RU109553U1 - Интегрированная система на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы и спутниковой навигационной системы - Google Patents
Интегрированная система на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы и спутниковой навигационной системы Download PDFInfo
- Publication number
- RU109553U1 RU109553U1 RU2011131755/28U RU2011131755U RU109553U1 RU 109553 U1 RU109553 U1 RU 109553U1 RU 2011131755/28 U RU2011131755/28 U RU 2011131755/28U RU 2011131755 U RU2011131755 U RU 2011131755U RU 109553 U1 RU109553 U1 RU 109553U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- navigation system
- moving object
- satellite navigation
- satellite
- integrated
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Интегрированная система на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы и спутниковой навигационной системы, включающая тройку гироскопических датчиков, тройку акселерометров кажущихся ускорений, приемник с антенной спутниковой навигационной системы, бортовой компьютер, закрепленные на корпусе подвижного объекта, отличающаяся тем, что в ее состав введены дополнительно приемник с антенной спутниковой навигационной системы и блок сопряжения, при этом антенны смещены в разные стороны от центра подвеса подвижного объекта вдоль продольной, поперечной и нормальной осей на разные расстояния, в алгоритмы ориентации введены члены коррекции по курсу от спутниковых приемников по углу курса из алгоритмов разностей сигналов разнесенных антенн по географическим широте, долготе и высоте местоположения подвижного объекта.
Description
Полезная модель относится к системам ориентации, навигации и управления подвижных объектов: наземных транспортных средств, кораблей и летательных аппаратов. Она включает в свой состав бесплатформенную инерциальную систему (БИНС) и два приемника спутниковой навигационной системы (СНС) GPS/ГЛОНАСС.
Известны бесплатформенные инерциальные навигационные системы БИНС (Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы - М.: ФМ, 1966. - 560 с.), состоящие из тройки гироскопических датчиков угловой скорости и тройки акселерометров-измерителей кажущихся ускорений, закрепленных на корпусе подвижного объекта, а также из бортового компьютера. Они предназначены для автономного определения географических долготы, широты, высоты места, а также для определения трех углов ориентации подвижного объекта.
Недостатком такой БИНС является наличие нарастающих во времени погрешностей, дороговизна в случае применения точных БИНС, длительное время выставки.
Известна спутниковая навигационная система (Анучин О.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 390 с.), которая состоит из спутникового сверхвысокочастотного приемника с антенной и бортового компьютера, которые определяют географические широту, долготу и высоту места, а также путевую скорость СНС.
Недостатками такой системы являются прерывание приема радиосигналов и снижение точности из-за затенений и из-за помех, а также невозможность определения параметров ориентации подвижных объектов (Алешечкин A.M. Алгоритм определения угловой ориентации объектов по сигналам глобальных навигационных систем / Сб. матер. 18 СПб МНК, ЦНИИ «Электроприбор», 2011. - С.314-323).
Имеются двух-трех антенные СНС, в которых частично устранены указанные недостатки: в двухантенных СНС определяются два угла ориентации (например, JAVAD), в трехантенных - три угла ориентации, например, МРК-32 (Костенко Г.И. Интегрированная инерциальная система ориентации и навигации с многоантенным спутниковым приемником, / Сб. матер. 18 СПб МНК, ЦНИИ «Электроприбор», 2011. - с.281).
Однако, погрешности от шумов и затенений остаются. Кроме того, антенны СНС закреплены в фиксированных положениях относительно подвижных объектов и не могут быть изменены.
Известны интегрированные системы ориентации и навигации на базе БИНС, включающие тройку гироскопических датчиков угловой скорости (ДУС), три акселерометра кажущихся ускорений и бортовой компьютер, а также спутниковую навигационную систему либо GPS, либо ГЛОНАСС. (Анучин О.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 390 с.). В них значительно снижены недостатки как БИНС, так и СНС. Недостатком такой системы является невозможность ввода коррекции по углу курса, т.к. в ней не идентифицируется восточная составляющая угловой скорости дрейфа ДУСОВ (Емельянцев Г.И., Цай Тицин. О наблюдаемости восточного дрейфа инерциального измерительного модуля в условиях специального маневрирования объекта // Гироскопия и навигация, 2005, №4 (51), С.32-41.).
