RU2087867C1 - Complex inertia-satellite navigation system - Google Patents

Complex inertia-satellite navigation system Download PDF

Info

Publication number
RU2087867C1
RU2087867C1 RU93006033/28A RU93006033A RU2087867C1 RU 2087867 C1 RU2087867 C1 RU 2087867C1 RU 93006033/28 A RU93006033/28 A RU 93006033/28A RU 93006033 A RU93006033 A RU 93006033A RU 2087867 C1 RU2087867 C1 RU 2087867C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
outputs
inputs
navigation
calculator
unit
Prior art date
Application number
RU93006033/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93006033A (en
Inventor
В.Д. Белов
Г.А. Гунбин
В.Д. Кедров
С.В. Кораолев
Ю.В. Леви
В.Г. Меркин
Л.В. Польсман
С.Г. Скроцкий
Т.А. Стрельцова
А.М. Тазьба
А.А. Фомичев
Original Assignee
Акционерное общество закрытого типа "Лазекс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество закрытого типа "Лазекс" filed Critical Акционерное общество закрытого типа "Лазекс"
Priority to RU93006033/28A priority Critical patent/RU2087867C1/en
Publication of RU93006033A publication Critical patent/RU93006033A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2087867C1 publication Critical patent/RU2087867C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: navigation equipment, design of complex navigation system including device of inertial navigation and gears of user of satellite navigation system. SUBSTANCE: system incorporates radio receiver connected via amplifier to antenna and linked with some outputs to computer of position of navigational satellites and with other outputs - to unit of initial setting of almanac of data on satellite orbits. Outputs of this computer are connected to inputs of unit of isolation of radio visible satellites. Outputs of this unit are connected to inputs of unit of isolation of working constellation of satellites connected with outputs to inputs of computer of position of user. Besides them system includes meter of projections of absolute angular velocity composed of three orthogonally installed laser gyros, meter of projections of apparent acceleration composed of three accelerometers mounted along corresponding axes of laser gyros. Mentioned meters are connected through correction units to computer of navigational parameters which outputs are coupled via third correction unit to output system and to outputs of display. Some outputs of system are connected to inputs of unit of isolation of radio visible satellites, some outputs of computer of navigational parameters are connected to first group of inputs of information authenticity analyzer, other group of inputs of it is connected to outputs of computer of position of user. Outputs of analyzer are connected through unit through unit of keys to inputs of navigational filter which first group of outputs is connected correspondingly to inputs of two correction units and which second group of outputs is coupled to inputs of third correction unit. EFFECT: enhanced functional efficiency and reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к навигационной технике и может быть использовано при проектировании комплексных навигационных систем для воздушных и морских судов, а также других транспортных средств. The invention relates to navigation technology and can be used in the design of integrated navigation systems for aircraft and ships, as well as other vehicles.

Одним из основных требований к навигационным системам различных транспортных средств является обеспечение безопасности их движения, что в первую очередь связано с высокой точностью и надежностью определения параметров движения. One of the main requirements for the navigation systems of various vehicles is to ensure the safety of their movement, which is primarily associated with high accuracy and reliability of determining motion parameters.

Наиболее близкой к предлагаемой системе по технической сущности и эффекту является система [1] которая содержит антенну, связанную через усилитель с четырехканальным радиоприемником, выходы которого подключены к первой группе входов вычислителя местоположения навигационных искусственных спутников Земли (ИСЗ), вторая группа входов которого соединена с выходами блока начальной установки альманаха данных о ИСЗ, а третий вход упомянутого вычислителя подключен к выходу таймера, связанного с соответствующим выходом приемника. Выходы вычислителя местоположения ИСЗ подключены к первой группе входов блока выделения радиовидимых ИСЗ, выходы которого соединены с входами блока выбора рабочего созвездия ИСЗ. Выходы блока выбора рабочего созвездия ИСЗ подключены к входам блока вычисления местоположения пользователя, выходы которого соединены с входами дисплея. Кроме того, система содержит блок ввода начальных данных о собственном положении пользователя, подключенный выходами к входам блока грубого вычисления местоположения пользователя, выходы которого соединены с другой группой входов блока выделения радиовидимых ИСЗ. На случай потери радиоконтакта с одним из спутников рабочего созвездия введен блок периодической выставки упрежденного времени, подключенный выходом к третьим входам блока грубого вычисления собственного местоположения системы и вычислителя местоположения ИСЗ, а также блок перехода к другому спутнику. Closest to the proposed system in terms of technical essence and effect is a system [1] which contains an antenna connected via an amplifier to a four-channel radio receiver, the outputs of which are connected to the first group of inputs of the computer for the location of navigation artificial Earth satellites (AES), the second group of inputs of which are connected to the outputs block initial installation of the almanac of satellite data, and the third input of the aforementioned computer is connected to the output of a timer associated with the corresponding output of the receiver. The outputs of the satellite location calculator are connected to the first group of inputs of the radio-visible satellite selection block, the outputs of which are connected to the inputs of the satellite constellation selection block. The outputs of the block for selecting the working constellation of the satellite are connected to the inputs of the block for calculating the location of the user, the outputs of which are connected to the inputs of the display. In addition, the system contains a block for inputting initial data on the user's own position, connected by outputs to the inputs of the block for rough calculation of the user's location, the outputs of which are connected to another group of inputs of the radio-visible satellite selection block. In case of loss of radio contact with one of the satellites of the working constellation, a unit of a periodic exhibition of anticipated time has been introduced, connected to the third inputs of the unit for rough calculation of the system’s own location and the satellite’s location calculator, as well as a unit for switching to another satellite.

