[go: up one dir, main page]

RU2634083C1 - Navigation-piloting complex - Google Patents

Navigation-piloting complex Download PDF

Info

Publication number
RU2634083C1
RU2634083C1 RU2016121920A RU2016121920A RU2634083C1 RU 2634083 C1 RU2634083 C1 RU 2634083C1 RU 2016121920 A RU2016121920 A RU 2016121920A RU 2016121920 A RU2016121920 A RU 2016121920A RU 2634083 C1 RU2634083 C1 RU 2634083C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
navigation
complex
systems
matrix
Prior art date
Application number
RU2016121920A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович Бабурин
Валентина Вилениновна Силина
Олег Юрьевич Данилов
Татьяна Евгеньевна Сивохина
Сергей Анатольевич Черенков
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") filed Critical Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА")
Priority to RU2016121920A priority Critical patent/RU2634083C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634083C1 publication Critical patent/RU2634083C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: navigation-piloting complex includes, at least, two strapdown navigation systems and an associated primary information processing unit, wherein the complex additionally comprises a navigation equation solving unit and a control unit, with the first input connected to the output of the navigation equation solving unit, and with the second and the third inputs connected to the first outputs of the strapdown navigation systems, wherein the primary information processing unit includes, in series connected calculating unit of variables bi(k, r) in the signal direction, connected with the inputs to second outputs of the strapdown navigation systems, a calculating unit of measurements zi, a calculating unit of residuals δi, a filtration unit of residuals δi, and a calculating unit of the orientation matrix, with the output connected to the first input of the navigation equation solving unit, and in series connected calculating unit of variables γi in the signal direction, with the inputs connected to the third outputs of the strapdown navigation systems, a filtration unit yi and a calculating unit of the guide cosine matrix, with the output connected to the second input of the navigation equation solving unit.
EFFECT: increasing the accuracy of output information of the complex and the control depth of the systems that make up the complex.
2 dwg

Description

Изобретение относится к навигационно-пилотажным комплексам, объединяющим несколько инерциальных навигационных систем (ИНС) для формирования обобщенной выходной информации о местонахождении объекта, его ориентации в пространстве и его скоростях, а также использующих внешнюю информацию для коррекции систем, входящих в состав комплекса.The invention relates to navigation and aerobatic systems, combining several inertial navigation systems (ANN) to generate generalized output information about the location of the object, its orientation in space and its speeds, as well as using external information to correct the systems that make up the complex.

Из уровня техники известен навигационно-пилотажный комплекс ВП-021 (см. Фиг. 1), включающий три бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС) и блок обработки их выходной информации, связанный входами с выходами БИНС.The prior art navigation and flight system VP-021 (see Fig. 1), including three strapdown inertial navigation systems (SINS) and a processing unit for their output information associated with the inputs of the SINS.

В известном навигационно-пилотажном комплексе комплексирование инерциальных навигационных систем осуществляется посредством выбора выходной информации инерциальных навигационных систем (ИНС) по мажоритарному признаку, т.е. наиболее достоверной информацией, поступающей в комплекс от различных систем, считается та информация, которая имеет наименьшее расхождение, в частности, выбирается та система, для коррекции которой используется внешняя информация, обеспечивающая повышение точности выходных параметров системы. Другие системы, входящие в состав навигационного комплекса, выполняют функции не более как резервного канала, обеспечивающие повышение надежности всего комплекса.In the well-known navigation and aerobatic complex, inertial navigation systems are integrated by selecting the output information of inertial navigation systems (ANNs) according to a majority attribute, i.e. the most reliable information entering the complex from various systems is considered to be the information that has the least discrepancy, in particular, the system is selected for the correction of which external information is used to increase the accuracy of the output parameters of the system. Other systems that are part of the navigation complex, perform the functions of no more than a backup channel, providing increased reliability of the entire complex.

Технической задачей предлагаемого навигационно-пилотажного комплекса является повышение точности выходной информации комплекса и глубины контроля систем, входящих в состав комплекса.The technical task of the proposed navigation and flight complex is to increase the accuracy of the output information of the complex and the depth of control of the systems that make up the complex.

