Файл: Каменский, А. М. Теория астрономической коррекции.pdf

А. М. КАМЕНСКИЙ

ТЕОРИЯ

АСТРОНОМИЧЕСКОЙ

КОРРЕКЦИИ

Москва-

«М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И' В»-

19 7 4

К 18 УДК 629.7.05.001.2

^ - ЪХ^Н

Каменский А. М. Теория астрономической коррекции. М., «Машинострое­

ние», 1974, 220 с.

В книге изложена теория линейной астрономической коррекции навига­ ционно-пилотажных параметров движения летательного аппарата. Основное внимание уделено рассмотрению уравнений пеленгации небесных светил, во­ просам наведения астрономического пеленгатора на светило, а также методам астрономической коррекции навигационно-пилотажных параметров движения летательного аппарата.

Получены уравнения ошибок рассматриваемых методов астрономической коррекции, позволяющие оценить влияние погрешностей астрономических и других средств на точность астрономической коррекции текущих координат места летательного аппарата и параметров, определяющих его ориентацию в пространстве.

Рассмотрена кинематика дополнительных поворотов астрономическогс пеленгатора при проведении коррекции.

В книге впервые сделана попытка изложить теорию астрономической кор­ рекции навигационно-пилотажных параметров с применением метода компен­ сирующих поворотов.

Книга рассчитана на инженеров и научных работников авиационного и морского приборостроения, занимающихся проектированием и разработкой автономных навигационно-пилотажных систем. Она будет полезна студентам высших учебных заведений соответствующих специальностей.

Табл. 8, ил. 51, список лит. 24 назв.

Рецензент д-р техн. наук В. Н. Почукаев

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Развитие авиационной техники выдвигает требования авто­ номности и высокой точности к навигационно-пилотажным си­ стемам летательных аппаратов, совершающих длительные полеты. В то же время современные автономные навигационно­ пилотажные средства определения местоположения и направле­ ния движения летательного аппарата, а также его пространствен­ ной ориентации имеют, как правило, нарастающие со временем погрешности. Поэтому для автономной коррекции нави­ гационно-пилотажных систем в настоящее время используют астрономические корректирующие устройства, точность кото­ рых, как известно, не зависит от продолжительности их работы.

Однако развитию теории астрономических устройств, осо­ бенно разработке теории астрономической коррекции навига­ ционно-пилотажных параметров, уделяется недостаточное вни­ мание. В литературе, как правило, приведены материалы, посвя­ щенные отдельным астрономическим устройствам.

В настоящей книге сделана попытка осветить теорию астро­

небесных светил и использования астрономической информации. Коррекция навигационно-пилотажных параметров с помощью астрономических средств производится по результатам пеленга­ ции небесных светил.’ При изложении теории пеленгации принят метод, основанный на принципе пеленгации светила некоторой плоскостью. Этот метод предложен Л. П. Сергеевым при разра­ ботке им теории астрономических курсовых приборов. Л. М. Во­ робьев применил его для измерения различных навигационных

параметров.

Внастоящее время этот метод получает все большее распро­ странение при исследовании работы астрономических навига­ ционных средств. Это объясняется главным образом тем, что применение принципа пеленгации небесных светил плоскостями позволяет найти наиболее приемлемые их ориентации при изме­ рении тех или иных параметров, получить дифференциальные формулы, определяющие характер изменения координат пелен­ гуемых светил в полете.

Вкниге при изложении теории пеленгации уточнены основ­ ные свойства плоскостей пеленгации и методы их ориентации,,

показана взаимосвязь между методами ориентации плоскостей

пеленгации и способами подвеса астрономического пеленгатора, получены более простые уравнения пеленгации.

Кроме того, принципы пеленгации использованы и при полу­ чении уравнений углового наведения астрономического пеленга­ тора, при исследовании погрешностей работы системы в этом режиме, а также при выводе уравнений астрономической кор­ рекции навигационно-пилотажных параметров. При этом сде­ лана попытка рассмотреть методы астрономической коррекции с помощью введения малых компенсирующих поворотов, обеспе­ чивающих при проведении коррекции навигационно-пилотажных параметров совмещение плоскостей пеленгации с направле­ ниями на пеленгуемые светила.

В зависимости от количества плоскостей пеленгации и их ориентации информация об их отклонениях от направлений на светила используется для коррекции различных параметров.

Пеленгация одного небесного светила широко используется в астрономических компасах и корректорах курса. Одновремен­ ная пеленгация двух небесных светил тремя и четырьмя плоско­ стями получила широкое применение в астрономических ориентаторах и астроинерциальных системах, в которых астрономиче­ ская информация об отклонениях плоскостей пеленгации от направлений на пеленгуемые светила используется для опреде­ ления или коррекции текущих координат места и курса летатель­ ного аппарата.

При одновременной пеленгации двух небесных светил тремя или четырьмя плоскостями требуется по крайней мере два астро­ номических пеленгатора на борту летательного аппарата, yciaнавливаемых либо на общей платформе, либо на двух дистан­ ционно связанных платформах. Такое конструктивное решение приводит к заметному увеличению габаритных размеров и мас­ сы аппаратуры.

