L2_3Mag

Рис. 4.2.8в. Сборка центрального прибора системы «ИСОН-1»

Массогабаритные характеристики центрального прибора: Ø250х173 мм, ориентировочный вес - 10 кГ. Энергопотребление от 15 до 65 Вт (в зависимости от температуры окружающей среды) от источника постоянного тока 27±5 В.

Кожух центрального прибора является тепловым, электрическим и магнитным экраном.

Включение в состав центрального прибора системы «ИСОН-1» двух вычислителей обусловлено сложностью и объемом задач, решаемых в изделии. При такой схеме построения один из вычислителей предназначен для решения задач выработки параметров ориентации и навигационных параметров движения судна. Указанные параметры являются выходными для «ИСОН-1» и передаются как потребителю по соответствующему интерфейсу, так и в мобильный компьютер. Второй вычислитель предназначен исключительно для обработки фазовых измерений от двух приемников СНС. Выходные параметры этого вычислителя напрямую передаются в первый вычислитель для последующей обработки.

Включение в состав «ИСОН-1» цифровой системы термостабилизации (ЦСТС), содержащей плату ЦСТС (рис. 4.2.8в), термодатчик и нагреватели, вызвано

необходимостью снижения влияния температуры на инструментальные погрешности инерциальных ЧЭ БИИМ при достаточно широком температурном диапазоне, в котором предполагается эксплуатация системы.

Для точной установки на объекте корпус центрального прибора имеет точную посадочную поверхность и отверстия под штифты для ориентации относительно строительных осей объекта.

Два антенных модуля закреплены на жестком кронштейне (рис. 4.2.8б), который должен крепиться на горизонтальную поверхность площадью ~200х200 мм.

ЭО системы «ИСОН-1» обслуживается одним оператором с помощью мобильного управляющего компьютера (УК) на базе стандартного ноутбука. Для управляющего компьютера необходимо было создание специального ПО, работающего под управлением стандартной операционной системы и обеспечивающего:

-настройку всех модулей, входящих в центральный прибор системы,

-наблюдение за работой системы в реальном времени,

-сбор всей измеряемой и транслируемой через центральный прибор информации для последующей камеральной обработки.

Особенности программного обеспечения

Программное обеспечение (ПО) системы «ИСОН-1» предназначено для:

-сбора первичной информации с инерциального модуля, приемников СНС и внешнего измерителя – лага;

-выработки полного набора параметров ориентации и навигации объекта;

-обеспечения отображения и регистрации исходной и выходной информации на мобильном управляющем компьютере.

Аппаратно ПО размещается на трех платформах: двух микроконтроллерах собственной разработки МК-ОП и МК-СОИ и в мобильном управляющем компьютере.

Функционально все ПО разделяется на три модуля:

-ПО ИСОН размещается в микроконтроллере МК-ОП;

-ПО СНС, предназначенное для формирования вторых разностей фазовых измерений и выработки курса по фазовым измерениям двух приемников СНС, размещается в микроконтроллере МК-СОИ;

-ПО УК, разработанное в среде Windows XP и предназначенное для отображения информации, регистрации данных и управления режимами работы микроконтроллеров и приемников СНС, размещается в переносном персональном УК.

Структурно ПО СНС и ПО ИСОН состоят из аппаратного ПО (АПО), обеспечивающего взаимодействие ПО с аппаратной частью МК (АЦП, внутренними и внешними интерфейсами) и функционального ПО (ФПО), обеспечивающего реализацию заданных алгоритмов обработки входных сигналов и подготовку массивов для выдачи потребителю или на регистрацию.

Аппаратное программное обеспечение

АПО микроконтроллеров состоит из двух частей:

-резидентная часть ПО (загружается в контроллер через внутренний интерфейс и должна обеспечивать возможность загрузки основного ПО и файла параметров через штатный выходной интерфейс с гальванической развязкой);

-ПО, обслуживающее внешние и внутренние интерфейсы и АЦП в процессе работы основной программы.

Врезидентном ПО предусмотрено два варианта загрузки программ через штатный порт: в первые 30÷60 секунд после подачи питания и после выхода из основной программы по получении команды по рабочему порту. По окончании установленной начальной задержки или после подачи другой команды по загрузочному порту, должно запускаться штатное ПО.

Порт МК, обеспечивающий возможность передачи данных одновременно по RS232 и RS485, позволяет также осуществлять управление основным ПО с помощью команд, подаваемых в МК по одному из них (RS232 или RS485).

