[go: up one dir, main page]

RU2684710C1 - Aircraft ins errors correction system by the area road map - Google Patents

Aircraft ins errors correction system by the area road map Download PDF

Info

Publication number
RU2684710C1
RU2684710C1 RU2018112605A RU2018112605A RU2684710C1 RU 2684710 C1 RU2684710 C1 RU 2684710C1 RU 2018112605 A RU2018112605 A RU 2018112605A RU 2018112605 A RU2018112605 A RU 2018112605A RU 2684710 C1 RU2684710 C1 RU 2684710C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
block
signal
correction
Prior art date
Application number
RU2018112605A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артем Константинович Сорокин
Владимир Григорьевич Важенин
Александр Сергеевич Боков
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2018112605A priority Critical patent/RU2684710C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2684710C1 publication Critical patent/RU2684710C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/04Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means
    • G01C21/06Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means involving measuring of drift angle; involving correction for drift

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.SUBSTANCE: invention relates to the field of navigational instrument making and can be used for the aircrafts (AC) flight and guidance by the underlying surface remote probing actual data comparison with the area road map and is intended for use on board of manned and unmanned aircrafts, cruise missiles, etc. using the self-contained information source, for example, radar altimeter (RA) or other radar, for example the front hemisphere scanning radar, to perform the inertial navigation system (INS) measurements correction. Technical results is achieved due to the radar irradiation of the underlying surface and the reflected signals reception along the flight path longitudinal axis; – surface type histogram and correlation selection calculation (change of the surface type corresponds to the road map landmarks); – updating the landmarks borders position and forming a picture (the surface types values array along the flight path or in the given scanning area) of the underlying surface actual remote probing data; – this picture comparison with the road map (reference); – INS readings corrections based on the portraits correlation comparison results.EFFECT: technical result is increase in the AC navigation accuracy, including under conditions of the low-relief underlying surface.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, точнее к радионавигации и может быть использовано для полета и наведения летательных аппаратов (ЛА) посредством сопоставления реальных данных дистанционного зондирования подстилающей поверхности с дорожной картой местности и предназначено для применения на борту пилотируемых и беспилотных самолетов, крылатых ракет и т.д. с использованием автономного источника информации, например, радиовысотомера (РВ) или другого радиолокатора, например, РЛС обзора передней полусферы, для осуществления коррекции измерений инерциальной навигационной системы (ИНС).The invention relates to radio engineering, more precisely, to radio navigation and can be used for flight and guidance of aircraft (LA) by comparing real data of remote sensing of the underlying surface with a road map of the area and is intended for use on board manned and unmanned aircraft, cruise missiles, etc. . using an autonomous information source, for example, a radio altimeter (PB) or another radar, for example, a front hemisphere radar, for correcting measurements of the inertial navigation system (INS).

Общей проблемой применения систем инерциальной навигации является специфика ее работы, которая приводит к появлению и накоплению ошибок в определении положения ЛА, которые с течением времени могут стать неприемлемо большими, поэтому результирующая траектория полета будет значительно отличаться от заданной или запланированной траектории полета в отсутствии коррекции.A common problem with the use of inertial navigation systems is the specifics of its work, which leads to the appearance and accumulation of errors in determining the position of aircraft that may become unacceptably large over time, therefore the resulting flight path will differ significantly from the target or planned flight path in the absence of correction.

Изобретение относится к классу корреляционно-экстремальных навигационных систем (КЭНС), предназначенных для коррекции информационных данных бортовой ИНС путем сравнения (сопоставления) обнаруженных радиоконтрастных [1] ориентиров (т.е. отличающихся по уровню и/или статистическим характеристикам при вертикальном или наклонном зондировании) с эталонной дорожной картой местности, полученной заранее (аэрофотосъемка, спутниковая, геодезическая и пр.).The invention relates to the class of correlation-extreme navigation systems (CENS), designed to correct information data of the onboard INS by comparing (comparing) the detected radio-contrast [1] landmarks (i.e., differing in level and / or statistical characteristics during vertical or oblique sounding) with a reference road map of the area obtained in advance (aerial photography, satellite, geodesic, etc.).

Широко известны спутниковые системы навигации, которые в большинстве случаев дают высокую точность определения координат и других навигационных параметров для коррекции траектории полета ЛА. Недостаток в том, что они не являются автономными, а значит, не обеспечивают достаточную устойчивость коррекции траектории ЛА в условиях естественных и/или искусственных помех.Satellite navigation systems are widely known, which in most cases provide high accuracy in determining coordinates and other navigation parameters for correcting the flight path of an aircraft. The disadvantage is that they are not autonomous, which means that they do not provide sufficient stability of the correction of the aircraft trajectory under conditions of natural and / or artificial interference.

Также широко известны оптические системы, в том числе астрокоррекции траектории полета, как ручные (на стратегических бомбардировщиках и на кораблях) так и автоматические (на баллистических ракетах), например, оптическая корреляционная система [2]. Недостаток таких систем, в том, что они не работают в условиях плохой видимости (за исключением баллистических ракет).Also widely known are optical systems, including astrocorrection of the flight path, both manual (on strategic bombers and on ships) and automatic (on ballistic missiles), for example, the optical correlation system [2]. The disadvantage of such systems is that they do not work in conditions of poor visibility (with the exception of ballistic missiles).

Наиболее эффективным известным средством коррекции накопленных ошибок является использование датчиков геофизических полей [3], обеспечивающих сбор информации в процессе полета ЛА. При этом применяется корреляционно-экстремальный подход, который основан на сравнении полученных измерений поля с априорной (эталонной) информацией о нем, хранящейся в памяти бортового вычислителя.The most effective known means of correcting the accumulated errors is the use of geophysical field sensors [3], which ensure the collection of information during the flight of the aircraft. At the same time, a correlation-extremal approach is used, which is based on a comparison of the obtained field measurements with a priori (reference) information about it stored in the onboard computer memory.