Известна «Интегрированная система резервных приборов для самолетов и вертолетов» (Патент RU №2337315, G10C 21/00, 2008, авторы Кожевников В.И. и др.), содержащая ЖК-индикатор, датчики полного и статического давления, модуль с инерциальными датчиками пространственной ориентации углов курса, тангажа, крена, средства СНС, бортовую навигационную систему БИНС, магнитный зонд, средства вычислений параметров движения, их отображения на экране и передачи в систему управления. Недостатком системы является ее чрезмерная сложность и потребность в применении множества групп датчиков различной физической природы. Это возможно применять в ЛА.
Известна интегрированная навигационная система по патенту RU №2263282, G01C 23|00, 2005, авторов Мезенцева А.П. и д.р., содержащая БИНС, микромеханические чувствительные элементы, СНС, приемники приема-передачи данных наземной станции слежения, имеются магнитные опоры крепления системы на подвижном объекте, схема обработки информации.
Недостатком является большая сложность схемы и конструкции, дороговизна, подверженность действию помех.
Наиболее близкой является интегрированная система ориентации и навигации (ИСОН) (Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. О влиянии угловых колебаний объекта на точность и время выставки по курсу интегрированной системы ориентации и навигации / Сб. статей и докладов «Интегрированные инерциальные системы навигации» - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2004. - С.60-82.), включающая бескарданный информационный измерительный модуль (БИИМ), приемную аппаратуру СНС и пульт управления, контроля и обработки данных. БИИМ в свою очередь состоит из тройки гироскопических ДУС'ов на основе волоконно-оптических, твердотельных волновых или других гироскопов, тройки акселерометров кажущихся ускорений. Приемная аппаратура СНС включает одноантенный приемник. Пульт управления применяется для морских кораблей, в других случаях пульт может и не использоваться.
Недостатком такой системы является невозможность при начальной выставке системы, а также при нормальном, без дополнительных маневров, режиме движения идентифицировать восточную угловую скорость дрейфа тройки ДУС'ов (Емельянцев Г.И., Цай Тицин. О наблюдаемости восточного дрейфа инерциального измерительного модуля в условиях специального маневрирования объекта // Гироскопия и навигация, 2005, №4 (51), С.32-41.) и определить три угла ориентации объекта по сигналам СНС.
Задачей заявляемой полезной модели является значительное уменьшение указанной погрешности БИИМ за счет идентификации восточной угловой скорости дрейфа тройки ДУС'ов, а также возможность определения по сигналам GPS трех углов ориентации подвижного объекта для целей коррекции БИНС.
Технический результат заключается в применении дополнительного СНС приемника и антенны и взаимном расположении двух антенн, которые смещены в разные стороны от центра подвеса подвижного объекта вдоль продольной, поперечной и нормальной осей на разные расстояния.
Поставленная задача решается тем, что интегрированная система на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы и спутниковой навигационной системы, включающая тройку гироскопических датчиков, тройку акселерометров кажущихся ускорений, приемник с антенной спутниковой навигационной системы, бортовой компьютер, закрепленные на корпусе подвижного объекта, согласно заявляемому техническому решению дополнительно содержит приемник с антенной спутниковой навигационной системы и блок сопряжения, при этом антенны смещены в разные стороны от центра подвеса подвижного объекта вдоль продольной, поперечной и нормальной осей на разные расстояния.
Полезная модель поясняется чертежами: фиг.1-фиг.3.
На фиг.1 изображена функциональная схема интегрированной системы на основе бесплатформенной инерциальной и спутниковой навигационных систем.
На фиг.2 изображена схема размещения двух антенн приемников спутниковых навигационных систем (СНС) на подвижном объекте.
На фиг.3 представлены схемы поворотов систем координат.
Позициями на чертежах обозначены: 1, 2 - приемники СНС, 3, 4 -антенны, соответствующие приемникам СНС, 5 - блок тройки гироскопических датчиков угловых скоростей, 6 - блок тройки акселерометров кажущихся ускорений, 7 - корпус подвижного объекта, 8 - блок сопряжения, 9 - бортовой компьютер.