Указанная техническая задача решается посредством навигационно-пилотажного комплекса, в состав которого входят по меньшей мере две бесплатформенные навигационные системы и связанный с ними блок обработки первичной информации, при этом в состав комплекса дополнительно входят блок решения навигационных уравнений и блок контроля, первым входом подключенный к выходу блока решения навигационных уравнений, а вторым и третьим входами подключенный к первым выходам бесплатформенных навигационных систем, при этом блок обработки первичной информации включает последовательно соединенные по направлению сигнала блок вычисления переменных bi(k, r), входами подключенный к вторым выходам бесплатформенных навигационных систем, блок вычисления измерений zi, блок вычисления невязок δi, блок фильтрации невязок δi и блок вычисления матрицы ориентации, выходом подключенный к первому входу блока решения навигационных уравнений, а также последовательно соединенные по направлению сигнала блок вычисления переменных γi, входами подключенный к третьим выходам бесплатформенных навигационных систем, блок фильтрации γi и блок вычисления матрицы направляющих косинусов, выходом подключенный к второму входу блока решения навигационных уравнений.The specified technical problem is solved by means of a navigation and aerobatic complex, which includes at least two strap-on navigation systems and a unit for processing primary information associated with them, while the complex additionally includes a unit for solving navigation equations and a control unit connected to the output by the first input unit for solving navigation equations, and the second and third inputs connected to the first outputs of strapdown navigation systems, while the processing unit of the primary the formation includes a variable calculation unit b i (k, r) connected in series to the second outputs of the strapdown navigation systems, a measurement calculation unit z i , a residual calculation unit δ i , a residual filtering unit δ i and an orientation matrix calculation unit, output coupled to the first input of the navigation equations solutions and serially connected in the direction of signal flow calculation variables γ i, inputs connected to third outputs strapdown navigating nnyh systems γ i filtering unit and calculating unit matrix of the direction cosines, the output connected to the second input of the navigation equations solutions.

Специфика решения задачи навигации с использованием БИНС заключается в отсутствии сигналов управления датчиками моментов (ДМ) системы. Поэтому для повышения точности выходной информации комплекса и повышения глубины контроля систем, входящих в состав комплекса, комплексирование нескольких БИНС предлагается выполнять путем предварительной обработки первичной информации, поступающей с систем - матрица ориентации и ускорения в осях акселерометров блока чувствительных элементов (БЧЭ) - с последующим решением навигационных уравнений на основе обработанной первичной информации, получаемой от систем, входящих в состав комплекса, с последующим контролем поступающей от систем в комплекс информации, что повышает глубину контроля систем, входящих в состав комплекса (см. Фиг. 2). Рассмотрим задачу комплексной обработки первичной информации, поступающей с нескольких БИНС (поз. 1, 2) в виде матрицы ориентации и ускорений (или приращений линейных скоростей), поступающих с выходов первых интеграторов систем. Взаимная ориентация блока чувствительных элементов (БЧЭ) БИНС при решении задачи может быть произвольной и определяться в режиме начальной выставки систем как:The specifics of solving the navigation problem using SINS is the lack of control signals of the moment sensors (DM) of the system. Therefore, in order to increase the accuracy of the output information of the complex and to increase the depth of control of the systems that make up the complex, it is proposed to combine several SINSs by pre-processing the primary information coming from the systems — the orientation and acceleration matrix in the axes of the accelerometers of the sensing element unit (BCE) - with the subsequent solution navigation equations based on processed primary information received from the systems included in the complex, with subsequent control coming from the system this in the information complex, which increases the depth of control of the systems that make up the complex (see Fig. 2). Consider the task of complex processing of primary information coming from several SINS (pos. 1, 2) in the form of an orientation matrix and accelerations (or increments of linear velocities) coming from the outputs of the first system integrators. The mutual orientation of the SINS block of sensors in solving the problem can be arbitrary and determined in the initial system exhibition mode as:

Figure 00000001
Figure 00000001

i=1, 2,…, N,i = 1, 2, ..., N,

j=1, 3, …, N,j = 1, 3, ..., N,

j≠i,j ≠ i

гдеWhere

Ai0, Aj0 - начальное значение матриц ориентации Ai, Aj;Ai 0 , Aj 0 - the initial value of the orientation matrices Ai, Aj;

N - общее число БИНС, входящих в комплекс.N is the total number of SINS included in the complex.

Здесь и далее по тексту векторы и матрицы обозначаются жирным шрифтом, операции транспонирования обозначаются надстрочным индексом “т”, операции обращения матриц обозначаются надстрочным индексом “-1”.Hereinafter, vectors and matrices are indicated in bold, transpose operations are indicated by the superscript “ t ”, matrices are denoted by the superscript “ -1 ”.

При решении задачи в самом общем случае в качестве исходной информации используется N матриц ориентации Ai, 1=1, 2, …, N, или эквивалентных им углов курса, крена и тангажа.When solving the problem in the most general case, N orientation matrices Ai, 1 = 1, 2, ..., N, or equivalent course, roll and pitch angles are used as initial information.

Определим матрицу ориентации

Figure 00000002
, связанную с Ai соотношениями:Define the orientation matrix
Figure 00000002
related to Ai by the ratios:

Figure 00000003
Figure 00000003

гдеWhere

δ^i - кососимметрическая матрица, соответствующая векторуδ ^ i is the skew-symmetric matrix corresponding to the vector

Figure 00000004
малых углов поворота;
Figure 00000004
small rotation angles;

E - единичная матрица.E is the identity matrix.