Поэтому в работе рассмотрены основные методы астрономи­ ческой коррекции навигационно-пилотажных параметров, позво­ ляющие использовать только один астрономический пеленгатор, поочередно пеленгующий небесные светила. Возможность использования одного астрономического пеленгатора, пооче­ редно пеленгующего небесные светила, вытекает из того, что на­ растание погрешностей в навигационно-пилотажных парамет­ рах, подлежащих коррекции, как правило, носит монотонный, плавный характер, и на относительно коротких промежутках времени погрешность практически постоянна.

Книга состоит из четырех частей, в которых соответственно рассмотрены пеленгация небесного светила плоскостями, наве дение астрономического пеленгатора на выбранное небесное светило, а также методы коррекции навигационно-пилотажных параметров при пеленгации одного светила одной и двумя пло­ скостями, двух небесных светил одновременно тремя и четырьмя плоскостями и, наконец, при поочередной пеленгации светил.

4

ВВЕДЕНИЕ

Развитие теории навигации и совершенствование навига­ ционного оборудования происходят в последние годы особенно быстро. Основным направлением этого развития является ком­ плексная автоматизация решения задач навигации и управле­ ния полетом летательного аппарата.

Для решения той или иной навигационной задачи исполь­ зуются не только устройства, находящиеся на борту летатель­ ного аппарата, но и наземная аппаратура. В зависимости от того, какими техническими средствами получают исходную ин­ формацию, все устройства можно разделить на два вида: авто­ номные и неавтономные. Автономные навигационные устройства дают информацию без привлечения наземных средств, а в не­ автономных навигационных устройствах информацию получают на основе их взаимодействия с наземной аппаратурой.

Процесс навигации сводится к переработке и обобщению навигационных элементов, измеряемых отдельными устройст­ вами. Эту переработку и обобщение выполняют оператор (штур­ ман, летчик) или автоматическое устройство, объединяющее первичные источники информации при помощи вычислителя, логических элементов и схем связей в общую комплексную систему. Каждое навигационное устройство дает наиболее точ­ ную и надежную информацию только в определенных условиях.

Взаимодействие между навигационными устройствами уста­ навливается так, чтобы непрерывно работающие средства выполняли роль «памяти» комплексной системы, а дискретно ра­ ботающие системы — роль корректоров, устраняющих накоплен­ ные погрешности. Благодаря этому комплексные системы нави­ гации, как правило, обладают повышенной точностью, меньше зависят от внешних условий полета, обеспечивают необходимое дублирование и контроль работы устройств, а также непрерыв­ ную выдачу информации.

В качестве автономных средств, обеспечивающих непрерыв­ ность выдачи информации, в настоящее время находят широкое применение курсо-доплеровские и инерциальные устройства счисления пути. Однако точность навигационных данных, выра­ батываемых с помощью этих устройств, при сравнительно про­ должительных полетах часто оказывается недостаточной.

В отличие от автономлых средств счисления пути высокую точность измерений, как правило, обеспечивают неавтономные

6

радиотехнические устройства, хотя они подвержены помехам и имеют ограниченный радиус действия. Поэтому неавтономные радиотехнические устройства используют периодически, напри­ мер, для точной коррекции результатов счисления пути. В то же время с помощью используемых в настоящее время радиотехни­ ческих средств нельзя определить, а следовательно, и откоррек­ тировать один из важных навигационных параметров — курс летательного аппарата. Астрономические навигационные уст­ ройства лишены указанных недостатков. Они не имеют ограни­ чений по дальности и продолжительности полета, обладают вы­ сокой автономностью работы, не подвержены помехам и позво­ ляют определять как координаты летательного аппарата, так

иего курс.

Вто же время астрономические навигационные устройства имеют и ограничения их использования, вытекающие главным

образом из метеорологических условий полета. Но несмотря на эти ограничения астрономические навигационные устройства достаточно широко используются в авиации.

Авиационная астрономия восприняла основные методы астрономических навигационных определений от мореходной астрономии, соответственно переработав их для условий полета. Так, в 1922 г. в СССР было разработано устройство для опреде­ ления места самолета по данным астрономических наблюдений без последующих вычислений. Для полетов в арктических рай­ онах, где магнитные компасы работают плохо, уже в 1923 г. был разработан первый солнечный указатель курса. В 1933—1934 гг. был создан солнце—лунный—звездный указатель курса, кото­ рый успешно использовался при полете на Северный полюс и при перелетах в 1937 г. через Северный полюс в США.

В послевоенные годы широко применяются в авиационной навигации астрономические методы определения координат летательного аппарата по измеренным высотам двух небесных светил и методы определения курса, использующие вычислен­ ный азимут с измеренным курсовым углом светила, а также ме­ тод, основанный на моделировании небесной сферы.

Для измерения высот светил используются ручные секстанты ИАС-1М с искусственным горизонтом и интегрирующим меха­ низмом, а также перископические, секстанты СП-1 и СП-1М, измеряющие одновременно высоту и курсовой угол светила. Для определения курса разработаны также астрокомпасы АК-53,

АК-59П [5].

За рубежом используется перископический секстант фирмы Колсмен [19], [20].

Для сокращения вычислительных работ на борту летатель­ ного аппарата при определении курса и координат по данным астрономических измерений разрабатываются автоматические средства пеленгации небесных светил и специальные вычисли­

7