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05. April 2024
Liebe Piloten, Partner und Freunde!
Die ersten Antworten aus dem Q&A zum 15. Jubiläum von DCS, präsentiert von Matt "Wags" Wagner, sind jetzt für euch verfügbar! Wir hoffen, dass euch dieses Video ein besseres Verständnis unserer Pläne und Ziele hinsichtlich der Leistung des Spiels im Jahr 2024 und darüber hinaus geben wird. Antworten zu weiteren Themen werden in den kommenden Monaten kontinuierlich veröffentlicht. Vielen Dank noch einmal an alle, die sich die Zeit genommen haben, teilzunehmen, wir sind wirklich dankbar.
Wir freuen uns, unsere neuesten Entwicklungen bezüglich der komplexen INS- und GPS-Verbesserungen der DCS: F-16C Viper mit euch zu teilen. Es ist wichtig zu beachten, dass noch nicht alle Funktionen hinzugefügt wurden und weitere Verbesserungen und Fehlerbehebungen bald folgen werden.
Die Fox3 Managed Solutions Group veranstaltet einen DCS-Wettbewerb zur Unterstützung der Wohltätigkeitsorganisation K9sforWarriors. Wir ermutigen euch, an der Veranstaltung teilzunehmen, da alle Erlöse der Sache zugutekommen werden. Details findet ihr weiter unten.
Vielen Dank für eure Leidenschaft und Unterstützung.
Viele Grüße,
Eagle Dynamics
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F-16C Viper
Entwicklungsbericht
F-16C INS + GPS, Systemüberblick
Das Navigationssystem der DCS: F-16C Viper ist eine komplexe Mischung technischer Lösungen, die dazu bestimmt sind, die Avionik mit Koordinaten, Geschwindigkeit und Winkeln zu versorgen, die durch Präzision, Verfügbarkeit, Integrität und Autonomie gekennzeichnet sind. Dies wird durch die kooperative Arbeit des Trägheitsnavigationssystems (INS) und des Globalen Positionierungssystems (GPS) erreicht, deren Navigationsdaten durch einen Kalman-Filter im Modularen Missionscomputer (MMC) verarbeitet werden. Lasst uns jeden der Komponenten im Detail besprechen.
INS
Das Trägheitsnavigationssystem ist ein autonomes Gerät, das die Positionsbestimmung des Flugzeugs durchführt, indem es die Beschleunigungen misst und diese dann zweimal integriert, während es die Ausrichtung des Flugzeugs im Raum berücksichtigt. Letzteres wird aus den F-16-Ringlaser-Gyros erhalten. Diese Art von INS wird als "strapdown" bezeichnet, da es keine rotierenden Teile gibt. Im Wesentlichen besteht das INS aus drei Beschleunigungssensoren, jeweils für eine orthogonale Achse, und drei Gyros.
Die Hauptmerkmale der INS-Verbeserungen sind:
- Autonomie, da es keine externen Signale benötigt, um die Positionsbestimmung durchzuführen.
- Stabilisierung in einem kurzen Zeitraum (5 - 10 Minuten).
- Bemerkbare Fehlerakkumulation über längere Zeiträume basierend auf der Physik der Positionsbestimmung. Zusammen mit der Integration von Beschleunigungen (zur Aktualisierung der Geschwindigkeit) und der Integration von Positionen (zur Aktualisierung der Koordinaten) werden auch die kleinen Fehler auf der Ebene der Beschleunigungen, die durch Beschleunigungsmesserunschärfen und unvollkommene Ausrichtung hinzugefügt werden, zweimal integriert.
Des Weiteren akkumulieren sich diese Fehler schneller, je größer sie sind, aufgrund der sogenannten integralen Korrektur des INS, die den lokalen Erdschwerkraftvektor mit den Koordinaten aktualisiert und sie in die relativen Winkel des G-Vektors einfügt.
Ein weiteres charakteristisches Merkmal des INS ist die Schuler-Oszillation mit einer Periode von 84,4 Minuten. Aufgrund des oben genannten integralen Korrekturalgorithmus verhält sich das INS wie ein Pendel. Unter idealen Bedingungen bleibt es im Gleichgewicht, während das Flugzeug sich über die Erde bewegt. Wenn Koordinatenfehler auftreten, verschiebt sich das Pendel vom Ruhepunkt und beginnt zu schwingen. Je größer die Fehler sind, desto größer ist die Amplitude der eingeführten Schwingungen. Aus diesem Grund kann man feststellen, dass sich die INS-Fehlerrate einmal in der Luft alle 84,4 Minuten verringert.