Взаимная ориентация матриц Ai, Aj определяется как:The relative orientation of the matrices Ai, Aj is defined as:

Figure 00000005
Figure 00000005

откуда с учетомfrom where given

А-1=Aт - для ортогональных матриц,A -1 = A t - for orthogonal matrices,

(δ^)т=-δ^ - для кососимметрических матриц,(δ ^) m = -δ ^ - for skew-symmetric matrices,

Умножая (3) на

Figure 00000006
справа, получаем:Multiplying (3) by
Figure 00000006
on the right, we get:

Figure 00000007
Figure 00000007

Обозначим:Denote:

Figure 00000008
Figure 00000008

Тогда:Then:

Figure 00000009
Figure 00000009

ij=1, 2, …, Nij = 1, 2, ..., N

i≠ji ≠ j

(6) не дает однозначного решения. Для подтверждения этого утверждения рассмотрим частный случай N=3.(6) does not provide an unambiguous solution. To confirm this statement, we consider the special case N = 3.

Имеем:We have:

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Умножив (9) на Cij справа и сложив с (8), получаем:Multiplying (9) by C ij on the right and adding with (8), we obtain:

Figure 00000013
Figure 00000013

Подставляя (9) в (10), получаем:Substituting (9) in (10), we obtain:

Figure 00000014
Figure 00000014

В (11) имеем неопределенность вида 0/0, т.е. система (11) не имеет единственного решения. В общем случае при N>3 любая тройка из N выбранных уравнений будет линейно зависимой, т.е. ранг этой системы не будет максимальным.In (11), we have an uncertainty of the form 0/0, i.e. system (11) does not have a unique solution. In the general case, for N> 3, any triple of N selected equations will be linearly dependent, i.e. the rank of this system will not be maximum.

Геометрическая интерпретация полученного результата совершенно прозрачна. Полученная по (11) точка является точкой пересечения трехмерных сферических поверхностей радиуса δi в 3N-мерном пространстве, где δi - длина вектора δi, с центрами, определяемыми матрицами Ai. Такая точка может быть определена произвольным заданием вектора δj; все остальные векторы δi, i=1, 2, …, N, i≠j определяются решением уравнений (11).The geometric interpretation of the result is completely transparent. The point obtained by (11) is the intersection point of three-dimensional spherical surfaces of radius δ i in 3N-dimensional space, where δ i is the length of the vector δ i , with the centers defined by the matrices A i . Such a point can be determined by arbitrary specification of the vector δ j ; all other vectors δ i , i = 1, 2, ..., N, i ≠ j are determined by solving equations (11).

Для получения однозначного решения введем критерий Гаусса:To obtain an unambiguous solution, we introduce the Gauss criterion:

Figure 00000015
Figure 00000015

Приравнивая к нулю первые частные производные J по δi, получаем:Equating to zero the first partial derivatives of J with respect to δ i , we obtain:

Figure 00000016
Figure 00000016

Суммируя (11) по i=1, 2, …, N, i≠j получаем:Summing (11) over i = 1, 2, ..., N, i ≠ j we get:

Figure 00000017
Figure 00000017

или с учетом (13):or taking into account (13):

Figure 00000018
Figure 00000018

Приравнивая верхние недиагональные элементы в (15), получаем уравнения в скалярном виде:Equating the upper off-diagonal elements in (15), we obtain the equations in scalar form:

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

гдеWhere

Figure 00000022
Figure 00000022

(в скобках стоят номера элементов матриц Cij, Bi и векторов δi, zi), или в векторной форме:(in parentheses are the numbers of elements of the matrices C ij , B i and vectors δ i , z i ), or in vector form:

Figure 00000023
Figure 00000023

где элементы матрицы В и вектора z определяются по (19) и (20).where the elements of the matrix B and the vector z are determined by (19) and (20).

Искомый вектор δi определяется как:The desired vector δ i is defined as:

Figure 00000024
Figure 00000024

Искомая матрица

Figure 00000025
определяется как:Searched matrix
Figure 00000025
defined as:

Figure 00000026
Figure 00000026

где Aj - матрица ориентации j-го БИНС.where A j is the orientation matrix of the jth SINS.

Следует отметить, что матрицы

Figure 00000025
, определяемые как
Figure 00000027
и
Figure 00000028
(равно как и матрицы δ^i, δ^j), не являются тождественными и отличаются в общем случае начальной матрицей Aij0 взаимной ориентации, что может оказаться важным в ряде приложений.It should be noted that the matrices
Figure 00000025
defined as
Figure 00000027
and
Figure 00000028
(as well as the matrices δ ^ i, δ ^ j), are not identical and differ in the general case by the initial matrix A ij0 of mutual orientation, which may turn out to be important in a number of applications.

Отметим специфику применения критерия (12) при построении алгоритма. Стандартно критерий Гаусса применяется для получения решения переопределенной системы (метод наименьших квадратов).We note the specific application of criterion (12) in the construction of the algorithm. The standard Gauss criterion is used to obtain a solution to an overdetermined system (least squares method).

