Оптимизация характеристик БИНС и датчиков внешней коррекции для автономной навигации беспилотных летательных аппаратов разных классов


https://doi.org/10.36027/rdeng.0320.0000166

Полный текст:


Аннотация

В настоящее время беспилотные летательные аппараты (БПЛА) могут использоваться при выполнении топографических работ, мониторинга состояния и диагностики протяженных инженерных сооружений, доставки грузов в труднодоступные места и т.д. Для широкого применения и увеличения количества задач, решаемых с использованием БПЛА, необходимо повышение степени их автономности, в том числе по части навигационного обеспечения.

В системах управления беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для автономной навигации используются бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС) на основе гироскопов разных типов. Наилучшей точностью обладают БИНС на базе лазерных гироскопов, имеющие большую массу. Для БПЛА с небольшой массой полезной нагрузки, соизмеримой с массой навигационной аппаратуры, требуется оптимизация характеристик БИНС.

Разработан метод оптимизации, с помощью которого получено множество Парето для массы и точности БИНС на базе лазерных гироскопов. Выполнена комплексная оценка характеристик БИНС и БПЛА-носителя с разной массой полезной нагрузки. Рассмотрены различные методы коррекции БИНС при отсутствии спутниковой навигации.

Для полетов над сушей могут использоваться коррелляционно-экстремальные навигационные системы (КЭНС) и методы одновременной локализации и построения карты (SLAM). Для КЭНС необходимо эталонное описание рельефа местности и достаточная плотность ориентиров. Навигация на базе алгоритмов SLAM не требует эталонного описания рельефа местности, а исходные данные могут быть получены посредством оптических датчиков при соответствующем состоянии атмосферной трассы.

Независимо от состояния атмосферной трассы, типа подстилающей поверхности и наличия подробных сведений о ней, координаты БПЛА могут определяться посредством доплеровского счисления пути, с использованием доплеровского измерителя путевой скорости и угла сноса (ДИСС). Коррекция БИНС возможна на малых и средних высотах, необходимы только данные датчика курса, используемые для расчета путевого угла.

При комплексировании с ДИСС и датчиками 3D Flash Ladar (для реализации алгоритмов SLAM), более оптимально использование БИНС низкого класса точности на базе волоконно-оптических гироскопов, вместо систем на лазерных гироскопах.

Полученные результаты могут использоваться в разработке навигационных систем средних, легких и среднетяжелых БПЛА.


Об авторе

Е. И. Старовойтов
АО "Концерн "Вега", Москва
Россия

Старовойтов Евгений Игоревич

Начальник лаборатории, кандидат технических наук



Список литературы

1. Jóźków G., Toth C.K., Grejner-Brzezinska D. UAS topographic mapping with velodyne LiDAR sensor // ISPRS Annals of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2016. Vol. III. No. 1. Pp. 201-208. DOI: 10.5194/isprs-annals-III-1-201-2016

2. Wenjun Zhang, Xinqiao Wu, Guifeng Zhang, Lei Ke, Liming Chen, Xiao Chen, Hemeng Yang, Xiaoming Qiao, Yi Zhou. The application research of UAV-based LiDAR system for power line inspection // 2nd intern. conf. on computer engineering, information science & application technology: ICCIA 2017 (Wuhan, China, July 8-9, 2017): Proc. P.: Atlantis Press, 2017. Pp. 962-966. DOI: 10.2991/iccia-17.2017.174

3. Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем: учеб. пособие. СПб., 2009. 278 с.

4. Трефилов П.М. Сравнительный анализ улучшения точностных характеристик инерциальных навигационных систем // XIII Всеросс. совещание по проблемам управления: ВСПУ-2019 (Москва, 17-20 июня 2019 г.): Сб. тр. М.: ИПУ РАН, 2019. С. 470-474. DOI: 10.25728/vspu.2019.0470

5. Старовойтов Е.И., Юрчик И.А. Оптимизация характеристик авиационного радиолокатора с синтезированной апертурой и его системы микронавигации // Тр. МАИ. 2019. Вып. 108. С. 10. Режим доступа: http://trudymai.ru/upload/iblock/96b/Starovoytov_YUrchik_rus.pdf?lang=ru&issue=108 (дата обращения 20.04.2020).

6. Болотнов С.А., Вереникина Н.М. Лазерные информационно-измерительные системы: учеб. пособие. Ч. 2. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 92 с.

7. Борсоев В.А., Кацура А.В., Степанов С.М. Использование модели инерциальной навигационной системы при проведении испытаний летательных аппаратов // Науч. вестник МГТУ ГА. 2016. Т. 19. № 5. С. 144-150.

