Целью статьи являлся анализ существующих систем навигации для подвижных наземных объектов и сравнение их точностных характеристик. Сбор необходимых данных проводился путем рассмотрения нескольких навигационных систем различных производителей и изучения их технической документации и характеристик. Результаты показали, что точностные характеристики навигационных систем напрямую зависят от режима работы. Основной радиотехнической системой, используемой в данных навигационных системах является — спутниковая радионавигационная система. Наиболее подходящим режимом работы является совместный режим (инерциальная навигационная система + спутниковая радионавигационная система).
Обычно под термином навигационная система принято понимать совокупность приборов, алгоритмов и программного обеспечения, позволяющих произвести ориентирование объекта в пространстве. Навигационные системы классифицируются в зависимости от назначения, объема получаемой навигационной информации и используемых методов навигации. Система навигации подвижных наземных объектов (ПНО) решает задачи определения координат местоположения, параметров движения и углов ориентации подвижного объекта и выдачу необходимой информации. В статьях [1–2] производится обзор существующих навигационных систем, как военного, так и гражданского применения. В них подробно рассматривается работа некоторых датчиков, методы обработки информации в данных системах и сравниваются значений погрешностей в определения курса. В статье [3] сравниваются точностные характеристики и состав систем военного назначения. В статьях [4] рассматриваются системы навигации подвижных наземных объектов отечественного производства. Однако совместный анализ и сравнение всех точностных характеристик навигационных систем для ПНО иностранного и отечественного производства в литературе не встречается. Целью статьи является анализ точностных характеристик существующих систем навигации и их сравнение.
Характеристика навигационных систем
Система навигации ПНО решает задачи определения координат местоположения, параметров движения и углов ориентации подвижного объекта и обеспечивает выдачу следующих данных: горизонтальных координат (координат), высоты, скорости, углов ориентации (крена, курса, тангажа).
Обобщенная структурная схема навигационной системы ПНО представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Обобщенная блок-схема систем навигации для ПНО
Измерители автономной системы предназначены для определения координат, параметров движения и пространственного положения продольных осей ПНО.
В качестве измерителей могут быть использованы следующие устройства: — измеритель угловой скорости и ускорения — инерциальная навигационная система (входит в состав большинства навигационных систем). Инерциальная навигационная система может быть платформенного и бесплатформенного типа.
измеритель магнитного поля Земли: 3-осный магнитометр (система «КомпаНав-2М» [7],Ekinox-N);
измеритель скорости, выполненный в виде механического («Гамма — 1» [6]) или доплеровского датчика скорости («ГАЛС — Д2М» [7])
измеритель высоты — барометрический высотомер (система «КомпаНав-3» [8]);
измеритель пройденного пути, который может выполняться в виде одометра (система «БИНС-Тек» [9], «Азимут» [10], Ellipse-N).
В качестве радиотехнической системы коррекции обычно используется приемник спутниковой навигационной системы (СРНС) (ГЛОНАСС/GPS) и радиотехнические системы дальней навигации «Чайка» и «LORAN-C», входящие в состав системы «ОРИЕНТИР» и КС-100М [11,12].
Основным алгоритмом обработки информации является — фильтр Калмана.
Основными для навигационных систем являются следующие режимы работы:
1. Автономный;
2. Автономный с коррекцией от СРНС.
В таблице 1 приведены сравнительные точностные характеристики систем для ПНО отечественного производства.
Таблица 1
Точностные характеристики навигационных систем для подвижных наземных объектов отечественного производства.
