Статья

Название статьи ДИНАМИЧЕСКАЯ СТЕНДОВАЯ КАЛИБРОВКА БЕСКАРДАННЫХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ В СБОРЕ
Автор А. В. Козлов, Н. А. Парусников, Н. Б. Вавилова, И. Е. Тарыгин, А. А. Голован
Рубрика РАЗДЕЛ IV. СВЯЗЬ, НАВИГАЦИЯ И НАВЕДЕНИЕ
Месяц, год 01, 2018
Индекс УДК 629.05:531.3/.77/.768
DOI
Аннотация Работа посвящена обзору метода калибровки бескарданных инерциальных навигационных систем (БИНС) различного класса точности в сборе на поворотных стендах, разработанного в лаборатории управления и навигации МГУ им. М.В. Ломоносова и применяемого на ряде отечественных предприятий. Возможность оценки основных параметров модели погрешностей инерциального измерительного блока обеспечивается главным образом за счёт вращений системы длительностью 10–40 минут преимущественно вокруг горизонтальной оси поворотного стенда, совмещённой последовательно с каждой из приборных осей инерциального блока. При подобном движении в вычисленным по показаниям инерциальных датчиков БИНС линейном ускорении и ориентации относительно Земли проявляются все основные систематические составляющие погрешностей инерциального блока. При этом эффекты от различных составляющих автоматически разделяются между собой и оцениваются количественно. Главными достоинствами метода являются: возможность калибровки на грубых одноосных стендах (не обеспечивающих высокой точности задания угловых положений, угловых скоростей, и не имеющих измерителей этих параметров); отсутствие жёстких требований к плану операций, их последовательности и параметрам движения; единый алгоритм обработки всей записи калибровочного эксперимента независимо от типа движения и углового положения; широкие возможности расширения модели уравнений ошибок, включение в них различных дополнительных параметров, существенных для систем различных типов и классов точности, а также инструментальных погрешностей стенда. В статье методологически описан подход к постановке задачи оценивания в калибровке БИНС и перечисляются возможные варианты моделей инструментальных погрешностей и уравнений ошибок, исследованные и опробованные на практике к настоящему моменту. Модели уравнений ошибок и измерений представляются в виде линейной динамической системы с измерениями, компонентами вектора состояния которой являются погрешности определения ориентации блока инерциальных датчиков, все искомые параметры модели погрешностей инерциальных датчиков, а также дополнительные неизвестные инструментальные погрешности. Для оценки вектора состояния используется оптимальный алгоритм (фильтр Калмана). Обусловленность в системе зависит от наличия и характера вращения блока, и в описанном выше эксперименте она имеется.

