Чернодаров Александр Владимирович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры интегрированных бортовых комплексов навигации, управления и наведения летательных аппаратов филиала «Стрела» МАИ (НИУ), главный научный сотрудник.
г. Жуковский.
Alexander V. Chernodarov, Doctor of Technical Sciences, Assisting Professor, Professor of “Strela” Branch of Moscow Aviation Institute, Integrated Onboard Navigation, Control and Guidance Complexes for Aircraft Chair, Chief Research Fellow of the NaukaSoft Experimental Laboratory, Ltd.
Moscow.
Патрикеев Андрей Павлович, кандидат технических наук, заместитель генерального директора.
Москва.
Andrew P. Patrikeev, Candidate of Technical Sciences, Deputy General Director.
Moscow.
Меркулова Ирина Игоревна, инженер.
Москва.
Irina I. Merkulova, Engineer.
Moscow.
Иванов Сергей Александрович, старший инженер.
г. Раменское.
Sergey A. Ivanov, Senior Engineer.
Ramenskoye.
Современное состояние бортовых измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) характеризуется включением в их состав распределенных бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС). Это связано с необходимостью навигационного обеспечения не только летательных аппаратов (ЛА), но и бортовых систем обзора земной поверхности, в состав которых включаются БИНС. К таким системам относятся радиолокационные, видеоконтрольные, лазерные сканирующие (лидары) и другие обзорные устройства. В то же время при объединении распределенных БИНС (РБИНС) в единую структуру появляются новые функциональные возможности таких комплексных навигационных систем, а именно: резервирование и взаимная поддержка БИНС и повышение на этой основе информационной надежности ИВК; взаимный контроль и диагностирование БИНС; оптимизация структуры РБИНС для обеспечения требуемой точности навигации и ориентации в сложных условиях эксплуатации ЛА. Такие условия связаны с маневрированием ЛА, потерей сигналов спутниковых навигационных систем (СНС). Цель работы – исследование возможностей РБИНС на базе волоконно-оптических и микроэлектромеханических измерителей при их объединении в тесно связанную информационно-измерительную структуру. При решении поставленной задачи за основу взята объектно-ориентированная модульная технология создания интегрированных навигационных систем. Применение такой технологии позволило реализовать новые функциональные возможности РБИНС, а также учесть следующие особенности построения и функционирования РБИНС в составе ИВК: необходимость взаимного обмена информацией между модулями РБИНС через бортовую вычислительную систему верхнего уровня ИВК; синхронизацию измерительно-вычислительных процедур, реализуемых в РБИНС. Из-за ограничений на размеры и массу БИНС обзорных систем строятся на базе микроэлектромеханических (МЭМС) датчиков. Такие датчики имеют большую зону нечувствительности и невысокую точность. С учетом указанных особенностей БИНС-МЭМС должны опираться на базовую высокоточную БИНС, входящую в состав навигационного комплекса ЛА. Кроме того, БИНС-МЭМС не могут автономно выполнить начальную выставку по углам ориентации. Поэтому начальная выставка таких БИНС реализуется по информации от базовой системы. Взаимная поддержка интегрированных инерциальных систем, включающих спутниковые приемники, необходима не только для непрерывной коррекции координат БИНС-МЭМС, но и для уточнения углов ориентации мест установки обзорных систем. Следует отметить, что частота обновления координат, определяемых СНС, – единицы герц, а определяемых БИНС – единицы килогерц. Указанные особенности были учтены в РБИНС совместной разработки ООО «Экспериментальная мастерская НаукаСофт» (Москва) и МГТУ им. Н.Э. Баумана. Макетный образец РБИНС включает систему БИНС-500НС на волоконно-оптических гироскопах совместной разработки «ЭМ НаукаСофт» и НПК «Оптолинк» (Зеленоград); микромеханические БИНС-МЭМС, построенные на базе измерительных модулей ADIS16488 компании Analog Devices. В работе представлены результаты натурных экспериментов, проведенных на Раменском приборостроительном заводе.
The current state of airborne measuring-and-computing complexes (MCCs) is characterized by the inclusion of distributed strapdown inertial navigation systems (SINSs) as components of these complexes. This is associated with the necessity of the provision of navigational support not only for aircraft (Acft), but also for airborne Earth surface surveillance systems in which the SINSs are included as components. Among such systems are radar systems, video monitors, laser scanners (lidars), and other surveillance devices. At the same time, when the DSINSs are united into a single structure, new functional possibilities for such integrated navigation systems appear, namely: redundancy and mutual support of SINSs, and also an increase in MCC information reliability on this basis; mutual monitoring and mutual diagnosis of SINSs; optimization of DSINS structure for providing the required accuracy of navigation and attitude control under severe conditions of Acft operation. Such conditions are connected with Acft maneuvering, with a loss of the signals of satellite navigation systems (SNSs). The purpose of this paper is to study the capabilities of DSINS which are built around fiberoptic and micromechanical sensors when they are united into a closely connected information-measuring structure. In the solution of the problem formulated above, an object-oriented modular technology for the creation of integrated navigation systems was taken as a basis. The use of such a technology has permitted us to realize the new functional possibilities of the DSINSs, and also to take into account the following features of the construction and functioning of DSINSs as components of MCCs: need for mutual information exchange among DSINS modules via an MCC airborne top-level computing system; synchronization of measuring-and-computing procedures that are realized in the DSINS. In addition, due to restrictions on overall dimensions and weight, SINSs of surveillance systems are built on the basis of microelectromechanical sensors (MEMSs). Such sensors have a wide insensitivity zone and low accuracy. Taking into account the above-mentioned features, SINS-MEMSs must rely on a base high-accuracy SINS which forms part of an Acft navigation complex. Moreover, the SINS-MEMSs cannot execute the initial alignment from attitude angles in the autonomous mode. Because of this, the initial alignment of such SINSs is realized from information obtained from the base system. Mutual support of integrated inertial systems which include satellite receivers is necessary not only for continuous updating of SINS-MEMSs coordinates but also for the refinement of attitude angles of the places where surveillance systems are mounted. It should be noted that the frequency of updating the coordinates that are determined by an SNS is several units of hertz, and that are determined by a SINS is several units of kilohertz. The features mentioned earlier were taken into account in a DSINS developed by the NaukaSoft Experimental Laboratory, Ltd. (Moscow) and by the Bauman Moscow State Technical University in cooperation. A breadboard model of the MSINS includes the SINS-500NS system based on fiber-optic gyros developed jointly by the “NaukaSoft EMNS” and by the “Optolink” RPC (Zelenograd); micromechanical SINS-MEMSs built on the basis of the ADIS16488 measuring modules developed by the Analog Devices Co. The paper presents the results of fullscale experiments performed at the Ramenskoye Instrument-Making Plant.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.