"Гироскопия и навигация" №1

Б.В.Шебшаевич

Основные тенденции развития аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем

3

Анализируются тенденции, сложившиеся на мировом рынке аппаратуры потребителей Глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). С точки зрения мировых тенденций развития массовой аппаратуры потребителей обсуждаются состояние и проблемы ГНСС ГЛОНАСС. Делается вывод о том, что утвержденная Правительством РФ в 2001 г. Федеральная целевая программа "Глобальная навигационная система" в полной мере учитывает современные тенденции развития аппаратуры потребителей и позволяет рассчитывать на развитие и интеграцию системы ГЛОНАСС в мировой рынок ГНСС.

Л.П.Несенюк

Бесплатформенные инерциальные системы. Обзор состояния и перспектив развития

13

Рассмотрены основные тенденции в разработке бесплатформенных инерциальных систем (БИНС) в течение двух последних десятилетий. За это время удалось решить две главные проблемы, определяющие возможность создания высокоточных БИНС для авиации, а затем и других областей применения. Этими проблемами являлись: создание гироскопов навигационного класса точности, пригодных для БИНС, и компактного бортового вычислителя с высоким быстродействием и достаточной памятью. Первая проблема была решена благодаря созданию лазерных гироскопов, вторая -- за счет стремительного развития средств вычислительной техники. 
Прогресс последних лет в значительной мере связан с интеграцией БИНС и приемкой аппаратуры глобальных спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. 
Обзор современного состояния и ближайшей перспективы развития БИНС в России и за рубежом показывает, что целью новых разработок является не столько повышение точности, сколько улучшение эксплуатационных характеристик и снижение стоимости. В этом направлении значительный прогресс ожидается за счет использования волоконно-оптических и микромеханических гироскопов.

О.А.Степанов

Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации

23

Исследуются особенности интегрированных систем навигации, основанных на комплексном использовании данных, вырабатываемых спутниковыми и инерциальными средствами. Обсуждаются возможные варианты их построения и проводится сопоставительный анализ систем различных типов. Значительное внимание уделяется специфике решения задачи ориентации в интегрированных системах. Анализируется опыт ведущих фирм, накопленный при разработке и применении интегрированных систем различного назначения. Статья носит обзорный характер. При ее подготовке наряду с прочими использованы материалы сборника статей и докладов "Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации", выпущенного в конце 2001 в ГНЦ РФ "Электроприбор" 2001.

Ю.С.Александров

Вычисление квантилей радиального отклонения при нормальном и близком к нормальному рассеивании на плоскости

46

Предлагается метод вычисления квантили произвольного порядка радиального отклонения при нормальном несмещенном рассеивании на плоскости. Показано, что квантиль порядка P может быть представлена в виде произведения корня квадратного из половины следа корреляционной матрицы Qдвухмерного вектора отклонения от заданной точки, квантили того же порядка корня квадратного из случайной величины, имеющей c²-распределение, и некоторой функции k, зависящей от P и параметра l. Последний определяется следом и детерминантом матрицы Q. Значение l=0, при котором kº1, соответствует круговому нормальному рассеиванию и приводит к известной формуле для расчета квантили в этом простом случае. Для других значений l и различных P приведена таблица значений k, с помощью которой могут быть построены приближенные формулы для квантили. На базе полученной зависимости предложен метод уточнения квантили для случая, когда рассеивание отличается от нормального, но близко к нему. Результаты предназначены для построения оценок точности наведения и навигации.

С.Г.Кучерков

Определение необходимой степени вакуумирования рабочей полости осциллятора микромеханического гироскопа

52

Чувствительность микромеханического прибора (ММГ) существенно зависит от реализованной добротности осциллятора (Q-фактора). Как правило, осциллятор ММГ помещают в герметичный вакуумированный корпус. Расчетные оценки Q-фактора в зависимости от степени вакуумирования практически отсутствуют. В статье представлены результаты анализа и статистической оценки экспериментально полученных зависимостей Q-фактора от давления окружающей среды для кремниевых микроосцилляторов. Показано, что для обеспечения Q≥10⁴ давление окружающей среды не должно превышать 0,01 Торр. Достижение уровня Q≥10⁵ в реальных конструкциях ММГ представляется проблематичным вследствие влияния внутреннего трения и взаимодействия переменных электрических полей.