Временная диаграмма работы ПО

Синхронизированный опрос всех инерциальных модулей осуществляется на частоте 1200 Гц получаемому от цифрового ДУС ВГ035.

Решение задачи ориентации и навигационной задачи осуществляется на частоте 100 Гц. Задача фильтрации решается на частоте 1÷5 Гц. При этом встроенный генератор (или делители) синхронизируются по фронту импульса PPS1, поступающего на частоте 1 Гц из приемника СНС.

Импульс PPS1 поступает из основного приемника СНС непосредственно на МК, в котором размещено ПО ИСОН.

Для обеспечения возможности контроля работы изделия при испытаниях на прецизионных стендах ПО ИСОН должно вырабатывать аппаратный импульс SINHR на частоте ~100 Гц, совпадающий с каждым моментом запуска опроса датчиков. А точнее, с моментом запуска 1200 Гц отсчета, следующего за окончанием формирования приращений интегралов сигналов инерциальных датчиков для задач ориентации и навигации. На этот же момент должен формироваться пакет входных 100 Гц данных по исходным сигналам всех инерциальных датчиков и их интегралам, а также пакет выходных данных ИСОН.

Импульс SINHR вырабатывается только в том МК, в котором размещено ПО ИСОН.

Выходные данные дополнительного приемника СНС содержат только два предложения ID151 (74 байта) и ID148 (от 0 до 866 байт). Они поступают в МК-СОИ (ПО СНС) и без расшифровки транслируются в МК-ОП (ПО ИСОН) по CAN-интерфейсу.

Выходные данные основного приемника СНС кроме предложений ID151 и ID148 содержат еще несколько предложений общим объемом до 2000 байт. Они поступают в МК-СОИ (ПО СНС), где и расшифровываются.

Данные СНС, необходимые для работы ПО ИСОН (курс, первые/вторые разности фаз, координаты, скорости и их дисперсии, признаки достоверности, и т.д.), формируются в ПО СНС в виде трех посылок, передаваемых на частоте работы ПА СНС(1÷5 Гц).

Все паспортизованные данные ЧЭ и выходные данные ПО ИСОН формируются на частоте 100 Гц и выдаются по интерфейсу RS232/RS485.

Часть данных, необходимых для поддержки ПО СНС, а также для отображения и регистрации информации в УК, передается в ПО СНС по CAN-интерфейсу также на частоте 100 Гц.

Данные от судового лага по RS422 на частоте 1÷15 Гц поступают в задачу фильтрации ПО ИСОН.

Все данные обоих приемников СНС, ПКИ и ПО ИСОН, необходимые для индикации и регистрации в УК, выводятся из центрального прибора через порт RS232/RS485 на частоте 10÷20 Гц в фоновом режиме по мере готовности данных в ПО СНС.

Интервал решения задачи фильтрации выбирается таким образом, чтобы все ее алгоритмы (включая и обработку фазовых измерений) успевали выполняться примерно за половину этого интервала. Инициатором запуска задачи фильтрации является сигнал о моменте окончания формирования выходных данных (курса, первых или вторых разностей, навигационного решения) в ПО СНС.

В связи с тем, что ПА СНС размещена внутри изделия, и, следовательно, импульс PPS1 поступает всегда, то временная шкала в контроллерах синхронизируется по генератору приемника независимо от наличия или отсутствия приема от спутников (информация об отсутствии достоверных данных формируется в ПО СНС). Поэтому

режим работы без PPS1 нужен только для отладки ПО ИСОН в автономном режиме (без связи с ПО СНС). При этом если отладка проводится с помощью имитатора, то имитатор должен формировать и сигнал PPS1 (например, по каналу DTR интерфейса RS232).

2.2.3. Результаты автомобильных и мореходных испытаний Автомобильные испытания

Испытания проводились с целью:

-экспериментальной проверки работоспособности ЭО интегрированной системы «ИСОН-1»;

-оценки погрешностей «ИСОН-1» как в обсервационном, так и в автономном (при отсутствии данных ПА СНС) режимах работы;

-оценки эффективности использования встроенных магнитометров для поддержки автономного режима работы системы.

Кроме системы «ИСОН-1» на багажнике автомобиля для оценки точности вырабатываемых параметров были также установлены (рис. 4.2.9):

-инерциальный модуль на волоконных гироскопах IMU-120 ф. IXblue (Франция) класса точности 0.01 0/ч – в качестве эталонного измерителя по курсу;

-ПА СНС ф. Javad, обеспечивающая точность регистрации траектории движения в дифференциальном кодовом режиме около 1 м.

