+

RU2382988C1 - Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements - Google Patents

Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements Download PDF

Info

Publication number
RU2382988C1
RU2382988C1 RU2008150963/28A RU2008150963A RU2382988C1 RU 2382988 C1 RU2382988 C1 RU 2382988C1 RU 2008150963/28 A RU2008150963/28 A RU 2008150963/28A RU 2008150963 A RU2008150963 A RU 2008150963A RU 2382988 C1 RU2382988 C1 RU 2382988C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
output
unit
angles
outputs
Prior art date
Application number
RU2008150963/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Степанович Салычев (RU)
Олег Степанович Салычев
Original Assignee
Олег Степанович Салычев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Степанович Салычев filed Critical Олег Степанович Салычев
Priority to RU2008150963/28A priority Critical patent/RU2382988C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2382988C1 publication Critical patent/RU2382988C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: physics; navigation.
SUBSTANCE: invention relates to instrument making and can be used in strapdown inertial reference systems (SIRS), particularly strapdown attitude reference systems (SARS) integrated into the air data system (ADS). To achieve the result, the strapdown attitude reference system has three computer navigation platforms, each of which has its own control law. Each platform damps inertial errors in accordance with its own law. The master-filter platform which receives output signals carries out their optimal (in the mean-square sense) processing.
EFFECT: increased accuracy.
5 cl, 7 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области бесплатформенных инерциальных систем навигации (БИНС), в частности бесплатформенных систем ориентации (БСО), интегрированных с системой воздушных сигналов (СВС).The invention relates to the field of strapdown inertial navigation systems (SINS), in particular strapdown orientation systems (BSO), integrated with an airborne signal system (SHS).

Уровень техникиState of the art

Известна комплексная навигационная система (Патент РФ №2265190, МПК G01C 23/00) (КНС) летательного аппарата (ЛА), включающая в себя навигационные датчики и системы, работающие на различных физических принципах (в том числе от системы воздушных сигналов), а также вычислительно-логические блоки комплексной системы, обеспечивающие информационный обмен между датчиками и системами и расчет необходимых параметров состояния ЛА: блок компенсации ошибок КНС; блок формирования параметров состояния ЛА; блок формирования невязки, обеспечивающий сравнение однотипной информации, поступающей от различных измерителей. Ограничением изобретения является избыточный набор сложных и дорогостоящих элементов и, как следствие, сложность и дороговизна всей системы в целом, и при этом, в частности, принципиальная неработоспособность с гораздо более дешевой малогабаритной БИНС с «грубыми» чувствительными элементами (ЧЭ).Known integrated navigation system (RF Patent No. 2265190, IPC G01C 23/00) (SPS) aircraft (LA), which includes navigation sensors and systems that operate on various physical principles (including the air signal system), as well computational and logical blocks of an integrated system that provide information exchange between sensors and systems and the calculation of the necessary parameters of the state of the aircraft: block compensation for errors of the SSC; unit for forming aircraft state parameters; a residual formation unit providing comparison of the same type of information coming from various meters. A limitation of the invention is an excessive set of complex and expensive elements and, as a consequence, the complexity and high cost of the entire system as a whole, and in particular, a fundamental inoperability with a much cheaper small-sized SINS with "coarse" sensitive elements (SE).

Известен навигационный комплекс ЛА (Патент РФ №2293950, МПК G01C 23/00) для определения координат местоположения и параметров движения ЛА, запускаемых с подвижного носителя. Навигационный комплекс ЛА содержит БИНС, измеритель составляющих ускорения носителя и составляющих угловой скорости носителя, запоминающее устройство, вычислитель оценок углов ориентации ЛА относительно носителя, вычислитель курса, крена и тангажа летательного аппарата. При этом первый вход запоминающего устройства соединен с выходом измерителя составляющих ускорения носителя и составляющих угловой скорости носителя. Первый вход вычислителя курса, крена и тангажа ЛА связан каналом передачи данных об углах ориентации носителя с измерителем углов ориентации носителя.Known aircraft navigation system (RF Patent No. 2293950, IPC G01C 23/00) for determining the location coordinates and motion parameters of aircraft launched from a mobile carrier. The aircraft navigation system contains SINS, a meter for the components of the acceleration of the carrier and components of the angular velocity of the carrier, a memory, a calculator for estimating the angles of orientation of the aircraft relative to the carrier, a calculator for heading, roll and pitch of the aircraft. In this case, the first input of the storage device is connected to the output of the meter of the components of the acceleration of the medium and the components of the angular velocity of the medium. The first input of the course calculator, roll and pitch of the aircraft is connected by a data transmission channel about the angles of orientation of the medium with a meter of angles of orientation of the medium.

Ограничением этого изобретения является отказ от применения внешних средств комплексирования (в том числе системы воздушных сигналов (СВС)) с внешней информацией о скорости аппарата, и, как следствие, узость его применения на кратковременно работающих ЛА, запускаемых с подвижного носителя, а не на постоянно работающих самих подвижных носителях. И этот комплекс также неработоспособен с малогабаритными БИНС с «грубыми» ЧЭ, а может работать с БИНС с бескарданными инерциальными измерительными модулями.A limitation of this invention is the rejection of the use of external means of aggregation (including the system of air signals (SHS)) with external information about the speed of the device, and, as a result, the narrowness of its use on short-term aircraft, launched from a mobile carrier, and not on a permanent basis working mobile carriers themselves. And this complex is also inoperative with small-sized SINS with "coarse" CE, and can work with SINS with gimballess inertial measuring modules.

Использование малогабаритных БИНС с «грубыми» ЧЭ типа MEMS (Microelectromechanical System - микроэлектронных механических систем) описано в целом ряде патентов США корпорации American GNC, например, в ряде патентов о микро (малогабаритных) инерциальных измерительных устройствах (ИИУ) (патенты США №№6671648, 6522992, 6516283) и о способах обработки измерений параметров движения с их применением (патенты США №№6697758, 6651027, 6494093, 6473713, 6427131). Основное внимание в этих патентах уделено представлению преимуществ по сравнению с «обычными», традиционными ИИУ дешевого микроблока ИИУ на «грубых» ЧЭ в БИНС с вычислительной навигационной платформой с применением в ней, в том числе контуров демпфирования и других внешних корректирующих средств.The use of small-sized SINS with "coarse" CE type MEMS (Microelectromechanical System - Microelectronic Mechanical Systems) is described in a number of US patents of American GNC Corporation, for example, in a number of patents on micro (small-sized) inertial measuring devices (IIU) (US Patent Nos. 6671648 , 6522992, 6516283) and methods of processing measurements of motion parameters with their application (US Pat. Nos. 6,697,758, 6,610,227, 6,494,093, 6,437,713, 6,427,131). The main focus of these patents is on the presentation of advantages compared to “conventional”, traditional AIUs of a cheap AIU microblock on “coarse” CEs in SINS with a computational navigation platform using, including damping circuits and other external corrective means.

Однако предлагаемые схемы БИНС избыточны по используемым наборам датчиковых систем и из-за этого неоптимальны по соотношению качество/цена, и, кроме того, там используют только одну вычислительную навигационную платформу.However, the proposed SINS schemes are redundant in terms of the used sets of sensor systems and because of this, they are not optimal in terms of quality / price ratio, and, in addition, they use only one computing navigation platform.

При использовании «грубых» ЧЭ (дрейф гироскопов 0,1…1 о/с) в системе БИНС возникают большие ошибки ориентации, которые приводят к практической расходимости навигационного решения, так что для «грубых» ЧЭ необходимо использовать нетрадиционные методы построения БИНС.When using “coarse” CEs (drift of gyroscopes 0.1 ... 1 o / s) in the SINS system, large orientation errors occur that lead to practical divergence of the navigation solution, so for “coarse” CEs it is necessary to use non-traditional methods of constructing SINS.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству системы является устройство для БИНС на микромеханических ЧЭ низкой точности, подробно описанное в разд. 10 на стр.214-232 и представленное на блок-схеме Фиг.10.3 (с.220) этого раздела в англоязычной монографии автора-заявителя предлагаемого устройства системы Oleg Salychev, Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions, BMSTU Press, Moscow, Russia, 2004.The closest analogue to the proposed system device is a device for SINS on micromechanical SE of low accuracy, described in detail in section. 10 on p. 214-232 and presented in the block diagram of Fig. 10.3 (p. 220) of this section in the English monograph of the author-applicant of the proposed device system Oleg Salychev, Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions, BMSTU Press, Moscow, Russia, 2004.

