Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

ФАКУЛЬТЕТ:___________Специальное машиностроение_________________

КАФЕДРА:________________________СМ5____________________________

__________________"Управление в технических системах"________________

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К нирс:

Основы навигации по геофизическим полям

Студент	СМ5-18				А.В. Колесников
			(Подпись, дата)		(И.О.Фамилия)
Руководитель НИРС					С.В. Микаэльян
			(Подпись, дата)		(И.О.Фамилия)

Москва

2015г.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой СМ5

(Индекс)

_______________ Борзов А.Б.

(И.О.Фамилия)

« » ________2015г.

ЗАДАНИЕ

на НИРС

Студент Колесников А.В. СМ 5-18________________________

(Фамилия, инициалы, индекс группы)

График выполнения работы: 25% к____нед., 50% к____нед., 75% к____нед., 100% к____нед.

1. Техническое задание

Рассмотреть принципы навигации по геофизическим полям. Взять за основу навигацию по гравитационным и гравиградиентным полям. Рассмотреть математический аппарат, используемый в системах данного типа. Оценить возможности физической реализуемости гравиградиентных навигационных систем. Написать программу в пакете Matlab, которая будет моделировать работу гравиградиентной навигационной системы, установленной на борту ЛА. На основе полученной модели рассчитать основные характеристики данной системы.

2. Оформление нирс

2.1. Расчетно-пояснительная записка на __ листах формата А4.

2.2. Перечень графического материала (плакаты, схемы, чертежи и т.п.)________________

_____________________________________________________________________________

Дата выдачи задания «22» сентября2015г.

Руководитель НИРС ______________________________ _Микаэльян С.В.

(Подпись, дата) (И.О.Фамилия)

Студент ______________________________ Колесников А.В.

(Подпись, дата) (И.О.Фамилия)

СОДЕРЖАНИЕ стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1 Градиенты гравитации 6

2 Гравитационно-градиентные приборы 10

3 Карты гравитационного градиента и съемки 14

4 Моделирование работы ГГНС 22

4.1 Модель самолета 23

4.2 Модель бесплатформенной инерциальной навигационной системы 23

4.3 Модель гравитационного градиентометра 23

4.4 Алгоритм совпадения карт 23

5 Результаты моделирования 26

5.1 Влияние рельефа 26

5.2 Влияние высоты полета 26

5.3 Влияние скорости полета 27

5.4 Влияние продолжительности полета 28

5.5 Влияние скорости дрейфа БИНС 29

5.6 Влияние компонента тензора гравитации 29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 33

ВВЕДЕНИЕ

Все более возрастающие требования к скоростям, диапазонам высот, маневренности, предъявляемые к современным и перспективным летательным аппаратам (ЛА) и беспилотным ЛА (БПЛА), делают невозможным их эксплуатацию без точной и надёжной навигационной системы. Традиционно на борту аппарата роль такой системы выполняла инерциальная навигационная система (ИНС) на основе гироскопических элементов. Появление бесплатформенных ИНС (БИНС) позволило значительно упростить приборы навигации и стабилизации за счёт максимального использования возможностей бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ), что удовлетворило требования минимизации размеров и цены. Однако существует немаловажная проблема, ограничивающая возможности БИНС. Это погрешности, возрастающие с течением времени. Поэтому важным требованием, предъявляемым к БИНС, является стабильная высокая точность измерений на протяжении всего полёта.

С развитием новых технологий появляются новые возможности повышения точности определения местоположения, например, такие спутниковые навигационные системы (СНС), как глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) и GPS. СНС относятся к классу многопозиционных радионавигационных систем и предназначены для определения пространственного местоположения объекта. Определение местоположения ЛА с помощью СНС основано на определении дальности до некоторого количества спутников (3-4 шт.) с заранее известным местоположением на искомый момент времени. Такой способ позволяет очень точно определить координаты ЛА, но обладает рядом существенных недостатков, таких как:

• дороговизна содержания группировки спутников;

• невозможность работы на участках с неустойчивой пеленгацией спутников и невозможность заранее определить такие участки;

• возможность внесения помех в работу приемников спутниковых сигналов;

• демаскировка объекта, использующего такой тип навигации.

В связи с этим, возникает необходимость использования систем, работа которых основана на других принципах. Недавние успехи в области навигации по гравитационным полям обеспечивают перспективу для гравиградиентных навигационных систем (ГГНС), которые измеряют пространственные производные вектора гравитации и сравнивают эти значения с имеющимися на борту цифровыми картами, чтобы уменьшить ошибки БИНС и сохранить её сильные стороны.

В данном НИРС будут рассмотрены компьютерные модели и алгоритмы, используемые при работе ГГНС, рассмотрена физическая реализуемость систем такого типа для навигации ЛА.