Методы решения задач астронавигации с применением цифровых оптических камер

Рассматриваются два метода определения навигационных параметров с помощью астронавигационной системы, астродатчик которой представляет собой цифровую камеру с широким полем зрения. Первый метод, применяемый в морской астрономии, представляет собой традиционный разностно-высотно-азимутальный метод решения навигационной задачи по наблюдению группы светил и видимого горизонта. Второй метод, применяемый в астроинерциальных навигационных системах, основан на измерении ориентации астродатчика в инерциальной (экваториальной) системе координат и ее взаимосвязи с геоцентрической и местной географической системами координат. Отмечено, что использование цифровой камеры высокого разрешения в роли звездного датчика астроинерциальных навигационных систем позволяет реализовать оба метода определения навигационных параметров. Подчеркнуто, что природа возникновения погрешностей определения ориентации двумя рассматриваемыми методами различна, вследствие чего их совместное использование повышает точность решения навигационной задачи. Представлена схема алгоритма комплексного применения данных об ориентации относительно горизонта по показаниям инерциальных датчиков и датчика видимого горизонта. Выполнено моделирование по моделям погрешностей инерциальных датчиков и датчиков видимого горизонта, результаты которого показали высокую эффективность приведенного алгоритма.

1. Скубко Р. А., Шкатов М. Ю. Мореходная астрономия. Книга вторая. СПб: ВМИ, 2004. 258 с.

2. Титов Р. Ю., Файн Г. И. Мореходная астрономия: Учебник. М.: Транспорт, 1984. 252 с.

3. Красавцев Б. И. Мореходная астрономия. М.: Транспорт, 1978. 304 с.

4. Нгуен В. В., Попов С. С. Применение метода наименьших квадратов и метода Лагранжа при обработке результатов эксперимента // Сб. избранных статей по материалам научных конференций ГНИИ „Нацразвитие“. 2020. С. 51–53.

5. Аванесов Г. А., Бессонов Р. В., Сметанин П. С. Первичная обработка информации в звездном датчике ориентации // Механика, управление и информатика. 2015. Т. 7. С. 159–174.

6. Аванесов Г. А., Бессонов Р. В., Куркина А. Н., Никитин А. В., Сазонов В. В. Оценка точности определения ориентации системы звездных датчиков по экспериментальным данным // Космические исследования. 2018. Т. 56, № 1. С. 47–61.

7. Аванесов Г. А., Бессонов Р. В., Куркина А. Н., Мысник Е. А., Лискив А. С., Людомирский М. Б., Каютин И. С., Ямщиков Н. Е. Разработка автономной астроинерциальной системы // Механика, управление и информатика. 2013. Т. 13. С. 9–29.

8. Аванесов Г. А., Бессонов Р. В., Куркина А. Н., Людомирский М. Б., Каютин И. С., Ямщиков Н. Е. Принципы построения астроинерциальной навигационной системы авиационного применения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т.10, № 2. С. 9–29.

9. Salychev O. S. Verified Approaches to inertial navigation. M.: BMSTU Press, 2017. 368 p.

10. Матвеев В. В. Инерциальные навигационные системы. Учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 198 с.

11. Акишин В. В. Методика оценки инструментальных ошибок БИНС в случае кратковременного и нерегулярного наличия корректирующей информации // Тр. Моск. ин-та электромеханики и автоматики (МИЭА). 2013. № 6. С. 36–45.

12. Логинов М. Ю., Челноков Ю.Н. Аналитическое решение дифференциальных уравнений ошибок БИНС, функционирующей в нормальной географической системе координат, для случая неподвижного относительно Земли объекта // Математика. Механика. 2012. № 14. С. 120–123.

13. Голован А. А., Мишин В. Ю., Молчанов А. В., Чиркин М. В. Метод анализа влияния погрешностей гироскопического канала бесплатформенной инерциальной навигационной системы на погрешности инерциального счисления // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2021. № 4. С. 130–141.

14. Dusha D., Boles W., Walker R. Fixed-wing estimation using computer vision based horizon detection // Proc. of the 12th Australian Intern. Aerospace Congress, Melbourne, Australia, 2007. 19 p.

15. Малышева Ю. А. Комплексированная система ориентации и навигации с оптическим датчиком горизонта // Інформаційні системи, механіка та керування. 2012. № 8. С. 23–32.