В рассматриваемом алгоритме критерий (12) введен для получения однозначного решения системы 3N уравнений с 3N неизвестными. Вообще говоря, можно получить переопределенную систему, написав N уравнений (11) с i=1, 2, …, N. Однако такой подход не даст желаемого результата ввиду полной тождественности написанных уравнений. Действительно, рассмотрим систему:In the algorithm under consideration, criterion (12) was introduced to obtain a unique solution to the system of 3N equations with 3N unknowns. Generally speaking, one can obtain an overdetermined system by writing N equations (11) with i = 1, 2, ..., N. However, this approach will not give the desired result due to the complete identity of the written equations. Indeed, consider the system:

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000031
Figure 00000031

Подставляя (26) в (25):Substituting (26) in (25):

Figure 00000032
Figure 00000032

и умножая справа на Cki, получаем с учетом CkiCkj=Cjj:and multiplying on the right by C ki , we obtain, taking into account C ki C kj = C jj :

Figure 00000033
Figure 00000033

тождественное (24).identical (24).

Задача определения

Figure 00000034
решалась выше с использованием критерия Гаусса (12). Задача может решаться с использованием критерия Чебышева:Definition task
Figure 00000034
was solved above using the Gauss criterion (12). The problem can be solved using the Chebyshev criterion:

Figure 00000035
Figure 00000035

В рассматриваемом случае решение задачи с критерием (29) сводится к решению системы 3N уравнений с 2N неизвестными, а критерий (29) сводится к:In this case, solving a problem with criterion (29) reduces to solving a system of 3N equations with 2N unknowns, and criterion (29) reduces to:

Figure 00000036
Figure 00000036

или эквивалентному ему:or equivalent to it:

Figure 00000037
Figure 00000037

Геометрически решение

Figure 00000034
как точка в 3N-мерном пространстве, равноудаленная от трехмерных гиперплоскостей (22). Такой точкой является центр гиперсферы, вписанной в замкнутый симплекс-многогранник, образованный системой 3-мерных гиперплоскостей (22) в 3N-мерном пространстве, а условие (31) трансформируется в условие:Geometrically Solution
Figure 00000034
as a point in 3N-dimensional space equidistant from three-dimensional hyperplanes (22). Such a point is the center of the hypersphere inscribed in a closed simplex polyhedron formed by the system of 3-dimensional hyperplanes (22) in 3N-dimensional space, and condition (31) is transformed into the condition:

Figure 00000038
Figure 00000038

для всех i,j=1, 2, …, N, эквивалентное (29).for all i, j = 1, 2, ..., N, equivalent to (29).

Умножая (32) на

Figure 00000039
слева, получаем параметрическую систему алгебраических уравнений:Multiplying (32) by
Figure 00000039
left, we obtain a parametric system of algebraic equations:

Figure 00000040
Figure 00000040

решая которую, получим результат δi, эквивалентный результату, полученному ранее.solving which, we get the result δ i equivalent to the result obtained earlier.

Для учета степени значимости (приоритета) тех или иных измерений в квадратичную форму Гаусса вводится матрица весовых коэффициентов. В рассматриваемой задаче квадратичная форма и ее производные будут иметь вид:To take into account the degree of significance (priority) of certain measurements, a matrix of weighting coefficients is introduced into the quadratic Gaussian form. In the problem under consideration, the quadratic form and its derivatives will have the form:

Figure 00000041
Figure 00000041

Figure 00000042
Figure 00000042

Умножая (15) на λi, i=1, 2, …, N, i≠j получаем с учетом (35):Multiplying (15) by λ i , i = 1, 2, ..., N, i ≠ j we obtain, taking into account (35):

Figure 00000043
Figure 00000043

Приравнивая верхние недиагональные элементы в (36), получаем уравнения в скалярном виде (16), (17), (18), гдеEquating the upper off-diagonal elements in (36), we obtain the scalar equations (16), (17), (18), where

Figure 00000044
Figure 00000044

Figure 00000045
Figure 00000045

Выше построен алгоритм однозначного определения векторов δi и матрицы

Figure 00000034
как результат однократной обработки исходных матриц ориентации Ai, i=1, 2, …, N, полученных на текущий момент времени. Для фильтрации случайных ошибок измерения результаты измерений осредняются на заданном временном интервале измерения построением линейного фильтра:Above, we constructed an algorithm for the unique determination of the vectors δ i and the matrix
Figure 00000034
as a result of a single processing of the initial orientation matrices A i , i = 1, 2, ..., N, obtained at the current time. To filter random measurement errors, the measurement results are averaged over a given measurement time interval by constructing a linear filter:

Figure 00000046
Figure 00000046

Для построения фильтра (39) необходимо построить переходную матрицу F, описывающую динамику изменения оцениваемых переменных х, определить вектор измерения z, построить матрицу связи Н и сформировать коэффициент усиления K в цепи обратной связи фильтра.To construct filter (39), it is necessary to construct a transition matrix F, which describes the dynamics of changes in the estimated variables x, determine the measurement vector z, construct the coupling matrix H, and form the gain K in the filter feedback circuit.

Поведение матриц ориентации Ai комплексируемых БИНС описывается линейными уравнениями Пуассона:The behavior of orientation matrices A i of complexed SINSs is described by linear Poisson equations:

Figure 00000047
Figure 00000047

где ωi^ - кососимметрическая матрица, соответствующая вектору ωi абсолютных угловых скоростей приборного трехгранника i-го БИНС.where ω i ^ is the skew-symmetric matrix corresponding to the vector ω i of the absolute angular velocities of the instrument trihedron of the ith SINS.