антенный

модуль

ИСОН-1

Рис. 4.2.9. Состав измерительных модулей при испытаниях

Испытания проводились в реальных условиях движения автомобиля по городским улицам г. С.-Петербурга.

Программа испытаний состояла из двух этапов:

-движение по замкнутой траектории с вращением по и против часовой стрелки, при котором проводилась калибровка магнитометров, при этом всегда обеспечивалась возможность выработки ПА СНС как навигационного решения, так и GPS-курса;

-движение по набережным реки Нева. Этот маршрут движения выбирался с учетом

обеспечения возможности наблюдения максимально возможного числа НСi для городских условий.

Из рис. 4.2.11а следует, что автономный режим работы ИСОН с опорой на данные ИБ на ММД ADIS16405 и лага (с 15мин по 29 мин) обеспечивает выработку курса с погрешностью на уровне требований ИМО (1.50 sec ) лишь в пределах ограниченного

интервала времени, не более 5…6мин.

Использование одноосного ВОГ типа VG 035 по оси zb обеспечивает удержание погрешности по курсу (4.2.11в) на требуемом уровне при длительных перерывах (до 1 часа) в поступлении данных ПА СНС по курсу. При этом погрешности по углам качки лежали в пределах 0.50…1.00 .

Мореходные испытания

Испытания проводились на исследовательском судне на озере Ладога. В качестве эталонных систем использовались IMU-120 ф. IXblue, спутниковая аппаратура фирмы Javad и ИСОН «Вега» (разработка ЦНИИ «Электроприбор») с измерительным модулем на ВОГ и двухантенной ПА СНС с разнесением антенн на базе около 9м.

Рис. 4.2.13. Расположение антенных модулей: 1- антенный модуль системы «ИСОН-1», 2- антенны ИСОН «Вега», 3 – антенна ПА СНС Javad

а)

б)

Рис. 4.2.14. Изменение курса(град.) судна при движении (а) и погрешности (б) систем «ИСОН-1» и «Вега» по курсу (угл.мин) относительно IMU-120 ф. IXblue

Учитывая, что точность привязки отсчетных баз по курсу IMU-120 ф. IXblue и GPS-компасов «Вега» и «ИСОН-1» составляла 10…15 угл.мин., можно оценить погрешность интегрированной системы «ИСОН-1» по курсу во время морских испытаний в пределах 15…20 угл.мин.

Литература

1.Анучин О.Н., Комарова И.Э., Порфирьев Л.Ф. Бортовые системы навигации и ориентации искусственных спутников Земли. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2004. – 325с

2.Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. – М.: Наука, 1979. – 294 с.

3.Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС./Под ред. В.Н. Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина. - М.:ИПРЖР, 1998.

4.Яценков В.С. Основы спутниковой навигации. Система GPS NAVSTSR и ГЛОНАСС.

– М.:Горячая линия.-Телеком, 2005.-272.с

5.Порфирьев Л.Ф., Смирнов В.В., Кузнецов В.И. Аналитические оценки точности автономных методов определения орбит. - М.: Машиностроение, 1987. – 280 с

6.Эльясберг П.Е. Введение в теорию полета ИСЗ. - М.: Наука, 1965. – 540 с.

7.Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов (2-е изд., допол.). СПб: ЦНИИ „Электроприбор“, 2003. 390с.

8.Дмитриев С.П., Осипов А.В. Фильтрационный подход в задаче контроля целостности спутниковой навигационной системы. Марковская теория оценивания в радиотехнике. – М. Радиотехника, 2004. – с.425…439.

9.Dr. Eli Gai. Guiding munitions with a micromechanical INS/GPS system. – 5th Saint Petersburg Internatioanl Conference on Integrated Navigation Systems. State Research Center of Russia «Elektrobribor». – 1998. С. 7-13.

10.http://www.intersense.com/pages/16/16

11.http://www.siliconsensing.com/SiIMU02

12.http://www51.honeywell.com/aero/common/documents/myaerospacecatalog- documents/Missiles-Munitions/HG1930_Datasheet.pdf

13.http://www.systron.com/ products/sdn500

14.www.gladiatortechnologies.com/PRODUCTS/IMU/product_LandMark30_IMU_LN_S eries.htm

15.LINS-2510. INS/GPS Internal Navigation System with embedded Global Positioning System, - проспект фирмы Litton (США).