Информативными геофизическими полями могут выступать, магнитные, гравитационные поля, рельеф, оптическая, радиотепловая или радиолокационная яркость.Informative geophysical fields can be magnetic, gravitational fields, relief, optical, radiothermal or radar brightness.

Теорией корреляционно-экстремальных навигационных систем начали заниматься еще в конце 60-ых - начале 70-ых годов, да и сам этот термин впервые ввел академик РАН А.А. Красовский, [4]. Теория навигации по геофизическим полям в РФ хорошо обоснована в [1], [3] и [5], а у зарубежных авторов в [6].The theory of extremal correlation navigation systems began to be dealt with in the late 60s - early 70s, and the term was first introduced by Academician of the Academy of Sciences A.A. Krasovsky, [4]. The theory of navigation in geophysical fields in the Russian Federation is well established in [1], [3] and [5], and among foreign authors in [6].

Практическое применение коррекции ошибок ИНС в ЛА разработано несколько позднее. Например, коррекция ошибок отклонения реальной траектории полета от заданной в настоящее время проводится следующими системами:The practical application of ANS error correction in LA was developed somewhat later. For example, the correction of deviation errors of the real flight path from the given one is currently carried out by the following systems:

- Инфракрасная корреляционная система [7]- Infrared Correlation System [7]

- Пассивный радиометрический коррелятор [8]- Passive radiometric correlator [8]

- Кадровая корреляционно-экстремальная навигационная система [9]- Personnel correlation-extreme navigation system [9]

- Навигационная система по магнитному полю Земли [10]- Navigation system for the Earth’s magnetic field [10]

- Система определения местоположения низко летящих самолетов по профилю впереди лежащей местности [11]- The system for determining the location of low-flying aircraft on the profile ahead of the terrain [11]

- Беспоисковая система навигации по рельефу местности [12]- Search engineless terrain navigation system [12]

Известна «Активная корреляционная система», разработанная фирмой Goodyear Aerospace для решения задач навигации и наведения, названная ROC (Range-Only Correlation), в основу которой положен принцип корреляции вдоль линии [13].The “Active Correlation System” developed by Goodyear Aerospace for solving problems of navigation and guidance, called ROC (Range-Only Correlation), is based on the principle of correlation along the line [13].

Система определяет положение движущегося объекта по времени отраженных радиолокационных импульсов, формируемых по четырем симметричным направлениям и по вертикали. В процессоре быстродействующий коррелятор решает задачу определения координат ЛА путем сравнения обработанных отраженных импульсов с соответствующими данными эталонных карт. Полученная информация поступает в ИНС для коррекции навигационной системы. Облучаемый участок составляет 5×10 км. Недостаток: применение специальной РЛС с вычислителем большой мощности и памяти.The system determines the position of a moving object according to the time of the reflected radar pulses generated in four symmetrical directions and vertically. In the processor, the high-speed correlator solves the problem of determining the coordinates of the aircraft by comparing the processed reflected pulses with the corresponding data of the reference maps. The information received is fed to the INS for the correction of the navigation system. The irradiated area is 5 × 10 km. Disadvantage: the use of special radar with a high power and memory calculator.

Известна «Комбинированная система навигации по рельефу местности» фирмы Мс Donnell-Douglas (США) для крылатой ракеты «Томагавк» (TERCOM - Terrain Contour Matching) [14], в которой система измеряет вертикальный профиль рельефа местности вдоль истинной траектории полета с помощью РВ (для измерения геометрической высоты полета) и баровысотомера (для получения абсолютной высоты полета). Вычитая некоторую высоту, измеренную РВ, из барометрической, система определяет профиль вдоль траектории полета и организует поиск в памяти вычислителя наиболее «похожего», заранее занесенного профили в дорожную карту.The “Donnell-Douglas (United States) Combined Terrain Contour Navigation System for the Torahawk Terror Contour Matching TERCOM [14]) is known, in which the system measures the vertical profile of the terrain along the true flight path using RV for measuring the geometrical flight altitude) and the barov altimeter (for obtaining the absolute flight altitude). Subtracting a certain height, measured by the RV, from the barometric one, the system determines the profile along the flight trajectory and organizes a search in the computer’s memory of the most “similar” previously recorded profiles to the road map.

При нахождении в системе наиболее близкого профиля определяется истинное положение ЛА, и эта информация используется для коррекции траектории. Недостатки: сложный алгоритм работы, требуется большой объем памяти и высокое быстродействие ЦП, т.к. обзор местности ведется вперед/назад, затем поперек пути полета, а это 30×30 м вдоль и 240×240 м поперек). Коррекция системы по скорости и угловому положению не проводится.When in the system of the closest profile, the true position of the aircraft is determined, and this information is used to correct the trajectory. Disadvantages: complex algorithm of work, requires a large amount of memory and high CPU performance, because An overview of the terrain is conducted forward / backward, then across the flight path, and these are 30 × 30 m long and 240 × 240 m across). The system is not corrected for speed and angular position.

Усовершенствованный алгоритм КЭНС по полю рельефа был реализован в системе SITAN (Sandia inertial navigation system) [12, 15]. В первом случае вместо коррелятора используется фильтр Калмана, который обрабатывает навигационные данные поля рельефа с последующим формированием гипотез о местоположении ЛА.The advanced algorithm of CENS over the field of relief was implemented in the SITAN system (Sandia inertial navigation system) [12, 15]. In the first case, the Kalman filter is used instead of the correlator, which processes the navigation data of the relief field with the subsequent formation of hypotheses about the location of the aircraft.

Недостатки: также необходима сложная обработка информации, кроме того необходим тщательный выбор коэффициентов фильтра Калмана для каждого типа рельефа.Disadvantages: complex information processing is also necessary, besides careful selection of Kalman filter coefficients for each type of relief is necessary.

