Оптимизационный подход к начальной выставке платформенной инерциальной системы при воздействии шумов

Авиационная и ракетно-космическая техника

2023. Т. 30. № 2. С. 158-168.

DOI: 10.34759/vst-2023-2-158-168

Авторы

Наумченко В. П.*, Илюшин П. А.**, Пикунов Д. Г.***, Соловьёв А. В.

Филиал АО «ЦЭНКИ» — «НИИ ПМ имени академика В.И. Кузнецова», Москва, Россия

*e-mail: V.Naumchenko@russian.space
**e-mail: P.Ilyushin@russian.space
***e-mail: D.Pikunov@russian.space

Аннотация

Задача выведения космических ракет (КР) на целевую орбиту является чрезвычайно ответственной и сложной, поскольку для развертывания спутниковой группировки или осуществления исследовательской деятельности людей в космосе на борту космического аппарата необходима их точная доставка на заданную орбиту с учетом параметров орбиты, характерных для каждого конкретного запуска.

Воздействие возмущающих факторов на этапе выведения отрицательно сказывается на навигации КР по спутниковым навигационным системам, они способствуют искажению и потере навигационного спутникового сигнала. В связи с этим необходимо осуществлять автономное выведение КР. Поскольку вывод происходит автономно в соответствии с показаниями инерциальных навигационных систем (ИНС), итоговая ошибка вывода будет отсчитываться от ошибки, обусловленной точностью начальной выставки. Более того, координаты запуска КР известны с геодезической точностью, а начальные скорости пренебрежимо малы. Следовательно, начальная ошибка будет сформирована ошибкой начальной ориентации инерциального измерительного блока, который включает в себя триаду акселерометров и гироскопов, относительно определенного географического базиса.

Предложен принципиально новый подход построения алгоритма начальной выставки платформенной ИНС с целью повышения быстродействия и точности выставки. Проведено имитационное моделирование предложенного алгоритма, оценка быстродействия и точности при решении оптимизационной задачи, анализ влияния шумов инерциальных датчиков на быстродействие и точность выставки.


Ключевые слова:

начальная выставка гироплатформы, типовые шумы инерциальных датчиков, вариация Аллана, частотный спектр шумов, оптимизационный алгоритм начальной выставки

Библиографический список

  1. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы. — М.: Наука, 1966. — 580 с.
  2. Алешин Б.С., Афонин А.А., Веремеенко К.К. и др. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные навигационные технологии. — М.: Физматлит, 2006. — 424 с.
  3. Веремеенко К.К., Желтов С.Ю., Ким Н.В. и др. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов. — М.: Физматлит, 2009. — 556 с.
  4. Лупанчук В.Ю. Система оптического наблюдения беспилотного летательного аппарата и метод ее стабилизации // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 1. С. 184-200. DOI: 10.34759/vst-2022-1-184-200
  5. Sushchenko O.A., Goncharenko A.V. Design of Robust Systems for Stabilization of Unmanned Aerial Vehicle Equipment // International Journal of Aerospace Engineering. 2016. DOI: 10.1155/2016/6054081
  6. Hilkert J.M. Inertially stabilized platform technology «Concepts and principles» // IEEE Control Systems Magazine. 2008. Vol. 28. No. 1, pp. 26–46. DOI: 10.1109/MCS.2007.910256
  7. Егоров Ю.Г., Смирнов С.В. Адаптивная система коррекции инерциальной системы ориентации радиотелескопа // Авиакосмическое приборостроение. 2013. № 12. С. 5–10.
  8. Бельский Л.Н., Водичева Л.В., Парышева Ю.В. Бесплатформенная инерциальная навигационная система для средств выведения: точность начальной выставки и периодическая калибровка // Юбилейная XXV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам (28-30 мая 2018; Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Санкт-Петербург, Россия): сборник материалов. — СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2018. С. 260–263.
  9. Алешин Б.С., Тювин А.В., Черноморский А.И., Плеханов В.Е. Проектирование бесплатформенных инерциальных навигационных систем: Учебное пособие. — М.: Изд-во МАИ-Принт, 2009. — 396 с.
  10. Липтон А. Выставка инерциальных систем на подвижном основании / Перевод с англ. Л.Г. Клибанова; Под ред. В.Л. Леонидова. — М.: Наука, 1971. — 167 с.
  11. Groves P.D. Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems. — Second Edition — Artech House, 2013. — 800 p.
  12. Salychev O.S. Verified approaches to inertial navigation. — Moscow, BMSTU Press, 2017. — 368 p.
  13. Веремеенко К.К., Жарков М.В., Кузнецов И.М. и др. Трансферная выставка бесплатформенной инерциальной навигационной системы: алгоритмические особенности и численный анализ характеристик // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2020. № 4. С. 57–64.
  14. Веремеенко К.К., Савельев В.М. Выставка бесплатформенной инерциальной навигационной системы беспилотного летательного аппарата в полете // Известия РАН. Теория и системы управления. 2013. № 1. С. 111–121. DOI: 10.7868/S0002338812060145
  15. Михайлов Н.В. Автономная навигация космических аппаратов при помощи спутниковых радионавигационных систем. — СПб.: Политехника, 2014. — 362 с.
  16. Гончаров В.М., Зайцев А.В., Лупанчук В.Ю. Совершенствование методов координатометрии беспилотного летательного аппарата в условиях аномальности (искажения) спутниковых сигналов // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 4. С. 206–221. DOI: 10.34759/vst-2020-4-206-221
  17. Булочников Д.Ю., Ташков С.А., Шатовкин Р.Р. Исследование существующих способов автономного контроля целостности навигационных данных // NovaInfo.Ru. 2018. T 1. № 91. С. 41–46.
  18. Sushchenko O.A., Goncharenko A.V. Design of Robust Systems for Stabilization of Unmanned Aerial Vehicle Equipment // International Journal of Aerospace Engineering, 2016. DOI: 10.1155/2016/6054081
  19. Щипицын А.Г. Задачи и результаты исследования инерциальных навигационных систем // Научное обозрение. Технические науки. 2016. № 3. С. 130–137.
  20. Балабаев О.С., Прохорцов А.В. Сравнительный анализ методов начальной выставки бинс на подвижном объекте // Известия ТулГУ. Технические науки. 2020. Вып. 11. С. 389–395.
  21. IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber Optic Gyros. — The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. New York, USA, 2003, 83 p.
  22. Литвин М.А., Малюгина А.А., Миллер А.Б. и др. Типы ошибок в инерциальных навигационных системах и методы их аппроксимации // Информационные процессы. 2014. Т. 14. № 4. С 326–339.
  23. Сирая Т.Н. Статистическая интерпретация вариации Аллана как характеристики измерительных и навигационных устройств // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. № 1(108). С. 3–18. DOI: 10.17285/0869-7035.0027
  24. Li J., Fang J. Not Fully Overlapping Allan Variance and Total Variance for Inertial Sensor Stochastic Error Analysis // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2013. Vol. 62. No. 10, pp. 2659-2672. DOI: 10.1109/TIM.2013.2258769
  25. Matejček M., Šostronek M. New experience with Allan variance: Noise analysis of accelerometers // Communication and Information Technologies (04-06 October 2017; Vysoke Tatry, Slovakia). DOI: 10.23919/KIT.2017.8109457

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024