|
Система |
Режим работы |
Координаты |
Скорость |
Вертикальная скорость |
Крен, Тангаж |
Курс |
|
«Азимут» |
Р2 |
25м |
|
|
0,8° |
|
|
Р1 |
1,2 %от пр. пути |
|
|
0,8° |
|
|
|
КомпаНав-2Т |
Р2 |
5м |
0,2 м/с |
0,3 м/с |
1,0° |
1,5° |
|
Р1 |
500м |
5 м/с |
0,3 м/с |
1,5° |
3° |
|
|
КомпаНав-3 |
Р2 |
6 м |
0,2 м/с |
0,2 м/с |
0,2° |
0,4° |
|
Р1 |
500м |
0,5 м/с |
0,5 м/с |
0,4° |
2° |
|
|
КомпаНав-2М |
Р2 |
5м |
5 м/с |
0,3 м/с |
0,3° |
0,5° |
|
Р1 |
600м |
5 м/с |
0,5 м/с |
0,5° |
3° |
|
|
БИНС-Тек |
Р2 |
5м |
0,1 м/с |
0,3 м/с |
0,03° |
0,1° |
|
Р1 |
0,25 %от пр. пути |
2 м/с |
0,5 м/с |
0,1° |
0,7° |
|
|
Ориентир |
Р2 |
500 м |
|
|
|
|
|
Р1 |
0,2 % от пр. пути |
|
|
|
|
|
|
КС-100М |
Р2 |
60 м |
1 м/с |
|
|
0,8° |
|
Р1 |
500 м |
1 м/с |
|
|
0,8° |
|
|
Малогабаритная навигационная аппаратура ФГУП НКТБ «ФЕРРИТ» |
Р2 |
20 м |
|
|
0,2° |
0,6° |
|
Р1 |
1,0 % от пр. пути |
|
|
0,2° |
0,6° |
|
|
«Трона-1». |
Р2 |
10 м |
|
|
|
|
|
Р1 |
0,7 % от пр. пути |
|
|
|
|
|
|
ТНА-4 |
Р2 |
|
|
|
|
|
|
Р1 |
0,9 % от пр. пути |
|
|
|
|
|
|
«Гамма -1» |
Р2 |
25 м |
|
|
3,5° |
0,1° |
|
Р1 |
0,6 % от пр. пути |
|
|
3,5° |
0,1° |
|
|
«Гамма -2» |
Р2 |
25 |
|
|
3,5° |
0,1° |
|
Р1 |
1 % от пр. пути |
|
|
3,5° |
0,1° |
|
|
ГАЛС-Д2М-1 |
Р2 |
33 м |
|
|
0,5° |
0,16° |
|
Р1 |
0,5 % от пр. пути |
|
|
|
|
|
|
ГАЛС-Д2М-2 |
Р2 |
22 м |
|
|
0,5° |
0,11° |
|
Р1 |
0,25 % от пр. пути |
|
|
|
|
|
|
ГАЛС-Д2М-3 |
Р2 |
14 м |
|
|
0,5° |
0,7° |
|
Р1 |
0,1 % от пр. пути |
|
|
|
|
|
|
ГАЛС-Д2М-4 |
Р2 |
8 м. |
|
|
0,5° |
0,04° |
|
Р1 |
0,05 % от пр. пути |
|
|
|
|
В таблице 1: Р1 — автономный режим; Р2- режим с коррекцией от СРНС; пр. путь — пройденный путь
В таблице 2 приведены точностные характеристики систем навигации подвижных наземных объектов иностранного производства.
Таблица 2
Точностные характеристики навигационных систем для подвижных наземных объектов иностранного производства
|
Система |
Режим работы |
Координаты |
Скорость |
Крен, тангаж |
Курс |
|
Ellipse-N |
Р2 |
2м |
0.1 м/с |
0.2° |
0.2 ° |
|
Р1 |
190 |
||||
|
Ellipse-E |
Р2 |
2м |
0.1 м/с |
0.2° |
0.2 ° |
|
Р1 |
190м |
||||
|
Ekinox-N |
Р2 |
1.5 м |
0,1 %от пр. пути |
0.05 ° |
0,5° |
|
Р1 |
|
||||
|
SBAS |
0.6 м |
||||
|
DGPS |
0.4 м |
||||
|
RTK |
0.02 м |
||||
|
RT2500 |
Р2 |
3м |
0,36 м/с |
0.05° |
0.2° |
|
Р1 |
600м |
||||
|
SBAS |
2.0 |
||||
|
DGPS |
0.9 |
||||
|
RT2502 |
Р2 |
3 м |
0,36 м/с |
0.05 ° |
0.15 ° |
|
Р1 |
0,25 %от пр. пути |
||||
|
SBAS |
2.0 |
||||
|
DGPS |
0.9 |
||||
|
RT2002 |
Р2 |
1,5 м |
0,36 м/с |
0.05° |
0.1 |
|
Р1 |
0,2 % от пр. пути |
||||
|
SBAS |
0.6 м |
||||
|
DGPS |
0.4 м |
||||
|
RTK |
0.02 м |
||||
|
RT3100 |
Р2 |
1.8 м |
0,36 м/с |
0.05° |
0.1 |
|
Р1 |
|
||||
|
SBAS |
0.6 м |
||||
|
DGPS |
0.4 м |
||||
|
RT3102 |
Р2 |
1,8 м |
0,36 м/с |
0.05° |
0.1 |
|
Р1 |
|
||||
|
SBAS |
0.6 м |
||||
|
DGPS |
0.4 м |
||||
|
RT3002 |
Р2 |
1,5 м |
0,18 м/с |
0.03° |
0.1 |
|
Р1 |
|
||||
|
SBAS |
0.6 м |
||||
|
DGPS |
0.4 м |
||||
|
RTK |
0,01 м |
||||
|
RT3003 |
Р2 |
1,5 м |
0,18 м/с |
0.03° |
0.1 |
|
Р1 |
|
||||
|
SBAS |
0.6 м |
||||
|
DGPS |
0.4 м |
||||
|
RTK |
0,01 м |
||||
|
Survey+ |
Р2 |
1,5 м |
0,18 м/с |
0.03° |
0.1 |
|
Р1 |
|
||||
|
SBAS |
0.6 м |
||||
|
DGPS |
0.4 м |
||||
|
RTK |
0,01 м |
||||
|
Survey+ L1 |
Р2 |
1,8 м |
0,36 м/с |
0.05 ° |
0.1 |
|
Р1 |
|
||||
|
SBAS |
0.6 м |
||||
|
DGPS |
0.4 м |
При использовании только автономного режима (Р1) возрастают погрешности определения навигационных параметров, из-за погрешностей измерителей автономной системы. Для определения координат местоположения в навигационных системах ПНО зарубежного производства широко применяются различные системы коррекции данных СРНС, что проявляется в значительном снижении погрешностей позиционирования. Такими системами являются — спутниковая система дифференциальной коррекции (SBAS), система DGPS,заключающаяся в учёте и измерении разницы между известными псевдодальностями до спутников и фактическими кодовыми псевдодальностями и система RTK.
