[1]Изобретение относится к области создания систем управления (СУ) летательных аппаратов (ЛА) с избыточным числом измерителей с идентификацией их отказов.
[2]Известен способ получения и обработки навигационной информации в комплексах, навигационным ядром которых является бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), корректируемая от спутниковой инерциальной навигационной системы [1]. В данной работе предложен способ идентификации номера отказавшего измерителя из пяти используемых. Факт отказа и номер неисправного измерителя определяют сравнением с допуском функций, аргументами которых являются показания и точностные характеристики измерителей.
[3]Недостатками известного метода являются:
[4]1. Допусковый контроль не обеспечивает отбор выходной информации, ближайшей к измеряемому параметру;
[5]2. Сложность вычислительных процедур, требующих для реализации значительного быстродействия бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ).
[6]Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения достоверной информации, реализованный в работе [2]. Его недостатком по сравнению с предлагаемым способом является снижение точности выходной информации как результат формирования достоверного вектора пo показаниям трех измерителей. Резерв повышения точности за счет избыточной информации исправных датчиков не используется.
[7]Задачей изобретения является отбор достоверной информации и идентификация отказов акселерометров (АКС) и датчиков угловой скорости (ДУС) при пяти измерителях в каждом тракте в БИНС ЛА, что позволяет обеспечивать безотказную работу БИНС, идентифицировать отказы с определением номера неисправного измерителя, формировать достоверные векторы кажущегося ускорения и угловой скорости, ближайшие к векторам, измеряемым исправными датчиками.
[8]Технический результат достигается тем, что в способе отбора достоверной информации и идентификации отказов АКС и ДУС, при пяти измерителях в каждом тракте в БИНС ЛА, основанном на показаниях, полученных в результате циклического синхронного опроса измерителей, оси чувствительности любых трех из которых некомпланарны, и вычислении в каждом цикле векторов кажущегося ускорения и угловой скорости с использованием значений направляющих косинусов осей чувствительности измерителей, согласно изобретению, указанные векторы вычисляют при всех возможных комбинациях троек измерителей. Полученные векторы в каждом из трактов распределяют по группам, которые включают четыре вектора, вычисленные по показаниям четырех измерителей. По векторам в каждой группе рассчитывают средний вектор и показатели разброса относительно среднего вектора, находят минимальный из показателей разброса всех групп тракта в текущем цикле и средний вектор группы с минимальным показателем разброса принимают за достоверный вектор, ближайший к измеряемому в текущем цикле. Отказы измерителей тракта идентифицируют, исходя из исправности измерителей, по показаниям которых вычислен достоверный вектор, и результата сравнения с допуском модуля разности фактического показания измерителя, которое не использовано в расчете достоверного вектора и его расчетного показания. При этом расчетное показание определяют как проекцию достоверного вектора на ось чувствительности проверяемого измерителя.
[9]Описание предлагаемого способа приведено применительно к одному из рассматриваемых трактов под названием «измерительный тракт».
[10]В качестве исходных данных используются показания измерителей и значения направляющих косинусов измерителей тракта. Оси чувствительности любых трех измерителей должны быть некомпланарными.
[11]Способ осуществляется следующим образом.
[12]Осуществляется циклический синхронный опрос измерителей, обеспечивающий идентичность векторов, вычисляемых по показаниям исправных измерителей.
[13]Определяют векторы кажущегося ускорения и угловой скорости в цикле опроса показаний акселерометров и датчиков угловой скорости, жестко связанных с корпусом летательного аппарата при пяти измерителях в каждом тракте с использованием значений направляющих косинусов измерителей.
[14]По показаниям измерителей в текущем цикле опроса вычисляют компоненты измеряемого вектора. Для всех возможных комбинаций измерителей решаются системы линейных уравнений, составленных как скалярные произведения матрицы направляющих косинусов измерителей на искомый измеряемый вектор:
[15]
[17][aixaiyaizajxajyajzakxakyakz]
- матрица направляющих косинусов осей чувствительности измерителей i, j, k;
[18]bi, bj, bk - показания измерителей i, j, k;
[19]W¯ijk=[WijkXWijkYWijkZ]
- искомый вектор, определяемый по показаниям измерителей i, j, k.
[20]Минимальное количество измерителей в каждом тракте, обеспечивающее безотказную работу тракта из пяти измерителей до одного отказа, равно пяти.
[21]Число возможных векторов, рассчитанных по тройкам измерителей, равно числу сочетаний из пяти по три, т.е. C53=10
.
[22]Полученные 10 векторов распределяют по группам, каждая группа состоит из четырех векторов, рассчитанных по показаниям четырех измерителей. Так, первая группа включает векторы, вычисленные по показаниям измерителей с номерами 2, 3, 4, 5, обозначенные как 234, 235, 245, 345. Показания измерителя с номером 1 в расчете векторов первой группы не используются.
[23]Число групп по четыре вектора равно числу сочетаний из пяти по четыре, т.е. C54=5
групп. Состав групп с указанием номеров неиспользуемых измерителей представлен в приложении в таблице.
[24]В каждой группе определяют средний вектор группы и показатель разброса векторов группы относительно среднего.