Данная система осуществляет демпфирование ошибок БИНС с использованием в том числе внешней информации о скорости носителя. Но там представлена одна вычислительная навигационная платформа и нет мастер-фильтра.This system performs damping of SINS errors using, among other things, external information about the speed of the carrier. But there is one computational navigation platform and there is no master filter.

Важнейшим недостатком рассматриваемого аналога является то, что демпфирование вычислительной платформы осуществляют не по разности путевых скоростей БСО и внешнего датчика, а по разности показаний БСО и системы СВС, измеряющей воздушную скорость. Это измерение содержит низкочастотную составляющую ошибки, обусловленную как физическими принципами построения СВС, так и наличием скорости ветра. Чтобы уменьшить эту составляющую, демпфирование нужно осуществлять не по разности скоростей, а по разности ускорений, что уменьшает низкочастотную составляющую ошибки СВС. Кроме того, показания СВС имеют временную задержку, что особенно сильно влияет на качество демпфирования вычислительной платформы при осуществлении быстрого маневра объекта, на котором установлена БСО.The most important drawback of the considered analogue is that the damping of the computing platform is carried out not by the difference in the traveling speeds of the BSO and the external sensor, but by the difference in the readings of the BSO and the SHS system measuring air speed. This measurement contains the low-frequency error component due to both the physical principles of the SHS construction and the presence of wind speed. To reduce this component, damping should be carried out not by the difference of speeds, but by the difference of accelerations, which reduces the low-frequency component of the SHS error. In addition, the SHS readings have a time delay, which especially affects the quality of the damping of the computing platform during the fast maneuver of the object on which the BSO is installed.

И последним недостатком такого рода систем является существенно меньшая точность при осуществлении демпфирования ошибок от СВС по сравнению с собственным демпфированием по ускорениям для случая движения объекта с относительной постоянной скоростью и малыми путевыми скоростями.And the last drawback of this kind of systems is significantly less accuracy when damping errors from SHS compared to its own acceleration damping for the case of movement of an object with a relative constant speed and low ground speeds.

Таким образом, главная задача изобретения - существенное повышение точности определения (при различных режимах полета в реальном времени) углов ориентации носителя дешевой БИНС с микроИИУ на «грубых» ЧЭ.Thus, the main objective of the invention is a significant increase in the accuracy of determining (with different flight modes in real time) the orientation angles of the carrier cheap SINS with microIIU on "rough" SE.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Для снижения указанных недостатков, влияющих на точность измерения системой углов ориентации (тангажа, крена, курса), предлагается следующее техническое решение. Технический результат достигают тем, что в БСО реализуют преимущественно три вычислительных навигационных платформы, каждая из которых имеет свой закон управления (демпфирование инерциальных ошибок по собственному закону), зависящий от параметров движения летательного аппарата, а именно крена, производной (скорости изменения) курса, горизонтальных составляющих линейного ускорения носителя, также от качества информации внешнего источника (СВС и магнитного компаса) по отношению к БСО, а принимающий выходные сигналы платформ мастер-фильтр осуществляет их оптимальную (в среднеквадратическом смысле) финальную комбинацию.To reduce these shortcomings that affect the accuracy of the measurement system orientation angles (pitch, roll, heading), the following technical solution is proposed. The technical result is achieved in that the BSO mainly sells three computational navigation platforms, each of which has its own control law (damping of inertial errors according to its own law), depending on the parameters of the aircraft’s movement, namely, roll, derivative (rate of change) of course, horizontal components of the linear acceleration of the medium, also on the quality of information from an external source (SHS and magnetic compass) with respect to the BSO, and the master signals receiving platforms mp carries out their optimal (in the mean-square sense) final combination.

Для достижения технического результата устройство предлагаемой системы содержит блок ЧЭ из трех акселерометров и трех датчиков угловых скоростей (ДУС) по трем ортогональным осям, систему воздушных сигналов (СВС), магнитный компас, блок измерения (или определения) параметров движения носителя (сокращенно: блок параметров движения), несколько (преимущественно три) вычислительных платформ, мастер-фильтр. Выходы сигналов блока ЧЭ соединены с соответствующими входами платформ, выходы сигналов которых, а именно: углов крена и тангажа со всех трех платформ, а также угла курса со второй платформы, соединены с соответствующими входами мастер-фильтра. Выходной сигнал СВС соединен с соответствующим входом второй платформы. Сигнал курса магнитного компаса соединен с соответствующим входом мастер-фильтра. Выход блока параметров движения соединен с соответствующими входами платформ и мастер-фильтра. Выходы мастер-фильтра (сигналы углов ориентации) являются выходами всего устройства системы.To achieve a technical result, the device of the proposed system contains a block of three accelerometers and three angular velocity sensors (DLS) along three orthogonal axes, an air signal system (SHS), a magnetic compass, a unit for measuring (or determining) the parameters of media movement (in short: parameter block movements), several (mainly three) computing platforms, a master filter. The signal outputs of the CE block are connected to the corresponding inputs of the platforms, the signal outputs of which, namely, the roll and pitch angles from all three platforms, as well as the heading angle from the second platform, are connected to the corresponding inputs of the master filter. The output signal of the SHS is connected to the corresponding input of the second platform. The heading signal of the magnetic compass is connected to the corresponding input of the master filter. The output of the motion parameter block is connected to the corresponding inputs of the platforms and the master filter. The outputs of the master filter (signals of orientation angles) are the outputs of the entire system device.

Базовые варианты реализации платформ и мастер-фильтра следующие.The basic options for implementing platforms and the master filter are as follows.

Первая платформа содержит следующие блоки: блок пересчета ускорений из связанной в навигационную систему координат, блок вычисления линейных и угловых скоростей навигационной системы координат (сокращенно: блок вычисления скоростей), первый и второй блоки кватернионных вычислений (сокращенно: кватернионные блоки), блок вычисления матрицы направляющих косинусов и вычисления углов ориентации (сокращенно: блок матрицы и углов), блок формирования сигналов демпфирования (сокращенно: блок демпфирования). Выход сигналов линейных ускорений блока ЧЭ соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений, выход которого соединен со входом блока вычисления скоростей и соответствующим входом блока демпфирования. Другой вход блока демпфирования соединен с выходом блока параметров движения. Выход сигналов угловых скоростей блока ЧЭ соединен с соответствующим входом первого кватернионного блока, выход которого соединен с соответствующим входом второго кватернионного блока, другие входы которого также соединены с выходами сигналов угловых скоростей блока вычисления скоростей и блока демпфирования. Выход второго кватернионного блока соединен со входом блока матрицы и углов и с соответствующим входом обратной связи первого кватернионного блока. Выход сигнала матрицы блока матрицы и углов соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений. Выходы углов блока матрицы и углов являются выходами первой платформы.The first platform contains the following blocks: a block for calculating accelerations from a coordinate system connected to the navigation system, a block for calculating the linear and angular velocities of the navigation coordinate system (for short: a block for calculating speeds), the first and second blocks for quaternion calculations (for short: a quaternion blocks), a block for calculating the guide matrix cosines and calculation of orientation angles (for short: matrix block and angles), damping signal generation block (for short: damping block). The output of the linear acceleration signals of the CE block is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit, the output of which is connected to the input of the speed calculation unit and the corresponding input of the damping unit. Another input of the damping unit is connected to the output of the block of motion parameters. The output of the angular velocity signals of the SE block is connected to the corresponding input of the first quaternion block, the output of which is connected to the corresponding input of the second quaternion block, the other inputs of which are also connected to the outputs of the angular velocity signals of the velocity calculation unit and the damping unit. The output of the second quaternion block is connected to the input of the matrix block and the angles and to the corresponding feedback input of the first quaternion block. The matrix signal output of the matrix block and angles is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit. The outputs of the angles of the matrix block and the angles are the outputs of the first platform.

