Применение позиционной коррекции с перекрестными связями в бесплатформенной системе ориентации

Рассматриваются кватернионные уравнения работы автономной бесплатформенной системы ориентации (БИСО), состоящей из инерциального измерительного модуля (ИИМ) и бортового вычислителя. ИИМ содержит трехкомпонентные измеритель угловой скорости, датчик линейных ускорений и магнитометр. Целью работы является построение системы кинематических уравнений с асимптотически устойчивыми решениями, настроенной на период Шулера и фильтр нижних частот с заданной полосой пропускания. Этим достигаются компенсация погрешностей начальной выставки, невозмущаемость линейными ускорениями (баллистические погрешности), снижение уровня шума в оценках параметров ориентации по отношению к сигналам гироскопов, акселерометров и магнитометров и отсутствие накопления ошибок определения ориентации. Алгоритмы работы БИСО строятся на основе уравнений Пуассона в параметрах Родрига–Гамильтона с дополнительно введенными членами перекрестной позиционной коррекции, знаки которых задаются исходя из требования асимптотической устойчивости, а численные значения коэффициентов коррекции обеспечивают остальные свойства алгоритмов. Теоретически обоснован диапазон угловых скоростей объекта, при которых сохраняются свойства алгоритмов. Результаты работы подтверждены математическим моделированием работы ИИМ и БИСО и натурными испытаниями на автомобиле макета БИСО с микромеханическим ИИМ.

1. Матвеев В. В., Распопов В. Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / Под ред. В. Я. Распопова. СПб: ЦНИИ „Электроприбор“, 2009. 280 с.

2. Анучин О. Н., Емельянцев Г. И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / Под ред. В. Г. Пешехонова. СПб: ЦНИИ „Электроприбор“, 2003. 390 с.

3. Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. М.: Наука, 1992. 280 с.

4. Челноков Ю. Н. Кватернионые модели и методы динамики, навигации и управления движением. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. 560 с.

5. Плотников П. К., Лючев С. А. Об устойчивости алгоритмов определения углов поворотов объекта по сигналам гироскопической бесплатформенной системы ориентации // Изв. вузов. Приборостроение. 1991. Т. 34, № 10. С. 62–68.

6. Плотников П. К. Элементы теории работы одной разновидности бесплатформенных инерциальных систем ориентации // Гироскопия и навигация. 1999. № 3. С. 23–35.

7. Плотников П. К. Построение и анализ кватернионных дифференциальных уравнений задачи определения ориентации твердого тела с помощью бесплатформенной инерциальной навигационной системы // Механика твердого тела. 1999. № 2. С. 3–14.

8. Premerlani W., Bizard Р. Direction Cosine matrix IMU: Theory. 2009 [Электронный ресурс]: <http://http://gentlenav.googlecode.com/files/DCMDraft2.pdf>.

9. Жидкова Н. В., Волков В. Л. Моделирование бесплатформенной системы ориентации // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1. C. 4–14.

10. Волков В. Л., Жидкова Н. В. Обработка информации в системе ориентации на основе МЭМС // Тр. Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. Микромеханические системы. 2015. № 3. С. 279–286.

11. Алешкин В. В., Здражевский Р. А., Голованов П. Н., Марусич В. О. Методы и алгоритмы коррекции кинематических уравнений в задаче определения ориентации объекта // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22, № 9. С. 494–504.

12. Пат. РФ 2738342, МПК G01 M 7/00, G01 M 15/00. Способ автономной ориентации подвижного объекта с помощью инерциального измерительного модуля / В. В. Алешкин, Р. А. Здражевский, П. Н. Голованов, В. О. Марусич. Заяв. № 2019145337 от 30.12.2019.

13. Алешкин В. В., Голованов П. Н. Модель БСО малоразмерного летательного аппарата на основе микромеханического инерциального измерительного модуля // Проблемы управления, обработки и передачи информации (УОПИ-2018): Сб. тр. VI Междунар. науч. конф. / Под ред. А. А. Львова и М. С. Светлова. Саратов: Лоди, 2019. C. 79–84.