Следующий шаг по пути использования эмпирических данных рельефа местности получен в системе VATAN [16], вместо фильтра Калмана в ней используется алгоритм Витерби, который работает быстрее, чем алгоритм в системах SITAN и TERCOM за счет применения быстрых алгоритмов типа Монте-Карло и Витерби. Плюсом также является более полное использование эмпирических данных. Недостаток: все еще является весьма сложным алгоритмом, кроме того все системы навигации по рельефу не работают с участками мелорельефной поверхности.The next step in the use of empirical terrain data obtained in the VATAN system [16], instead of the Kalman filter, it uses the Viterbi algorithm, which runs faster than the algorithm in the SITAN and TERCOM systems by applying fast Monte-Carlo and Viterbi algorithms. A plus is also a more complete use of empirical data. Disadvantage: it is still a very complex algorithm, in addition, all relief navigation systems do not work with areas of a mellerefacular surface.

Таким образом, решение задачи навигации и точность ее решения зависят от типа используемого геофизического поля. Поэтому на практике ни одна из известных систем КЭНС не позволяет полностью решить задачу навигации во всем диапазоне возможных условий применения для различных геофизических полей.Thus, the solution of the navigation problem and the accuracy of its solution depend on the type of geophysical field used. Therefore, in practice, none of the well-known CENS systems makes it possible to completely solve the problem of navigation in the whole range of possible application conditions for various geophysical fields.

Наиболее близким техническим решением является применение для коррекции ИНС радиовысотомера фирмы Honeywell (США) AN/APN - 197, предназначенного для измерения (в совокупности с сигналами вертикального акселерометра и барометрического высотомера) поля рельефа на борту крылатой ракеты «Томагавк». Характеристики РВ приведены в [17]. Недостатки: применение такой системы для сверхзвуковых крылатых ракет (например, типа «Калибр», РФ) проблематично, т.к. потребуется значительно большие вычислительные мощности, объем памяти и увеличение массогабаритных характеристик для получения приемлемых точностных характеристик.The closest technical solution is to use the Honeywell (USA) AN / APN - 197 radio altimeter for correcting the INS, which is designed to measure (together with signals from the vertical accelerometer and barometric altimeter) the relief field on board the Tomahawk cruise missile. Characteristics of PB are given in [17]. Disadvantages: the use of such a system for supersonic cruise missiles (for example, of the “Caliber” type, the Russian Federation) is problematic, since much more computational power, memory size and increase in weight and size characteristics will be required to obtain acceptable accuracy characteristics.

Наиболее перспективным направлением авторам представляется использование поля радиоконтраста, основанного на сравнении цифровой дорожной карты ориентиров местности полета с данными дистанционного зондирования, наблюдаемыми радиолокационными датчиками в реальном масштабе времени. При малорельефной поверхности поле радиоконтраста сохраняет информативность по причине наличия инфраструктурных объектов (автодорожная и ж/д сеть, мосты, трубопроводы и пр.), а также природные ориентиры (реки, границы озер, поля, леса и т.д.).The most promising direction for authors is the use of a radio contrast field based on comparing a digital roadmap of landmarks of a flight with remote sensing data observed by real-time radar sensors. With a low-relief surface, the radio contrast field retains informational content due to the availability of infrastructure facilities (road and rail network, bridges, pipelines, etc.), as well as natural landmarks (rivers, lakes borders, fields, forests, etc.).

Технической задачей изобретения является повышение точности навигации ЛА, в том числе и главное в условиях малорельефной подстилающей поверхности.An object of the invention is to improve the accuracy of navigation of the aircraft, including the most important in the conditions of low-relief underlying surface.

Технический результат достигается за счет:The technical result is achieved due to:

- облучения РЛС подстилающей поверхности и приема отраженных сигналов по продольной оси траектории полета;- irradiation of the radar surface of the underlying surface and reception of reflected signals along the longitudinal axis of the flight path;

- вычисления гистограммы и корреляционного выбора типа поверхности (смена типа поверхности соответствует ориентирам дорожной карты местности);- calculation of the histogram and the correlation selection of the surface type (the change of the surface type corresponds to the landmarks of the road map);

- уточнения положения границ ориентиров и формирования портрета (массива значений типов поверхности вдоль траектории полета или в заданной площади сканирования) реальных данных дистанционного зондирования подстилающей поверхности;- clarify the position of the boundaries of landmarks and the formation of a portrait (an array of values of surface types along the flight path or in a given scanning area) of real remote sensing data of the underlying surface;

- сопоставления этого портрета с дорожной картой (эталоном);- comparison of this portrait with a road map (benchmark);

- корректировки показаний ИНС по результатам корреляционного сопоставления портретов.- adjustments of the indications of ANN according to the results of correlative comparison of portraits.