[25]Так, средний вектор первой группы определяется как:
[26]
[27]Соответствующий показатель разброса записывается следующим образом:
[28]
[29]При пяти измерителях тракта и работе до одного отказа достоверный вектор тракта, ближайший к измеряемому, определяется как средний вектор группы с минимальным показателем разброса из всех (пяти) групп тракта. В работе до одного отказа достоверный вектор определяется по показаниям четырех исправных измерителей с учетом избыточной информации. Если все измерители тракта исправны, отбор достоверного вектора выполняется по десяти векторам, размещенным в пяти группах, в случае отказа - по четырем векторам одной группы. Исправность или отказ единственного измерителя, показания которого не использованы в расчете достоверного вектора, определяют сравнением с допуском модуля разности фактического показания проверяемого измерителя с его расчетным показанием. Допуск определяется погрешностью измерений. Расчетное показание вычисляется как проекция достоверного вектора текущего цикла на ось чувствительности проверяемого измерителя. Если модуль разности меньше допуска, проверяемый измеритель считается исправным, в противном случае его маркируют как неисправный в текущем цикле с указанием номера.
[30]Предлагаемый способ дополнен решением, направленным на повышение живучести БИНС за счет возможного продолжения функционирования при возникновении нештатных ситуаций с одновременным отказом двух измерителей трактов из пяти. Данная задача решается выделением из десяти векторов тракта единственного вектора, полученного обработкой показаний трех исправных измерителей.
[31]С этой целью выполняются следующие действия.
[32]Вычисленный достоверный вектор текущего цикла сравнивают с достоверным вектором предыдущего цикла. Достоверный вектор предыдущего цикла представляет собой достоверный вектор, вычисленный по показаниям измерителей в текущем цикле и записанный в память вычислителя, предназначенную для размещения информации, необходимой для расчета достоверного вектора по показаниям в следующем цикле.
[33]В качестве начальных условий достоверного вектора предыдущего цикла используют значения компонент вектора гравитационного ускорения и скорости вращения Земли в точке старта или в точке проведения испытаний аппаратуры.
[34]Если модуль разности достоверных векторов текущего и предыдущего циклов превышает допуск, определяемый скоростью изменения модуля данного вектора на траектории полета, то число отказов измерителей данного тракта больше одного. Если в этом случае из векторов тракта (десяти) может быть выявлен вектор, модуль разности которого с достоверным вектором предыдущего цикла меньше допуска, то выявленный вектор является единственным вектором из векторов тракта, соответствующим измеряемому вектору.
[35]Выявленный вектор тракта при двух отказах принимают за достоверный в текущем цикле, заменяя им средний вектор группы с минимальным показателем разброса, модуль разности которого с достоверным вектором предыдущего цикла оказался больше допуска.
[36]Неисправными являются измерители, показания которых не использованы в расчете вектора тракта, принятого за достоверный.
[37]Технический результат предлагаемого изобретения состоит в следующем:
[38]1. Обеспечение безотказной работы БИНС при минимальном количестве измерителей кажущегося ускорения и угловой скорости до одного отказа в каждом тракте.
[39]2. Идентификация отказов с определением номера неисправного измерителя.
[40]3. Формирование в результате отбора достоверных векторов кажущегося ускорения и угловой скорости, ближайших к векторам, измеряемым исправными датчиками. Этому способствует оптимальный бездопусковый отбор показаний всех исправных датчиков с повышением точности за счет избыточной информации возможных комбинаций троек измерителей.
[41]4. Осуществление отбора достоверной информации только на основании показаний АКС и ДУС и значений направляющих косинусов измерителей, без применения внешних данных и результатов точностных расчетов, что способствует упрощению вычислительных процедур при реализации предлагаемого способа.
[42]5. Пригодность данного способа отбора для дефектации неисправных измерителей при проведении предполетных испытаний аппаратуры БИНС.
[43]6. Предотвращение аварии ЛА при отказе двух измерителей тракта из пяти.
[44]Работоспособность предлагаемого решения подтверждена результатами моделирования с использованием реальной телеметрической информации, записанной в полете ЛА с акселерометров, установленных на корпусе. Моделирование проведено при штатной работе и с имитацией отказов аппаратуры.
[45]Таким образом, заявлен способ отбора достоверной информации и идентификации отказов акселерометров и датчиков угловой скорости, при пяти измерителях в каждом тракте в бесплатформенной инерциальной навигационной системе летательного аппарата, основанный на показаниях, полученных в результате циклического синхронного опроса измерителей, оси чувствительности любых трех из которых должны быть некомпланарными, и вычислении в каждом цикле векторов кажущегося ускорения и угловой скорости с использованием значений направляющих косинусов осей чувствительности измерителей. Отличительной особенностью способа является то, что векторы кажущегося ускорения и угловой скорости вычисляют при всех возможных комбинациях троек измерителей. Полученные векторы в каждом из трактов распределяют по группам, которые включают четыре вектора, вычисленные по показаниям четырех измерителей. По векторам в каждой группе рассчитывают средний вектор и показатели разброса относительно среднего вектора, находят минимальный из показателей разброса всех групп тракта в текущем цикле. Средний вектор группы с минимальным показателем разброса принимают за достоверный вектор, ближайший к измеряемому в текущем цикле. Отказы измерителей тракта идентифицируют, исходя из исправности измерителей, по показаниям которых вычислен достоверный вектор, и результата сравнения с допуском модуля разности фактического показания измерителя, которое не использовано в расчете достоверного вектора и его расчетного показания. При этом расчетное показание определяют как проекцию достоверного вектора на ось чувствительности проверяемого измерителя. Если модуль разности фактического и расчетного показаний не превышает допуск, определяемый погрешностью измерений, проверяемый измеритель считают исправным. В противном случае его маркируют, как неисправный в текущем цикле с указанием номера.
[47]1. «Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии» / под ред. Б.С. Алешина, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморского и др., М., Физматгиз, 2006, стр. 219-226.
[48]2. «Устройство резервирования акселерометров в системе управления (СУ) », патент RU 2142645 G1 авторов Иванушкина С.В., Кончагина А.А., Нижегородова Л.А.
[49]
