ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСИРОВАННОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НАЗЕМНОГО ОБЪЕКТА

  • И.А. Шипов АО «Всероссийский научно-исследовательский институт «Сигнал»
  • Е. В. Ветошкин АО «Всероссийский научно-исследовательский институт «Сигнал»
Ключевые слова: Моделирование, навигационная система, программное моделирование, математическая модель, техническая реализация

Аннотация

Цель работы – создание эффективной программно-аппаратной модели навигационной
системы наземного подвижного объекта. Процесс моделирования является одним из ключевых
инструментов, позволяющих проводить отработку технических решений на всех этапах жиз-
ненного цикла сложной технической системы. В процессе проектирования комплексированных
инерциальных систем возникает ряд научно-технических задач, эффективность решения ко-
торых зависит от степени их отработки. Моделирование – один из вариантов апробации тех-
нических решений. В статье приведено описание решения задачи моделирования комплексиро-
ванной инерциальной навигационной системы наземного объекта. Модель навигационной сис-
темы, описанная в данной работе, является программно-аппаратной и реализована в виде про-
граммных модулей, поддерживающих аппаратное взаимодействие друг с другом. Описанная
система моделирования навигационной системы наземного объекта была разработана в рам-
ках ряда опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ. Сформированная мо-
дель навигационной системы наземного подвижного объекта включает в себя несколько программных блоков, каждый из которых имитирует функционирование реального изделия с дос-
таточным уровнем достоверности. Внутренние и внешние интерфейсы взаимодействия, про-
токолы обмена навигационной системы также промоделированы с соблюдением циклограмм
работы реального объекта. При этом одним из основных преимуществ программного модели-
рования перед стендовой отработкой или макетированием является возможность проведения
глубокого анализа алгоритмов функционирования без задействования дополнительных ресурсов.
Однако для обеспечения соответствия процедуры моделирования реальному функционированию
зачастую требуется проектирование программно-аппаратных средств. Процедура моделиро-
вания архитектуры навигационной системы позволяет провести сравнительный анализ не-
скольких вариантов набора базовых компонентов и схем их взаимодействия. Результатом та-
кого сравнения является оптимальная структура, позволяющая обеспечить потребителя нави-
гационной информацией с наибольшей эффективностью. В статье определены основные зада-
чи процесса моделирования. При проектировании сложной технической системы этап модели-
рования может стать критически важным для достижения оптимального результата. Пред-
ложенная структура, перечень ключевых элементов системы моделирования наземной навига-
ции и подходы организации взаимосвязи между ними были апробированы в рамках нескольких
опытно-конструкторских работ. При этом было определено, что достоверность разработан-
ных моделей и их соответствие моделируемым блокам позволяет производить анализ навига-
ционных систем с высоким уровнем объективности. Разработанная программно-аппаратная
модель позволила провести обработку записей телеметрии, полученных при различных условиях
эксплуатации изделий, провести анализ и выработать технические решения, повышающие
эффективность функционирования навигационных систем.