Для решения поставленной задачи предлагается система коррекции ошибок навигации летательного аппарата по дорожной карте местности, содержащая инерциальную систему с вычислителем координат ЛА, радиовысотомер/радиолокатор, дорожную карту местности и схему коррекции ошибок, характеризующаяся тем, что схема коррекции ошибок содержит следующие узлы и блоки: амплитудный детектор, блок нормировки по высоте, блок вычисления гистограмм, блок базы данных эталонов, коррелятор выбора типа поверхности, блок уточнения положения границ, классификатор типа протяженного объекта, селектор типа поверхности, коррелятор, сумматор, формирователь сигналов коррекции, блок разрешения коррекции, синхронизатор разрешения коррекции со следующими соединениями: радиовысотомер/радиолокатор 1 принятым отраженным сигналом соединен через амплитудный детектор 2 с первым входом блока нормировки по высоте 3, сигналом коэффициент усиления соединен со вторым входом блока нормировки по высоте 3, а сигналом высота с третьим входом блока нормировки по высоте 3 и с первым входом классификатора типа протяженного объекта 8; выход блока нормировки по высоте 3 через блок вычисления гистограмм 4 соединен с первым входом коррелятора выбора типа поверхности 6, на второй вход которого подается сигнал с первого выхода блока базы данных эталонов 5, выход коррелятора выбора типа поверхности 6 и второй выход блока базы данных эталонов 5 подаются на блок уточнения положения границ 7, выход которого подается на второй вход классификатора типа протяженного объекта 8 и первым входом коррелятора 11, вероятностный выход которого соединен с первый вход синхронизатора разрешения коррекции 17, со вторым входом которого соединен классификатор типа протяженного объекта 8; первый выход данных ИНС 15 через вычислитель координат 12 соединен с первым входом сумматора 13; сигнал с выхода формирователя сигнала коррекции 14 подается на сумматор 13 и первый вход блока разрешения коррекции 16, на второй вход которого подается сигнал с синхронизатора разрешения коррекции 17, а выход блока разрешения коррекции 16 соединен с входом ИНС 15, которая в свою очередь вторым выходом сигнала горизонтальной скорости ЛА соединена с третьим входом классификатора типа протяженного объекта 8; выходы сумматора 13 и дорожной карты местности 9 подаются на входы селектора типа поверхности 10, выход которого соединен со вторым входом коррелятора 11; выход вычислителя координат ЛА 12 также выдается в систему управления ЛА.To solve this problem, an error correction system for aircraft navigation on a terrain roadmap containing an inertial system with an LA coordinate calculator, a radio altimeter / radar, a terrain roadmap and an error correction circuit, characterized in that the error correction circuit contains the following nodes and blocks: amplitude detector, height normalization unit, histogram calculation unit, template database unit, surface type selection correlator, boundary position refinement unit, classification torus of the extended object type, surface type selector, correlator, adder, correction signal generator, correction resolution block, correction resolution synchronizer with the following connections: radio altimeter / radar 1 by the received reflected signal is connected through the amplitude detector 3 to the height 3 and the signal the gain is connected to the second input of the normalization unit in height 3, and a signal to the height of the third input of the normalization unit in height 3 and to the first input of the classifier length wennogo object 8; the output of the normalization block for height 3 is connected via the histogram computing unit 4 to the first input of the surface type selection correlator 6, the second input of which receives a signal from the first output of the database of the standards database 5, the output of the correlator of the surface type selection 6 and the second output of the database of the standards 5 served on the unit for specifying the position of the boundaries 7, the output of which is fed to the second input of the classifier of the extended object type 8 and the first input of the correlator 11, the probabilistic output of which is connected to the first input of the resolution synchronizer correction 17 to the second input of which is connected classifier type extended object 8; the first data output of the INS 15 through the coordinate transmitter 12 is connected to the first input of the adder 13; the signal from the output of the correction signal shaper 14 is fed to the adder 13 and the first input of the correction resolution block 16, to the second input of which a signal is sent from the correction resolution synchronizer 17, and the output of the correction resolution block 16 is connected to the input of the INS 15, which in turn the second signal output the horizontal speed of the aircraft is connected to the third input of the classifier of the type of an extended object 8; the outputs of the adder 13 and the roadmap of the area 9 are fed to the inputs of the selector type surface 10, the output of which is connected to the second input of the correlator 11; the output of the transmitter coordinates LA 12 is also issued in the control system of the aircraft.

На фиг. приведена структурная схема системы коррекции ошибок ИНС летательного аппарата по дорожной карте местности, на которой показаны:FIG. A block diagram of the INS error correction system of the aircraft is shown according to the road map of the area, which shows:

1) радиовысотомер (РВ) или другой радиолокатор;1) radio altimeter (PB) or other radar;

2) амплитудный детектор (АД);2) amplitude detector (BP);

3) блок нормировки по высоте;3) block normalization in height;

4) блок вычисления гистограмм;4) histogram calculation unit;

5) блок базы данных эталонов;5) block database of standards;

6) коррелятор выбора типа поверхности;6) the correlator of the choice of the type of surface;

7) блок уточнения положения границ;7) a block for clarifying the position of boundaries;

8) классификатор типа протяженного объекта;8) classifier type extended object;

9) дорожная карта местности;9) road map of the area;

10) селектор типа поверхности;10) surface type selector;

11) коррелятор;11) correlator;

12) вычислитель координат ЛА;12) calculator coordinates LA;

13) сумматор;13) adder;

14) формирователь сигналов коррекции;14) correction signal generator;

15) инерциальная навигационная система (ИНС);15) inertial navigation system (INS);

16) блок разрешения коррекции;16) correction resolution block;

17) синхронизатор разрешения коррекции.17) correction resolution synchronizer.

Система коррекции траектории ЛА по дорожной карте местности работает следующим образом.The system of correction of the trajectory of the aircraft according to the roadmap of the area works as follows.

С радиовысотомера или радиолокатора (зондирование под углом к надиру) отраженный сигнал поступает в амплитудный детектор, который вычисляет значение амплитуды сигнала в реальном времени. Далее, используя информацию о высоте и коэффициенте усиления из РВ, значение амплитуды нормируется к высоте полета в блоке нормировки по высоте. В процессе полета информация об амплитуде накапливается и по накопленным значениям амплитуды формируется гистограмма амплитуды отраженного сигнала. Далее гистограмма нормируется к единичной площади. После формирования первой гистограммы она в реальном времени вычисляется непрерывно по мере прихода информации об амплитуде.From the radio altimeter or radar (probing at an angle to the nadir) the reflected signal enters the amplitude detector, which calculates the value of the amplitude of the signal in real time. Further, using information about the altitude and the gain from the RV, the amplitude value is normalized to the flight altitude in the normalization block in height. During the flight, information about the amplitude is accumulated and a histogram of the amplitude of the reflected signal is generated from the accumulated amplitude values. Further, the histogram is normalized to a unit area. After the formation of the first histogram, it is calculated in real time continuously as the amplitude information arrives.

