Актуальность работы. Инерциальные навигационные системы (ИНС) стали основой навигационных комплексов современных подвижных объектов. Это связано с тем, что подобные системы выдают полную информацию о навигационных параметрах движения - углах курса, тангажа (дифферента) и крена; ускорении, скорости движения и координатах местоположения объекта. При этом они являются полностью автономными, не требующими какой-либо информации извне. Благодаря возможности определять угловое положение объекта с высокой точностью в большом диапазоне углов, с высокой частотой выдачи информации, автономно ИНС к настоящему времени не имеют альтернативы. [1]
Достоинствами ИНС являются автономность определения навигационных параметров, высокая скорость определения и выдачи данных, измерение полного набора навигационных параметров: ускорения, скорости, координат, углов положения объекта (курс, крен, тангаж), угловых скоростей объекта. [2]
К недостаткам ИНС относятся необходимость ввода начальных условий (начального положения платформы или объекта), начальных значений скорости, начальных координат; необходимо учитывать форму Земли и параметры гравитационного поля в точке расположения объекта. У ИНС со временем накапливаются ошибки. Подобным системам необходима непрерывность работы. [3]
Многие недостатки ИНС возможно устранить, в то время как достоинства делают такие системы безальтернативными.
Чувствительными элементами ИНС могут служить акселерометры и гироскопические датчики. Существуют 2 типа ИНС: платформенные и бесплатформенные. В платформенных системах для удержания осей акселерометров и гироскопических датчиков в заданной системе координат используется гиростабилизированная платформа. Такой вариант построения инерциальных навигационных систем успешно используется на протяжении десятков лет. Ни смотря на это, платформенные системы имеют существенные недостатки, в числе которых большая стоимость, сложность изготовления. В бесплатформенных ИНС (БИНС) отсутствует гиростабилизированная платформа. Блок гироскопов и акселерометров с вычислителем при этом устанавливают жестко на борту объекта. Главными достоинствами бесплатформенных систем являются отсутствие гиростабилизированной платформы, гораздо меньшая стоимость, простота (в сравнении с платформенными) изготовления.
Недостатком подобных систем является сложность алгоритмов вычисления навигационных параметров. При современном развитии информационновычислительной техники этот недостаток возможно устранить. К недостаткам бесплатформенных систем стоит отнести также размещение чувствительных элементов на корпусе объекта, при этом на приборы действует вибрация. Эта проблема решается установкой чувствительных элементов в устройства амортизации. [1]
Цель работы состоит в создании математической модели БИНС, в которой будет реализован алгоритм начальной выставки. При этом алгоритм работы БИНС основан на решении эквивалента обобщённого кинематического уравнения Пуассона в кватернионах. При разработке алгоритма начальной выставки БИНС должна быть использована Калмановская фильтрация.
Объектом исследования служат алгоритмы начальной выставки БИНС и навигационные алгоритмы БИНС.
Предметом исследования является разработанная математическая модель БИНС.
Тема работы касается алгоритмов начальной выставки БИНС. Исходя из этого, был разработан алгоритм начальной выставки БИНС, основанный на решении обобщенного уравнения Пуассона в кватернионах. Начальная выставка реализуется с помощью данных от спутниковой навигационной системы и расширенного фильтра Калмана. Кроме этапа начальной выставки в математической модели рассмотрен этап автономной работы БИНС. При этом в модели предусмотрена возможность сравнения рассчитанных фильтром значений с истинными значениями. В качестве ошибок БИНС в алгоритм запрограммированы 2 ошибки: нулей чувствительных элементов и неточность установки корпуса БИНС на подвижном объекте. В реальной жизни гораздо больше ошибок и погрешностей БИНС. Учет и реализация компенсации каждой ошибки будет делать навигационную систему точнее.
Как показали результаты моделирования, в автономном режиме (на фильтр не поступают данные от СНС) расход между истинным и рассчитанным РФК значениями по широте составляет не более 0,001°, по долготе не более 0,1°. Достаточно большая разница видна в высотном канале. Это связано с большим ростом ошибок с течением времени. При определении скоростей объекта разница между истинными и рассчитанными РФК значениями составляет: по каналам X и Z не более 0,25 м/с, по каналу Y - не более 0,5 м/с. По указанным точностным параметрам можно судить, о том, что фильтр Калмана, реализуемый в алгоритме начальной выставки является достаточно точным. В режиме начальной выставки БИНС разница между истинным значением скорости и рассчитанным составила не более 0,001 м/с. Точность оценки фильтра по широте, долготе и высоте не более 0,0001°.
Данная работа может быть продолжена в направлении учета погрешностей чувствительных элементов и системы БИНС в целом. Кроме того, в дальнейшем, возможно осуществить программирование разработанного алгоритма (с некоторыми доработками) в микроконтроллер, для использования в реальной БИНС.
