Использование функциональной избыточности блока чувствительных элементов бесплатформенного инерциального блока для повышения надежнос

 

4а – вид сбоку	4б – вид сверху
Рисунок 4 – Графическая  интерпретация показаний "рабочих" троек  из ЧЭ1, ЧЭ2, ЧЭ3, ЧЭ4, ЧЭ5 при варьировании номера одного неисправного ЧЭ

Как следует из данных таблицы 3.3, каждые десять показаний "рабочих" троек для текущего неисправного ЧЭ распадаются на две разнородных группы, одна из которых состоит из четырех нулевых показаний, образованных показаниями только исправных "рабочих" троек, вторая – из шести ненулевых показаний "рабочих" троек, содержащих текущий неисправный измеритель.

Используя данное обстоятельство, можно выявить неисправный измеритель следующим образом: по показаниям каждой из десяти "рабочих" троек вычисляются соответствующие модули разностей показаний. При получении стабильного отличия (например, в течение нескольких опросов измерителей) показаний четырех троек от шести других тот измеритель, который не входит в данные четыре тройки, признается неисправным.

Таким образом, увеличение количества одноосных однотипных измерителей с четырех до пяти для рассмотренного варианта равномерного размещения их ОЧ на поверхности конуса, отвечающего условиям коллинеарности и компланарности, привело к возможности аналитического выявления одного неисправного измерителя, а, следовательно, к обеспечению выполнения принципа ОВН.

Как известно из литературы [2], [3], [10], дальнейшее увеличение количества ЧЭ до шести с выполнением требований по некомпланарности приводит уже к возможности обнаружения двух неисправных измерителей.

 

 

Выводы по разделу

1  Рассмотренные варианты ориентации ОЧ для четверок одноосных однотипных измерителей показали, что выявить один неисправный измеритель на основании совместного аналитического анализа показаний "рабочих" троек не предоставляется возможным по причине их однотипной реакции на одиночную неисправность. Для однозначной идентификации неисправного измерителя в данных условиях необходимо привлечение какой-либо дополнительной (эталонной) информации об измеряемой величине либо о физической исправности измерителя.

В качестве эталонной информации могут быть использованы:

- в наземных условиях  – вектор ускорения свободного  падения в месте проведения  испытаний и вектор угловой скорости вращения Земли W;

- в условиях полета ЛА – навигационная информация, получаемая от какого-либо внешнего независимого высокоточного источника измерений (например, аппаратуры спутниковой навигации, звездного датчика, магнитометра и пр.) и характеризующаяся, как правило, более низкой частотой контроля и наличием определенной временной задержки в тракте передачи, что приводит, в свою очередь, к возможности выделения неисправного измерителя только "задним" числом.

В качестве информации о  физической исправности измерителя могут служить так называемые слова состояния, формируемые на выходе прибора БИБ по результатам периодической самопроверки соответствующего измерительного тракта [4], [6].

2  В случае использования БЧЭ из пяти одноосных однотипных измерителей, каждые три из которых не лежат в одной плоскости, можно говорить о возможности аналитического парирования ОВН без привлечения какой-либо дополнительной информации.

 

 

4  ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО  ИЗБЫТОЧНОЙ СИСТЕМЫ, ОБРАЗОВАННОЙ ТРЕМЯ ДВУХОСНЫМИ ДУС ПРИБОРА БИБ-ДНГ

 

Применим схожий подход к  обработке измерений системы  со структурной избыточностью на примере рассмотрения трех двухосных ДУС прибора БИБ-ДНГ с ортогональным расположением ОЧ (см. рисунок 1б). Матрица перехода от ПСК к ССК X₁, Y₁ (ДНГ₁), X₂, Y₂ (ДНГ₂) и X₃, Y₃ (ДНГ₃) имеет вид [6]:

.

(4.1)

Рассмотрим вариант физического  выхода из строя какого-либо одного двухосного ДНГ, характеризующегося ошибочными показаниями одновременно по обеим осям X и Y. В этом случае при варьировании номера неисправного измерителя от "1" до "3" по аналогии с п.3.1 и исключении из рассмотрения троек измерителей, не удовлетворяющих условиям компланарности, для каждого неисправного ДНГ₁, ДНГ₂, ДНГ₃ получаем набор из восьми "рабочих" троек: "1-2-3", "1-2-5", "1-3-6", "1-5-6", "2-3-4", "2-4-5", "3-4-6" и "4-5-6" (см. таблицу 4.1).