В силу линейности (40) и принципа суперпозиции поведение вектора δi может быть описано кинематическими уравнениями ошибокDue to linearity (40) and the principle of superposition, the behavior of the vector δ i can be described by the kinematic equations of errors

Figure 00000048
Figure 00000048

где νi - скорости расхождения матриц

Figure 00000049
и Ai в осях приборного трехгранника i-го БИНС, вызванные наличием некомпенсированных инструментальных ошибок (дрейфов) системы.where ν i are the matrix divergence rates
Figure 00000049
and A i in the axes of the instrument trihedron of the i-SINS caused by the presence of uncompensated instrumental errors (drifts) of the system.

Поскольку скорости νi определены в осях приборного трехгранника, можно считать, что эти переменные не зависят от абсолютных скоростей ωi.Since the velocities ν i are determined in the axes of the instrument trihedron, we can assume that these variables are independent of the absolute velocities ω i .

Figure 00000050
Figure 00000050

Обозначим:Denote:

Figure 00000051
Figure 00000051

Тогда структура матрицы F в (39) будет определяться уравнениями (41), (42):Then the structure of the matrix F in (39) will be determined by equations (41), (42):

Figure 00000052
Figure 00000052

гдеWhere

Е - единичная матрица размера 3×3,E is a unit matrix of size 3 × 3,

dt - шаг интегрирования.dt is the integration step.

В качестве измерения используется вектор малых углов δi.The vector of small angles δ i is used as a measurement.

Тогда матрица связи будет определяться, как:Then the coupling matrix will be determined as:

Figure 00000053
Figure 00000053

где Е - единичная матрица размера 3×3.where E is a 3 × 3 identity matrix.

Коэффициент усиления K может вычисляться по стандартному алгоритму Калмана.The gain K can be calculated using the standard Kalman algorithm.

На блок-схеме (см. фиг. 2) приведена структурная схема функциональных компонентов блока обработки первичной информации (поз. 3), реализующая вычисление матрицы ориентации

Figure 00000054
, которая состоит из последовательно соединенных блока вычисления переменных bi (k, r) (поз. 4), где k, r - номера строк и столбцов матриц ориентации A(k, r) комплексируемых систем, блока вычисления измерений zi (поз. 5), блока вычисления невязок δi (поз. 6), блока фильтрации невязок δi (поз. 7) и блока вычисления матрицы ориентации
Figure 00000054
(поз. 8).The block diagram (see Fig. 2) shows a structural diagram of the functional components of the primary information processing unit (item 3), which implements the calculation of the orientation matrix
Figure 00000054
, which consists of series-connected unit for computing variables b i (k, r) (item 4), where k, r are the numbers of rows and columns of orientation matrices A (k, r) of complex systems, unit for calculating measurements z i (item. 5), the residual calculator δ i (pos. 6), the residual filtration block δ i (pos. 7) and the orientation matrix calculator
Figure 00000054
(item 8).

Задача обработки скоростной информации решается на уровне ускорений Wi (приращений скоростей за такт работы вычислителя), определенных в проекциях на оси приборного трехгранника (БЧЭ). Сформируем вектор измерений как:The task of processing high-speed information is solved at the level of accelerations W i (speed increments per clock cycle of the computer), defined in projections on the axis of the instrument trihedron (BEC). We form the vector of measurements as:

Figure 00000055
Figure 00000055

Получаем переопределенную систему которую будем решать с использованием критерия Гаусса:We get an overdetermined system which we will solve using the Gauss criterion:

Figure 00000056
Figure 00000056

где λi - весовой коэффициент.where λ i is the weight coefficient.

Приравнивая нулю частные производные по

Figure 00000057
, получаем искомое решение (
Figure 00000057
в проекциях на оси сопровождающего трехгранника).Equating to zero partial derivatives with respect to
Figure 00000057
, we obtain the desired solution (
Figure 00000057
in projections on the axis of the accompanying trihedron).

Figure 00000058
Figure 00000058

Полученный вектор

Figure 00000057
используется в дальнейшем для решения навигационных уравнений.Received Vector
Figure 00000057
used in the future to solve navigation equations.

Для использования позиционной информации по текущим координатам и курсу ϕi, λi, εi определим матрицу направляющих косинусов i-го БИНСTo use positional information at current coordinates and the course ϕ i , λ i , ε i we define the matrix of guiding cosines of the i-SINS

Figure 00000059
Figure 00000059

где индексы, стоящие в круглых скобках, определяют элементы матрицы Bi. Выполняя операции над матрицами направляющих косинусов Bi, аналогичные операциям, выполняемым над матрицами ориентации Ai:where the indices in parentheses determine the elements of the matrix B i . Performing operations on the direction cosine matrices B i , similar to operations performed on the orientation matrices A i :

Figure 00000060
Figure 00000060

где элементы матрицы Bij и вектора z определяются по (19) и (20), как:where the elements of the matrix B ij and the vector z are determined by (19) and (20), as:

Figure 00000061
Figure 00000061

(принимается во внимание, что сопровождающие трехгранники всех N БИНС имеют одинаковую ориентацию по северному направлению местного меридиана).(it is taken into account that the accompanying trihedra of all N SINS have the same orientation in the northern direction of the local meridian).