GPS
Das Global Positioning System misst die Flugzeugposition, indem es die Signalausbreitungsverzögerung von GPS-Satelliten zum Empfänger misst. Die Satellitenorbits sind genau bekannt, die genauen Positionen der Satelliten werden gemäß eines Almanachs berechnet, der in denselben GPS-Funksignalen übertragen wird. Deshalb benötigt GPS einige Minuten, nachdem es gestartet wurde, um den Almanach zu erhalten. Die Zeitpunkte der Signalübertragung sind ebenfalls bekannt und werden von einer sehr präzisen Atomuhr an Bord des Satelliten definiert. So könnte der Empfänger im Idealfall, wenn die GPS-Signale mit der konstanten Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum propagieren, wie sie es im Vakuum tun, seine Position präzise bestimmen, indem er die Oberflächen der gleichförmig verzögerten Funksignalzeitpunkte von den Satelliten schneidet. Man kann es sich als Kugeln mit Zentren vorstellen, die sich an den Positionen der Satelliten befinden, obwohl es im wirklichen Leben etwas komplizierter ist. Es gibt jedoch zwei wesentliche Faktoren, die uns daran hindern, den idealen Schnittpunkt der Oberflächen zu erhalten; die ionosphärische Verzögerung und Mehrwegempfang. Beide fügen der tatsächlichen Signalübertragungszeit unbekannte Zeit hinzu. Mehrwegempfang tritt auf, wenn der Empfänger relativ nah am Boden platziert ist und das Signal von Bodenobjekten reflektiert werden kann, was dazu führt, dass die Kanten des Signals abgebaut werden; ähnlich wie ein Echo in den Bergen, bei dem es zu schwer ist, ein Wort vom anderen zu unterscheiden. Wenn solche Verzögerungen unerwartet vom Empfänger hinzugefügt werden, geht die präzise Navigationslösung verloren und die Ausgangsposition wird ungenau. Hier helfen militärische GPS-Signale, eine bessere Signalauslösung durch die Verwendung von sogenannten P-Codes zu erhalten, und die Verwendung von Dualfrequenz hilft, die unbekannte ionosphärische Verzögerung zu eliminieren.
Integrierte Lösung. Kalman-Filterung
Um die obigen Punkte zusammenzufassen: Wir haben zwei Navigationssysteme, von denen beide Mängel aufweisen: Das INS akkumuliert im Laufe der Zeit Fehler, während das GPS aufgrund natürlicher Faktoren wie Mehrwegempfang und ionosphärischer Verzögerung sowie aufgrund von Feind-Störungen und Fälschungen anfällig für Störungen ist. Hier ist die gute Nachricht! Es gibt einen Weg, diese Mängel mit dem Kalman-Filter zu vermeiden. Er nimmt GPS- und INS-Koordinaten zusammen mit Geschwindigkeiten als Eingabe. Der Kalman-Filter ist ein ausgezeichneter Algorithmus, der auch aus Messungen, die weit von ideal entfernt sind, die maximale Präzision erreichen kann, und er nimmt die besten Aspekte beider Systeme auf: die Stabilität und Autonomie des INS und die Präzision des GPS, um eine integrierte Navigationslösung zu erhalten, die sowohl stabil als auch präzise ist.
Darüber hinaus kennt der Kalman-Filter in mathematischen Gleichungen die dynamischen Eigenschaften des Flugzeugs, das sich durch den Raum bewegt. Wenn das Flugzeug sich bewegt, sagt er voraus, wo sich das Flugzeug im nächsten Filter-Schritt befinden wird. Deshalb wird er als rekursiv bezeichnet und der Filter lässt fehlerhafte GPS-Signale nicht die Präzision der Ausgangsnavigationslösung verringern. Darüber hinaus ist er in der Lage, dynamisch seine Messungen gegen gewichtete Vorhersagen zu ändern, um sich an eine beeinträchtigte Navigationspräzision einer beliebigen Eingabe anzupassen.
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