Как следует из табличных  данных, восемь "рабочих" троек  образует в результате четыре группы из пар одинаковых значений: в одной группе находятся показания с обеих осей X и Y неисправного измерителя, во второй и в третьей группах – с оси X и с оси Y неисправного измерителя соответственно, в четвертой группе – с осей исправных измерителей. В графическом представлении это соответствует вершинам трех квадратов К1, К2, К3, изображенных на рисунке 5. Каждый квадрат имеет по одной общей стороне с соседними квадратами и одну общую вершину, лежащую в центре ПСК с координатами (0, 0, 0).

 

 

Таблица 4.1 – Показания "рабочих" троек трех двухосных ДНГ для условий одного неисправного
Неиспр. ДНГ	Показания тройки измерителей  в ПСК БИБ (R)								Примечание
	"1-2-3"	"1-2-5"	"1-3-6"	"1-5-6"	"2-3-4"	"2-4-5"	"3-4-6"	"4-5-6"
ДНГ1 Квадрат 1	-1	-1	0	0	-1	-1	0	0	ось XП
	0	0	0	0	0	0	0	0	ось YП
	-1	-1	-1	-1	0	0	0	0	ось ZП
ДНГ2 Квадрат 2	0	0	0	0	0	0	0	0	ось XП
	-1	0	-1	0	-1	0	-1	0	ось YП
	0	0	0	0	-1	-1	-1	-1	ось ZП
ДНГ3 Квадрат 3	0	0	-1	-1	0	0	-1	-1	ось XП
	0	-1	0	-1	0	-1	0	-1	ось YП
	0	0	0	0	0	0	0	0	ось ZП	Рисунок 5

 

 

 

Аналитическое определение неисправного двухосного ДНГ предлагается осуществлять по следующей схеме: для каждой пары ДНГ составляются общие "рабочие" тройки: для пары ДНГ₂ и ДНГ₃ – это "3-4-6" и "4-5-6", для пары ДНГ₁ и ДНГ₃ – это "5-6-1" и "5-1-2", для пары ДНГ₁ и ДНГ₂ – это "1-2-3" и "2-3-4". По показаниям каждой из трех пар "рабочих" троек вычисляются соответствующие три модуля разности показаний. При получении стабильного отличия (например, в течение нескольких опросов) одного модуля разности показаний от двух других тот ДНГ, который не входит в данную пару, признается неисправным.

Таким образом, для случая трех двухосных измерителей парирование  ОВН обеспечивается при наличии  всего восьми "рабочих" троек (по сравнению с десятью "рабочими" тройками для одноосных однотипных измерителей функционально избыточной системы, рассмотренной в п.3.2), что объясняется наличием дополнительной связи между двумя ОЧ одного измерителя.

Рассмотрим другой вариант выхода из строя, характеризующийся наличием ошибочных показаний только по одной из осей X или Y какого-либо ДНГ (например, отказ канала передачи информации и пр.). В этом случае три двухосных ДНГ можно рассматривать как шесть одноосных. При этом набор из восьми "рабочих" троек образует две равнозначные группы: первая группа включает в себя все "рабочие" тройки с неисправным измерителем, вторая группа – все "рабочие" тройки с исправными измерителями. Данная ситуация аналогична рассмотренной в п.3.1.1 и также не обеспечивает парирование ОВН без наличия дополнительной информации.

