Технические науки /6.Электротехника и радиоэлектроника

Иванчиков C.О., к.т.н. Дмитриева Л.Б.

Запорожская государственная инженерная академия, Украина

АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ИНТЕГРИРОВАНИЯ ИНЕРЦИАЛЬНО-СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Совершенствование интегрированных систем в настоящее время осуществляется как за счет использования современной аппаратуры потребителя спутниковой информации и получающих широкое распространение дешевых инерциальных измерителей, так и за счет совершенствования алгоритмов комплексной обработки всей имеющейся информации. В работах [1,2] предлагается решение задачи обработки навигационных измерений с учетом дополнительного демпфирования ошибок навигационных параметров. В то же время отсутствует сравнение возможных алгоритмов интегрирования (комплексирования).

Рассмотрены алгоритмы интегрирования инерциальной навигационной системы (ИНС) и спутниковой навигационной системы (СНС) [3], реализуемые в разомкнутой и замкнутой схемах с учетом возможного демпфирования ошибок. Проведен анализ алгоритмов интегрирования по точности и быстродействию при применении различных видов фильтров, а именно фильтра Калмана и простых фильтров І-го и ІІ-го порядков.

При построении интегрированных систем ИНС/СНС широкое применение получил прием, основанный на формировании разностных измерений, из состава которых путем фильтрации находят оценки ошибок инерциальной навигационной системы (ИНС) и затем их вычитают из сигналов ИНС. Такую схему называют разомкнутой. В такой схеме отсутствуют какие-либо сигналы коррекции ИНС и СНС, что является ее достоинством. Однако в случае пропадания сигнала СНС эффект интегрирования тотчас исчезает.

Замкнутое комплексирование применяют для уменьшения ошибки навигационных параметров и сохранения «памяти» коррекции ИНС. Замкнутые схемы позволяют, не имея информации о полном векторе состояния системы, осуществить коррекцию всех значений навигационных параметров. При этом при пропадании сигнала от СНС в системе может сохраняться компенсация ошибок.

Математическая модель платформенной ИНС [1-3] с использованием замкнутой схемы комплексирования может быть представлена в виде уравнений ошибок. Для использования в системе фильтра Калмана уравнения представлены в векторно-матричном виде [1-2] Вектор управления формируется из постоянных ошибок чувствительных элементов системы (акселерометров и гироскопов). Оценка наблюдаемости переменных состояния системы по известному критерию наблюдаемости [3] показывает, что угол ошибки азимутального канала не наблюдается. Постоянная времени фильтра влияет на сглаживание высокочастотной шумовой составляющей сигналов. Увеличение значений постоянных фильтра приводит к уменьшению шумовой составляющей ошибок. Оптимальными считают значения постоянных времени фильтра, обеспечивающие максимальную точность при заданном времени переходного процесса.

Использование простых фильтров в алгоритме фильтрации замкнутой навигационной системы не дает возможности оценить все значения ошибок навигационных параметров. В такой системе оцениваемыми ошибками являются ошибки широты, долготы и составляющих относительных линейных скоростей.

При рассмотрении разновидностей алгоритмов фильтрации для замкнутой интегрированной системы используют фильтр Калмана, использование которого в алгоритме комплексирования дает возможность добиться большей точности в определении абсолютной линейной скорости и ошибок углов наклона платформы в плоскости горизонта. Значения ошибок широты и углов наклона в плоскости горизонта приблизительно имеют одинаковые значения.[1,2]. При этом время, которое затрачивается на вычисление значений ошибок навигационных параметров, в системе с фильтром Калмана увеличивается вдвое по сравнению с системой с простыми фильтрами.

Один из возможных путей повышения точности является калибровка инструментальных погрешностей и их учет при использовании фильтра Калмана. Использование замкнутой схемы с компенсацией влияния инструментальных погрешностей позволит значительно снизить потери точности при пропадании сигнала СНС.

Литература.

1. Бранец B.H., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. - 280 с.

2. Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. - СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 1998. - 370 с.

3. Иванчиков C.О., Дмитриева Л.Б. Особенности интегрированной инерциально–спутниковой навигационной системы. /Материалы международной НТК молодых ученых и студентов «Актуальные задачи современных технологий».-Тернополь:- 2013.-С.14.