НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o270.pdf (1293.62Кб)

УДК 269.7, 537

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

В соответствии со структурными особеностями малогабаритых беспилотных летательных аппаратов (МБПЛА), а также с учетом возможности реализации проекта, в статье исследуется комплексированная инерциально-спутниковая система навигации (КИССН). В основе построения алгоритмического обеспечения КИССН положен метода косвенной фильтрации и принцип слабосвязанного комбинирования информации о положении и скорости движения МБПЛА, полученные от бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) испутниковой навигационной системы (СНС). Разность между выходными потоками измерительной информации о положении и скорости движения БПЛА, полученные от БИНС и СНС, используется для дальнейшей оценки с помощью основного алгоритма фильтра Калмана погрешности БИНС. Затем выполняется корректировка выходных значений навигационных параметров БИНС. Данная КИССН обладает следующими преимуществами: используется более простая математическая модель фильтра Калмана, высокая надежность, обе системы навигации - БИНС и СНС - могут работать независимо друг от друга, имеется большой избыток навигационной информации.
В случае слабосвязанной схемы комплексирования, комбинированная навигационная система может решать навигационные задачи с высокой точностью и надежностью только в том случае, когда БИНС и СНС все время находятся в нормальном режиме работы. Предлагаемая КИССН используется в при движении МБПЛА в сложной среде, при наличии препятствий на местности, сложных природно-климатических условий и т.д. В данном случае предполагается, что МБПЛА достаточно часто не может успешно принять сигналы спутниковой навиигационной системы. Для решения предложенной проблемы, в статье разработан и исследован алгоритм быстрой компенсации погрешностей навигационной информации КИССН, который эффективно решил проблему отказа полной навигационной системы в связи с отсутствием сигналов СНС.
Поскольку на практике достаточно сложно получить данные о реальной траектории полета, то в процессе моделирования, в соответствии с кинематической моделью МБПЛА и сложным рельефом местности, то в статье для создания траектории полёта разработан и использован генератор траектории. В качестве показателя эффективности КИССН рассматриваются ошибки по положению и скорости движения БПЛА. Результаты моделирования показали, что (1) в условиях полной информации об измерениях разработанный алгоритм быстрой компенсации погрешностей навигационной информации КИССН эффективно подавил увеличение ошибки БИНС и подкорректировал ошибки измерений СНС, что обеспечивает  более высокую точность навигации и повышает устойчивость и надёжность  функционирования КИССН; (2) в условиях неполной информации об измерениях данный алгоритм решил проблему безотказной работы КИССН при кратковременном отсутствии сигнала от СНС. Причём в этом случае точность навигации КИССН может поддерживаться в заданных пределах.

1. Горбачёв А.Ю. Применение одометров для коррекции интегрированных навигационных систем // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2009. № 4. С. 37-53.
2. Фокин Л.А., Щипицын А.Г. Методы пространства состояний в задаче синтеза слабосвязанной инерциально-спутниковой навигационной системы // Вестник ЮУрГУ. Сер. Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2006. № 14. С . 1 48 - 155.
3. Неусыпин А.К., Смолкин О.Б., Харин Е.Г., Копелович В.А., Староверов А.Ч. Особенности реализации режима прогноза в алгоритмах инерциальных навигационных систем // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2003. № 3. С . 60–69.
4. Liu Zhiping, Bi Kaibo. Fundamentals of Inertial Navigation and Integrated Navigation. National Defense Industry Press, 2013. 238 p.
5. Распопов В.Я. Микросистемная авионика: учеб. пособие. Тула: Гриф и К, 2010. 248 с.
6. Степанов О. А. Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации // Гироскопия и навигация. 2002. № 1 (36). С . 23 - 45.
7. Zhou Zebo, Li Bofeng, Shen Yunzhong. A Window-Recursive Approach for GNSS Kinematic Navigation Using Pseudo range and Doppler Measurements // Journal of Navigation. 2013. Vol. 66, no. 2. P. 295-313. DOI:10.1017/S0373463312000549
8. Gross J.N., Gu Y., Rhudy M.B., Gururajan S., Napolitano M.R. Flight test evaluation of GPS/INS sensor fusion algorithms for attitude estimation // IEEE Transactions on Aerospace Electronic Systems. 2012. Vol . 48, no . 3. P . 2128 - 2139. DOI: 10.1109/TAES.2012.6237583
9. Лукьянов В.В. Методы калибровки персонального навигационного комплекса // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборострое ние. 2006. № 3. C. 64-73.
10. Алешин Б.С., Афонин А.А., Веремеенко К.К., Кошелев Б.В., Плеханов В.Е., Тихонов В.А., Тювин А.В., Федосеев Е.П. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии / под ред. Б.С. Алешина, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморского. М.: Физматлит, 2006. 422 с .
11. Qin Yongyuan, Zhang Hongqian, Wang Shuhua. Theory of Kalman Filter and Integrated Navigation. Northwestern Polytechnic University Press, 2012. 386 p.
12. Yang Bo, QIN Yongyuan, Chai Yan. Application of UKF in Direct Method of Kalman Filter for INS/GPS // Chinese Journal of Sensors and Actuators. 2007. Vol 20, no . 4. P . 842–846.
13. Синеглазов В.М., Аскеров Ш.И. Оптимальная комплексная обработка данных в навигационных системах беспилотных летательных аппаратов // E лектрон i ка т a системи управл i ния. 2011. № 4. С . 73 - 78.
14. Васильев К.К., Аникин А.А. Калмановское комплексирование и моделирование навигационных систем // Электронная техника: межвузовский сб. науч. тр. / Под ред. Д.В. Андреева. Ульяновск: УлГТУ, 2005. 96 с.