Приемники СНС 1, 2 расположены вблизи антенн 3, 4. Антенны 3, 4, блок тройки гироскопических датчиков угловых скоростей 5, блок тройки акселерометров кажущихся ускорений 6 закреплены непосредственно на корпусе подвижного объекта 7, в силу чего инерциальная система названа бесплатформенной инерциальной навигационной системой (БИНС). Блок сопряжения 8 состоит из аналого-цифрового преобразователя, интерфейса и других устройств, необходимых для преобразования и обеспечения совместного функционирования информации блоков 1-6. Чувствительные элементы блока тройки гироскопических датчиков угловых скоростей 5 могут быть выполнены на волоконно-оптических (например, ВГ-951), поплавковых, твердотельных волновых, лазерных или микромеханических гироскопах в зависимости от назначения, точности и стоимости системы. Блок тройки акселерометров кажущихся ускорений 6 может быть составлен на кварцевых, кремниевых, например, АК-15 (г.Арзамас), маятниковых поплавковых, микромеханических акселерометров. В качестве приемников СНС 1, 2 могут быть применены одноантенные приемники фирмы «Trimble», например, в дифференциальном режиме марки «Trimble» (Ag GPS132) или отечественный приемник ГЛОНАСС/GPS «Гид» (file: //E:\GPS\ Гид. htm) или приемники корпорации «Авиаприбор» (СНС -2, СНС -3) с погрешностью в дифференциальном режиме 1 см.
Размещение блоков 1-6 на подвижных объектах, их взаимосвязь показаны на фиг.1, 2. Работа блоков описана во многих источниках информации, в частности в (Анучин О.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 390 с.), (Костенко Г.И. Интегрированная инерциальная система ориентации и навигации с многоантенным спутниковым приемником, / Сб. матер. 18 СПб МНК, ЦНИИ «Электроприбор», 2011. - с.281), (Анучин О.Н. О влиянии угловых колебаний объекта на точность и время выставки по курсу интегрированной системы ориентации и навигации / Сб. статей и докладов «Интегрированные инерциальные системы навигации» - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2004. - С.60-82.). Что касается взаимосвязи между приборами, они представляют собой электрические и радиоэлектронные связи, и вполне поясняются схемой фиг.1.
На фиг.2 представлена новая схема размещения приемников СНС 3 и 4 на корпусе 7 подвижного объекта, с которым связана правая ортогональная система координат Oх1x2x3. При этом полюс О совмещен с центром подвеса подвижного объекта, ось ox1 направлена по продольной оси объекта, ось ox2 является его нормальной осью, а ось ох3 направлена на правый борт по ходу движения (фиг.2, фиг.3).
При этом радиус-вектор, соединяющий центры антенн 3 и 4 приемников 1 и 2 СНС, сориентирован так, что полюс O1 смещен вдоль оси Ox1, вниз от полюса О на величину и на величину - от полюса О, на величину от т.О к правому борту. При этом полюс O2 имеет смещения вдоль этих же осей на величины - ; ; - . Система координат O1u1u2u3 - система, оси которой параллельны соответствующим осям системы координат O1x1x2x3, связанной с корпусом 7 ПО. В соответствии с описанным расположением антенн 3 и 4 приемники 1 и 2 СНС измеряют информацию, описываемую формулами:
φ1λ1H1, φ2λ2H2
где φkλKHK (k=1, 2) - географические широты и долготы ПО в т.O1 и О2, а НK - высоты этих точек, в итоге т.O2 имеет в системе координат смещение L, h, -b. В сигналы φ2λ2H2 входят расстояния L, b и h ПО, а, следовательно, сигналы об углах поворотов ПО Ψ, θ, γ. Угловые координаты φ1, λ, дают возможность определить декартовы:
φiR=ζ1i, λiRcosφi=ζ3i(i=1, 2), H2-H1=h.
Из этого имеем (R - радиус Земли):
ζ12-ζ11=Δζ1; ζ32-ζ31=Δζ3
где Δζ1, Δζ3 - разность декартовых географических координат по осям Oζ1 и Оζ3. В силу формулы [Δζ1, Δζ2, Δζ3]T=ÂT[u1 u2 u3]T
или
[Δζ1, Δζ2, Δζ3]T=ÂT[Lh-n]T
где Т - символ транспонирования, получаем
;
.
Система координат Оζ1ζ2ζ3 - географическая, ось Оζ1 которой в плоскости горизонта направлена на север, ось Oζ2 - по истинной вертикали вверх, а ось Оζ3 - на восток. Углы Ψ, θ, γ - это углы курса, тангажа и крена соответственно. Абсолютные угловые скорости географической системы координат в проекциях на ее оси (i=1, 2, 3) определяются по формулам:
;
;
где U - угловая скорость вращения Земли, φ, R - географические широта и радиус Земли, принимаемой за сферу, - северный и восточный компоненты путевой скорости подвижного объекта относительно Земли.
