Одним из основных вопросов при разработке бортовых систем управления (БСУ) подвижными объектами с малым временем непрерывной работы является обеспечение системы управления точной и достоверной навигационной информацией о местоположении и параметрах движения летательного аппарата (ЛА). Указанная задача решается применением в составе БСУ информационно-измерительных систем (ИИС) и навигационных комплексов. Наиболее перспективные ИИС строятся на базе бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), обеспечивающих решение задач навигации объектов, движущихся по поверхности Земли и в околоземном пространстве в широких диапазонах линейных и угловых скоростей.
В БИНС источники первичной информации (датчики угловых скоростей (ДУС), акселерометры) непосредственно связанны с корпусом объекта, навигационные параметры которого необходимо определять. Показания этих источников передаются в навигационный вычислитель, который выдает данные о местоположении, скорости и угловой ориентации объекта.
Такие достоинства БИНС, как автономность, помехоустойчивость, непрерывность информации (высокая скорость получения навигационных данных) и малое время готовности позволяют существенно повысить технические характеристики навигационных систем ЛА.
Функционально БИНС представляет собой блок чувствительных элементов (БЧЭ), состоящий из трех акселерометров и трех ДУСов, и навигационного вычислителя [1].
Одним из вариантов проектирования БИНС может стать использование миниатюрных чувствительных элементов входящих в состав БЧЭ, что позволяет получить недорогие и компактные системы с малой точностью достаточной для решения ряда задач.
Цель данной работы заключается в следующем: разработать программное обеспечение, которое позволяло бы формировать команды органам управления ЛА на основе данных, поступающих от блока датчиков первичной информации.
В состав рассматриваемой системы входят (см. рис. 1):
В системе присутствуют приёмник XBee и МК. Задачей первого является организация информационного взаимодействия с блоком датчиков первичной информации (IMU). Задача МК заключается в организации интерфейса, позволяющего производить удаленное программное управление ЛА при помощи стандартного пульта управления и приемника радиосигнала.
Требовалось разработать программное обеспечение, которое позволяло бы формировать команды органам управления ЛА на основе данных, поступающих от блока датчиков первичной информации.
Т.е. необходимо составить две программы:
Одной из задач МК является прием информации от ПК по интерфейсу RS-232C. Эта задача была решена с использованием механизма прерываний.
Второй задачей МК является формирование диаграммы информационного обмена с приемником (см. рис. 2):
Как видно из рисунка, на передачу всего пакета данных выделяется 20 мс. Данные передаются по каналам, которые отделяются друг от друга фиксированными непродолжительными паузами. После передачи пакета данных система переходит в режим синхропаузы [2].
Для точного определения пространственной ориентации ЛА была произведена калибровка датчиков первичной информации (ДУСов и акселерометров).
Программа для ПК реализует приём данных с БЧЭ по интерфейсу ZigBee. Эти данные представляют собой показания ДУСов и акселерометров. Зная их, можно определить ориентацию ЛА в пространстве, т.е. найти углы курса, крена, тангажа (см. рис. 3).
- тангаж, курс, крен.
Матрицы, определяющие правые вращения относительно положительных направлений указанных выше осей, имеют следующий вид
Матрица произвольного поворота в трёхмерном пространстве может быть получена в соответствии с формулой 2
Для определения необходимых углов, требуется, в первую очередь, найти решение уравнения Пуассона в кватернионной форме
Затем, согласно соотношениям 4, определяются элементы матрицы направляющих косинусов
Зная их, не составляет труда, воспользовавшись формулами 5, получить необходимые углы
По показаниям акселерометров можно определить крен и тангаж ЛА, исходя из следующих соотношений [3]
Приложение для ПК (см. рис. 4) позволяет принимать данные с блока датчиков первичной информации по интерфейсу ZigBee. Кроме того, имеется возможность формировать команды органам управления ЛА, которые программа передаёт МК по интерфейсу RS-232C. Также проект содержит математическую 3D-модель ЛА, разработанную по технологии OpenGL.
Хотелось бы отметить перспективы дальнейших исследований, которые могут заключаться в следующем:
Список литературы