Из блока базы данных эталонов гистограммы эталонов поступают в коррелятор типа подстилающей поверхности. Здесь происходит сравнение текущей гистограммы и эталонной, вычисляется площадь пересечения гистограмм. Если ни один тип поверхности не обеспечил превышение минимального порога, на выходе выдается ноль. На выходе коррелятора типа подстилающей поверхности - тип поверхности (численный идентификатор). В случае смены типа подстилающей поверхности информация о подстилающей поверхности поступает на вход блока уточнения положения границ. В этот блок поступает также информация об ошибках смещения (определены в блоке базы данных эталонов для каждого сочетания типовых подстилающих поверхностей) для устранения ошибки смещения. Информация с выхода поступает в классификатор типа протяженного объекта, который определяет, что за объект был пересечен «граница» или «полоса» в зависимости от ширины протяженного объекта и было ли вообще движение ЛА (по данным о скорости ЛА с ИНС). Ширина протяженного объекта оценивается по времени между отсчетами и информации о скорости, полученной с ИНС. Также эта информация поступает на вход коррелятора, который сравнивает имеющуюся последовательность типов подстилающих поверхностей с последовательностью, полученной из селектора типа подстилающей поверхности.From the database of standards templates, the histograms of standards are fed to the correlator of the type of underlying surface. Here, the current histogram is compared with the reference, the area of histogram intersection is calculated. If no surface type has exceeded the minimum threshold, zero is output. At the output of the correlator of the underlying surface type - the type of surface (numerical identifier). In the case of changing the type of underlying surface information about the underlying surface is fed to the input of the block to clarify the position of the boundaries. Information on offset errors (defined in the pattern database block for each combination of typical underlying surfaces) is also received in this block to eliminate the offset error. Information from the output enters the classifier of the type of an extended object, which determines that the “border” or “strip” was crossed for the object depending on the width of the extended object and whether there was any movement of the aircraft (according to the speed of the aircraft with the ANN). The width of the extended object is estimated by the time between readings and the speed information obtained from the INS. This information is also fed to the input of the correlator, which compares the existing sequence of types of underlying surfaces with the sequence obtained from the selector of the type of underlying surface.

Информация с ИНС поступает в вычислитель координат ЛА, который реализован в составе бортового вычислителя. С выхода вычислителя информация поступает в сумматор. С сумматора информация поступает в селектор типа подстилающей поверхности, который формирует последовательность типов подстилающей поверхности для текущей гипотезы о траектории (положении) ЛА, с учетом информации обо всех предыдущих значениях типа подстилающей поверхности, накопленных в процессе полета.Information from the INS enters the calculator coordinates LA, which is implemented as part of the onboard calculator. From the output of the calculator information enters the adder. From the adder, information enters the underlying surface type selector, which forms a sequence of underlying surface types for the current hypothesis of the aircraft's trajectory (position), taking into account information about all previous values of the underlying surface type accumulated during the flight.

Коррелятор сравнивает текущую последовательность типов подстилающих поверхностей с полученной из селектора типа подстилающей поверхности. С выхода коррелятора значение вероятности совпадения поступает на формирователь сигналов коррекции, который вычисляет ошибку координат для последовательности типов подстилающих поверхностей, уточняет положение текущей последовательности, путем формирования гипотез о положении (смещении координат) ЛА. Далее ошибка по координатам поступает на сумматор, который смещает положение последовательности типовых подстилающих поверхностей для проверки следующей гипотезы. Синхронизатор разрешения коррекции, в случае превышения порога для значения вероятности совпадения, выдает сигнал разрешения коррекции, в результате чего значение ошибки рассогласования координат ЛА (уточненной в результате приведенной выше проверке гипотез) передается в ИНС. В случае малого значения вероятности совпадения используется второй входной сигнал синхронизатора с классификатора, который изменяет значение порога по результатам оценки ширины протяженных объектов в классификаторе протяженных объектов.The correlator compares the current sequence of types of underlying surfaces with that obtained from the selector of the type of underlying surface. From the output of the correlator, the coincidence probability value arrives at the correction signal generator, which calculates the coordinate error for the sequence of types of underlying surfaces, specifies the position of the current sequence by forming hypotheses about the position (shift of coordinates) of the aircraft. Next, the error in the coordinates goes to the adder, which shifts the position of the sequence of typical underlying surfaces to test the following hypothesis. The correction resolution synchronizer, in case of exceeding the threshold for the coincidence probability value, generates a correction resolution signal, as a result of which the value of the aircraft coordinate mismatch error (specified as a result of the above hypothesis test) is transmitted to the INS. In the case of a small value of the coincidence probability, the second synchronizer input signal from the classifier is used, which changes the threshold value according to the results of estimating the width of extended objects in the classifier of extended objects.

Уточненные в результате работы схемы коррекции ошибок, значения координат выдаются в систему управления ЛА [3].Refined as a result of the operation of the error correction scheme, the coordinate values are given to the aircraft control system [3].

Система коррекции траектории ЛА может быть реализована на вычислителе, например 1879 ВМЗ. Типовой радиовысотомер А-078 может быть использован в системе коррекции.The system for correcting the trajectory of the aircraft can be implemented on a calculator, for example, 1879 VMS. Typical radio altimeter A-078 can be used in the correction system.

Система радиовысотомера А-078 обеспечивает динамическую перестройку значений мощности принимаемого сигнала в пределах 135 дБ, что соответствует изменению высоты в 2371 раз (уровень сигнала меняется пропорционально 1/R4), например, от 5 м до 11 тыс. м. Для сохранения информации о высоте достаточно использовать 12-разрядную АЦП.The radio altimeter system A-078 provides dynamic tuning of the received signal power values within 135 dB, which corresponds to a height change of 2371 times (the signal level changes proportionally to 1 / R 4 ), for example, from 5 m to 11 thousand meters. To save information about height is enough to use a 12-bit ADC.