Интегрированная система работает следующим образом.
При движении объекта по поверхности Земли производятся измерения абсолютных угловых скоростей по осям подвижного объекта ωxi (i=1, 2, 3) и кажущихся ускорений (i=1, 2, 3) по соответствующим осям тройкой гироскопических датчиков угловых скоростей 5 и тройкой акселерометров кажущихся ускорений 6. С выходов блоков 5 и 6 поступает информация на соответствующие входы блока сопряжения 8 в виде электрических сигналов. Эти сигналы пропорциональны следующим физическим переменным ωxiWxi (i=1, 2, 3):
где A - матрица направляющих косинусов, g - ускорение силы тяготения, Wζi (i=1, 2, 3) - компоненты абсолютного ускорения полюса O1 подвижного объекта по осям Оζi (i=1, 2, 3). В бортовом компьютере 9 производятся вычисления углов ориентации Ψ, θ, γ последующим алгоритмам:
;
;
; ;
где - переменные Wxi, ωxi,Ψ, θ, γ в которых учтены погрешности датчиков первичной информации; Kθ, Ky, , - коэффициенты передачи позиционной и интегральной горизонтальной коррекции; - начальные значения соответствующих углов; - угловые скорости коррекции, причем - азимутальной, причем , - коэффициенты передачи по углу курса, t0 - начальное значение времени; Â - алгоритм, вычисляемый по формуле для А, но в силу углов .
Новыми членами в алгоритмах (6) являются второй и третий члены в выражении для - это члены компасной коррекции от GPS-приемников. Находят разности сигналов Δζi (i=1, 2, 3) приемников 3 и 4, и из них находят из правых частей уравнений (1) углы Ψ, θ, γ. Видно, что в формулы (1) входят все три угла ориентации, но система неразрешима. Это можно доказать для малых углов Ψ, θ, γ (для которых имеют место линеаризованные уравнения (7)):
Определитель имеет вид:
Он равен нулю, что и подтверждает сказанное: три угла из (7) нельзя определить.
Для решения задачи по уравнениям (1) привлекается информация БИНС, в силу которой из первых пяти уравнений в (6) используется знание оценок углов . Тогда из (2) с учетом известных углов находят угол ΨGPS. После выкладок получили решение для угла ΨGPS:
Значение ΨGPS после этого подставляют в алгоритм (6). Через несколько шагов счета бортового компьютера 9, когда переходный процесс в БИНС закончится, значение угла ΨGPS используется в уравнениях (7) для определения θ*…γ* и уточнения углов на выходе системы по алгоритмам:
;
где Т - постоянная времени, причем T∈(10…50)с для обеспечения фильтрации сигналов от GPS. Так, для углов θ* и γ* имеем:
Эти выражения показывают, что задача разрешима: три угла ΨGPS, θ*, γ* определены по сигналам GPS с привлечением информации БИНС. Углы Ψ1, θ1, γ1 используются в БИНС и являются выходными для интегрированной системы навигации.
Технико-экономический эффект от применения заявляемой полезной модели заключается в том, что с помощью смещенного расположения двух антенн приемников GPS, при использовании сигналов по углам БИНС, удается определить три угла ориентации подвижного объекта, что проще применения трехантенного МРК-32, следовательно, дешевле, и в то же время позволяет по сигналам GPS/ГЛОНАСС повышать точность определения трех углов ориентации подвижного объекта и параметров навигации .
