Универсальный навигационный процессор¶

Универсальный навигационный процессор (УНП) — бортовой вычислительный комплекс, предназначенный для обработки данных инерциальных и спутниковых навигационных систем, расчёта навигационных параметров и управления полётом воздушных, космических и морских объектов. В русскоязычной технической литературе аббревиатура УНП чаще всего расшифывается именно так; в зависимости от отрасли и конкретного изделия она может обозначать и иные устройства — например, унифицированный навигационный процессор в составе авиационного оборудования.

¶Назначение и место в системе управления

УНП выполняет роль центрального вычислителя навигационного контура. Он принимает сигналы от инерциальных измерительных блоков (ИМБ), приёмников спутниковой навигации (ГЛОНАСС, GPS, «Навигатор», «Луч»), авиагоризонтов, датчиков воздушной скорости и высоты, а также от радиотехнических систем ближней навигации. На основе этих данных процессор решает навигационную задачу — определяет координаты объекта, вектор скорости, параметры ориентации в пространстве и выдаёт управляющие сигналы на автопилот, приборы отображения и средства связи.

Типовая структура УНП включает:

• центральный процессор (один или несколько вычислительных модулей);
• блоки памяти — оперативную и постоянную (ПЗУ с навигационными алгоритмами и картографическими данными);
• интерфейсные модули для обмена с бортовым оборудованием по цифровым шинам (в авиации и космосе — обычно MIL-STD-1553, ARINC 429 или отечественные аналоги);
• блок синхронизации времени, связанный со спутниковыми часами;
• средства самодиагностики и резервирования.

¶Принцип работы

Основной алгоритм, реализуемый УНП, — интегрирование уравнений движения объекта по данным инерциальной навигационной системы с периодической коррекцией по внешним источникам. Инерциальная система на основе акселерометров и гироскопов (лазерных, оптоволоконных или MEMS) измеряет перегрузки и угловые скорости; УНП дважды интегрирует эти данные, получая скорость и координаты. Ошибка интегрирования со временем накапливается, поэтому процессор периодически сверяет расчётные координаты с данными спутниковой навигации, радионавигационных наземных станций или астронавигации, внося поправки.

Для повышения точности применяются фильтры Калмана и их модификации — УНП оценивает неопределённости измерений и состояния объекта, оптимально сочетая данные разных источников. В современных изделиях используется принцип «интегрированной навигационной системы»: спутниковая навигация обеспечивает точность на протяжении всего полёта, а инерциальная — непрерывность и высокую частоту обновления данных, а также работоспособность при помехах или отсутствии сигнала спутников.

¶Применение

¶Авиация

В гражданской и военной авиации УНП входит в состав интегрированной системы управления полётом. На российских самолётах семейства Сухой Суперджет 100, МС-21, Ту-204/214, Ил-96 навигационные процессоры обеспечивают расчёт планового маршрута, автоматическое управление по маршруту и заход на посадку. В боевых самолётах УНП связан с системой вооружения и обеспечивает навигационно-целевые расчёты.

¶Космос

На космических аппаратах УНП решает задачи определения орбитальных элементов, планирования манёвров и ориентации. На Международной космической станции аналогичные функции выполняет российский бортовой компьютер ЦВМ, входящий в состав системы управления полётом.

¶Морской и наземный транспорт

Унифицированные навигационные процессоры применяются в системах позиционирования судов, в составе инерциальных систем для подводных лодок (где спутниковая навигация недоступна) и в навигационном оборудовании бронетехники.

¶Отечественные разработки

Российская промышленность выпускает ряд семейств навигационных процессоров. Среди них — изделия НПО «Электромеханики» (входит в концерн «Росэлектроника»), ОКБ «Планета», «Кварта» и других предприятий. Разработки ведутся в рамках программ импортозамещения: после 2022 года, в условиях санкционного давления, отечественные производители ускорили переход на российские микропроцессорные платформы (архитектуры «Эльбрус», «Байкал», «Рысь») вместо зарубежных чипов.

¶Классификация

По типу объекта применения УНП подразделяются на авиационные, космические, морские и специальные (для беспилотных летательных аппаратов, ракет и т. п.). По степени интеграции — на отдельные процессорные модули и комплексированные бортовые компьютеры, совмещающие навигационные функции с управлением полётом, системами связи и вооружением.

¶Перспективы развития

Направления развития УНП связаны с переходом к многофункциональным интегрированным модулям, увеличением быстродействия за счёт многопроцессорных архитектур, применением алгоритмов машинного обучения для обработки навигационных данных и повышения устойчивости к помехам. Особое значение имеет развитие отечественной элементной базы — микросхем, процессоров и памяти, производимых в России, что обеспечивает технологическую независимость в сфере критически важных навигационных систем.