8. Голяев Ю.Д., Колбас Ю.Ю., Коновалов С.Ф., Соловьева Т.И., Томилин А.В. Критерии выбора акселерометров для инерциального измерительного блока // Системотехника: системный проблемы надежности, качества и информационных технологий: Сетевой электрон. науч. журн. 2012. № 10. С. 16-23. Режим доступа: http://systech.miem.edu.ru/documents/1347356466_Criteria%20of%20accelerometers%20choosing.doc (дата обращения 20.04.2020).

9. Кузнецов А.Г., Портнов Б.И., Измайлов Е.А. Современные бесплатформенные инерциальные навигационные системы двух классов точности // Тр. МИЭА. Навигация и управление летательными аппаратами. 2014. № 8. С. 24–32.

10. Ногин В.Д. Принятие решений в многокритериальной среде. Количественный подход. 2-е изд. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 176 с.

11. Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние / В.С. Фетисов и др.; под ред В.С. Фетисова. Уфа: PHOTON, 2014. 216 с.

12. Бессонов Р.В., Белинская Е.В., Брысин Н.Н., Воронков С.В., Куркина А.Н., Форш А.А. Звездные датчики ориентации в астроинерциальных системах летательных аппаратов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 6. С. 9-20. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-6-9-20

13. Наумов А.И., Кичигин Е.К., Сафонов И.А., Мох Ахмед Медани Ахмед Эламин. Бортовой комплекс высокоточной навигации с корреляционно-экстремальной навигационной системой и цифровой картой рельефа местности // Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. 2013. Т. 9. № 6-1. С. 51-55.

14. Падерин Ф.Г. Комплексная обработка информации в бортовом навигационном комплексе БПЛА с использованием метода навигации и составления карты (SLAM) // Тр. МИЭА. Навигация и управление летательными аппаратами. 2017. № 19. С. 79-87.

15. Старовойтов Е.И. Характеристики лазерных локационных систем для коррекции бесплатформенной инерциальной навигационной системы беспилотных летательных аппаратов // Тр. МАИ. 2018. Вып. 102. С. 15. Режим доступа: http://trudymai.ru/upload/iblock/748/Starovoytov_rus.pdf?lang=ru&issue=102 (дата обращения 20.04.2020).

16. Боковой А.В. Исследование методов одновременного картирования и локализации беспилотных летательных аппаратов по видеопотоку, полученному с единственной камеры // Беспилотные транспортные средства с элементами искусственного интеллекта: 2-й Всеросс. науч.-практич. семинар (СПб., 9 октября 2015 г.): Тр. СПб., 2015. С. 26-33.

17. Соловьев В.И., Шабалов П.Г. Инерциальные навигационные системы: учеб. пособие. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. 72 с.

18. Сизов А.В., Ипполитов С.В., Савченко А.Ю., Малышев В.А. Методика формирования требований к системе коррекции инерциальной навигационной системы на основе решения многопараметрической оптимизационной задачи // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2018. Т. 6. № 4(23). С. 381-393. DOI: 10.26102/2310-6018/2018.23.4.028

19. Кивокурцев А.Л. Особенности датчиков первичной информации, алгоритмов ориентации современных бесплатформенных инерциальных навигационных систем // Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации России: Всеросс. науч.-техн. конф., посвященная 50-летию Иркутского филиала МГТУ ГА (Иркутск, 17-19 мая 2017 г.): Сб. тр. Иркутск, 2017. С. 79-87.

20. Коркишко Ю.Н., Федоров В.А., Прилуцкий В.Е., Пономарев В.Г., Морев И.В., Скрипников С.Ф., Хмелевская М.И., Буравлев А.С., Кострицкий С.М., Федоров И.В., Зуев А.И., Варнаков В.К. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы на основе волоконно-оптических гироскопов // Гироскопия и навигация. 2014. № 1 (84). С. 14–25.

21. Мишин А.О., Кирюшин Е.Ю., Обухов А.И., Гурлов Д.В. Малогабаритная комплексная навигационная система на микромеханических датчиках // Тр. МАИ. 2013. Вып. 70. С. 16. Режим доступа: http://trudymai.ru/upload/iblock/7ae/7ae33b5e924203fadab7114222f60782.pdf?lang=ru&issue=70 (дата обращения 20.04.2020).


Дополнительные файлы

Для цитирования: Старовойтов Е.И. Оптимизация характеристик БИНС и датчиков внешней коррекции для автономной навигации беспилотных летательных аппаратов разных классов. Радиостроение. 2020;(3):1-19. https://doi.org/10.36027/rdeng.0320.0000166

For citation: Starovoytov E.I. Optimizing Strap-down Inertial Navigation Systems Characteristics and External Correction Sensors for Autonomous Navigation of Different UAV Classes. Radio Engineering. 2020;(3):1-19. (In Russ.) https://doi.org/10.36027/rdeng.0320.0000166

Просмотров: 95

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)