16.Блажнов Б.А., Емельянцев Г.И., Коротков А.Н., Кошаев Д.А., Семѐнов И.В.,

Степанов А.П. и др. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации, построенная по сильносвязанной схеме. - 16th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 25-27 May, 2009, S.-Petersburg, Russia. – Сб.

материалов - С. 153-162.

17.Блажнов Б.А., Волынский Д.В., Емельянцев Г.И., Несенюк Л.П., Степанов А.П.

Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации с микромеханическим инерциальным модулем. Результаты испытаний на автомобиле// Гироскопия и навигация.- №4(63), 2008. c.77.

18.Емельянцев Г.И., Несенюк Л.П., Блажнов Б.А., Коротков А.Н., Степанов А.П. Об особенностях построения интегрированной инерциально-спутниковой системы для объектов, двигающихся в начальный период по баллистической траектории// Гироскопия и навигация.-2009.-№1(64). -С. 9-21.

19.Стиффлер Дж. Теория синхронной связи. Пер. англ.- М.: Связь, 1975

20.Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Степанов А.П. Об использовании фазовых измерений для задачи ориентации в интегрированной инерциально-спутниковой системе//Гироскопия и навигация.-2010.-№1(68). -C. 26-35

21.Степанов О.А., Кошаев Д.А. Исследование методов решения задачи ориентации с использованием спутниковых систем //Гироскопия и навигация.-1999.-№2(25). –С. 30-55

22.Hayward R.C., Gebre-Egziabher D., Powell J.D. GPS-Based Attitude for Aircraft. 5th

Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, May, 1998, S.- Petersburg, Russia, s. 85-94

23.Han S., Wong K., Rizos C. Instantaneous Ambiguity Resolution for Real-Time GPS Attitude Determination. Proceedings of the International symposium on Kinematic systems in Geodesy, Geomatics and Navigation, Banff, Canada, June 3-6, KIS97.-1997.-P.409-416

24.Euler H., Hill C. Attitude determination Exploiting all Information for Optimal Ambiguity Resolution. Proceedings of The Eighth International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation, Palm Springs, California, September 12-15, ION-GPS-95. 1995

25.Несенюк Л.П., Старосельцев Л.П., Кокорин В.И. и др. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации с разнесенными антеннами, Сб. Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации, изд-во ЦНИИ «Электроприбор», С.-Пб. -2001.- С. 222-229

26.Блажнов Б.А., Кошаев Д.А. Определение относительной траектории движения и углов ориентации по фазовым спутниковым измерениям и данным микромеханического гироскопа //Гироскопия и навигация.-2009.-№4(67). –С. 15-33

27.Интегрированная система Seapath 200. Product Manuals - Seapath 200. Precise Heading, Attitude and Position. Seatex AS, Trondheim, Norway, 1998-05-04.

28.http://www.javad.com

29.http://www.novatel.com

30.http://www.furuno.com.ru

31.http://www.antarsat.ru

32.http://кртз.рф/navigation.html

33.http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/AllWeb/

34.http://rtelecom.ru/catalog/obradio/glonass/3098.php

35.http://www.radiocomplex.ru

36.http://www.jrc.co.jp

37.Рапопорт Л.Б., Ткаченко М.Я., Могильницкий В.Г. и др. Интегрированная система спутниковой и инерциальной навигации: экспериментальные результаты и применение к управлению мобильными роботами// Гироскопия и навигация.-2007.-№1(56). -С. 16-28.

38.Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Степанов А.П. Особенности использования фазовых измерений в задаче ориентации интегрированной инерциально-спутниковой системы. Результаты ходовых испытаний // Гироскопия и навигация. - 2011. №3(74). - С.

3-11.

39.А.А. Жалило Обнаружение и устранение фазовых циклических скачков одночастотных и двухчастотных GPS/GNSS наблюдений – новый универсальный метод и алгоритмы. – СПб., ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», Сб. материалов 14-ой СанктПетербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. -2007. – С. 203-…

40.Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Степанов А.П., Семѐнов И.В. О построении GPS-

компаса для малоразмерных объектов //Гироскопия и навигация.-2015.-№…. -С….

41.Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Степанов А.П., Семенов И.В. О решении задачи

ориентации в интегрированной системе с использованием микромеханических датчиков для объектов с быстрым вращением. 21th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. S.-Petersburg, Russia. Сб. материалов, 26…29 May, 2014. - С. 60-64

42.Водичева Л.В., Алиевская Е.Л., Кокщаров Е.А., Парышева Ю.В. Повышение точности определения угловой скорости быстровращающихся объектов. //Гироскопия и навигация.-2012.-№1(76). -С. 27…41