RU2634083C1 - Navigation-piloting complex - Google Patents
Navigation-piloting complex Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 23
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
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:
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 , связанную с Ai соотношениями:Define the orientation matrix related to Ai by the ratios:
гдеWhere
δ^i - кососимметрическая матрица, соответствующая векторуδ ^ i is the skew-symmetric matrix corresponding to the vector
малых углов поворота; 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:
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 справа, получаем:Multiplying (3) by on the right, we get:
Обозначим:Denote:
Тогда:Then:
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:
Умножив (9) на Cij справа и сложив с (8), получаем:Multiplying (9) by C ij on the right and adding with (8), we obtain:
Подставляя (9) в (10), получаем:Substituting (9) in (10), we obtain:
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:
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:
Суммируя (11) по i=1, 2, …, N, i≠j получаем:Summing (11) over i = 1, 2, ..., N, i ≠ j we get:
или с учетом (13):or taking into account (13):
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:
гдеWhere
(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:
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:
Искомая матрица определяется как:Searched matrix defined as:
где Aj - матрица ориентации j-го БИНС.where A j is the orientation matrix of the jth SINS.
Следует отметить, что матрицы , определяемые как и (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 defined as and (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:
Подставляя (26) в (25):Substituting (26) in (25):
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 :
тождественное (24).identical (24).
Задача определения решалась выше с использованием критерия Гаусса (12). Задача может решаться с использованием критерия Чебышева:Definition task was solved above using the Gauss criterion (12). The problem can be solved using the Chebyshev criterion:
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:
или эквивалентному ему:or equivalent to it:
Геометрически решение 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 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:
для всех i,j=1, 2, …, N, эквивалентное (29).for all i, j = 1, 2, ..., N, equivalent to (29).
Умножая (32) на слева, получаем параметрическую систему алгебраических уравнений:Multiplying (32) by left, we obtain a parametric system of algebraic equations:
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:
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):
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
Выше построен алгоритм однозначного определения векторов δi и матрицы 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 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:
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:
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
где νi - скорости расхождения матриц и Ai в осях приборного трехгранника i-го БИНС, вызванные наличием некомпенсированных инструментальных ошибок (дрейфов) системы.where ν i are the matrix divergence rates 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 .
Обозначим:Denote:
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):
гдеWhere
Е - единичная матрица размера 3×3,E is a unit matrix of
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:
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 , 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 (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 , 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 (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:
Получаем переопределенную систему которую будем решать с использованием критерия Гаусса:We get an overdetermined system which we will solve using the Gauss criterion:
где λi - весовой коэффициент.where λ i is the weight coefficient.
Приравнивая нулю частные производные по , получаем искомое решение ( в проекциях на оси сопровождающего трехгранника).Equating to zero partial derivatives with respect to , we obtain the desired solution ( in projections on the axis of the accompanying trihedron).
Полученный вектор используется в дальнейшем для решения навигационных уравнений.Received Vector 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
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 :
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:
(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:
Искомая матрица направляющих косинусов определяется как:The required matrix of guide cosines defined as:
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:
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:
В результате получаем автономную систему уравнений ошибок оценки:As a result, we obtain an autonomous system of equations for estimation errors:
Δγ1'=Δδр1+ω3Δγ2 Δγ 1 '= Δδr 1 + ω 3 Δγ 2
где Δγi, Δδpi, Δαi i=1, 2 - ошибки оценки , , переменных γi, δpi, αi, получаемой на выходе фильтра.where Δγ i , Δδp i , Δαi i = 1, 2 are the estimation errors , , variables γ i , δp i , α i obtained at the output of the filter.
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:
i=1, 2i = 1, 2
или в векторной форме:or in vector form:
гдеWhere
с измерением:with measurement:
и матрицей связи:and communication matrix:
Выходными параметрами алгоритма являются вектор δi, по которому вычисляется откорректированное значение матрицы ориентации , 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 , and vectors x, (64). The components γ i of the vectors x, i = 1, 2 are used to correct the matrix of guide cosines:
гдеWhere
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 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 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:
В качестве индикатора введем скалярное произведение:We introduce the scalar product as an indicator:
Подставляя (70) в (71), получаем:Substituting (70) in (71), we obtain:
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:
гдеWhere
Индикаторы и представляют собой матрицы размера 3×3.Indicators and are 3 × 3 matrices.
Величина элементов этих матриц определяет степень расхождения выходных сигналов i-го и j-го БИНС (лазерных гироскопов для , или первых интеграторов для ) 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 , or the first integrators for ) 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)
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)
| 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 |
-
2016
- 2016-06-02 RU RU2016121920A patent/RU2634083C1/en active
Patent Citations (5)
| 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)
| 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 |