 

 

Таблица 4.2 – Показания "рабочих" троек трех двухосных ДНГ для условий неисправности одной ОЧ
Неиспр. ОЧ		Показания тройки измерителей  в ПСК БИБ (R)								Примечание
		"1-2-3"	"1-2-5"	"1-3-6"	"1-5-6"	"2-3-4"	"2-4-5"	"3-4-6"	"4-5-6"
ДНГ1	OX1	0	0	0	0	0	0	0	0	ось XП
		0	0	0	0	0	0	0	0	ось YП
		-1	-1	-1	-1	0	0	0	0	ось ZП
	OY1	-1	-1	0	0	-1	-1	0	0	ось XП
		0	0	0	0	0	0	0	0	ось YП
		0	0	0	0	0	0	0	0	ось ZП
ДНГ2	OX2	0	0	0	0	0	0	0	0	ось XП
		-1	0	-1	0	-1	0	-1	0	ось YП
		0	0	0	0	0	0	0	0	ось ZП
	OY2	0	0	0	0	0	0	0	0	ось XП
		0	0	0	0	0	0	0	0	ось YП
		0	0	0	0	-1	-1	-1	-1	ось ZП
ДНГ3	OX3	0	0	0	0	0	0	0	0	ось XП
		0	-1	0	-1	0	-1	0	-1	ось YП
		0	0	0	0	0	0	0	0	ось ZП
	OY3	0	0	-1	-1	0	0	-1	-1	ось XП
		0	0	0	0	0	0	0	0	ось YП
		0	0	0	0	0	0	0	0	ось ZП

 

Выводы по разделу

Анализ показывает, что при заданной ориентации ОЧ (см. рисунок 1 б), когда вдоль каждой из осей ПСК направлены две ОЧ, алгоритмически принцип ОВН обеспечивается без наличия дополнительных внешних данных об измеряемой величине, либо об исправности самого измерителя только в случае когда неисправность наблюдается по обеим связанным осям неисправного измерителя.

Изменение взаимной ориентации ОЧ ДНГ таким образом, чтобы любые три ОЧ из шести  не лежали в одной плоскости (например, шесть ОЧ расположены на конусе по аналогии с рассмотренными в п.4) приводит к увеличению количества "рабочих" троек и позволяет говорить об алгоритмическом обеспечении ОВН без каких-либо дополнительных сведений.

 

 

 

5 ОБРАБОТКА ИЗБЫТОЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ

5.1 Описание методики исследования повышения точности

Использование избыточного  количества ЧЭ позволяет повысить не только надежность, но точность инерциальных измерений [10].

 

Рисунок 6 - двухосном поворотном столе КИН-52 отработочной позиции ЛАИ ЦМК НП

 

Возможность повышения точности инерциальных измерений оценена на примере обработки показаний с ОЧ МА₁, МА₂, МА₃, МА₄ прибора БИБ-ДНГ о проекциях приращения вектора кажущейся скорости, зарегистрированных в одном из прогонов в процессе проведения испытаний на двухосном поворотном столе КИН-52 лаборатории автономных испытаний (ЛАИ) ФГУП "НПО автоматики". Испытания проводились в соответствии с Программой прогонов [11]. Согласно Инструкции А1 Программы прогонов [11] ПСК прибора БИБ-ВОГ путем ручных разворотов вокруг осей поворотного стола КИН-52, изображённого на рисунке 6, последовательно выставлялась в девять характерных положений (п.А1.0,..., п.А1.8) относительно географической системы координат (ГСК) с возвратом в исходное положение (п.А1.9 = п.А1.0). При этом каждое выставляемое положение характеризовалось вертикальной ориентацией (вверх или вниз) ОЧ какого-либо МА (см. рисунок 7).

Цифровая информация с  выходов прибора БИБ-ДНГ, имеющая  период обновления 4 мс, регистрировалась в ходе прогона посредством специализированного программного обеспечения [13] по кодовым линиям связи на основе ГОСТ Р 52070-2003 в реальном масштабе времени без пропусков и повторов в течение ~5 мин в каждом из выставляемых положений.

 

пA1.0	пA1.1	пA1.2	пA1.3	пA1.4
Исходное положение	ОЧ МА3 вверх	ОЧ МА3 вниз	ОЧ МА1 вверх	ОЧ МА1 вниз
пA1.5	пA1.6	пA1.7	пA1.8	пA1.9 = пA1.0
ОЧ МА4 вниз	ОЧ МА4 вверх	ОЧ МА2 вверх	ОЧ МА2 вниз	Возврат в исходное положение
Рисунок 7 – Последовательность выставляемых положений ПСК прибора БИБ-ДНГ относительно плоскости местного горизонта согласно Инструкции А1 Программы прогонов на поворотном столе КИН-52 отработочной позиции ЛАИ