Однако при отсутствии данных от СРНС погрешности позиционирования зарубежных систем значительно возрастают. Следовательно, оптимальным режимом работы систем навигации для ПНО как отечественного, так и зарубежного производства является режим коррекции от СРНС (Р2). Он подразумевает совместную работу ИНС и СРНС, что повышает надежность работы данных систем и точность определения координат.
Наиболее перспективным направлениями в развитии данных систем являются:
1. Совершенствование компонентов, входящих в систему навигации для ПНО. Данное направление реализовано в создании систем с более чувствительными эле-ментами (лазерный и волоконно-оптический гироскопы, кварцевые акселерометры), которые повышают точность работы систем навигации, как в автономном, так и в ре-жиме коррекции от СРНС;
2. Внедрение нового программного обеспечения, позволяющего снизить вред от попадания данных от СРНС — создание адаптивных алгоритмов обработки информации с использованием различных методов, например методов марковской теории оценивания случайны процессов.
Литература:
1. Комраков Д. В. Навигационные комплексы наземных мобильных средств / Д. В. Комраков // Технические науки: теория и практика: материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Чита, апрель 2012 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2012. — С. 47–49.
2. А. В. Журавлев, В. М. Безмага. Навигационные комплексы наземных мобильных средств// Новостинавигации — 2009 — № 1 — С. 29–36.
3. Система топографического ориентирования «Трона-1» //Обозрение армии и флота — 2007. — № 4.
4. Сурков В. О. Системы навигации подвижных наземных объектов и их характеристики/ В. О. Сурков // Молодой ученый. — 2013. — № 7. — С. 76–79.
5. Интегрированная инерциальная навигационная система «КомпаНав-2М» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2011 — Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/companav-2m.pdf.
6. Модернизация навигационной аппаратуры зенитных ракетных комплексов С-300 ПМУ1/C-400 на основе изделия «ГАЛС-Д2М» [Электронный ресурс]: Каталог/ ООО «НПО ПРОГРЕСС» — Электрон.дан. — М.,2012 — Режим доступа: http://www.mriprogress.ru/_files/AN_1.pdf.
7. Глубокая модернизация навигационной аппаратуры БМП/ БМД и танков Т-90/Т-72 на основе комплекса «ГАЛС — Д2М» [Электронный ресурс]: Каталог/ ООО «НПО ПРОГРЕСС» — Электрон.дан. — М.,2012 — Режим доступа: http://www.mriprogress.ru/_files/AN_2.pdf.
8. Ультракомпактная интегрированная инерциальная навигационная система «КомпаНав-3» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2009 — Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/companav-3.pdf.
9. Навигационная система для наземного транспортного средства «БИНС-Тек» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «ТеКнол» — Электрон.дан. — М.,2009 — Режим доступа: http://www.teknol.ru/pdf/rus/bins-tek-n.pdf.
10. Навигационная аппаратура «Азимут» для подвижных наземных объектов [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО «Концерн «Созвездие» — Электрон.дан. — М.,2009 — Режим доступа: http: // www.sozvezdie.su /catalog /navigatsionnaya_ apparatura_azimut.
11. Навигационный комплекс «ОРИЕНТИР» [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО НВП «ПРОТЕК» — Электрон.дан. — М.,2012 — Режим доступа: http://www.protek-vrn.ru/production/navigation/orientir.html.
12. Комплексная помехоустойчивая навигационная аппаратура для подвижных наземных объектов (КС-100М) [Электронный ресурс]: Каталог/ ОАО НВП «ПРОТЕК» — Электрон.дан. — М.,2012 — Режим доступа: http://www.protek-vrn.ru/production/navigation/ks100m.html.