Введем следующие обозначения:We introduce the following notation:

С - операция сравнения;C - comparison operation;

Р - операция умножения;P - multiplication operation;

А - операция сложения;And - addition operation;

S - операция выбора.S is an operation of choice.

Оценка требуемого быстродействия (для скорости ЛА 300 м/с, частоте поступления информации об амплитуде 300 отсч./сек, дальности полета 300 км, плотности ориентиров 40 шт/100 км, полной записи типов поверхности 10 км для селектора типа подстилающей поверхности и 1 км для блока уточнения положения границ, а в сокращенном виде (протяженность-тип поверхности) для всего полета) показал, что самым требовательным по ресурсам блоком является селектор типа подстилающей поверхности (106 (S+A) операций и 1 Мбайт памяти), далее идет блок уточнения положения границ (101 Кбайт памяти и порядка 105 (S+2A) операций) корреляторы (200 байт памяти и 104 (2S+4A)+100Р операций, и 7⋅104 (P+C+A)+C+6A+70S) операций и (10,5+1) Кбайт памяти соответственно), а также блок построения гистограмм (1 Кбайт памяти и 340 (7С+1А)+7А+7Р операций). Остальные блоки требуют малого объема ресурсов. Таким образом, без учета накладных расходов потребуется менее 2⋅106 (S+A)+105 Р операций и 2 Мбайт памяти. Поскольку половину времени процессор занят внутренними задачами, то с учетом накладных расходов (около 300% дополнительно) необходимо обеспечить быстродействие 16 млн.оп/сек. С учетом оптимизации, распараллеливания и снижения накладных расходов можно снизить требуемый ресурс вчетверо и более. Но даже без учета оптимизации современные быстродействующие сигнальные процессоры, например 1879 ВМ3 способны обеспечить требуемый ресурс.Estimate of the required speed (for LA speeds of 300 m / s, frequency of receiving information on the amplitude 300 samples / sec, flight range of 300 km, density of landmarks 40 pcs / 100 km, full recording of surface types 10 km for the underlying surface type selector and 1 km for the unit to clarify the position of the boundaries, and in abbreviated form (length-type of surface) for the entire flight) showed that the most demanding in terms of resources the block is the underlying surface type selector (10 6 (S + A) operations and 1 MB of memory), then boundary position adjustment block (1 01 KB of memory and about 10 5 (S + 2A) operations) correlators (200 bytes of memory and 10 4 (2S + 4A) + 100Р operations, and 7⋅10 4 (P + C + A) + C + 6A + 70S) operations and (10.5 + 1) Kbytes of memory, respectively), as well as a block for constructing histograms (1 Kbytes of memory and 340 (7C + 1A) + 7A + 7P operations). The remaining blocks require a small amount of resources. Thus, without overhead, less than 210 6 (S + A) + 10 5 P operations and 2 MB of memory will be required. Since half of the time the processor is busy with internal tasks, then taking into account the overhead (about 300% extra), it is necessary to ensure the speed of 16 mln.op / sec. Taking into account optimization, parallelization and reduction of overhead costs, the required resource can be reduced by a factor of four and more. But even without taking into account the optimization of modern high-speed signal processors, for example, 1879 VM3 are able to provide the required resource.

Таким образом, построение системы по предлагаемой схеме позволяет обеспечить высокую точность коррекции координат полета ЛА в условиях малорельефного ландшафта, и, в итоге, повысить точность навигации за счет использования расширенного списка навигационных ориентиров.Thus, the construction of the system according to the proposed scheme allows to ensure high accuracy of the correction of the coordinates of the flight of the aircraft in a low-relief landscape, and, as a result, to improve the accuracy of navigation through the use of an extended list of navigation landmarks.

В итоге: данная система соответствует основному экономическому закону: «стоимость-эффективность».In summary: this system complies with the basic economic law: “cost-effectiveness”.

Список использованных источниковList of used sources

1. Кондратенков, Г.И. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли / Г.И. Кондратенков, А.Ю. Фролов. - М.: Радиотехника, 2005. - 368 с.1. Kondratenkov, G.I. Radio vision. Earth remote sensing radar systems / GI Kondratenkov, A.Yu. Frolov. - M .: Radio Engineering, 2005. - 368 p.

2. Патент RU 2584368. Способ определения контрольных значений пространственно-угловой ориентации самолета на трассах и приаэродромных зонах при летных испытаниях пилотажно-навигационного оборудования для его осуществления. Дата приоритета: 13.02.2015.2. Patent RU 2584368. The method for determining the reference values of the spatial-angular orientation of the aircraft on the routes and near-aerodrome zones during flight tests of flight-navigation equipment for its implementation. Priority Date: February 13, 2015.

3. Белоглазов, И.Н. Основы навигации по геофизическим полям. / И.Н. Белоглазов, Г.И. Джанджгава, Г.П. Чигин. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 328 с.3. Beloglazov, I.N. Basics of navigation in geophysical fields. / I.N. Beloglazov, G.I. Janjgava, G.P. Chigin. - M .: Science. Main editors of physical and mathematical literature, 1985. - 328 p.

4. Красовский А.А., Белоглазов И.Н., Чигин Г.П. Теория корреляционно экстремальных систем, М., Наука, 1979.4. Krasovsky, A.A., Beloglazov, I.N., Chigin, G.P. Theory of correlation extremal systems, M., Nauka, 1979.

5. Белоглазов, И.Н. Корреляционно-экстремальные системы / И.Н. Белоглазов, В.П. Тарасенко. - М.: Сов. радио, 1974. - 392 с.5. Beloglazov, I.N. Correlation-extremal systems / I.N. Beloglazov, V.P. Tarasenko. - M .: Owls. Radio, 1974. - 392 p.