Искомый вектор γi определяется как:The desired vector γ i is defined as:

Figure 00000062
Figure 00000062

Искомая матрица направляющих косинусов

Figure 00000063
определяется как:The required matrix of guide cosines
Figure 00000063
defined as:

Figure 00000064
Figure 00000064

Элементы γi(1), γi(2) вычисленного по (55) вектора γi будем использовать в качестве измерений при построении фильтра. Моделью оцениваемых ошибок является динамическая группа уравнений ошибок:We will use the elements γ i (1), γ i (2) of the vector γ i calculated from (55) as measurements in the construction of the filter. The model of estimated errors is a dynamic group of error equations:

Figure 00000065
Figure 00000065

гдеWhere

δp1, δp2 - скоростные импульсы,δp 1 , δp 2 - speed pulses,

α1, α2 - ошибки построения вертикали,α 1 , α 2 - errors of vertical construction,

ε1, ε2 - приведенные ошибки масштабов акселерометров,ε 1 , ε 2 - reduced scale errors of accelerometers,

ν1, ν2 - скорости уходов, определяемые величиной некомпенсированных дрейфов БИНС,ν 1 , ν 2 - departure rates, determined by the magnitude of uncompensated drift SINS,

ω0 2 - частота Шулера.ω 0 2 - Schuler frequency.

При интегрировании этих уравнений в правую часть будем подставлять значения углов δi и уходов νi, полученных по алгоритму, описанному выше и перепроектированных на оси сопровождающего трехгранника:When integrating these equations into the right-hand side, we substitute the values of the angles δ i and the departures ν i obtained by the algorithm described above and redesigned on the axis of the accompanying trihedron:

Figure 00000066
Figure 00000066

Figure 00000067
Figure 00000067

В результате получаем автономную систему уравнений ошибок оценки:As a result, we obtain an autonomous system of equations for estimation errors:

Δγ1'=Δδр13Δγ2 Δγ 1 '= Δδr 1 + ω 3 Δγ 2

Figure 00000068
Figure 00000068

где Δγi, Δδpi, Δαi i=1, 2 - ошибки оценки

Figure 00000069
,
Figure 00000070
,
Figure 00000071
переменных γi, δpi, αi, получаемой на выходе фильтра.where Δγ i , Δδp i , Δαi i = 1, 2 are the estimation errors
Figure 00000069
,
Figure 00000070
,
Figure 00000071
variables γ i , δp i , α i obtained at the output of the filter.

Figure 00000072
Figure 00000072

При определении коэффициентов усиления в цепи обратной связи фильтра пренебрежем слабыми перекрестными связями между каналами системы, что не приведет к нарушению устойчивости системы, а лишь к сдвигу корней ее характеристического уравнения. В результате получаем две тождественные системы уравнений третьего порядка:When determining the gain in the filter feedback loop, we neglect the weak cross-links between the channels of the system, which will not lead to a violation of the stability of the system, but only to a shift of the roots of its characteristic equation. As a result, we obtain two identical systems of third-order equations:

Figure 00000073
Figure 00000073

i=1, 2i = 1, 2

или в векторной форме:or in vector form:

Figure 00000074
Figure 00000074

гдеWhere

Figure 00000075
Figure 00000075

Figure 00000076
Figure 00000076

с измерением:with measurement:

Figure 00000077
Figure 00000077

и матрицей связи:and communication matrix:

Figure 00000078
Figure 00000078

Выходными параметрами алгоритма являются вектор δi, по которому вычисляется откорректированное значение матрицы ориентации

Figure 00000079
, и векторы x, (64). Компоненты γi векторов x, i=1, 2 используются для коррекции матрицы направляющих косинусов:The output parameters of the algorithm are the vector δ i , which is used to calculate the corrected value of the orientation matrix
Figure 00000079
, and vectors x, (64). The components γ i of the vectors x, i = 1, 2 are used to correct the matrix of guide cosines:

Figure 00000080
Figure 00000080

гдеWhere

Figure 00000081
Figure 00000081

Компоненты δpi используются для вычисления откорректированных скоростей.The components δp i are used to calculate the corrected speeds.

Структурная схема функциональных компонентов блока обработки поступающей с выхода БИНС первичной информации, реализующая вычисление матрицы приращения линейных скоростей Wi, представлена на Фиг. 2 в виде трех последовательно соединенных блоков (Фиг. 2) - блока вычисления по (47)-(55) переменных γi (поз. 9), блока фильтрации γi (поз. 10) и блока вычисления по (56) матрицы В направляющих косинусов (поз. 11). На выходе блока (поз. 3) получаем откорректированные значения линейных скоростей объекта V1, V2 и матрицы направляющих косинусов.The block diagram of the functional components of the processing unit of the primary information coming from the SINS output, which implements the calculation of the linear velocity increment matrix W i , is shown in FIG. 2 in the form of three series-connected blocks (Fig. 2) - a calculation unit according to (47) - (55) of the variables γ i (item 9), a filtration unit γ i (item 10) and a calculation unit according to (56) of the matrix B guide cosines (pos. 11). At the output of the block (item 3), we obtain the corrected values of the linear velocities of the object V 1 , V 2 and the matrix of guide cosines.