Claims (1)
- Интегрированная система на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы и спутниковой навигационной системы, включающая тройку гироскопических датчиков, тройку акселерометров кажущихся ускорений, приемник с антенной спутниковой навигационной системы, бортовой компьютер, закрепленные на корпусе подвижного объекта, отличающаяся тем, что в ее состав введены дополнительно приемник с антенной спутниковой навигационной системы и блок сопряжения, при этом антенны смещены в разные стороны от центра подвеса подвижного объекта вдоль продольной, поперечной и нормальной осей на разные расстояния, в алгоритмы ориентации введены члены коррекции по курсу от спутниковых приемников по углу курса из алгоритмов разностей сигналов разнесенных антенн по географическим широте, долготе и высоте местоположения подвижного объекта.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131755/28U RU109553U1 (ru) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Интегрированная система на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы и спутниковой навигационной системы |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131755/28U RU109553U1 (ru) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Интегрированная система на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы и спутниковой навигационной системы |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU109553U1 true RU109553U1 (ru) | 2011-10-20 |
Family
ID=44999511
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011131755/28U RU109553U1 (ru) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Интегрированная система на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы и спутниковой навигационной системы |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU109553U1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523670C1 (ru) * | 2013-03-22 | 2014-07-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации для морских объектов |
RU2603821C2 (ru) * | 2015-04-27 | 2016-11-27 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Многофункциональная навигационная система для подвижных наземных объектов |
RU2657293C1 (ru) * | 2016-05-23 | 2018-06-13 | Анатолий Сергеевич Хмелевский | Инерциальный навигационный комплекс для высокоскоростного маневренного объекта |
RU2676941C1 (ru) * | 2017-12-20 | 2019-01-11 | Анатолий Сергеевич Хмелевский | Бесплатформенная инерциальная навигационная система подвижного объекта |
RU2682060C1 (ru) * | 2018-04-03 | 2019-03-14 | Анатолий Георгиевич Щипицын | Бесплатформенная инерциальная навигационная система подвижного носителя |
-
2011
- 2011-07-28 RU RU2011131755/28U patent/RU109553U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523670C1 (ru) * | 2013-03-22 | 2014-07-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации для морских объектов |
RU2603821C2 (ru) * | 2015-04-27 | 2016-11-27 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Многофункциональная навигационная система для подвижных наземных объектов |
RU2657293C1 (ru) * | 2016-05-23 | 2018-06-13 | Анатолий Сергеевич Хмелевский | Инерциальный навигационный комплекс для высокоскоростного маневренного объекта |
RU2676941C1 (ru) * | 2017-12-20 | 2019-01-11 | Анатолий Сергеевич Хмелевский | Бесплатформенная инерциальная навигационная система подвижного объекта |
RU2682060C1 (ru) * | 2018-04-03 | 2019-03-14 | Анатолий Георгиевич Щипицын | Бесплатформенная инерциальная навигационная система подвижного носителя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5617317A (en) | True north heading estimator utilizing GPS output information and inertial sensor system output information | |
US10337884B2 (en) | Method and apparatus for fast magnetometer calibration | |
CN109186597B (zh) | 一种基于双mems-imu的室内轮式机器人的定位方法 | |
Miller | Indoor navigation for first responders: a feasibility study | |
EP3040680B1 (en) | Magnetic anomaly tracking for an inertial navigation system | |
CN201955092U (zh) | 一种基于地磁辅助的平台式惯性导航装置 | |
RU109553U1 (ru) | Интегрированная система на основе бесплатформенной инерциальной навигационной системы и спутниковой навигационной системы | |
CN103389092A (zh) | 一种系留飞艇姿态测量装置及测量方法 | |
CN105928515B (zh) | 一种无人机导航系统 | |
CN110779496B (zh) | 三维地图构建系统、方法、设备和存储介质 | |
CN106405592B (zh) | 车载北斗载波相位周跳检测与修复方法及系统 | |
US20210035456A1 (en) | Unmanned aircraft, and method and system for navigation | |
Trigubovich et al. | Complex technology of navigation and geodetic support of airborne electromagnetic surveys | |
CN110595465A (zh) | 一种基于gnss和imu的定位定姿系统 | |
Mu et al. | Improved decentralized GNSS/SINS/odometer fusion system for land vehicle navigation applications | |
RU2462690C1 (ru) | Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации | |
US10859379B2 (en) | Systems and methods with dead-reckoning | |
KR20170015768A (ko) | Gnss 음영 지역에서의 위치 보정 시스템 및 방법 | |
RU2487318C1 (ru) | Бесплатформенная инерциальная курсовертикаль на чувствительных элементах средней точности | |
JP2012202749A (ja) | 方位測定装置 | |
Jekeli | Gravity on Precise, Short‐Term, 3‐D Free‐Inertial Navigation | |
US10274317B2 (en) | Method and apparatus for determination of misalignment between device and vessel using radius of rotation | |
Vigrahala et al. | Attitude, Position and Velocity determination using Low-cost Inertial Measurement Unit for Global Navigation Satellite System Outages | |
Martin | Overcoming the challenges of low-cost inertial navigation | |
CN111174786B (zh) | 一种ins/sar组合导航的几何精度因子计算方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK1K | Correction to the publication in the bulletin (utility model) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG1K- IN JOURNAL: 29-2011 FOR TAG: (72) |
|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120729 |