Третья платформа, аналогично первой платформе, содержит блок пересчета ускорений, блок вычисления скоростей, первый и второй кватернионные блоки, блок матрицы и углов, блок демпфирования, а также дополнительно адаптивный фильтр Калмана. Выход сигналов линейных ускорений блока ЧЭ соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений, выход которого соединен со входом блока вычисления скоростей и соответствующим входом фильтра Калмана, выход которого соединен с соответствующими входами блока матрицы и углов и блока демпфирования. Другие входы блока фильтра Калмана и блока демпфирования соединены с выходом блока параметров движения. Выход сигналов угловых скоростей блока ЧЭ соединен с соответствующим входом первого кватернионного блока, выход которого соединен с соответствующим входом второго кватернионного блока, другие входы которого также соединены с выходами сигналов угловых скоростей блока вычисления скоростей и блока демпфирования. Выход второго кватернионного блока соединен со входом блока матрицы и углов и с соответствующим входом обратной связи первого кватернионного блока. Выход сигнала матрицы соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений. Выходы углов являются выходами третьей платформы.The third platform, similar to the first platform, contains an acceleration conversion unit, a speed calculation unit, first and second quaternion blocks, a matrix and angle block, a damping unit, as well as an additional Kalman adaptive filter. The output of the linear acceleration signals of the SE unit is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit, the output of which is connected to the input of the speed calculation unit and the corresponding input of the Kalman filter, the output of which is connected to the corresponding inputs of the matrix and angle block and the damping unit. Other inputs of the Kalman filter block and the damping block are connected to the output of the motion parameter block. The output of the angular velocity signals of the SE block is connected to the corresponding input of the first quaternion block, the output of which is connected to the corresponding input of the second quaternion block, the other inputs of which are also connected to the outputs of the angular velocity signals of the velocity calculation unit and the damping unit. The output of the second quaternion block is connected to the input of the matrix block and the angles and to the corresponding feedback input of the first quaternion block. The matrix signal output is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit. The outputs of the corners are the outputs of the third platform.

Вторая платформа, аналогично первой платформе, содержит блок пересчета ускорений, блок вычисления скоростей, первый и второй кватернионные блоки, блок матрицы и углов, блок демпфирования. Выход сигналов линейных ускорений блока ЧЭ соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений, выход которого соединен со входом блока вычисления скоростей. Выход сигналов угловых скоростей блока ЧЭ соединен с соответствующим входом первого кватернионного блока, выход которого соединен с соответствующим входом второго кватернионного блока, другие входы которого также соединены с выходами сигналов угловых скоростей блока вычисления скоростей и блока демпфирования. Соответствующие входы блока демпфирования соединены с выходами блоков параметров движения, СВС и пересчета ускорений. Выход второго кватернионного блока соединен с соответствующим входом обратной связи первого кватернионного блока и со входом блока матрицы и углов. Выход сигнала матрицы соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений. Выходы углов являются выходами второй платформы.The second platform, similarly to the first platform, contains an acceleration conversion unit, a speed calculation unit, first and second quaternion blocks, a matrix and angle block, a damping unit. The output of the linear acceleration signals of the SE block is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit, the output of which is connected to the input of the speed calculation block. The output of the angular velocity signals of the SE block is connected to the corresponding input of the first quaternion block, the output of which is connected to the corresponding input of the second quaternion block, the other inputs of which are also connected to the outputs of the angular velocity signals of the velocity calculation unit and the damping unit. The corresponding inputs of the damping block are connected to the outputs of the blocks of motion parameters, SHS and acceleration recalculation. The output of the second quaternion block is connected to the corresponding feedback input of the first quaternion block and to the input of the matrix block and angles. The matrix signal output is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit. The outputs of the corners are the outputs of the second platform.

Мастер-фильтр содержит блок определения весовых коэффициентов для углов крена и тангажа, блок определения выходных сигналов углов крена и тангажа (сокращенно: блок углов крена и тангажа), а также блок формирования выходного сигнала угла курса (сокращенно: блок угла курса). Входы блока весовых коэффициентов соединены с соответствующими выходами блока параметров движения и трех платформ по углам крена и тангажа. Выход блока весовых коэффициентов соединен со входом блока углов крена и тангажа. Входы блока угла курса соединены с соответствующими выходами сигналов углов курса второй платформы, магнитного компаса, а также с выходом блока параметров движения. Выходы блока углов крена и тангажа и блока угла курса являются выходами мастер-фильтра и всего устройства системы в целом.The master filter contains a unit for determining the weighting coefficients for the roll and pitch angles, a unit for determining the output signals of the roll and pitch angles (in short: a block of roll and pitch angles), as well as a unit for generating the output signal of the heading angle (for short: block of the heading angle). The inputs of the weighting block are connected to the corresponding outputs of the motion parameters block and three platforms at the roll and pitch angles. The output of the weighting unit is connected to the input of the roll angle and pitch angle block. The inputs of the heading angle block are connected to the corresponding outputs of the heading angle signals of the second platform, the magnetic compass, and also with the output of the block of motion parameters. The outputs of the roll angle and pitch angle block and the heading angle block are the outputs of the master filter and the entire device of the system as a whole.

Перечень чертежейList of drawings

Фиг.1 приведена блок-схема верхнего уровня иерархии устройства предлагаемой системы.Figure 1 shows a block diagram of the upper level of the hierarchy of the device of the proposed system.

Фиг.2 - блок-схема устройства 1-й вычислительной платформы.Figure 2 is a block diagram of a device of the 1st computing platform.

Фиг.3 - блок-схема устройства 3-й вычислительной платформы.Figure 3 is a block diagram of a device of the 3rd computing platform.

Фиг.4 - блок-схема устройства 2-й вычислительной платформы.4 is a block diagram of a device of the 2nd computing platform.

Фиг.5 - блок-схема устройства мастер-фильтра.5 is a block diagram of a master filter device.

Фиг.6 и 7 - сравнение показаний параметров крена и тангажа, полученных предлагаемым устройством, прототипным устройством и эталонной системой.6 and 7 are a comparison of the roll and pitch parameters obtained by the proposed device, the prototype device and the reference system.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг.1…5 блоки системы имеют следующую сквозную нумерацию: 1 - блок чувствительных элементов трех акселерометров и трех датчиков угловых скоростей по трем ортогональным осям, 2 - система воздушных сигналов, 3 - магнитный компас, 4 - блок измерения параметров движения носителя системы, 5-7 - соответственно первая, третья и вторая вычислительные платформы, 8 - мастер-фильтр; в первой вычислительной платформе 5: 9 - блок пересчета ускорений из связанной в навигационную систему координат, 10 - блок вычисления линейных и угловых скоростей навигационной системы координат, 11, 12 - первый и второй блоки кватернионных вычислений, 13 - блок вычисления матрицы направляющих косинусов и вычисления углов ориентации, 14 - блок формирования сигналов демпфирования; в третьей вычислительной платформе 6: 15 - блок пересчета ускорений из связанной в навигационную систему координат, 16 - блок вычисления линейных и угловых скоростей навигационной системы координат, 17,18 - первый и второй блоки кватернионных вычислений, 19 - блок вычисления матрицы направляющих косинусов и вычисления углов ориентации, 20 - блок формирования сигналов демпфирования; 21 - адаптивный фильтр Калмана; во второй вычислительной платформе 7: 22 - блок пересчета ускорений из связанной в навигационную систему координат, 23 - блок вычисления линейных и угловых скоростей навигационной системы координат, 24, 25 - первый и второй блоки кватернионных вычислений, 26 - блок вычисления матрицы направляющих косинусов и вычисления углов ориентации, 27 - блок формирования сигналов демпфирования; в мастер-фильтре 8: 28 - блок определения весовых коэффициентов для углов крена и тангажа, 29 - блок определения выходных сигналов углов крена и тангажа, 30 - блок формирования выходного сигнала угла курса.In Fig.1 ... 5, the system blocks have the following end-to-end numbering: 1 - a block of sensing elements of three accelerometers and three angular velocity sensors along three orthogonal axes, 2 - an air signal system, 3 - a magnetic compass, 4 - a unit for measuring the motion parameters of the system’s carrier, 5-7 - respectively, the first, third and second computing platforms, 8 - master filter; in the first computing platform, 5: 9 is a block for recalculation of accelerations from the coordinate system connected to the navigation system, 10 is a block for calculating linear and angular velocities of the navigation coordinate system, 11, 12 is the first and second blocks of quaternion calculations, 13 is a block for calculating the matrix of guiding cosines and calculations orientation angles, 14 — damping signal generation block; in the third computing platform, 6: 15 - a unit for converting accelerations from the coordinate system connected to the navigation system, 16 - a unit for calculating linear and angular velocities of the navigation coordinate system, 17,18 - the first and second blocks of quaternion calculations, 19 - a block for calculating the matrix of guiding cosines and calculations orientation angles, 20 — damping signal generation block; 21 - adaptive Kalman filter; in the second computing platform, 7: 22 - a unit for converting accelerations from the coordinate system connected to the navigation system, 23 - a unit for calculating linear and angular velocities of the navigation coordinate system, 24, 25 - the first and second blocks of quaternion calculations, 26 - a block for calculating the matrix of guiding cosines and calculations orientation angles, 27 — damping signal generation block; in the master filter 8: 28 - a unit for determining weighting factors for roll and pitch angles, 29 - a unit for determining output signals of roll and pitch angles, 30 - a unit for generating the output signal of the heading angle.