Литература

1. Shipov I.A. Realizatsiya raspredelennykh vychisleniy na otechestvennykh mikroprotsessornykh
ustroystvakh [Implementation of distributed computing on domestic microprocessor devices], Izvestiya
YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2022, No. 1 (225), pp. 218-226.
2. Belov A.V. Konstruirovanie ustroystv na mikrokontrollerakh [Designing devices on microcontrollers],
Nauka i tekhnika [Science and Technology]. Saint Petersburg, 2005, 256 p,
3. Vincent Mahout Assembly Language Programming: Arm Cortex -M3, 2011.
4. Alyamov A.E., Balasov I.Yu., Bazhanov V.A. Importozameshchenie elektronnoy komponentnoy
bazy v oboronnom proizvodstve [Import substitution of electronic components in the production
of defense], Vserossiyskiy ekonomicheskiy zhurnal EKO [All-Russian ECO Journal],
2015, No. 11 (497), pp. 19-29.
5. Systems Engineering Handbook, version 2a. INCOSE, 2004.
6. Shipov I.A., Vetoshkin E.V. Kompleksirovannaya navigatsiya nazemnykh robototekhnicheskikh
kompleksov [Integrated navigation of unmanned ground vehicles], Robototekhnika i tekhnicheskaya
kibernetika [Robotics and Technical Cybernetics], 2021, Vol. 9, No. 2 (225), pp. 127-132.
7. Brozgul L.I., Zaytsev A.V. Sostoyanie i perspektivy razvitiya inertsial’nykh navigatsionnykh
sistem [The state and development prospects of inertial navigation systems], Mekhatronika,
avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, Automation, Control], 2006, No. 3.
8. Shipov I.A., Vetoshkin E.V., Morozov A.V. Integrirovannye inertsial’no-sputnikovye sistemy
nazemnykh robototekhnicheskikh kompleksov [Integrated inertial satellite systems of groundbased
robotic complexes], Sbornik trudov XXXII konferentsii pamyati N.N. Ostryakova v
napravlenii “Giroskopicheskie i integrirovannye inertsial’no-sputnikovye sistemy” [Proceedings
of the XXXIIth Conference in Memory of N.N. Ostryakov in the Field of Gyroscopic and
Integrated Inertial Satellite Systems].
9. Vasil’ev K.K., Anikin A.A. Kalmanovskoe kompleksirovanie i modelirovanie navigatsionnykh sistem
[Kalman complexation and navigation systems simulation], Electronnaya tekhnika: Mezhvuzovskiy
sbornik nauchnykh trudov, pod red. D.V. Andreeva, Ulyanovsk: UlGTU [Electronic Technology: Interuniversity
Collection of Scientific Papers], ed. by D.V. Andreev. Ulyanovsk: UlSTU, 2005.
10. Stallings W. Operating Systems: Internals and Design Principles. Seventh Edition. Prentice
Hall, 2011.
11. Grewal M., Henderson V., Miyasako R. Application of Kalman Filtering to the Calibration and
Alignment of Inertial Navigation Systems, IEEE Transactions on Automatic Control, 1991,
Vol. 36.
12. Belochkin P.E., Katsay D.A. Osobennosti modelirovaniya besplatformennoy sistemy
orientatsii po uravneniyam Eylera v srede Matlab i Mathcad [Features of strapdown orientation
system simulation using Euler equations in Matlab and Mathcad], Sovremennye naukoemkie
tekhnologii [Modern High Technologies], 2014, No. 5, pp. 18-20.
13. Zhidkova N.V., Volkov V.L. Modelirovanie besplatformennoy sistemy orientatsii [Modeling of
a strapdown system of orientation], Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern
Problems of Science and Education], 2015, No. 1. Available at: http://www.scienceeducation.
ru/121-17099.
14. Tel G. Introduction to Distributed Algorithms. Second ed. Cambridge Univer-sity Press, 2000.
15. Tranquilla J.M., Cam J.P., Al-Rizzo H.M. Analysis of a Choke Ring Groundplane for Multipath
Control in Global Positioning System (GPS) Applications, IEEE Transactions on Antennas and
Propagation, 1994, Vol. 42, No. 7, pp. 905-911. DOI: https://doi.org/10.1109/8.299591.
16. Matveev V.V., Raspopov V.Ya. Osnovy postroeniya besplatformennykh inertsial’nykh
navigatsionnykh sistem [Fundamentals of strapdown inertial navigation system design], ed. by
V.Ya. Raspopov. St. Petersburg: SSC RF JSC "Concern "Central Research Institute
"Electropribor", 2009, 280 p.
17. Volkov V.L. Matematicheskoe modelirovanie inertsial’nykh sistem izmereniya [Mathematical
modeling of inertial measurement systems], Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh
issledovaniy [International Journal of Applied and Fundamental Research], 2015, No.
2. Available at: www.science-sd.com/457-24631.
18. Woodman O.J. An Introduction to Inertial Navigation, Technical reports published by the University
of Cambridge Computer Laboratory are freely available via the Internet, 37 p. Available
at: http://www.cl.cam.ac.uk/techreports, 2007,
19. Bilich A., Larson K. M., Axelrad P. SNR-Based Multipath Corrections to GPS Phase Measurements:
Improving the Accuracy of Permanent GPS Stations, AGU Fall Meeting Abstracts,
2002, Vol. 1, p. 6.
20. Filippov S.I., Matakhin V.V., Shipov I.A., Petrov A.V. Primenenie metodik i instrumentov
sistemnoy inzhenerii pri sozdanii sistem nazemnoy navigatsii [Application of system engineering
methods and tools in creation of ground navigation systems], Oboronnaya tekhnika [Defense
technology], 2017, No. 7-8, pp. 38-44.
Опубликован
2023-04-10
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