В блоке решения навигационных уравнений (поз. 12) решаются стандартные навигационные уравнения и интегрируется матрица ориентации А решением стандартных уравнений Пуассона. Входными величинами для интегрирования навигационных уравнений и матрицы ориентации в этом блоке являются матрицы

Figure 00000082
в осях приборного трехгранника и скорости V1, V2, полученные в блоке обработки первичной информации.In the block for solving navigation equations (item 12), standard navigation equations are solved and the orientation matrix A is integrated by solving standard Poisson equations. The input quantities for integrating the navigation equations and the orientation matrix in this block are matrices
Figure 00000082
in the axes of the instrument trihedron and the speeds V 1 , V 2 obtained in the primary information processing unit.

Блок решения навигационных уравнений (поз. 12) выходом подключается к входу блока контроля (поз. 13), другие входы которого подключаются к выходам БИНС (поз. 1, 2), входящих в состав комплекса.The block for solving navigation equations (pos. 12) is connected to the input of the control unit (pos. 13), the other inputs of which are connected to the SINS outputs (pos. 1, 2), which are part of the complex.

Построим индикатор контроля скоростной информации. Определим разность приращения скоростей, поступающих с выходов интеграторов i-го и j-го БИНС в проекциях на оси j-го БИНС:We will build an indicator for monitoring high-speed information. Let us determine the difference in the increment of velocities coming from the outputs of the integrators of the i-th and j-th SINS in projections on the axis of the j-th SINS:

Figure 00000083
Figure 00000083

В качестве индикатора введем скалярное произведение:We introduce the scalar product as an indicator:

Figure 00000084
Figure 00000084

Подставляя (70) в (71), получаем:Substituting (70) in (71), we obtain:

Figure 00000085
Figure 00000085

Аналогичным образом, для контроля выходной информации, поступающей с выходов лазерных гироскопов БИНС, в качестве индикатора введем скалярное произведение:Similarly, to control the output information coming from the outputs of the SINS laser gyroscopes, we introduce the scalar product as an indicator:

Figure 00000086
Figure 00000086

гдеWhere

Figure 00000087
Figure 00000087

Индикаторы

Figure 00000088
и
Figure 00000089
представляют собой матрицы размера 3×3.Indicators
Figure 00000088
and
Figure 00000089
are 3 × 3 matrices.

Величина элементов этих матриц определяет степень расхождения выходных сигналов i-го и j-го БИНС (лазерных гироскопов для

Figure 00000090
, или первых интеграторов для
Figure 00000091
) по соответствующему каналу - элемент матриц, стоящий на пересечении второй строки и третьего столбца определяет степень расхождения соответствующего устройства по первому каналу; элемент матриц, стоящий на пересечении первой строки и третьего столбца определяет степень расхождения соответствующего устройства по второму каналу; элемент матриц, стоящий на пересечении второй строки и первого столбца определяет степень расхождения соответствующего устройства по третьему каналу.The magnitude of the elements of these matrices determines the degree of discrepancy between the output signals of the ith and jth SINS (laser gyroscopes for
Figure 00000090
, or the first integrators for
Figure 00000091
) on the corresponding channel - the matrix element at the intersection of the second row and the third column determines the degree of discrepancy of the corresponding device along the first channel; the matrix element at the intersection of the first row and the third column determines the degree of divergence of the corresponding device on the second channel; the matrix element at the intersection of the second row and the first column determines the degree of divergence of the corresponding device on the third channel.

Claims (1)

Навигационно-пилотажный комплекс, в состав которого входят по меньшей мере две бесплатформенные инерциальные системы и связанный с ними блок обработки первичной информации, отличающийся тем, что в состав комплекса дополнительно входят блок решения навигационных уравнений и блок контроля, первым входом подключенный к выходу блока решения навигационных уравнений, а вторым и третьим входами подключенный к первым выходам бесплатформенных инерциальных систем, при этом блок обработки первичной информации включает последовательно соединенные по направлению сигнала блок вычисления переменных bi(k,r), входами подключенный к вторым выходам бесплатформенных навигационных систем, блок вычисления измерений zi, блок вычисления невязок δi, блок фильтрации невязок δi и блок вычисления матрицы ориентации, выходом подключенный к первому входу блока решения навигационных уравнений, а также последовательно соединенные по направлению сигнала блок вычисления переменных γi, входами подключенный к третьим выходам бесплатформенных навигационных систем, блок фильтрации γi и блок вычисления матрицы направляющих косинусов, выходом подключенный к второму входу блока решения навигационных уравнений.Navigation and flight complex, which includes at least two strapdown inertial systems and a unit for processing primary information associated with them, characterized in that the complex additionally includes a block for solving navigation equations and a control block, the first input connected to the output of the block for solving navigation equations, and the second and third inputs connected to the first outputs of the strapdown inertial systems, while the primary information processing unit includes a series connection the data in the direction of the signal is the variable calculation unit b i (k, r), the inputs connected to the second outputs of the strap-on navigation systems, the measurement calculation unit z i , the residual calculation unit δ i , the residual filtering unit δ i and the orientation matrix calculation unit connected to a first input unit navigation equations solutions and serially connected in the direction of signal flow calculation variables γ i, inputs connected to third outputs strapdown navigation systems, filtering block γ i and block Comput Lenia direction cosine matrix, the output connected to the second input of the navigation equations solutions.
RU2016121920A 2016-06-02 2016-06-02 Navigation-piloting complex RU2634083C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121920A RU2634083C1 (en) 2016-06-02 2016-06-02 Navigation-piloting complex

