3 |
ИНС+ СРНС |
6 м |
0,2 м/с |
0,2 м/с |
0,2° |
0,4° |
|
ИНС |
500м |
0,5 м/с |
0,5 м/с |
0,4° |
2° |
|
|
КомпаНав-2М |
ИНС+ СРНС |
5м |
5 м/с |
0,3 м/с |
0,3° |
0,5° |
|
ИНС |
600м |
0,5 м/с |
0,5° |
3° |
||
|
БИНС-Тек |
ИНС+ СРНС |
5м |
0,1 м/с |
0,3 м/с |
0,03° |
0,1° |
|
ИНС+ одометр |
0,25 %от пройденного пути |
2 м/с |
0,5 м/с |
0,1° |
0,7° |
|
|
ZUPT ИНС/ одометр |
0,12 %от пр. пути |
|||||
|
Ориентир |
ИНС+ СРНС |
500 м |
||||
|
ИНС |
0,2 % от пройденного пути |
|||||
|
КС-100М |
ИНС+ СРНС |
60 м |
1 м/с |
0,8° |
||
|
ИНС |
500 м |
|||||
|
«Трона-1». |
ИНС+ СРНС |
10 м |
||||
|
ИНС |
0,7 % от пройденного пути |
|||||
|
ТНА-4 |
ИНС+ СРНС |
|||||
|
ИНС |
0,9 % от пройденного пути |
|||||
|
«Гамма -1» |
ИНС+ СРНС |
25 м |
3,5° |
0,1° |
||
|
ИНС |
0,6 % от пройденного пути |
3,5° |
0,1° |
|||
|
«Гамма -2» |
ИНС+ СРНС |
25 |
3,5° |
0,1° |
||
|
ИНС |
1 % от пройденного пути |
3,5° |
0,1° |
|||
|
ГАЛС-Д2М-1 |
ИНС+ СРНС |
33 м |
0,5° |
0,16° |
||
|
ИНС |
0,5 % от пройденного пути |
|||||
|
ГАЛС-Д2М-2 |
ИНС+ СРНС |
22 м |
0,5° |
0,11° |
||
|
ИНС |
0,25 % от пройденного пути |
|||||
|
ГАЛС-Д2М-3 |
ИНС+ СРНС |
14 м |
0,5° |
0,7° |
||
|
ИНС |
0,1 % от пройденного пути |
|||||
|
ГАЛС-Д2М-4 |
ИНС+ СРНС |
8 м. |
0,5° |
0,04° |
||
|
ИНС |
0,05 % от пройденного пути |
Наиболее перспективным направлениями в развитии данных систем являются:
1. Совершенствование компонентов, входящих в систему навигации для ПНО. Данное направление реализовано в создании систем с более чувствительными элементами (лазерный и волоконно-оптический гироскопы, кварцевые акселерометры), которые повышают точность работы систем навигации, как в автономном, так и в режиме коррекции от СРНС;
2. Внедрение нового программного обеспечения — создание алгоритмов обработки информации, основанных на фильтре Калмана — Бьюси [13, 14] и адаптивных алгоритмов обработки информации с использованием нейронных сетей или банка фильтров Калмана — Бьюси;
3. Введение новых датчиков. Это достигается за счет интеграции комплексов с системами сотовой связи, что позволяет увеличить точность местоопределения и устранить “мертвые зоны” [15].
Литература:
1. Комраков Д. В. Навигационные комплексы наземных мобильных средств / Д. В. Комраков // Технические науки: теория и практика: материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Чита, апрель 2012 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2012. — С. 47–49.
2. А. В. Журавлев, В. М. Безмага. Навигационные комплексы наземных мобильных средств// Новостинавигации — 2009 — № 1 — С. 29–36.
3. Система топографического ориентирования «Трона-1» //Обозрение армии и флота — 2007. — № 4.
4. Навигационная аппаратура «Азимут» для подвижных наземных объектов [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «Концерн «Созвездие» — Электрон.дан. — М.,2009 -.-Режим доступа: http: // www.sozvezdie.su /catalog /navigatsionnaya_ apparatura_azimut.
5. Малогабаритная интегрированная инерциальная навигационная система «КомпаНав-2Т» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2009 -.-Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/companav-2t.pdf.
6. Интегрированная инерциальная навигационная система «КомпаНав-2М» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2011 -.-Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/companav-2m.pdf.
7. Ультракомпактная интегрированная инерциальная навигационная система «КомпаНав-3» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2009 -.-Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/companav-3.pdf.
8. Навигационная система для наземного транспортного средства «БИНС-Тек» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2009 -.-Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/bins-tek-n.pdf.
9. Модернизация навигационной аппаратуры зенитных ракетных комплексов С-300 ПМУ1/C-400 на основе изделия “ГАЛС-Д2М” [Электронный ресурс]: Каталог/ ООО «НПО ПРОГРЕСС» — Электрон.дан. — М.,2012 -.-Режим доступа: http://www.mriprogress.ru/_files/AN_1.pdf.
10. Глубокая модернизация навигационной аппаратуры БМП/ БМД и танков Т-90/Т-72 на основе комплекса “ГАЛС — Д2М” [Электронный ресурс]: Каталог/ ООО «НПО ПРОГРЕСС» — Электрон.дан. — М.,2012 -.-Режим доступа: http://www.mriprogress.ru/_files/AN_2.pdf.
11. Навигационный комплекс «ОРИЕНТИР» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО НВП «ПРОТЕК» — Электрон.дан. — М.,2012 -.-Режим доступа: http://www.protek-vrn.ru/production/navigation/orientir.html.
12. Комплексная помехоустойчивая навигационная аппаратура для подвижных наземных объектов (КС-100М) [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО НВП «ПРОТЕК» — Электрон.дан. — М.,2012 -.-Режим доступа: http://www.protek-vrn.ru/production/navigation/ks100m.html.
13. Иванов, А. В. Комплексные оптимальные алгоритмы обработки информации в навигационных системах подвижных наземных объектов / А. В. Иванов // Радиотехника. — 2010, № 5.
14. Иванов, А. В. Комплексные оптимальные алгоритмы обработки информации в навигационных системах подвижных наземных объектов с контролем целостности навигационного обеспечения / А. В. Иванов // Радиотехника. — 2010, № 12.
15. Иванов, А. В. Совместная обработка информации спутниковых радионавигационных систем и наземных сетевых систем в навигационных системах подвижных наземных объектов/А. В. Иванов, А. В. Гостев, А. А. Семенов, Л. В. Соколовская//Радиотехника. — 2012. — № 4. — С.4–10.
