Исследование алгоритма оценки параметров линейной модели ошибок микромеханической бесплатформенной инерциальной навигационной системы

Авторы

Масленников А. Л.^*, Даниленко Н. В.

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация

*e-mail: amas@bmstu.ru

Аннотация

В статье рассматривается алгоритм оценивания параметров линейной модели ошибок микромеханической бесплатформенной инерциальной навигационной системы низкого класса точности. Оцениваемыми параметрами модели ошибок являются смещения нулей акселерометров и дрейфы гироскопов. Алгоритм оценивания строится на базе калмановской фильтрации, при этом рассматривается вариант алгоритма оценивания, в котором используются два фильтра Калмана: первый для сглаживания измерений, получаемых с акселерометров и гироскопов, а второй для оценивания параметров модели ошибок бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Исследование алгоритма заключается в анализе характера оценивания параметров модели ошибок при различной конфигурации алгоритма. Анализируется алгоритм с полным и редуцированным вектором состояния одного из фильтров Калмана, исследуется характер оценивания при различных соотношениях ковариационных матриц входных и измерительных шумов обоих фильтров Калмана, в том числе, в случае нестационарного характера вращения бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Полученные в ходе моделирования результаты показывают принципиальную работоспособность рассмотренного алгоритма и иллюстрируют характер оценивания в различных условиях.

Ключевые слова:

модель ошибок, БИНС, алгоритм оценивания, фильтр Калмана, алгоритм навигации

Список источников

1. Матвеев В.В. Инженерный анализ погрешностей бесплатформенной инерциальной навигационной системы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014, c. 251 – 267.
2. Алешкин В.В., Голованов П.Н. Оценка влияния погрешностей датчиков на точность комплексной системы ориентации и навигации на грубых инерциальных датчиках // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010, с. 58 – 64.
3. Даниленко Н.В., Масленников А.Л., Долгова Ю.С. Селективный механизм решения задачи ориентации с реализацией на одноплатном компьютере Raspberry Pi // Авиакосмическое приборостроение, 2025, № 1, с. 32–43. DOI: 10.25791/aviakosmos.1.2025.1455.
4. Быковский А.В. Калибровка бесплатформенной инерциальной навигационной системы в режиме «навигация» // Авиакосмическое приборостроение. 2014. № 1. С. 18–25. 
5. Евдокимова А.П., Масленников А.Л. Определение масштабных коэффициентов и смещений нулей микромеханического датчика угловой скорости с использованием линейного двойного фильтра Калмана // Вестник Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». 2023, т. 12, № 1, с. 9–19. DOI: 10.26583/vestnik.2023.20.
6. Евдокимова А.П., Масленников А.Л. Определение параметров модели измерений трехосного МЭМС ДУСа линейным двойным фильтром Калмана с механизмом децентрализации // ХLVII Академические чтения по космонавтике, посвященных памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых – пионеров освоения космического пространства «Королевские чтения»: Сборник тезисов, Москва, 24–27 января 2023. Изд. МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2023, т. 3, с. 254–255.
7. Николаев С.Г., Ившина Ю.С. Калибровка бесплатформенных инерциальных навигационных систем по выходным сигналам модели ошибок // Информатика, телекоммуникации и управление. 2014. №4(200).
8. Вавилова Н.Б., Васинева И.А., Парусников Н.А. О стендовой калибровке авиационных бескарданных инерциальных навигационных систем // Труды МАИ. 2015. №84.
9. Крылов А.А. Уменьшение смещения нуля МЭМС-датчиков при температурном гистерезисе // Вестник Концерна ВКО «Алмаз-Антей». 2021. №2. С. 48-56.
10. Duchi M., Ida E. Total Least Squares In-Field Identification for MEMS-Based Inertial Measurement Units. Robotics 2024, 13, 156. 
11. Tedaldi D., Pretto A., Menegatti E. A Robust and easy to implement method for IMU calibration without external equipments // IEEE International conference on robotics and automation, 2014, DOI: 10.1109/ICRA.2014.6907297
12. Fong W.T., Ong S.K., Nee A.Y.C. Methods for in-field user calibration of an inertial measurement unit without external equipment // Measurement science and technology, 2008. DOI:10.1088/0957-0233/19/8/085202
13. Syed Z.F., Aggarwal P., Goodall C., Niu X., EI-Sheimy N. A new multi-position calibration method for MEMS inertial navigation systems // Measurement science and technology, 2007. DOI:10.1088/0957-0233/18/7/016
14. Shin E.H., EI-Sheimy N. A new calibration method for strapdown inertial navigation systems // Fachbeitrage, 1, 2002.
15. Ху Ц., Неусыпин К.А., Пролетарский А.В., Селезнева М.С. Моделирование алгоритмов оценивания погрешностей инерциальных навигационных систем по данным лабораторного эксперимента // Автоматизация. Современные технологии. 2019. Т.73, № 11, с. 524–528.
16. Клычников В.В., Селезнева М.С., Неусыпин К.А., Пролетарский А.В., Шэнь К., Лу В., Сюетин Ч. Алгоритмы обработки информации инерциальных навигационных систем // Автоматизация. Современные технологии. 2018. Т. 72, № 12, с. 555–563.
17. Шахтарин Б.И., Неусыпин К.А., Селезнева М.С., Лифэй Ч. Алгоритм оценивания навигационного комплекса летательного аппарата авианосного базирования // Автоматизация. Современные технологии. 2020. Т. 74. № 4. С. 176—180. DOI: 10.36652/0869 4931-2020-74-4-176-180
18. Salychev O.S. MEMS-based Inertial Navigation: Expectations and Reality. Moscow: Bauman MSTU Press, 2012. – 208 p.
19. Salychev O.S. Inertial Systems in Navigation and Geophysics. — Moscow: Bauman MSTU Press, 1998. — 352 p. 
20. Селезнева М.С., Шень Кай, Неусыпин К.А., Пролетарский А.В. Алгоритмы обработки информации навигационных систем и комплексов летательных аппаратов. – Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. – 234 с. 
21. Даниленко Н.В., Масленников А.Л., Долгова Ю.С. Особенности реализации алгоритмов ориентации бесплатформенных инерциальных навигационных систем на базе одноплатных компьютеров Raspberry Pi // XLIX Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства «Королевские чтения»: Сборник тезисов, Москва, 28-31 января 2025. Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2025, т.2, с. 165-166. 

Скачать статью