На чертежах приняты следующие обозначения сигналов устройства: из блока 1: ab - ускорение и ωb - угловая скорость объекта навигации в связанной системе координат. На блок-схемах вычислительных платформ (i=1, 2, 3 соответствует номеру платформы): aNi - ускорение и ωNi - угловая скорость объекта навигации в навигационной системе координат платформы;

Figure 00000001
- управляющая угловая скорость для демпфирования ошибок платформы,
Figure 00000002
- матрица направляющих косинусов; (q0 q1 q2 q3)i - кватернион поворота от связанной к навигационной системе координат платформы;
Figure 00000003
- угол тангажа; γi - угол крена; Hi - угол курса. Также:
Figure 00000004
- оценка ускорения в навигационной системе координат, полученная адаптивным фильтром Калмана третьей платформы. Vb - воздушная скорость с блока СВС; НМАГН - магнитный курс с блока магнитного компаса. На блок-схеме мастер-фильтра обозначены: весовые коэффициенты угла тангажа
Figure 00000005
и угла крена
Figure 00000006
(i=1, 2, 3),
Figure 00000007
- выходное значение угла тангажа;
Figure 00000008
- выходное значение угла крена;
Figure 00000009
- выходное значение угла курса.In the drawings, the following designations of the device signals are adopted: from block 1: a b is the acceleration and ω b is the angular velocity of the navigation object in the associated coordinate system. On the block diagrams of computing platforms (i = 1, 2, 3 corresponds to the platform number): a Ni — acceleration and ω Ni — angular velocity of the navigation object in the platform’s navigation coordinate system;
Figure 00000001
- control angular velocity for damping platform errors,
Figure 00000002
- matrix of guide cosines; (q 0 q 1 q 2 q 3 ) i - quaternion of rotation from the platform connected to the navigation coordinate system;
Figure 00000003
- pitch angle; γ i is the angle of heel; H i - course angle. Also:
Figure 00000004
- the acceleration estimate in the navigation coordinate system obtained by the Kalman adaptive filter of the third platform. V b - air speed from the SHS unit; N MAGN - magnetic course from the magnetic compass unit. On the block diagram of the master filter are indicated: weight coefficients of pitch angle
Figure 00000005
and roll angle
Figure 00000006
(i = 1, 2, 3),
Figure 00000007
- output value of pitch angle;
Figure 00000008
- output value of the angle of heel;
Figure 00000009
- output value of the course angle.

Информационный и сигнальный обмен между входами-выходами блоков осуществляют по линиям связи, показанным на блок-схемах тонкими сплошными линиями. Линии связи представляют собой известные линии связи и информационного обмена, например, по последовательному коду, по параллельному коду, мультиплексные и др. В качестве каналов передачи данных могут использоваться различные цифровые и аналоговые каналы, например каналы информационного обмена, выполненные в соответствии с ГОСТ 18977-79 (Комплексы бортового оборудования самолетов и вертолетов. Типы функциональных связей. Виды и уровни электрических сигналов).Information and signal exchange between the inputs and outputs of the blocks is carried out along the communication lines shown on the block diagrams by thin solid lines. Communication lines are known lines of communication and information exchange, for example, through serial code, parallel code, multiplex, etc. Various digital and analog channels can be used as data transmission channels, for example, information exchange channels made in accordance with GOST 18977- 79 (Airborne equipment and helicopter complexes. Types of functional connections. Types and levels of electrical signals).

Устройство системыSystem device

Для повышения точности и эффективности работы устройство системы собрано, запрограммировано, отлажено и работает следующим образом.To increase the accuracy and efficiency of the device, the system device is assembled, programmed, debugged and works as follows.

БСО решает задачу автономного определения угловой ориентации объекта на основе измеряемых с помощью гироскопов и акселерометров угловых скоростей и ускорений объекта.BSO solves the problem of autonomously determining the angular orientation of an object based on the measured angular velocities and accelerations of an object using gyroscopes and accelerometers.

По измерениям, поступающим от единственного блока чувствительных элементов, каждая вычислительная платформа формирует собственное навигационное решение. Навигационное решение каждой из вычислительных платформ имеет наименьшие ошибки в своем режиме движения носителя, характеризующемся определенной величиной измеряемых (или определяемых) параметров движения носителя, а именно угла крена, производной угла курса, горизонтальных составляющих линейного ускорения.According to measurements received from a single block of sensitive elements, each computing platform forms its own navigation solution. The navigation solution of each of the computing platforms has the smallest errors in its carrier movement mode, characterized by a certain value of the measured (or determined) parameters of the carrier movement, namely, the angle of heel, the derivative of the course angle, and the horizontal components of linear acceleration.

Конкретно для 1-й платформы наименьшая величина ошибок достигается в крейсерском режиме (полет с постоянной скоростью), для 2-й - при малом маневре (γ<30°,

Figure 00000010
<0,5°/c), для 3-й - при сильном маневре (γ>30°,
Figure 00000011
>0,5°/с). При этом указанные выше параметры движения носителя участвуют в формировании величин коэффициентов К, Kb демпфирования ошибок всех вычислительных платформ.Specifically, for the 1st platform, the smallest error is achieved in cruising mode (flying at a constant speed), for the 2nd - with a small maneuver (γ <30 °,
Figure 00000010
<0.5 ° / s), for the 3rd - with a strong maneuver (γ> 30 °,
Figure 00000011
> 0.5 ° / s). In this case, the above-mentioned parameters of the carrier motion participate in the formation of the values of the coefficients K, K b of the damping errors of all computing platforms.

Комплексирование навигационных решений платформ позволяет сформировать единое решение, оптимальное (в среднеквадратическом смысле) для всей совокупности режимов полета носителя, фиксируемых его измеряемыми параметрами движения, и таким образом повысить точность определения углов ориентации. Для повышения точности определения углов ориентации вводят систему воздушных сигналов (СВС) и магнитный компас. СВС измеряет статическое, динамическое и полное давление воздуха, с помощью которых решаются задачи определения высоты и скорости объекта относительно атмосферы.Combining the navigation solutions of the platforms makes it possible to form a single solution that is optimal (in the rms sense) for the entire set of carrier flight modes, fixed by its measured motion parameters, and thus increase the accuracy of determining orientation angles. To increase the accuracy of determining the orientation angles, an air signal system (SHS) and a magnetic compass are introduced. SHS measures static, dynamic and total air pressure, with the help of which the tasks of determining the height and speed of an object relative to the atmosphere are solved.

На Фиг.2 представлена функциональная схема первой (1-й) вычислительной платформы. Это базовая платформа, которая работает в своих базовых блоках пересчета ускорений, вычисления скоростей, первом и втором кватернионных блоках, блоке вычисления матрицы направляющих косинусов и углов ориентации. По величинам угловых скоростей ωb, измеренных датчиками угловой скорости блока 1, рассчитывают элементы кватерниона конечного поворота от связанной системы координат к инерциальной (блок 11), а затем от инерциальной системы координат к навигационной (блок 12). По элементам кватерниона конечного поворота (q0 q1 q2 q3) в блоке 13 вычисляют элементы матрицы направляющих косинусов

Figure 00000012
перехода от связанной системы координат к навигационной, а также элементы кватерниона используют в блоке 11 на следующем шаге дискретных вычислений. В блоке 9 при помощи матрицы направляющих косинусов осуществляют пересчет ускорений ab, измеренных акселерометрами блока 1, в навигационную систему координат:
Figure 00000013
.Figure 2 presents the functional diagram of the first (1st) computing platform. This is a basic platform that works in its basic units for calculating accelerations, calculating speeds, the first and second quaternion blocks, the unit for calculating the matrix of guiding cosines and orientation angles. According to the angular velocity ω b, measured angular velocity sensor unit 1, a finite elements calculated from the quaternion rotation related to the inertial coordinate system (block 11) and then from the inertial coordinate system to the navigation (block 12). The elements of the quaternion of the final rotation (q 0 q 1 q 2 q 3 ) in block 13 calculate the elements of the matrix of guide cosines
Figure 00000012
the transition from the associated coordinate system to the navigation, as well as the elements of the quaternion are used in block 11 in the next step of discrete calculations. In block 9, using the matrix of guide cosines, the accelerations a b measured by the accelerometers of block 1 are converted into the navigation coordinate system:
Figure 00000013
.