В.Г.Пешехонов, Л.П.Несенюк, Л.П.Старосельцев, Б.А.Блажнов, А.С.Буравлев

Гирогоризонткомпас на волоконно-оптических гироскопах с вращением блока чувствительных элементов

57

Рассмотрены конструкция и первые результаты испытаний гирогоризонткомпаса на волоконно-оптических гироскопах с вращением блока чувствительных элементов. Вращение инерциальных датчиков используется для повышения точности примененных волоконно-оптических гироскопов, которые без автокомпенсации ошибок вращением не обеспечивают требуемую точность гирокомпасирования. Вращающаяся сборка помимо волоконно-оптических гироскопов ВГ 951 и акселерометров АК 10/4 со встроенной микро-электроникой включает в себя также набор электронных цифровых плат, выполненных в стандарте РС-104, которые образуют бортовую микроЭВМ. Сборка установлена на поворотном столе с безредукторным приводом, управ-ляемым от микроконтроллера, подключенного к бортовой микроЭВМ через последовательный порт. Результаты первых испытаний подтвердили достижение точности курсоуказания, близкой к оценке, полученной ранее моделированием.

М.Мандт, К.Гейд, Б.Ялвинг

Комплексная обработка измерений от дифференциальной спутниковой и высокоточной акустической систем позиционирования и данных от инерциального модуля в автономном подводном аппарате HUGIN 3000

63

Представлена навигационная система для автономных подводных аппаратов (АПА) серии HUGIN. Описаны инерциальные и корректирующие датчики. Особое внимание уделено акустической системе позиционирования. Приведены уравнения фильтрации Калмана, использованные в HUGIN. Обсуждены проблемы, вызванные задержкой одних измерений относительно других, и способы их решения. Приведены результаты эксперимента, подтверждающие достигнутую точность системы.

Г.Элкаим, Б.Паркинсон

Идентификация модели катамарана для высокоточного управления по данным GPS при стабилизации на заданной траектории

75

Для проверки работоспособности системы идентификации, созданной на основе GPS, для прецизионного управления были проведены эксперименты на базе модифицированного катамарана Prindle-19. На нем были установлены датчики и приводы для определения динамических характеристик. С предварительно установленным тяговым двигателем вместо паруса и балластом были проведены испытания по идентификации модели катамарана. На основании результатов испытаний был синтезирован линейно-квадратичный закон управления. Точность стабилизации на траектории была высокой, значение среднеквадратической ошибки при этом не превышала 0,15 м. Затем система была испытана с штатным парусом-крылом, заменившим тяговый двигатель. Точность стабилизации на прямолинейной траектории была на том же уровне, значение среднеквадратической ошибки не превышало 0,3 м несмотря на то, что отклонение скорости ветра от номинальной величины составляло более 50%.

У.Шрайбер, М.Шнайдер, А.Великосельцев, Дж.И.Стедман, В.Шлютер

Очень большие кольцевые лазеры

88

Кольцевые лазеры (КЛ) широко используются в инерциальных навигационных системах и системах управления движением. За последние десятилетия они были значительно усовершенствованы и в настоящее время могут обеспечивать прецизионные измерения в широкой полосе частот. Однако точное измерение флюктуаций угловой скорости вращения Земли в геодезии и геофизике с помощью инерциальных датчиков до сих пор невозможно из-за недостаточной разрешающей способности и стабильности. 
Хорошие перспективы для использования с этой целью имеют КЛ с большим периметром. Успешное создание кольцевого лазера С-I (площадь 0,775 м²) показало возможность эффективного использования КЛ подобного типа. Прибор следующего поколения С-II площадью 1 м², выполненный из серодура, обеспечил необходимую стабильность работы, а опытный образец лазера GO с еще большим периметром подтвердил, что КЛ с резонатором длиной до 14 м могут работать как гироскопы в одномодовом режиме. Таким образом, может быть создан прибор для геофизических исследований. В статье обсуждаются концепция построения и конструкция такого большого КЛ, а также результаты, полученные к настоящему времени.