6. Skolnik, М.I. Radar Handbook / М.I. Skolnik, Third Edition. The McGraw-Hill Companies, 2008. - 1351 p.6. Skolnik, M.I. Radar Handbook / M.I. Skolnik, Third Edition. The McGraw-Hill Companies, 2008. - 1351 p.

7. Патент RU 2525601. Комплексная корреляционно-экстремальная навигационная система. Дата приоритета: 18.02.20137. Patent RU 2525601. Integrated correlation extremal navigation system. Priority Date: 02/18/2013

8. Патент RU 2593149. Адаптивный способ пассивной радиолокации. Дата приоритета: 29.07.20158. Patent RU 2593149. Adaptive method of passive radar. Priority Date: 07/29/2015

9. Патент RU 2406071. Способ навигации движущихся объектов. Дата приоритета: 14.07.20099. Patent RU 2406071. A method for navigating moving objects. Priority Date: 07/14/2009

10. Патент RU 2635820. Способ коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Дата приоритета: 11.05.201610. Patent RU 2635820. A method for correcting a strapdown inertial navigation system. Priority Date: 05/11/2016

11. Патент RU 2273590. Комплексная система посадки летательных аппаратов и способ захода на посадку. Дата приоритета: 16.11.200411. Patent RU 2273590. Integrated landing system of aircraft and method of landing. Priority Date: 11/16/2004

12. Баклицкий, В.К. Корреляционно-экстремальные методы навигации и наведения / В.К. Баклицкий. - Тверь: ТО «Книжный клуб», 2009. - 360 с.12. Baklitsky, V.K. Correlation-extremal methods of navigation and guidance / V.K. Baklitsky. - Tver: Book Club TO, 2009. - 360 p.

13. Reed C.G., Hogan J.J. Range correlation for cruise missiles.

Figure 00000001
v. 3.13. Reed CG, Hogan JJ Range correlation for cruise missiles.
Figure 00000001
v. 3

14. Patent US 7522090 B2. Systems and methods for a terrain contour matching navigation system. Дата приоритета: 21.04.200914. Patent US 7522090 B2. Terrain contour matching navigation system. Priority Date: 04/21/2009

15. Patent US 4829304 A. Map-aided navigation system employing TERCOM-SITAN signal processing. Дата приоритета: 20.05.198915. Patent US 4829304 A. Map-aided navigation system employing TERCOM-SITAN signal processing. Priority Date: 05/20/1989

16. Enns, R., Morrell, D., "Terrain-Aided Navigation Using the Viterbi Algorithm", AIAA, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 18, No. 6, November-December 1995.16. Enns, R., Morrell, D., "Terrain-Aided Navigation Using the Viterbi Algorithm", AIAA, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 18, No. 6, November-December 1995.

17. Klass Ph. J. New guidance technique being tested. - Aviation Week and Space Technology, 1974, v. 100, No. 8.17. Klass Ph. J. New guidance technique being tested. - Aviation Week and Space Technology, 1974, v. 100, No. eight.

Claims (1)

Система коррекции ошибок ИНС летательного аппарата по дорожной карте местности, содержащая инерциальную систему (ИНС) с вычислителем координат летательного аппарата (ЛА), радиовысотомер/радиолокатор, дорожную карту местности и схему коррекции ошибок, характеризующаяся тем, что схема коррекции ошибок содержит следующие узлы и блоки: амплитудный детектор, блок нормировки по высоте, блок вычисления гистограмм, блок базы данных эталонов, коррелятор выбора типа поверхности, блок уточнения положения границ, классификатор типа протяженного объекта, селектор типа поверхности, коррелятор, сумматор, формирователь сигналов коррекции, блок разрешения коррекции, синхронизатор разрешения коррекции со следующими соединениями: радиовысотомер/радиолокатор принятым отраженным сигналом соединен через амплитудный детектор с первым входом блока нормировки по высоте, сигналом коэффициент усиления соединен со вторым входом блока нормировки по высоте, а сигналом высота - с третьим входом блока нормировки по высоте и с первым входом классификатора типа протяженного объекта; выход блока нормировки по высоте через блок вычисления гистограмм соединен с первым входом коррелятора выбора типа поверхности, на второй вход которого подается сигнал с первого выхода блока базы данных эталонов, выход коррелятора выбора типа поверхности и второй выход блока базы данных эталонов подаются на блок уточнения положения границ, выход которого подается на второй вход классификатора типа протяженного объекта и первый вход коррелятора, вероятностный выход которого соединен с первым входом синхронизатора разрешения коррекции, со вторым входом которого соединен классификатор типа протяженного объекта; первый выход данных ИНС через вычислитель координат соединен с первым входом сумматора; сигнал с выхода формирователя сигнала коррекции подается на сумматор и первый вход блока разрешения коррекции, на второй вход которого подается сигнал с синхронизатора разрешения коррекции, а выход блока разрешения коррекции соединен с входом ИНС, которая в свою очередь вторым выходом сигнала горизонтальной скорости ЛА соединена с третьим входом классификатора типа протяженного объекта; выходы сумматора и дорожной карты местности подаются на входы селектора типа поверхности, выход которого соединен со вторым входом коррелятора; выход вычислителя координат ЛА также выдается в систему управления ЛА.An INS error correction system of an aircraft according to a roadmap of a terrain containing an inertial system (INS) with an aircraft coordinate transmitter (LA), a radio altimeter / radar, a terrain roadmap and an error correction circuit, characterized in that the error correction circuit contains the following nodes and blocks : amplitude detector, height normalization unit, histogram calculation unit, standard database block, surface type selection correlator, boundary position refinement block, extended length type classifier object, surface type selector, correlator, adder, correction signal conditioner, correction resolution block, correction resolution synchronizer with the following connections: radio altimeter / radar received echo signal through the amplitude detector with the first input of the normalization block, gain signal with the second input block normalization height, and the signal height - with the third input of the block normalization height and the first input of the type of extended object type; the output of the normalization block in height is connected through the histogram computing unit to the first input of the surface type selection correlator, to the second input of which a signal is sent from the first output of the standards database block, the output of the surface type selection correlator and the second output of the standards database block to the boundary position refinement unit , the output of which is fed to the second input of the classifier type of an extended object and the first input of the correlator, the probabilistic output of which is connected to the first input of the synchronizer of the correction resolution , The second input of which is connected to an extended object type classifier; the first output of the INS data through the coordinate transmitter is connected to the first input of the adder; the signal from the shaper output of the correction signal is fed to the adder and the first input of the correction resolution block, to the second input of which a signal is sent from the correction resolution synchronizer, and the output of the correction resolution block is connected to the INS input, which in turn is connected to the third output of the horizontal speed signal LA the input of the classifier type extended object; the outputs of the adder and the roadmap of the terrain are fed to the inputs of the surface type selector, the output of which is connected to the second input of the correlator; the output of the transmitter coordinates of the aircraft is also issued in the control system of the aircraft.
RU2018112605A 2018-04-06 2018-04-06 Aircraft ins errors correction system by the area road map RU2684710C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112605A RU2684710C1 (en) 2018-04-06 2018-04-06 Aircraft ins errors correction system by the area road map

