Системы навигации по рельефу местности

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 10Следующая ⇒

Принцип действия систем навигации по рельефу местности основан на том, что каждому участку суши соответствует свой, неповторимый характер изменения высот отдельных элементов этого участка.

На рис. 3.4 показан профиль некоторого участка мест­ности, над которым летит ЛА. Вы­сота полета ЛА может быть опре­делена барометрическим высото­мером () или РВ (). При этом высота отсчитывается от некоторого за­ранее выбранного уровня, напри­мер, от уровня мирового океана, а РВ определяет относительно точки, находящейся под ЛА.

Рис. 3.4. Профиль некоторого участка местности, над которым летит ЛА

В рассматриваемых системах профиль участка местности характе­ризуют разностью . Для работы ОСС выбира­ется контрастный по рельефу участок местности, протяженность Х_к которого определяется значением возможного отклонения ЛА вдоль траектории полета при навигации по рельефу местности. Для получения цифровой карты местности производится дис­кретизация участка протяженностью Х_к, которая определяется допустимым продольным отклонением ЛА, на ячейки с разме­ром , где V - скорость полета, a - интервал дискретизации по времени. Значение определяется разрешаю­щей способностью РВ по дальности, т.е. размером разрешаемой площадки [1]. При современных методах обработки сиг­налов эта площадка может быть сущест­венно меньше той, которая соответствует сечению ДНА РВ на земной поверхности.

Кроме того, производится квантование пропорциональное высо­те полета выходного сигнала РВ по уровню.

С учетом сказанного текущая карта местности (профиль рельефа) представляет собой одномерную карту (см. рис. 3.4), имеющую вид одной строки матрицы эталонной карты местности. Поперечный размер Z_к эталонной карты зави­сит от возможного значения бокового отклонения ЛА от задан­ной траектории из-за погрешностей системы счисления за вре­мя от предыдущей коррекции. Ширина строки этой матрицы (а, следовательно, и число строк) определяется поперечным разме­ром упомянутой разрешаемой площадки. При рассмотренном способе записи эталонной карты требу­ется большой объем памяти для хранения дискретного по време­ни и квантованного на n уровней эталонного изображения и большой объем вычислений, возрастающий с увеличением числа уровней квантования. Радикального снижения требований к объ­ему памяти и количеству вычислительных операций достигают, применяя бинарное квантование (n=2) сигнала h(x). При этом несколько снижается точность местоопределения.

Для получения бинарно-квантованного изображения сначала формируют сигнал , соответствующий среднему уровню (наклону) местности (рис. 3.5,а), а затем определяется откло­нение высот рельефа от этого среднего уровня. Сигнал (рис. 3.5,б) квантуется на два уровня (рис. 3.5,в):

.

Рис. 3.5. Получение бинарно-квантованного изображения

Структурная схема системы навигации по рельефу местно­сти (системы сравнения вертикальных контуров местности) пред­ставлена на рис. 3.6. Приведенные к одному масштабу сигналы с выходов барометрического высотомера (БВ) и РВ поступают на вычитающее устройство, которое форми­рует сигнал h(x), несущий информацию о рельефе местности. Этот сигнал подается на ЦВМ ОСС, программное обеспечение которой производит формирование карты местности (ФКМ), вы­рабатывает соответствующую эталонную карту (ДЭК) той же местности и осущест­вляет корреляционную обработку сформированных карт (Кор).

.

Рис. 3.6. Структурная схема системы навигации по рельефу местности

Корректирующие сигналы УС-3 для инерциальной системы счис­ления ИНС вырабатывает навигационная ЦВМ (НЦВМ). Эта же НЦВМ управляет датчиком эталонной карты (УС-1), выбирая соответствующую участку коррекции эталонную карту. Кроме то­го, НЦВМ вырабатывает сигналы УС-2, необходимые для ФКМ. На НЦВМ может также, в случае необходимости, подаваться внешняя информация (Вн. И.) от бортовых навигационных уст­ройств ЛА. Сигналы на систему автоматического управления САУ ЛА могут сниматься либо с ИНС, либо с НЦВМ. При корреляционной обработке сигналов, соответствующих текущей и эталонной картам, производится поэлементное сравне­ние карт, в результате которого выбирается соответствующая строка эталонной карты (например, вторая строка на рис. 3.4) и определяется смещение карт по оси X. Мерой совпадения "оцифрованных" изображений служит коэффициент корреляции или эквивалентная ему функция. Соответствующие алгоритмы сравне­ния - корреляционные выбирают исходя из минимума боковых лепестков ВКФ и требуемых для вычисления этой функции операций.

Одна из групп простых цифровых корреляционных алгорит­мов основана на использовании парных функций , представляющих собой число пар элементов (ячеек) с уровнями квантования i и j, совпадающих при данном сдвиге карт на .

Самым простым из этой группы корреляционных алгорит­мов является алгоритм суммирования парных функций, при ко­тором вычисляется аналог коэффициента корреляции

(3.1)

где n - число уровней квантования; N - число ячеек карты.

Находят применение и более сложные алгоритмы, например, алгоритм перемножения парных функцией:

(3.2)

где функция есть число ячеек эталонного изображения с уровнем квантования, равным i.

При бинарном квантовании (п =2) возможны четыре типа парных функций, которые составляют матрицу

где в целях упрощения записи принято .

Тогда алгоритмы (3.1) и (3.2) принимают вид

(3.3)

, (3.4)

где и - число ячеек, содержащих 0 и 1 соответственно; .

Поясним сказанное на примере сравнения бинарно кванто­ванных эталонного и текущего изображений, сдвинутых на (рис. 3,7, а и б). При указанном сдвиге изобра­жений все парные функции, как следует из рис. 3.7, имеют зна­чения, равные 2, и коэффициенты и соот­ветственно равны и . Сдвигая эталонное изображение на один дискрет влево, получим F₀₀(1)= F₁₁(1)= - 1; F₀₁(1) =4 и F₁₀(0)=3. Значения коэффи­циентов и будут , а . При следующем сдвиге эталонного изображения на один дискрет функции F₀₀(0) и F₁₁(0) принимают значения, равные 5, а функции F₀₁(0) и F₁₀(0) равны нулю. Коэффициенты и принимают максимальное значение, равное единице. Дальнейший сдвиг изображений приведет к уменьшению и .

Рис. 3.7. Закон изменения коэффициентов ρ с(uн) - (1) и ρ п(uн) - (2) от сдвига сравниваемых изображений

Закон изменения коэффициентов и от сдвига сравниваемых изображений (аналог корреляционной функ­ции) показан на рис. 3.7. Видно, что ширина главного пика этих функций зависит от величины дискрета . Поэтому точность определения сдвига u (а, следовательно, и отклонения ЛА от заданной на данный момент времени точки траектории) тем выше, чем меньше величина дискрета . Нетрудно заме­тить, что алгоритм (3.4) лучше, чем (3.3), так как боковые "лепестки" функции имеют меньший уровень, чем при использовании алгоритма (3.3). Уровень боковых "лепестков" можно дополнительно снизить, усложняя корреляционный алго­ритм.

Таким образом, точность системы навигации по рельефу местности зависит от размера ячейки карт местности. Расчеты показывают, что значение погрешности определения местополо­жения составляет 0,6 размера соответствующей стороны ячей­ки.

Наилучшие результаты по точности в такой системе, как и следовало ожидать, достигаются на малых высотах поле­та.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?