Затем в блоке 10 осуществляют вычисление линейных и угловых скоростей навигационной системы координат. Рассчитанные угловые скорости поступают на вход блока 12. Углы ориентации (тангаж, крен и курс) вычисляют в блоке 13 по элементам матрицы направляющих косинусов.Then, in block 10, linear and angular velocities of the navigation coordinate system are calculated. The calculated angular velocities arrive at the input of block 12. The orientation angles (pitch, roll, and course) are calculated in block 13 by the elements of the matrix of guide cosines.

Аналогично первой платформе в базовых блоках работают и две другие платформы, хотя у них есть и существенные дополнительные отличия.Two other platforms work similarly to the first platform in the base units, although they have significant additional differences.

Реализация блоков формирования сигналов демпфирования различна для каждой из трех вычислительных платформ, но во всех платформах сформированный в этом блоке сигнал управляющей скорости

Figure 00000014
поступает во второй блок кватернионных вычислений и участвует в расчете кватерниона поворота от инерциальной системы координат к навигационной.The implementation of damping signal generation blocks is different for each of the three computing platforms, but in all platforms the control speed signal generated in this block
Figure 00000014
enters the second block of quaternion calculations and participates in the calculation of the quaternion of rotation from the inertial coordinate system to the navigation.

В первой платформе демпфирование ошибок осуществляют с использованием показаний собственных ускорений навигационной системы (выход блока 9). Формирование сигналов демпфирования осуществляют в блоке 14 по следующим уравнениям:In the first platform, error damping is carried out using indications of the own accelerations of the navigation system (block 9 output). The formation of damping signals is carried out in block 14 according to the following equations:

Figure 00000015
;
Figure 00000016
,
Figure 00000015
;
Figure 00000016
,

Figure 00000017
;
Figure 00000018
Figure 00000017
;
Figure 00000018

Здесь обозначены:Indicated here:

Figure 00000019
,
Figure 00000020
- проекции управляющей угловой скорости
Figure 00000021
для демпфирования ошибок платформы,
Figure 00000019
,
Figure 00000020
- projections of the control angular velocity
Figure 00000021
to damp platform errors,

Figure 00000022
,
Figure 00000023
- погрешности определения линейной скорости,
Figure 00000022
,
Figure 00000023
- errors in determining the linear velocity,

Figure 00000024
,
Figure 00000025
- производные погрешностей определения линейной скорости,
Figure 00000024
,
Figure 00000025
- derivatives of the linear velocity determination errors,

,

Figure 00000027
- проекции ускорения aN навигационной системы координат, ,
Figure 00000027
- projection of acceleration a N of the navigation coordinate system,

Kb, K - параметры демпфирования (зависят от типа и параметров движения носителя, например:

Figure 00000028
,
Figure 00000029
.K b , K - damping parameters (depending on the type and parameters of media movement, for example:
Figure 00000028
,
Figure 00000029
.

Указанные сигналы (

Figure 00000030
,
Figure 00000031
) поступают на вход второго кватерниона поворота от инерциальной к навигационной системе координат (блок 12).Indicated signals (
Figure 00000030
,
Figure 00000031
) enter the input of the second quaternion of rotation from the inertial to the navigation coordinate system (block 12).

Осуществляемое таким образом автономное демпфирование будет обладать достаточно высокой точностью при крейсерском полете (полет с постоянной скоростью) носителя (авиационного объекта). Однако при осуществлении маневра носителя первая платформа будет возмущаться собственными ускорениями, которые приведут к большим погрешностям в определении углов ориентации. Чтобы избавиться от возмущаемости первой вычислительной платформы при осуществлении маневра носителя, к демпфирующему звену добавлено пороговое устройство, логика которого описывается в зависимости от параметров движения носителя: К=0, если |γ| (крен)>порога или |

Figure 00000032
| (производная курса)>порога или |aN|, |aE| (горизонтальные составляющие линейного ускорения)>порога (или |VN|, |VE|<10 м/с при зависании вертолета). Величины порогов зависят от типа носителя: самолет, реактивный самолет, вертолет, беспилотное средство и т.д.The autonomous damping carried out in this way will have a sufficiently high accuracy during cruising flight (flying at a constant speed) of the carrier (aircraft object). However, when carrying out a carrier maneuver, the first platform will be indignant at its own accelerations, which will lead to large errors in determining orientation angles. In order to get rid of the perturbation of the first computing platform when carrying out a carrier maneuver, a threshold device has been added to the damping link, the logic of which is described depending on the carrier motion parameters: K = 0 if | γ | (roll)> threshold or |
Figure 00000032
| | | (derivative of the course)> threshold or | a N |, | a E | (horizontal components of linear acceleration)> threshold (or | V N |, | V E | <10 m / s when the helicopter hangs). The threshold values depend on the type of carrier: aircraft, jet aircraft, helicopters, unmanned vehicles, etc.

На Фиг.3 приведена функциональная схема третьей вычислительной платформы. Здесь все связи и блоки совпадают с первой вычислительной платформой за исключением введения дополнительного блока адаптивного (к параметрам движения носителя) фильтра Калмана (блок 21), на вход которого поступает ускорение навигационной системы с блока 15, а также введения коррекции ошибок ориентации (выход блока 21 соединен с соответствующим входом блока матрицы и углов 19).Figure 3 shows a functional diagram of a third computing platform. Here, all communications and blocks coincide with the first computing platform, with the exception of the introduction of an additional block of an adaptive (to the media motion parameters) Kalman filter (block 21), the input of which accelerates the navigation system from block 15, and also introduces the correction of orientation errors (block 21 output connected to the corresponding input of the matrix block and angles 19).

Основной особенностью третьей платформы является фильтрация ускорений адаптивным фильтром Калмана, обусловленных маневром летательного средства, и выделение ошибок ориентации вычислительной платформы. При этом в крейсерском режиме движения точность ориентации будет хуже, чем в первой платформе (за счет накопления ошибок при слабом демпфировании), тогда как в сильном маневре точность системы не будет возмущаться собственными ускорениями летательного аппарата. В качестве измерений для адаптивного фильтра Калмана используют показания акселерометров в навигационной системе координат. Отличие адаптивного фильтра Калмана от традиционного заключается в адаптивной подстройке матрицы измерительных шумов в зависимости от квадрата величины обновляемого процесса, зависящего от реальных ошибок оценивания.The main feature of the third platform is the filtering of accelerations by the Kalman adaptive filter, caused by the maneuver of the aircraft, and the identification of errors in the orientation of the computing platform. Moreover, in the cruising mode of movement, the orientation accuracy will be worse than in the first platform (due to the accumulation of errors with weak damping), while in a strong maneuver the accuracy of the system will not be disturbed by the aircraft’s own accelerations. As measurements for the adaptive Kalman filter, the readings of accelerometers in the navigation coordinate system are used. The difference between the Kalman adaptive filter and the traditional one is the adaptive adjustment of the measuring noise matrix depending on the square of the value of the updated process, depending on the real estimation errors.

Оценки фильтра Калмана поступают на соответствующий вход блока 20, в котором реализуют такие же уравнения демпфирования платформы, как и в первой платформе. При этом существуют следующие отличительные особенности третьей вычислительной платформы:The Kalman filter estimates are received at the corresponding input of block 20, in which the same platform damping equations are implemented as in the first platform. Moreover, there are the following distinctive features of the third computing platform:

- вместо

Figure 00000033
,
Figure 00000034
используют оценки фильтра Калмана
Figure 00000035
,
Figure 00000036
;- instead
Figure 00000033
,
Figure 00000034
use Kalman filter estimates
Figure 00000035
,
Figure 00000036
;

- параметры демпфирования на несколько порядков меньше, чем в первой платформе (например,

Figure 00000037
,
Figure 00000038
.- damping parameters are several orders of magnitude smaller than in the first platform (for example,
Figure 00000037
,
Figure 00000038
.

По оценкам адаптивного фильтра Калмана рассчитывают оценки ошибки ориентации платформы в горизонте как

Figure 00000039
и
Figure 00000040
(g - ускорение свободного падения), после чего в блоке 19 происходит коррекция матрицы направляющих косинусов
Figure 00000041
, какAccording to the Kalman adaptive filter estimates, estimates of the platform orientation error in the horizon are calculated as
Figure 00000039
and
Figure 00000040
(g is the gravitational acceleration), after which, in block 19, the matrix of guide cosines is corrected
Figure 00000041
, as

Figure 00000042
Figure 00000042

где

Figure 00000043
(исходная) - исходная матрица направляющих косинусов,Where
Figure 00000043
(source) - the source matrix of guide cosines,

Figure 00000044
(корректируемая) - скорректированная матрица направляющих косинусов.
Figure 00000044
(adjustable) - the adjusted matrix of guide cosines.