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112605A RU2684710C1 (en) 2018-04-06 2018-04-06 Aircraft ins errors correction system by the area road map

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2684710C1 true RU2684710C1 (en) 2019-04-11

Family

ID=66168186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018112605A RU2684710C1 (en) 2018-04-06 2018-04-06 Aircraft ins errors correction system by the area road map

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2684710C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755650C1 (en) * 2020-12-24 2021-09-17 Акционерное общество "ЭЙРБУРГ" Method for scanning underlying surface along course
CN115855036A (en) * 2022-11-08 2023-03-28 中煤科工集团信息技术有限公司 A mine personnel trajectory and attitude monitoring method based on active identification and inertial navigation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA001163B1 (en) * 1996-11-05 2000-10-30 Уорлдспэйс, Инк. System for providing location-specific data to a user
RU2382416C2 (en) * 2008-03-20 2010-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Системы передовых технологий " (ООО "Системы передовых технологий") Method of determining speed and coordinates of vehicles with subsequent identification thereof and automatic recording traffic offences and device for realising said method
EP2333491A1 (en) * 2004-12-17 2011-06-15 Nike International Ltd Multi-sensor monitoring of athletic performance
RU2476825C2 (en) * 2011-03-01 2013-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) Method of controlling moving object and apparatus for realising said method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA001163B1 (en) * 1996-11-05 2000-10-30 Уорлдспэйс, Инк. System for providing location-specific data to a user
EP2333491A1 (en) * 2004-12-17 2011-06-15 Nike International Ltd Multi-sensor monitoring of athletic performance
RU2382416C2 (en) * 2008-03-20 2010-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Системы передовых технологий " (ООО "Системы передовых технологий") Method of determining speed and coordinates of vehicles with subsequent identification thereof and automatic recording traffic offences and device for realising said method
RU2476825C2 (en) * 2011-03-01 2013-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) Method of controlling moving object and apparatus for realising said method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ботуз С.П. Автоматизация исследования, разработки и патентования позици-онных систем программного управления. - М.: Наука. Физматлит, 1999. C. 10-18, 204-221. *
Сырямкин В.И. и др. Системы технического зрения. Справочник. Томск: МГП "РАСКО", 1992. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755650C1 (en) * 2020-12-24 2021-09-17 Акционерное общество "ЭЙРБУРГ" Method for scanning underlying surface along course
CN115855036A (en) * 2022-11-08 2023-03-28 中煤科工集团信息技术有限公司 A mine personnel trajectory and attitude monitoring method based on active identification and inertial navigation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111221018B (en) A GNSS multi-source information fusion navigation method for suppressing maritime multipath
CN103411609B (en) A kind of aircraft return route planing method based on online composition
RU2487419C1 (en) System for complex processing of information of radio navigation and self-contained navigation equipment for determining real values of aircraft navigation parameters
RU2458358C1 (en) Goniometric-correlation method of determining location of surface radio sources
CN108873038A (en) Autonomous parking localization method and positioning system
CN113252038B (en) Course planning terrain auxiliary navigation method based on particle swarm optimization
WO2021097983A1 (en) Positioning method, apparatus, and device, and storage medium
KR101925366B1 (en) electronic mapping system and method using drones
Dumble et al. Efficient terrain-aided visual horizon based attitude estimation and localization
RU2513900C1 (en) Method and device to determine object coordinates
RU2623452C1 (en) Method of navigation of moving objects
RU2684710C1 (en) Aircraft ins errors correction system by the area road map
RU2611564C1 (en) Method of aircrafts navigation
RU2559820C1 (en) Method for navigation of moving objects
US10184799B2 (en) Systems and methods for targeting objects of interest in denied GPS environments
Andert et al. Optical-aided aircraft navigation using decoupled visual SLAM with range sensor augmentation
RU2556286C1 (en) Measurement of aircraft heading
CN118226401B (en) Fixed wing aircraft pose measurement method and device based on laser radar three-dimensional point cloud
Quist UAV navigation and radar odometry
US20220244407A1 (en) Method for Generating a Three-Dimensional Environment Model Using GNSS Measurements
RU2694786C1 (en) Navigation combined optical system
CN112902957A (en) Missile-borne platform navigation method and system
Zhang et al. A real-time airborne terrain aided inertial navigation system and its performance analysis
Hoshizaki et al. Performance of Integrated Electro‐Optical Navigation Systems
RU2617147C1 (en) Method for initial orienting gyroscopic navigation system for land mobiles

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200407