АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 7
1.1 Обзор литературы 7
1.2 Анализ технического задания 26
Выводы по первой главе 28
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БИНС 30
2.1 Модель БИНС на датчиках угловой скорости и акселерометрах 30
2.2 Модель ошибок БИНС 40
2.2.2 Ошибки БИНС, вызванные дрейфом гироскопов 44
2.2.3 Ошибки БИНС в случае неточного определения вертикали 46
Выводы по второй главе 48
3 РАЗРАБОТКА ПОЛЕТНОГО ЗАДАНИЯ 49
3.1 Полетное задание космического аппарата 49
3.2 Определение требований к точности чувствительных элементов 51
3.3 Фильтр Калмана 54
Выводы по третьей главе 57
4 КОНСТРУКЦИЯ БИНС 58
Выводы по четвертой главе 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 62
ПРИЛОЖЕНИЯ 64
Современное техническое развитие в области информационных технологий значительно расширяет тактические и технические возможности подвижных объектов разного назначения. Существенная роль в данном процессе, это решение задач ориентации и навигации объектов на новом уровне. Системы, которые решают эти задачи на борту, объединены в информационно-управляющие системы ориентации и навигации.
Бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС) являются современными комплексами ориентации и навигации. БИНС обладают уникальными информационными возможностями, которые реализуются при высокой степени помехозащищенности, скрытности и абсолютной автономности при выполнении целевых задач. БИНС также отличается: простотой конструкции; относительно небольшими габаритами и небольшой массой; относительно короткое время подготовки к запуску, а также широкие возможности для модернизации на уровне программного обеспечения. В то же время стоимость БИНС ниже, чем у платформенных инерциальных навигационных систем, и эксплуатационные расходы также ниже. Вместе с перечисленными выше характеристиками он предопределяет их использование в качестве бортовых информационно-измерительных систем для ориентации и навигации движущихся объектов различного назначения. Наряду с оптимизацией управляющей части комплексов ориентации и навигации, в последнее время значительным развитием БИНС считается значительное увеличение точности и надежности, определения параметров и усовершенствование информационной части комплексов ориентации и навигации.
Одной из основных задач при разработке БИНС является обеспечение их необходимой точности. Найти решение можно путем получения нужного уровня инструментальных погрешностей инерционных датчиков - акселерометров и гироскопов.
Разработка БИНС конкретного применения, предполагает разработку специального программного обеспечения и математики (HMO), основанного на опыте разработчиков систем ориентации и навигации для конкретного типа мобильных объектов. В то же время использование в информационных и технических решениях дает возможность выявить особенность БИНС и приводить к единой форме функциональные алгоритмы и алгоритмическое обеспечение. Это необходимо для обоснования технических требований, которые предъявляются к БИНС.
Таким образом, с помощью программно -математического обеспечения, на начальном этапе проектирования комплексов ориентации и навигации подвижного объекта, можно, в автоматизированном режиме, обосновать установочные характеристики БИНС, в соответствии с требованиями точности и надежности носителя информации. Анализ необходимых характеристик БИНС, например, точности подготовки запуска и допустимого уровня ин струм ен тальных погрешностей инерциального измерительного блока БИНС, открывает возможность системного подхода к значительному снижению сложности этапа ее проектирования.
Инновационные БИНС, как правило, формируются с применением кольцевых лазерных, волоконно-оптических и твердотельных волновых гироскопов. Они позволяют отказаться от движущихся механических частей, что позволяет повысить точность и надежность системы.
Цель работы: Разработка бесплатформенной инерциальной навигационной системы для малого космического аппарата.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обзор литературы;
- анализ исходных данных;
- исследование чувствительного элемента;
- расчет ошибок БИНС;
- моделирование БИНС;
-расчет полетного задания
-разработка конструкторской документации.
Выпускная квалификационная работа посвящена разработке
бесплатформенной инерциальной навигационной системы для малого космического аппарата.
В работе приведен подробный обзор инерциальных систем, современных разработок чувствительных элементов как импортных, так и отечественных предприятий. Проведен анализ технического задания.
Рассмотрены математическая модель БИНС на базе гироскопов и
акселерометров, принцип действия БИНС, а также модель ошибок БИНС.
В пакете прикладных программ Matlab Simulink реализована модель алгоритма ориентации БИНС с направляющими косинусами, основанная на решении обобщенного уравнения Пуассона, а также сформирована модель БИНС. Промоделирована траектория движения малого космического аппарата. Сформирована модель ошибок БИНС, состоящая из ошибки, вызванной неточностью начальной выставки вертикали, дрейфом гироскопа и погрешностями акселерометра.
Сформирована модель ошибок БИНС, состоящая из ошибки, вызванной неточностью начальной выставки вертикали (0О ~ 2 угл. мин), ошибки, вызванной дрейфом гироскопа (шдр = -5,51-10-3град/ч) и ошибки, вызванной
погрешностями акселерометра (SaX = 1,08-10-5g).
Полученные результаты представлены в таблице 10.
Таблица 10 - Полученные результаты в ходе проекта
Параметр Значение
Масса, кг 140
Точность ориентации, угл.мин. ±6
Габариты, мм 1220x1158x992
По тангажу, град. ±30
По крену, град. ±30
Рассмотрена система с учетом измерительного шума инерциальных датчиков. Для подавления шума применен фильтр Калмана, который позволяет фильтровать шум от акселерометров на 50,7%, а от гироскопов - на 20,3%.
Разработанная система может устанавливаться на малые космические аппараты. Конструкция данного прибора позволяет, ориентировать и стабилизировать объект одновременно, так же преимущество данной конструкции достаточно малые габариты. Корпус прибора имеет достаточно высокую степень защиты.