На Фиг.4 представлена функциональная схема второй вычислительной платформы. Здесь все традиционные блоки и связи совпадают с первой вычислительной платформой, но также введены дополнительные связи от блока 2 СВС и блока 4 параметров движения.Figure 4 presents a functional diagram of a second computing platform. Here, all traditional blocks and communications coincide with the first computing platform, but additional communications from block 2 of SHS and block 4 of motion parameters are also introduced.

Демпфирование ошибок производят по разности ускорений БСО и СВС, для чего в блоке 27 реализуют следующий алгоритм формирования сигналов демпфирования:Error damping is performed according to the difference between the BSO and SHS accelerations, for which purpose, in block 27, the following algorithm for generating damping signals is implemented:

Figure 00000045
;
Figure 00000045
;

Figure 00000046
,
Figure 00000046
,

Figure 00000047
Figure 00000047

Figure 00000048
Figure 00000048

где К, Kb - коэффициенты демпфирования (величины зависят от параметров движения носителя),where K, K b - damping coefficients (the values depend on the parameters of the movement of the carrier),

Figure 00000049
,
Figure 00000050
- ускорения навигационной системы координат,
Figure 00000049
,
Figure 00000050
- acceleration of the navigation coordinate system,

ab - ускорение, полученное дифференцированием воздушной скоростиa b - acceleration obtained by differentiation of airspeed

носителя Vb, измеренной СВС,carrier V b measured by SHS,

Н - угол курса,H - course angle,

Figure 00000051
,
Figure 00000052
- проекции управляющей угловой скорости на оси навигационной системы координат,
Figure 00000051
,
Figure 00000052
- projection of the control angular velocity on the axis of the navigation coordinate system,

Figure 00000053
,
Figure 00000054
- погрешности определения линейной скорости,
Figure 00000053
,
Figure 00000054
- errors in determining the linear velocity,

Figure 00000055
,
Figure 00000056
- производные погрешностей определения линейной скорости,
Figure 00000055
,
Figure 00000056
- derivatives of the linear velocity determination errors,

axN, ayN - проекции ускорения на оси навигационной системы координат.a x N , a y N - projection of acceleration on the axis of the navigation coordinate system.

При этом Kb=0, когда Vb<15 м/с (так как при малых скоростях летательного аппарата воздушная скорость имеет большие погрешности), а также в случае, когда крен γ>30° и

Figure 00000057
>0,5°/с, что соответствует маневру летательного аппарата, когда задержка в показаниях воздушной скорости может привести к возмущаемости второй вычислительной платформы.Moreover, K b = 0, when V b <15 m / s (since at low speeds of the aircraft the airspeed has large errors), as well as in the case when the roll γ> 30 ° and
Figure 00000057
> 0.5 ° / s, which corresponds to the maneuver of the aircraft, when a delay in the airspeed readings can lead to the disturbance of the second computing platform.

В крейсерском полете величина Kb на несколько порядков меньше, чем в первой платформе, например, Kb=0,05 (1/м).In cruise flight, the value of K b is several orders of magnitude smaller than in the first platform, for example, K b = 0.05 (1 / m).

Навигационные решения вычислительных платформ 5-7 (значения углов крена и тангажа со всех платформ, а также курса со второй платформы) поступают на вход мастер-фильтра 8, который осуществляет комбинацию индивидуальных решений в зависимости от параметров движения носителя из блока 4.The navigation solutions of computing platforms 5-7 (roll and pitch angles from all platforms, as well as the course from the second platform) are received at the input of the master filter 8, which implements a combination of individual solutions depending on the motion parameters of the carrier from block 4.

Функциональная схема реализации мастер-фильтра представлена на Фиг.5. Здесь в блоке 28 осуществляют расчет весовых коэффициентов

Figure 00000058
,
Figure 00000059
, где i=1, 2, 3. Величины коэффициентов зависят от параметров движения носителя и от точности определения углов ориентации каждой из платформ. При этом
Figure 00000060
,
Figure 00000061
, что обеспечивает несмещенность финальных оценок углов.Functional diagram of the implementation of the master filter is presented in Figure 5. Here, in block 28, weight coefficients are calculated
Figure 00000058
,
Figure 00000059
, where i = 1, 2, 3. The values of the coefficients depend on the parameters of the carrier motion and on the accuracy of determining the orientation angles of each platform. Wherein
Figure 00000060
,
Figure 00000061
, which ensures the non-bias of the final estimates of the angles.

Конкретные значения параметров

Figure 00000062
,
Figure 00000063
Figure 00000064
будут зависеть как от типа летательного аппарата, так и от погрешностей каждой из платформ в конкретном режиме движения.Specific parameter values
Figure 00000062
,
Figure 00000063
Figure 00000064
will depend on both the type of aircraft and the errors of each platform in a particular driving mode.

Пример выбора

Figure 00000065
,
Figure 00000066
,
Figure 00000067
при различных условиях полета:Selection example
Figure 00000065
,
Figure 00000066
,
Figure 00000067
under various flight conditions:

- крейсерский полет с постоянной скоростью

Figure 00000068
,
Figure 00000069
,
Figure 00000070
;- cruising at a constant speed
Figure 00000068
,
Figure 00000069
,
Figure 00000070
;

- ограниченное маневрирование

Figure 00000071
,
Figure 00000072
,
Figure 00000073
;- limited maneuvering
Figure 00000071
,
Figure 00000072
,
Figure 00000073
;

- сильное маневрирование

Figure 00000074
,
Figure 00000075
,
Figure 00000076
;- strong maneuvering
Figure 00000074
,
Figure 00000075
,
Figure 00000076
;

- зависание (для вертолета)

Figure 00000077
,
Figure 00000078
,
Figure 00000079
.- freeze (for helicopter)
Figure 00000077
,
Figure 00000078
,
Figure 00000079
.

Затем в блоке 29 осуществляют определение выходных сигналов в следующем виде (например, для угла тангажа):Then, in block 29, the output signals are determined in the following form (for example, for pitch angle):

Figure 00000080
Figure 00000080

Выходное значение курса формируют в блоке 30 следующим образом:The output value of the course is formed in block 30 as follows:

Hf=H2-K·(H2МАГН)filt,H f = H 2 -K · (H 2 -H IASH) filt,

где Н2 - показания курса со второй вычислительной платформы 7;where H 2 - course readings from the second computing platform 7;

НМАГН - показания курса с блока 3 магнитного компаса,N MAGN - course readings from block 3 of the magnetic compass,

К·(Н2МАГН)filt - разность показаний после фильтрации с помощью фильтра низких частот из блока 30.K · (H 2 -H IASH) filt - difference readings after filtering with a low pass filter 30 of the block.

В качестве фильтра низких частот применяют, например, адаптивный фильтр Калмана, коэффициент К которого меняется в зависимости от параметров движения носителя: угла крена и производной курса.As a low-pass filter, for example, an adaptive Kalman filter is used, the coefficient K of which varies depending on the parameters of the carrier motion: the angle of heel and the derivative of the course.

Выходы мастер-фильтра 8 являются выходами всего устройства и содержат информацию о финальных углах ориентации: тангажа, крена, курса.The outputs of the master filter 8 are the outputs of the entire device and contain information about the final orientation angles: pitch, roll, course.

Данное техническое устройство официально сертифицировано (модуль пространственной ориентации МПО) в составе интегрированной системы резервных приборов ИСРП-3. Это единственный в России сертифицированный блок ориентации на «грубых» микромеханических ЧЭ.This technical device is officially certified (MPO spatial orientation module) as part of the ISRP-3 integrated backup instrument system. This is the only certified certification unit for “rough” micromechanical CEs in Russia.

На Фиг.6 и 7 представлены реализация показаний предлагаемой системы устройства БСО (МПО) по тангажу и крену и эталонный сигнал системы (система бесплатформенной курсовертикали (СБКВ) на волоконно-оптических гироскопах (ВОГ)). Кроме того, приведено традиционное решение системы БСО прототипа с одной вычислительной платформой.6 and 7 show the implementation of the testimony of the proposed system of the device BSO (MPO) pitch and roll and the reference signal of the system (system strapdown course vertical (SBKV) on fiber-optic gyroscopes (FOG)). In addition, a traditional solution of the prototype BSO system with one computing platform is presented.

На графиках представлены реализации работ сравниваемых систем во всех основных режимах полета (А) крейсерском, В) быстром маневре (большом крене) и С) среднем маневре (малом крене)) ЛА - носителя системы. На графиках вертикальными штриховыми линиями выделены и отмечены буквами А, В, С соответствующие участки графиков для каждого режима полета.The graphs show the implementation of the systems being compared in all the main flight modes (A) cruising, B) fast maneuver (large roll) and C) average maneuver (small roll)) of the aircraft carrier system. On the graphs, vertical dashed lines highlight and mark the letters A, B, C corresponding sections of the graphs for each flight mode.

Сравнение показаний систем позволяет сделать вывод о том, что предложенное устройство существенно превышает по точности показания прототипной системы и достаточно близко к работе эталонной системы.A comparison of the readings of the systems allows us to conclude that the proposed device significantly exceeds the readings of the prototype system in accuracy and is close enough to the operation of the reference system.

Claims (5)

1. Бесплатформенная инерциальная система ориентации на «грубых» чувствительных элементах (ЧЭ), содержащая блок ЧЭ из трех акселерометров и трех датчиков угловых скоростей по трем ортогональным осям, систему воздушных сигналов (СВС), магнитный компас, блок измерения (или определения) параметров движения носителя, несколько (преимущественно три) вычислительных платформ, мастер-фильтр; при этом выходы сигналов блока ЧЭ соединены с соответствующими входами платформ, выходы сигналов которых, а именно: углов крена и тангажа со всех трех платформ, а также угла курса со второй платформы, соединены с соответствующими входами мастер-фильтра; выходной сигнал воздушной скорости из блока СВС соединен с соответствующим входом второй платформы; выходной сигнал угла курса магнитного компаса соединен с соответствующим входом мастер-фильтра; выходные сигналы блока параметров движения, а именно крена, производной курса и горизонтальных составляющих линейного ускорения носителя, соединены с соответствующими входами платформ и мастер-фильтра; выходы мастер-фильтра углов ориентации являются выходами всего устройства системы.1. A strapdown inertial orientation system for “coarse” sensing elements (CE), containing a block of CE of three accelerometers and three angular velocity sensors along three orthogonal axes, an air signal system (SHS), a magnetic compass, a unit for measuring (or determining) motion parameters media, several (mainly three) computing platforms, master filter; while the signal outputs of the CE block are connected to the corresponding inputs of the platforms, the signal outputs of which, namely: the roll and pitch angles from all three platforms, as well as the heading angle from the second platform, are connected to the corresponding inputs of the master filter; the airspeed output from the SHS unit is connected to the corresponding input of the second platform; the output signal of the course angle of the magnetic compass is connected to the corresponding input of the master filter; the output signals of the block of motion parameters, namely roll, derivative of the course and horizontal components of the linear acceleration of the carrier, are connected to the corresponding inputs of the platforms and the master filter; the outputs of the master filter for orientation angles are the outputs of the entire system device. 2. Система по п.1, содержащая первую платформу, в составе которой блок пересчета ускорений из связанной в навигационную систему координат, блок вычисления линейных и угловых скоростей навигационной системы координат, первый и второй блоки кватернионных вычислений, блок вычисления матрицы направляющих косинусов и вычисления углов ориентации, блок формирования сигналов демпфирования; при этом выход сигналов линейных ускорений блока ЧЭ соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений, выход которого соединен со входом блока вычисления скоростей и соответствующим входом блока демпфирования, другой вход которого соединен с выходом блока параметров движения; выход сигналов угловых скоростей блока ЧЭ соединен с соответствующим входом первого кватернионного блока, выход которого соединен с соответствующим входом второго кватернионного блока, другие входы которого соединены с выходами сигналов угловых скоростей блока вычисления скоростей и блока демпфирования; выход второго кватернионного блока соединен со входом блока матрицы и углов и с соответствующим входом обратной связи первого кватернионного блока; выход сигнала матрицы блока матрицы и углов соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений; выходы углов блока матрицы и углов являются выходами первой платформы.2. The system according to claim 1, comprising a first platform, comprising a unit for converting accelerations from the coordinate system connected to the navigation system, a linear and angular velocity calculation unit for the navigation coordinate system, a first and second block of quaternion calculations, a block for calculating a matrix of guide cosines and for calculating angles orientation, damping signal generation unit; wherein the output of the linear acceleration signals of the SE block is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit, the output of which is connected to the input of the speed calculation unit and the corresponding input of the damping unit, the other input of which is connected to the output of the motion parameter block; the output of the angular velocity signals of the SE block is connected to the corresponding input of the first quaternion block, the output of which is connected to the corresponding input of the second quaternion block, the other inputs of which are connected to the outputs of the angular velocity signals of the velocity calculation unit and the damping unit; the output of the second quaternion block is connected to the input of the matrix block and the angles and to the corresponding feedback input of the first quaternion block; the matrix signal output of the matrix block and the angles is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit; the outputs of the corners of the matrix block and the angles are the outputs of the first platform. 3. Система по п.1, содержащая третью платформу, в составе которой блок пересчета ускорений из связанной в навигационную систему координат, блок вычисления линейных и угловых скоростей навигационной системы координат, первый и второй блоки кватернионных вычислений, блок вычисления матрицы направляющих косинусов и вычисления углов ориентации, блок формирования сигналов демпфирования, а также адаптивный фильтр Калмана; при этом выход сигналов линейных ускорений блока ЧЭ соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений, выход которого соединен со входом блока вычисления скоростей и соответствующим входом фильтра Калмана, выход которого соединен с соответствующими входами блока матрицы и углов и блока демпфирования; другие входы блока фильтра Калмана и блока демпфирования соединены с выходом блока параметров движения; выход сигналов угловых скоростей блока ЧЭ соединен с соответствующим входом первого кватернионного блока, выход которого соединен с соответствующим входом второго кватернионного блока, другие входы которого также соединены с выходами сигналов угловых скоростей блока вычисления скоростей и блока демпфирования; выход второго кватернионного блока соединен со входом блока матрицы и углов и с соответствующим входом обратной связи первого кватернионного блока; выход сигнала матрицы блока матрицы и углов соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений; выходы углов блока матрицы и углов являются выходами третьей платформы.3. The system according to claim 1, comprising a third platform, comprising a unit for converting accelerations from the coordinate system connected to the navigation system, a unit for calculating linear and angular velocities of the navigation coordinate system, the first and second blocks of quaternion calculations, a unit for calculating the matrix of guide cosines and for calculating angles orientation, damping signal generation unit, as well as Kalman adaptive filter; wherein the output of the linear acceleration signals of the CE block is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit, the output of which is connected to the input of the speed calculation unit and the corresponding input of the Kalman filter, the output of which is connected to the corresponding inputs of the matrix and angle block and the damping block; other inputs of the Kalman filter unit and the damping unit are connected to the output of the motion parameter block; the output of the angular velocity signals of the SE block is connected to the corresponding input of the first quaternion block, the output of which is connected to the corresponding input of the second quaternion block, the other inputs of which are also connected to the outputs of the angular velocity signals of the velocity calculation unit and the damping unit; the output of the second quaternion block is connected to the input of the matrix block and the angles and to the corresponding feedback input of the first quaternion block; the matrix signal output of the matrix block and the angles is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit; the outputs of the corners of the matrix block and the angles are the outputs of the third platform. 4. Система по п.1, содержащая вторую платформу, в составе которой блок пересчета ускорений из связанной в навигационную систему координат, блок вычисления линейных и угловых скоростей навигационной системы координат, первый и второй блоки кватернионных вычислений, блок вычисления матрицы направляющих косинусов и вычисления углов ориентации, блок формирования сигналов демпфирования; при этом выход сигналов линейных ускорений блока ЧЭ соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений, выход которого соединен со входом блока вычисления скоростей; выход сигналов угловых скоростей блока ЧЭ соединен с соответствующим входом первого кватернионного блока, выход которого соединен с соответствующим входом второго кватернионного блока, другие входы которого также соединены с выходами сигналов угловых скоростей блока вычисления скоростей и блока демпфирования; соответствующие входы блока демпфирования соединены с выходами блоков параметров движения, СВС и пересчета ускорений; выход второго кватернионного блока соединен с соответствующим входом обратной связи первого кватернионного блока и со входом блока матрицы и углов; выход сигнала матрицы блока матрицы и углов соединен с соответствующим входом блока пересчета ускорений; выходы углов блока матрицы и углов являются выходами второй платформы.4. The system according to claim 1, comprising a second platform, comprising a unit for converting accelerations from the coordinate system connected to the navigation system, a unit for calculating linear and angular velocities of the navigation coordinate system, a first and second block of quaternion calculations, a unit for calculating a matrix of guide cosines and for calculating angles orientation, damping signal generation unit; wherein the output of the linear acceleration signals of the SE block is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit, the output of which is connected to the input of the speed calculation block; the output of the angular velocity signals of the SE block is connected to the corresponding input of the first quaternion block, the output of which is connected to the corresponding input of the second quaternion block, the other inputs of which are also connected to the outputs of the angular velocity signals of the velocity calculation unit and the damping unit; the corresponding inputs of the damping unit are connected to the outputs of the blocks of motion parameters, SHS and acceleration conversion; the output of the second quaternion block is connected to the corresponding feedback input of the first quaternion block and to the input of the matrix block and angles; the matrix signal output of the matrix block and the angles is connected to the corresponding input of the acceleration conversion unit; the outputs of the angles of the matrix block and the angles are the outputs of the second platform. 5. Система по п.1, содержащая мастер-фильтр, в составе которого блок определения весовых коэффициентов для углов крена и тангажа, блок определения выходных сигналов углов крена и тангажа, а также блок формирования выходного сигнала угла курса; при этом входы блока весовых коэффициентов соединены с соответствующими выходами блока параметров движения и трех платформ по углам крена и тангажа; выход блока весовых коэффициентов соединен со входом блока углов крена и тангажа; входы блока угла курса соединены с соответствующими выходами сигналов углов курса второй платформы, магнитного компаса, а также с выходом блока параметров движения; выходы блока углов крена и тангажа и блока угла курса являются выходами мастер-фильтра. 5. The system according to claim 1, comprising a master filter, comprising a unit for determining weighting factors for roll and pitch angles, a unit for determining output signals of roll and pitch angles, and a unit for generating an output signal of the heading angle; while the inputs of the block of weight coefficients are connected to the corresponding outputs of the block of motion parameters and three platforms at the angles of heel and pitch; the output of the block of weights is connected to the input of the block of roll and pitch angles; the inputs of the heading angle block are connected to the corresponding outputs of the heading angle signals of the second platform, the magnetic compass, as well as the output of the block of motion parameters; the outputs of the roll angle and pitch angle block and the heading angle block are the outputs of the master filter.
RU2008150963/28A 2008-12-24 2008-12-24 Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements RU2382988C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008150963/28A RU2382988C1 (en) 2008-12-24 2008-12-24 Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008150963/28A RU2382988C1 (en) 2008-12-24 2008-12-24 Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2382988C1 true RU2382988C1 (en) 2010-02-27

Family

ID=42127915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008150963/28A RU2382988C1 (en) 2008-12-24 2008-12-24 Strapdown inertial reference system on "coarse" detecting elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2382988C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487318C1 (en) * 2012-02-14 2013-07-10 Олег Степанович Салычев Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy
RU2502049C1 (en) * 2012-06-29 2013-12-20 Олег Степанович Салычев Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals
RU2551710C1 (en) * 2014-02-04 2015-05-27 Открытое акционерное общество "Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") Aircraft orientation backup system and method of setting of aircraft position in space
RU2572403C1 (en) * 2015-03-30 2016-01-10 Игорь Петрович Шепеть Method of inertial navigation and device for its realisation
RU168214U1 (en) * 2016-08-08 2017-01-24 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") Strap-on integrated inertial heading vertical
RU2667320C1 (en) * 2017-11-02 2018-09-18 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Method of controlling digital platform in free of charge gyroverticals and device for implementation thereof
RU2801620C2 (en) * 2021-09-29 2023-08-11 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Method for increasing the precision characteristics of an autonomous strapdown vertical gyroscope with integral correction and apparatus for implementation thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3883812A (en) * 1971-12-20 1975-05-13 Nasa Diode-quad bridge circuit means
DE19510910A1 (en) * 1994-03-25 1995-09-28 Nippon Denso Co Measurement arrangement determining distance between vehicles
EP0763714A2 (en) * 1995-08-22 1997-03-19 The Boeing Company Cursor controlled navigation system for aircraft
US6408245B1 (en) * 2000-08-03 2002-06-18 American Gnc Corporation Filtering mechanization method of integrating global positioning system receiver with inertial measurement unit
RU2265190C1 (en) * 2004-03-23 2005-11-27 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Complex navigation system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3883812A (en) * 1971-12-20 1975-05-13 Nasa Diode-quad bridge circuit means
DE19510910A1 (en) * 1994-03-25 1995-09-28 Nippon Denso Co Measurement arrangement determining distance between vehicles
EP0763714A2 (en) * 1995-08-22 1997-03-19 The Boeing Company Cursor controlled navigation system for aircraft
US6408245B1 (en) * 2000-08-03 2002-06-18 American Gnc Corporation Filtering mechanization method of integrating global positioning system receiver with inertial measurement unit
RU2265190C1 (en) * 2004-03-23 2005-11-27 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Complex navigation system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OLEG SALYCHEV, Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions, BMSTU Press, Moscow, Russia, 2004, p.214-232. *
БАБИЧ О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991, с.6-16, 391-507. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487318C1 (en) * 2012-02-14 2013-07-10 Олег Степанович Салычев Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy
RU2502049C1 (en) * 2012-06-29 2013-12-20 Олег Степанович Салычев Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals
RU2551710C1 (en) * 2014-02-04 2015-05-27 Открытое акционерное общество "Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" (ОАО АНПП "ТЕМП-АВИА") Aircraft orientation backup system and method of setting of aircraft position in space
RU2572403C1 (en) * 2015-03-30 2016-01-10 Игорь Петрович Шепеть Method of inertial navigation and device for its realisation
RU168214U1 (en) * 2016-08-08 2017-01-24 Акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" (АО "УКБП") Strap-on integrated inertial heading vertical
RU2667320C1 (en) * 2017-11-02 2018-09-18 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Method of controlling digital platform in free of charge gyroverticals and device for implementation thereof
RU2801620C2 (en) * 2021-09-29 2023-08-11 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Method for increasing the precision characteristics of an autonomous strapdown vertical gyroscope with integral correction and apparatus for implementation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2380656C1 (en) Integrated strapdown inertial and satellite navigation system on coarse sensors
CN109443379B (en) A SINS/DVL underwater anti-sway alignment method for deep-sea submersibles
RU2348903C1 (en) Method of determination of navigating parameters by gimballess inertial navigating system
CN102252677A (en) Time series analysis-based variable proportion self-adaptive federal filtering method
RU2382988C1 (en) Strapdown inertial reference system on &#34;coarse&#34; detecting elements
CN109470241B (en) Inertial navigation system with gravity disturbance autonomous compensation function and method
US10025891B1 (en) Method of reducing random drift in the combined signal of an array of inertial sensors
US20180120127A1 (en) Attitude sensor system with automatic accelerometer bias correction
CN110567454A (en) A SINS/DVL Tight Integrated Navigation Method in Complex Environment
Aftatah et al. Fusion of GPS/INS/Odometer measurements for land vehicle navigation with GPS outage
CN108387227A (en) The multinode information fusion method and system of airborne distribution POS
CN103925930B (en) A kind of compensation method of gravimeter biax gyrostabilized platform course error effect
CN104880189A (en) Low-cost tracking anti-jamming method of antenna for satellite communication in motion
RU2539140C1 (en) Integrated strapdown system of navigation of average accuracy for unmanned aerial vehicle
Dichev et al. A gyro-free system for measuring the parameters of moving objects
RU2749152C1 (en) Adaptive attitude angle corrector for strapdown inertial navigation system
CN106441297B (en) The gravity error vector acquisition methods and device of inertial navigation system
RU2487318C1 (en) Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy
RU2564379C1 (en) Platformless inertial attitude-and-heading reference
RU2373562C2 (en) Method and device for controlling horizontal orientation of aircraft
KR101564020B1 (en) A method for attitude reference system of moving unit and an apparatus using the same
US7970501B2 (en) Methods and systems utilizing true airspeed to improve vertical velocity accuracy
CN111141285B (en) Aviation gravity measuring device
RU2502049C1 (en) Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals
RU2643201C2 (en) Strap down inertial attitude-and-heading reference

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20111011

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载