Структура и алгоритмы бортовых электромагнитных систем относительного позиционирования

• Автор: Волковицкий, Андрей Кириллович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Оглавление
0. ВВЕДЕНИЕ
0.1. Терминология
0.1.1. Навигация, ориентация, позиционирование
0.1.2. Магнитное поле, магнитный диполь
0.2. Актуальность темы
0.2.1. Глобальные спутниковые навигационные системы (ГНСС)
0.2.2. Пеленгация и навигация в поле радиомаяков
0.2.3. Радиосистемы ближней навигации и радиогеодезические системы
0.2.4. Автономные активные системы
0.2.5. Внешние системы
0.2.6. Электромагнитные системы относительного позиционирования
0.3. Цель работы
0.4. Методы исследования
0.5. Научная новизна
0.6. Практическая и теоретическая ценность
0.7. Реализация и внедрение результатов работы
0.8. Связь с планами работ
0.9. Основные результаты и положения
0.10. Апробация результатов работы
0.11. Публикации
0.12. Структура работы
1. ГЛАВА 1. Базовый алгоритм электромагнитной системы относительного позиционирования
1.1. Поле точечного магнитного диполя
1.2. Квазистационарное магнитное поле точечного диполя
1.3. Задача относительного позиционирования
1.3.1. Постановка задачи
1.3.2. Формирование системы уравнений
1.3.3. Переход к системе линейных алгебраических уравнений
1.3.4. Решение относительно параметров радиуса-вектора
1.4. Существование и единственность решения относительно переменных
1.5. Базовый алгоритм решения задачи относительного позиционирования
Выводы
2. ГЛАВА 2. Особенности технической реализации электромагнитной системы относительного позиционирования
2.1. Выбор диапазона рабочих частот
2.2. Измерение переменного магнитного поля
2.3 Выбор частоты дискретизации
2.4. Конструкция трехкомпонентных приемных рамок
2.5. Измерение параметров эллиптически поляризованного поля
2.5.1. Понятие эллипса поляризации
2.5.2. Вычисление параметров эллипса поляризации
2.5.3. Исключение неоднозначности определения направления главных осей
2.5.3. Алгоритм определения параметров эллипса поляризации
2.6. Контроль измерительных характеристик приемника
2.6.1. Синхронное детектирование
2.6.2. Частотная коррекция результатов измерений
2.6.3. Алгоритм стабилизации частотной характеристики приемника

2.7. Искажения измерений, связанные с неортогональностью приемных рамок и их коррекция
2.8. Искажения результатов измерений, обусловленные неидеальностью передающей системы и их коррекция
2.9. Калибровка системы передающих диполей
2.9.1. Приведение к линейно поляризованному полю
2.9.2. Определение углов между диполями и величин моментов
2.9.3. Определение параметров малого поворота
2.9.4. Алгоритм калибровки
2 10. Структура вычислительного алгоритма системы относительного позиционирования

Выводы
3. ГЛАВА 3. Применение электромагнитной системы относительного позиционирования в аэроэлектроразведочном комплексе ЕМ4Н
3.1. Аэроэлектроразведочные системы
3.2. Задача относительного позиционирования в аэроэлектроразведке
3.3. Принцип работы и конфигурация комплекса ЕМ4Н
3.4. Трехкомпонентный приемник переменного магнитного поля
3.4.1. Оценка уровня собственных шумов измерительной системы и ее динамического диапазона
3.4.2. Конструкция индукционного датчика переменного магнитного поля
3.5. Структура информационно-вычислительной системы комплекса ЕМ4Н
3.6. Обработка информации на бортовой ЭВМ комплекса ЕМ4Н
3.6.1. Визуализация первичных данных
3.6.2. Коррекция измеренных значений с учетом пилот-сигналов
3.6.3. Коррекция с учетом параметров возбуждающего поля
3.6.4. Счисление контрольных инвариантов
3.7. Камеральная обработка данных электроразведочной системы ЕМ4Н
3.7.1. Предварительная калибровка системы
3.7.2. Коррекция измеренных значений при обработке данных
3.7.3. Компенсация влияния поля вихревых токов, возникающих в обшивке летательного аппарата
3.8. Экспериментальные данные, полученные в контрольном эксперименте по оценке качества работы алгоритмов относительного позиционирования
3.8.1. Результаты решения задачи относительного позиционирования
3.8.2. Результаты калибровки
Выводы
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приложение А. Акты внедрения результатов работы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

0. ВВЕДЕНИЕ
0.1. Терминология
0.1.1. Навигация, ориентация, позиционирование
Согласно [2,3,16,61], задача определения трех координат, описывающих поступательное движение точки (центра масс) твердого тела, и трех координат, задающих его угловое положение, называется «задачей навигации». Система координат, в которой рассматривается движение данного твердого тела, называется «навигационной системой координат». Независимые переменные, которые описывают положение тела в навигационной системе координат, называются «навигационными координатами». Совокупность навигационных координат и их производных по времени называют «навигационными параметрами». Если речь идет об определении трех координат, описывающих только вращательное движение тела, говорят о «задаче определения ориентации». Систему координат в этом случае называют «опорной системой координат», угловые координаты называют «угловыми переменными» или «параметрами ориентации». «Навигационными системами» называют системы, решающие задачу навигации для некоторого объекта, параметры движения которого ассоциируются с параметрами движения модельного твердого тела. Среди таких систем наиболее известны инерциальные навигационные системы (ИНС) [2,16,40,61], определяющие полный набор навигационных координат, спутниковые навигационные системы, в стандартном режиме работы не определяющие параметры ориентации [31,49,77,85,95], ряд других.
Традиционно при решении задачи навигации вблизи поверхности Земли в качестве навигационной системы координат выбирается экваториальная географическая система координат, оси которой неподвижны относительно Земли, или иная система координат, параметры пересчета из которой в географическую систему координат известны. Чтобы выделить класс задач, для

Доказательство. Выберем декартову систему координат хуг с началом в точке расположения диполей М х,Мг,Мг , ось х которой совпадает с направлением вектора ек . Таких систем координат бесконечно много. Из них выберем одну с фиксированным направлением осей у иг. Утверждение леммы следует из невырожденности матрицы преобразования К одной системы координат к другой.
Лемма

МЇТМЇ = НЇТ®2Н

Доказательство несложно получить простым преобразованием, пользуясь свойством линейности в выражениях (1.14), (1.15):
что и требовалось доказать.
Лемма 1.3. Система уравнений (1.14) может быть приведена однозначным линейным преобразованием к каноническому виду: