Preview

Научный вестник МГТУ ГА

Расширенный поиск

Определение угловой ориентации в БИНС: сравнение традиционных алгоритмов

https://doi.org/10.26467/2079-0619-2022-25-1-77-88

Полный текст:

Аннотация

Принцип организации бесплатформенных инерциальных навигационных систем базируется на численном интегрировании угловых скоростей и ускорений. Целью алгоритмов численного интегрирования является аппроксимация поведения динамической системы (беспилотного летательного аппарата − БЛА) с непрерывным временем с помощью цифрового вычислителя. Эффективность численного интегрирования определяется точностью и устойчивостью вычислительного процесса. Алгоритм интегрирования может иметь малую ошибку интегрирования, но при этом быть неэффективным из-за неустойчивости численного метода при изменении шага или условий интегрирования. Стандартным способом проверки алгоритмов интегрирования на устойчивость является их испытание в контрольных условиях эксплуатации (при выполнении БЛА типового полета по маршруту и канонического движения). В статье представлены результаты имитационного моделирования традиционных алгоритмов численного интегрирования в условиях прямолинейного и конического движения БЛА при вычислении значений угловых скоростей различными методами. Проведен анализ полученных результатов исследования, позволяющий выбрать алгоритм, имеющийпреимущество по точности и вычислительной простоте в зависимости от условий полета. Для БЛА, у которого отсутствуют или минимальны незатухающие угловые гармонические колебания его корпуса при выполнении типового полета по маршруту, наилучшим по точности и объему вычислений является алгоритм второго порядка точности, реализующий метод средней скорости. Его средняя погрешность вычисления углов составляет от 3,6 до 43 %, что примерно равно значениям погрешностей при использовании рассмотренных алгоритмов (алгоритм, реализующий второе приближение к методу средней скорости, одношаговый алгоритм третьего порядка точности) при троекратно меньшем объеме математических вычислений.

Об авторах

А. А. Санько
Белорусская государственная академия авиации
Беларусь

Санько Андрей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент

г. Минск



А. А. Шейников
Военная академия Республики Беларусь
Беларусь

Шейников Алексей Алексеевич, кандидат технических наук, доцент

г. Минск



Список литературы

1. Капля В.И., Савицкий И.В., Мастиков Д.А. Калибровка трехосного акселерометра по данным ряда измерений с различной ориентацией [Электронный ресурс] // Инженерныйвестник Дона. 2018. № 2. 7 с. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_161_Kaplya_Savitskyi.pdf_a5a49df4f3.pdf (дата обращения: 18.10.2021).

2. Кивокурцев А.Л., Мишин С.В. Особенности алгоритмического обеспечения авиационной бесплатформенной инерциальной навигационной системы и возможность синтеза высокоточного безразгонного экономичного алгоритма блока ориентации // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. № 3 (39). С. 120–126.

3. Ву Ю., Литманович Ю.А. Определение угловой ориентации в БИНС: Сравнение традиционных подходов и метода функционального итеративного интегрирования // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28, № 4 (111). С. 16–36. DOI: 10.17285/0869-7035.0047

4. Litmanovich Y.A., Lesyuchevsky V.M., Gusinsky V.Z. Two new classes of strapdown navigation algorithms // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. Junuary-February 2000. Vol. 23, no. 1. P. 34–44.

5. Лобусов Е.С., Фомичев А.В. Разработка и исследование алгоритмического обеспечения для основных режимов функционирования бесплатформенной инерциальной системы управления движением и навигации малогабаритного космического аппарата [Электронный ресурс] // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 10 (22). DOI: 10.18698/2308-6033-2013-10-1095 (дата обращения: 18.10.2021).

6. Челноков Ю.Н. Кватернионные и бикватернионные модели и методы механики твердого тела и их приложения. Геометрия и кинематика движения. М.: Физматлит, 2006. 512 с.

7. Челноков Ю.Н., Переляев С.Е., Челнокова Л.А. Исследование алгоритмов определения инерциальной ориентации движущегося объекта // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2016. Т. 16, № 1. С. 80–95. DOI: 10.18500/1816-9791-2016-16-1-80-95

8. Wu Y. RodFIter: attitude reconstruction from inertial measurement by functional iteration // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2018. Vol. 54, iss. 5. P. 2131–2142. DOI: 10.1109/TAES.2018.2808078

9. Wu Y., Cai Q., Truong T.K. Fast RodFIter for attitude reconstruction from inertial measurement // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2019. Vol. 55, iss. 1. P. 419–428. DOI: 10.1109/TAES.2018.2866034

10. Wu Y., Yan G. Attitude reconstruction from inertial measurements: QuatFIter and its comparison with RodFIter // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2019. Vol. 55, iss. 6. P. 3629–3639. DOI: 10.1109/TAES.2019.2910360

11. Xu Z. Accurate direct strapdown direction cosine algorithm / Z. Xu, J. Xie, Z. Zhou, J. Zhao, Z. Xu // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2019. Vol. 55, iss. 4. P. 2045–2053. DOI: 10.1109/TAES.2018.2881353

12. Челноков Ю.Н., Переляев С.Е., Челнокова Л.А. Дифференциальные кинематические уравнения вращательного движения твердого тела в четырехмерных кососимметрических операторах и новые алгоритмы ориентации БИНС // Проблемы критических ситуаций в точной механике и управлении: материалы Всероссийской научной конференции с международным участием. Саратов, 25–27 сентября 2013 г. ИПТМУ РАН. Саратов: «Наука», 2013. С. 315–320.

13. Челноков Ю.Н., Переляев С.Е. Новые уравнения и алгоритмы ориентации и навигации БИНС в четырехмерных кососимметрических операторах // Интегрированные навигационные системы: сборник материалов XXI Санкт-Петербургской международной конференции. Санкт-Петербург, 26–28 мая 2014 г. СПб.: ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2014. С. 308–312.

14. Переляев С.Е., Челноков Ю.Н. Новые алгоритмы определения инерциальной ориентации объекта // Прикладная математика и механика. 2014. Т. 78, № 6. С. 778–789.

15. Маркеловa В.В. Моделирование бесплатформенной инерциальной навигационной системы в составе стенда навигационного комплекса летательного аппарата / В.В. Маркеловa, А.В. Шукалов, М.О. Костишин, И.О. Жаринов, О.О. Жаринов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17, № 5. C. 903–909. DOI: 10.17586/2226-1494-2017-17-5-903-909

16. Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. СПб.: ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2009. 280 с.

17. Михеев А.В. Разработка и применение модели шумов датчиков первичной информации при математическом моделировании работы бесплатформенной инерциальной навигационной системы // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2009. Т. 2, № 1 (38). С. 150–160.

18. Дьяконов В.П. MATLAB 7./R2006/R2007: Самоучитель. М.: ДМК Пресс, 2008. 768 с.

19. Головач С.В. Методы испытаний и калибровки бесплатформенных инерциальных навигационных систем: дисс. … канд. техн. наук. Киев: Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени И. Сикорского", 2017. 170 с.


Рецензия

Для цитирования:


Санько А.А., Шейников А.А. Определение угловой ориентации в БИНС: сравнение традиционных алгоритмов. Научный вестник МГТУ ГА. 2022;25(1):77-88. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2022-25-1-77-88

For citation:


Sanko A.A., Sheinikov A.A. Angular orientation determination in SINS: traditional algorithms comparison. Civil Aviation High Technologies. 2022;25(1):77-88. (In Russ.) https://doi.org/10.26467/2079-0619-2022-25-1-77-88

Просмотров: 142


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-0619 (Print)
ISSN 2542-0119 (Online)