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121920A RU2634083C1 (en) 2016-06-02 2016-06-02 Navigation-piloting complex

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634083C1 true RU2634083C1 (en) 2017-10-23

Family

ID=60153833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016121920A RU2634083C1 (en) 2016-06-02 2016-06-02 Navigation-piloting complex

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634083C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1747905A1 (en) * 1990-10-31 1992-07-15 Botuz Sergej P Method of multichannel recording of measurement results and device thereof
EP0763714A2 (en) * 1995-08-22 1997-03-19 The Boeing Company Cursor controlled navigation system for aircraft
US6408245B1 (en) * 2000-08-03 2002-06-18 American Gnc Corporation Filtering mechanization method of integrating global positioning system receiver with inertial measurement unit
RU2265190C1 (en) * 2004-03-23 2005-11-27 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Complex navigation system
RU2380656C1 (en) * 2008-12-24 2010-01-27 Олег Степанович Салычев Integrated strapdown inertial and satellite navigation system on coarse sensors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1747905A1 (en) * 1990-10-31 1992-07-15 Botuz Sergej P Method of multichannel recording of measurement results and device thereof
EP0763714A2 (en) * 1995-08-22 1997-03-19 The Boeing Company Cursor controlled navigation system for aircraft
US6408245B1 (en) * 2000-08-03 2002-06-18 American Gnc Corporation Filtering mechanization method of integrating global positioning system receiver with inertial measurement unit
RU2265190C1 (en) * 2004-03-23 2005-11-27 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Complex navigation system
RU2380656C1 (en) * 2008-12-24 2010-01-27 Олег Степанович Салычев Integrated strapdown inertial and satellite navigation system on coarse sensors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БАБИЧ О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991, с.6-16, 391-507. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3719447B1 (en) Deep neural network-based inertial measurement unit (imu) sensor compensation method
US10982959B2 (en) Fused sensor ensemble for navigation and calibration process therefor
CN102192741B (en) Stabilised estimation of the pitch angles of an aircraft
CN105424040A (en) Novel MEMS (micro-electromechanical systems) inertial sensor array redundancy configuration method
CN101246012A (en) An Integrated Navigation Method Based on Robust Dissipative Filtering
CN111854741B (en) GNSS/INS tight combination filter and navigation method
Zhao et al. Adaptive two-stage Kalman filter for SINS/odometer integrated navigation systems
Wang et al. High-performance inertial measurements using a redundant array of inexpensive gyroscopes (RAIG)
RU2539140C1 (en) Integrated strapdown system of navigation of average accuracy for unmanned aerial vehicle
CN113587926B (en) Spacecraft space autonomous rendezvous and docking relative navigation method
CN108508463B (en) A Fourier-Hermite Orthogonal Polynomial Extended Ellipsoid Set Membership Filtering Method
RU2634082C1 (en) Method of complexing strapdown inertial navigation systems
CN104406592A (en) Navigation system for underwater glider and attitude angle correcting and backtracking decoupling method
CN116147624A (en) A Calculation Method of Ship Motion and Attitude Based on Low-cost MEMS Heading and Attitude Reference System
RU2487318C1 (en) Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy
RU2634083C1 (en) Navigation-piloting complex
US12198058B2 (en) Tightly coupled end-to-end multi-sensor fusion with integrated compensation
CN102305636B (en) Rapid alignment method based on nonlinear initial alignment model
RU2634071C1 (en) Method for determining navigational parameters and strapdown inertial navigation system for its implementation
Lu et al. Segmented angular rate joint estimation of inertial sensor arrays for UAV navigation
Xinyuan et al. An improved CDKF algorithm based on RBF neural network for satellite attitude determination
Islam et al. Loosely coupled GPS/INS integrated navigation system based on Kalman filter and complementary filter for aircraft
Lee et al. Observability analysis techniques on inertial navigation systems
RU2784859C1 (en) Method for platform-free orientation of moving objects
CN112304309A (en) Method for calculating combined navigation information of hypersonic vehicle based on cardiac array