М.Маликорн, М.Буске, В.Калмет, К.Макабье

Влияние угла маскирования и многолучевости на характеристики системы Galileo в различных условиях окружающей среды

96

За последние несколько лет получили широкое распространение спутниковые навигационные системы (СНС). Одним из наиболее известных их применений является исполь-зование СНС на городском транспорте. Поэтому очень важно как можно более полно и точно характеризовать качество приемника для этого применения. 
Городская среда характеризуется высокими углами маскирования и наличием значительного количества препятствий, которые порождают многолучевость. Для исследования качества работы приемника в таких условиях требуется наличие модели прохождения волн. В докладе используется способ моделирования запуска луча для воспроизведения различных условий окружающей среды и оцениваются ошибки приемника из-за многолучевости, а также характеристики приемника с применением дополнительного оборудования и без него.

П.Краусс, C.Берберих, А.Л.Бочковский, Н.В.Михайлов

Разработка опытного образца бортового спутникового приемника навигационного сигнала Galileo

108

Структура сигналов системы Galileo еще находится в стадии разработки, а компании Astrium (Мюнхен, ФРГ) и Софт Нав (С.-Петербург) уже разработали экспериментальный навигационный приемник, позволяющий проверять прием различных видов сигнала и исследовать свойства приема в неблагоприятных условиях (помехи, шумы, и т.д.). 
В качестве первого шага был разработан экспериментальный одноканальный приемник, позволяющий принимать сигналы с разными характеристиками: частота дальномерного ПСК (1-10 Мбит/c), длина (1-10 кбит) и вид ПСП (М-последовательности, код Голда, код Казами), частота модуляции навигационного сообщения (50 - 3000 бит/с). 
На втором этапе разработки возможности приемника расширяются за счет введения нескольких каналов обработки, повышенной частоты (до 10 Мбит/c) и длины (до 16 кбит) ПСК. Кроме того, двоичная фазовая манипуляция (BPSK) заменяется на фазовую манипуляцию с четвертичными фазовыми сигналами (QPSK). 
Плата приемника базируется на технологии Mosaic, предложенной фирмой Astrium. При разработке использовался совместный опыт Astrium (Мюнхен, ФРГ) и Софт Нав по разработке бортовых приемников космического базирования. 
Для обеспечения адаптивности приемника к широкому диапазону навигационных сигналов большая часть алгоритмов обработки была реализована программно, без использования микросхемы коррелятора. Так корреляция кода и несущей, слежение за сигналом и демодуляция данных были реализованы программно. Предварительная обработка сигналов была реализована в микросхеме ПЛИС для снижения нагрузки процессора. АЦП и понижение частоты сигнала проводилось на ПЧ 70 МГц. 
Была разработана аппаратура для генерирования программируемого сигнала и тестирования приемника. Тестирование первого макета одноканального приемника показало работоспособность приемника и определило дальнейшее направление разработки. 
Следующий приемник, находящийся сейчас в стадии разработки, будет многоканальным. Приемник будет использован в программе GAFLEX (Galileo Flight Experiment), в которой на борту спутника ГЛОНАСС будет установлен программирумый передатчик сигналов Galileo. 
Разрабатываемый приемник будет использоваться в наземном режиме для приема сигналов, оценки работоспособности и анализа возможности использования сигналов. 
Исследования были частично финансированы INTAS (проект 994-0672).

К 90-летию Б.Е. Чертока

121

Российские и международные конференции, симпозиумы и выставки

125

Рефераты публикуемых статей

127