Скачать в PDF

Ключевые слова Инерциальные навигационные системы; инерциальные датчики; калибровка; гироскопы; акселерометры; оптимальное оценивание; линейные динамические системы с измерениями.
Библиографический список 1. Ваулин Ю.В., Лаптев К.З. Оценка точности плавания автономного необитаемого подводного аппарата в заданном районе // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017.
– № 1 (186). – C. 74-86. DOI 10.18522/2311-3103-2017-1-7486.
2. Вавилова Н.Б., Парусников Н.А., Субханкулова Г.А. Навигация автономного подводного аппарата при помощи корректируемой бескарданной инерциальной навигационной системы // Труды МАИ. – 2016. – № 89.
3. Берман З.М., Канушин В.М., Миронов Ю.В., Мохов В.П., Шарыгин Б.Л. Система инерциальной навигации и стабилизации "Ладога-М": результаты разработки и испытаний // Гироскопия и навигация. – 2002. – № 4 (39). – C. 29-38.
4. Кузнецов А.Г., Портнов Б.И., Измайлов Е.А. Разработка и испытания двух классов авиационных бесплатформенных инерциальных навигационных систем на лазерных гироскопах // Гироскопия и навигация. – 2014. – № 2 (85). – C. 3-12.
5. Soloviev A., Rutkowski A.J. Fusion of inertial, optical flow, and airspeed measurements for UAV navigation in GPS-denied environments // Proc. SPIE 7332, Unmanned Systems Technology XI, 733202. – 2009. DOI: 10.1117/12.820177.
6. Wendel J., Meister O., Schlaile C., Trommer G.F. An integrated GPS/MEMS-IMU navigation system for an autonomous helicopter // Aerospace Science and Technology. – 2006. – Vol. 10, Issue 6. – P. 527-533.
7. Емельянцев Г.И., Ландау Б.Е., Левин С.Л., Гуревич С.С., Романенко С.Г. Особенности построения интегрированной системы ориентации и навигации для орбитального космического аппарата // Гироскопия и навигация. – 2011. – № 1 (72). – C. 17-25.
8. Вавилова Н.Б., Голован А.А., Козлов А.В., Никитин И.В., Панёв А.А., Парусников Н.А., Соловых И.А., Никифоров С.В., Лавырев А.М., Морозов С.В., Афанасьев А.В., Весновский И.В., Конон А.В., Лаптиев А.А., Турусиков Д.В. Результаты разработки и тестирования навигационных систем дефектоскопов магистральных нефте- и газопроводов // Сб. материалов XXII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам.– СПб.: ГНЦ РФ ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2015. – С. 318-323.
9. Кроненветт Н., Руппельт Я., Троммер Г.Ф. Прецизионное позиционирование пешехода в помещении на основе контроля за стадиями его походки // Гироскопия и навигация. – 2017. – № 1 (96). – C. 33–48. DOI: 10.17285/0869-7035.2017.25.1.033-048.
10. Skog I., Händel P. In-car positioning and navigation technologies: a survey // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. – 2010. – Vol. 10, Issue 1. – P. 4-21. DOI: 10.1109/TITS.2008.2011712.
11. Боронахин А.М., Олейник Л.Н., Филипеня Н.С. Малогабаритная интегрированная система диагностики рельсового пути // Гироскопия и навигация. – 2009. – № 1 (64). – C. 63-74.
12. Смоллер Ю.Л., Юрист С.Ш., Богданов О.Н., Болотин Ю.В., Голован А.А., Козлов А.В. Результаты испытаний на яхте бескарданного гравиметра GT-X // Сб. материалов XIX Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам.– СПб.: ГНЦ РФ ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2012.
– С. 172-174.
13. Brock J.C., Wright C.W., Sallenger A.H., Krabill W.B., Swift R.N. Basis and methods of nasa airborne topographic mapper lidar surveys for coastal studies // Journal of Coastal Research.
– 2002. – Vol. 18, No. 1. – P. 1-13.
14. Savage P.G. Strapdown inertial navigation integration algorithm design part 1: attitude algorithms // Journal of Guidance Control and Dynamics. – 1998. – Vol. 21, No. 1. – P. 19-28. DOI: 10.2514/2.4228.
15. Savage P.G. Strapdown inertial navigation integration algorithm design part 2: velocity and position algorithms // Journal of Guidance Control and Dynamics. – 1998. – Vol. 21, No. 2.
– P. 208-221. DOI: 10.2514/2.4242.
16. Titterton D.H., Weston J.L. Strapdown inertial navigation technology, 2nd ed. –IET, London, UK, & AIAA, Reston, Virginia, USA. 2004. – 550 p. ISBN 978-0-86341-358-2.
17. Kailath T., Sayed A.H., Hassibi B. Linear estimation. – Prentice Hall, NJ, USA, 2000. – 850 p.
18. Baklanov F., Dambeck J. Unified observability analysis in linear time-varying systems // Journal of Guidance Control and Dynamics. – 2017. – Vol. 40, No. 11. – P. 3005-3011. DOI: 10.2514/1.G002101.
19. Козлов А.В., Сазонов И.Ю., Вавилова Н.Б., Парусников Н.А. Калибровка инерциальных навигационных систем на грубых стендах с учетом разнесения чувствительных масс ньютонометров // Сб. материалов XX Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. – СПб.: ГНЦ РФ ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2013. – С. 104-107.
20. Kozlov A., Sazonov I., Vavilova N. IMU calibration on a low grade turntable: embedded estimation of the instrument displacement from the axis of rotation // Proceeding of the 1st IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems. – IEEE Sensors Council, New York, NY, USA, 2014. – P. 105-108. DOI: 10.1109/ISISS.2014.6782525.
21. Козлов А.В., Тарыгин И.Е., Голован А.А., Шаймарданов И.Х., Дзуев А.А. Калибровка инерциальных измерительных блоков с оценкой температурных зависимостей по эксперименту с переменной температурой: результаты калибровки БИНС-РТ // Сб. материалов XXIV Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. – СПб.: ГНЦ РФ ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2017. – С. 225-228. DOI: 10.23919/ICINS.2017.7995635.
22. Diesel J.W. Calibration of a Ring Laser Gyro Inertial Navigation System // Proceedings of the 13-th biennal guidance test symposium, 6–8 October 1987, Holloman AFB, New Mexico. AD-TR-87-08. – USA. – 6585th Test group, Central inertial guidance test facility. – 1987. – Vol. I. – P. S01A 1-37.
23. Козлов А.В., Тарыгин И.Е., Голован А.А. Калибровка инерциальных измерительных блоков на грубых стендах с оценкой температурных зависимостей по эксперименту с переменной температурой // Сб. материалов XXI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. – СПб.: ГНЦ РФ ОАО "Концерн "ЦНИИ "Электроприбор", 2014. – С. 319-322.

Comments are closed.