Разработка и исследование алгоритма навигации по высотам объектов местности
Аннотация
Система управления летательным аппаратом обычно содержит инерциальную навигационную систему (ИНС), с помощью которой на борту определяются координаты аппарата в некоторой внешней системе координат, связанной с Землей. Принцип работы ИНС заключается в измерении с помощью чувствительных элементов проекций ускорений в инерциальном пространстве и, затем, интегрировании этих ускорений для получения скоростей, а после повторного интегрирования измеряются расстояния. В результате неизбежных ошибок измерения ускорений в процессе движения накапливаются ошибки, которые растут со временем. Для коррекции этих ошибок используются данные спутниковой системы глобального позиционирования, которая достаточно точна, однако, не всегда применима по причине своей уязвимости.
Альтернативным способом решения задачи коррекции ошибок ИНС является применение корреляционно-экстремального метода навигации. Принцип работы такого метода основан на сравнении матрицы высот земной поверхности, полученной во время полета летательного аппарата (называемой далее измеренным фрагментом), с эталонной матрицей, которая хранится на борту и вычислена заранее. Коррекция ошибок ИНС осуществляется с помощью сопоставления измеренного фрагмента с эталонной матрицей. Сопоставление производится с помощью функционала сравнения. Аргумент экстремального значения функционала сравнения является оценкой положения измеренного фрагмента в системе координат эталонной матрицы.
Новизна постановки задачи обусловлена двумя причинами. Во-первых, в данной работе применяется эталонная матрица поля высот объектов местности. Далее поле высот объектов местности будем называть полем микрорельефа. Матрица микрорельефа имеет шаг на местности порядка одного метра, в то время, как матрица высот рельефа имеет шаг порядка сотен метров. Во-вторых, в отличие от одномерных измерений, которые обычно используются в рельефометрических системах коррекции, в данной работе рассматривается двумерный измеренный фрагмент (кадр) поля высот.
В работе с помощью вычислительного эксперимента проведено сравнительное исследование трех известных функционалов сопоставления. Предложен новый критерий принятия решения о срыве привязки и проведено его сравнение с известным критерием. Новый критерий основан на анализе отношения экстремальных значений функционала сопоставления. Предложен способ оценки ошибки коррекции путем измерения диаметра множества уровня функционала сопоставления. Предложены дополнительные морфологические фильтры для повышения устойчивости алгоритма в условиях структурных возмущений эталона. Структурные возмущения эталона возникают, когда на эталоне по каким-либо причинам отсутствуют высотные объекты местности или, когда имеются объекты, которые на самом деле на местности отсутствуют. Также в работе рассмотрен способ ускорения алгоритмов с помощью быстрого преобразования Фурье.
Альтернативным способом решения задачи коррекции ошибок ИНС является применение корреляционно-экстремального метода навигации. Принцип работы такого метода основан на сравнении матрицы высот земной поверхности, полученной во время полета летательного аппарата (называемой далее измеренным фрагментом), с эталонной матрицей, которая хранится на борту и вычислена заранее. Коррекция ошибок ИНС осуществляется с помощью сопоставления измеренного фрагмента с эталонной матрицей. Сопоставление производится с помощью функционала сравнения. Аргумент экстремального значения функционала сравнения является оценкой положения измеренного фрагмента в системе координат эталонной матрицы.
Новизна постановки задачи обусловлена двумя причинами. Во-первых, в данной работе применяется эталонная матрица поля высот объектов местности. Далее поле высот объектов местности будем называть полем микрорельефа. Матрица микрорельефа имеет шаг на местности порядка одного метра, в то время, как матрица высот рельефа имеет шаг порядка сотен метров. Во-вторых, в отличие от одномерных измерений, которые обычно используются в рельефометрических системах коррекции, в данной работе рассматривается двумерный измеренный фрагмент (кадр) поля высот.
В работе с помощью вычислительного эксперимента проведено сравнительное исследование трех известных функционалов сопоставления. Предложен новый критерий принятия решения о срыве привязки и проведено его сравнение с известным критерием. Новый критерий основан на анализе отношения экстремальных значений функционала сопоставления. Предложен способ оценки ошибки коррекции путем измерения диаметра множества уровня функционала сопоставления. Предложены дополнительные морфологические фильтры для повышения устойчивости алгоритма в условиях структурных возмущений эталона. Структурные возмущения эталона возникают, когда на эталоне по каким-либо причинам отсутствуют высотные объекты местности или, когда имеются объекты, которые на самом деле на местности отсутствуют. Также в работе рассмотрен способ ускорения алгоритмов с помощью быстрого преобразования Фурье.