Известная система довольно точно решает задачу определения местоположения пользователя в трехмерном пространстве, если имеет надежный радиоконтакт и достоверную информацию от всех четырех спутников выбранного рабочего созвездия, однако на поиск, захват и сопровождение этого созвездия затрачивают значительное время из-за неточного определения начального местоположения пользователя с ошибкой, составляющей сотни километров, о чем говорится в описании патента. The known system quite accurately solves the problem of determining the user's location in three-dimensional space, if it has reliable radio contact and reliable information from all four satellites of the selected working constellation, however, it takes considerable time to search, capture and maintain this constellation due to inaccurate determination of the user's initial location with an error component of hundreds of kilometers, as described in the description of the patent.

Технический результат изобретения повышение точности системы. The technical result of the invention improving the accuracy of the system.

Указанный результат достигается тем, что в систему, содержащую четырехканальный радиоприемник, связанный через усилитель с антенной, а выходами подключенный к первой группе входов вычислителя местоположения навигационных ИСЗ, вторая группа входов которого соединена с выходами блока начальной установки альманаха данных об ИСЗ, таймер, подключенный к синхронизирующему входу упомянутого вычислителя, блок выделения радиовидимых ИСЗ, подключенный первой группой входов к выходам вычислителя местоположения ИСЗ, а выходами связанный с входами блока выбора рабочего созвездия ИСЗ, выходы которого подключены к входам блока вычисления местоположения пользователя, а также дисплей и блок ввода начальных данных, согласно изобретению введены измеритель трех проекций абсолютной угловой скорости носителя системы, первый и третий выходы которого через первый блок коррекции, а второй выход непосредственно подключены к соответствующим входам вычислителя навигационных параметров, измеритель трех проекций кажущегося ускорения, подключенный через второй блок коррекции к входам вычислителя навигационных параметров, другая группа из четырех входов которого соединена с выходами блока ввода начальных данных, а один из входов его подключен к выходу таймера, при этом выходы вычислителя навигационных параметров с первого по шестой соединены через третий блок коррекции с одноименными выходами системы, а седьмой, восьмой и девятый выходы этого вычислителя связаны с одноименными выходами системы непосредственно, выходы системы с четвертого по девятый подключены к второй группе входов блока выделения радиовидимых ИСЗ, выходы вычислителя навигационных параметров с первого по шестой связаны с первой группой входов анализатора достоверности информации, вторая группа входов которого подключена к выходам блока вычисления местоположения пользователя, с первого по шестой выходы анализатора через блок управляемых ключей связаны с входами навигационного фильтра, а седьмой выход анализатора подключен к управляющим входам блока управляемых ключей и навигационного фильтра, первая группа из шести выходов которого подключена к соответствующим входам третьего блока коррекции, а группа из пяти выходов навигационного фильтра связана с соответствующими входами первого и второго блоков коррекции. Выходы системы связаны со входами дисплея. This result is achieved by the fact that in a system containing a four-channel radio receiver connected through an amplifier with an antenna and outputs connected to the first group of inputs of the navigation satellite location calculator, the second group of inputs connected to the outputs of the initial installation block of the satellite data almanac, a timer connected to to the synchronizing input of the aforementioned calculator, a radio-visible satellite separation unit, connected by the first group of inputs to the outputs of the satellite calculator, and the outputs connected to the input According to the invention, a meter for three projections of the absolute angular velocity of the carrier of the system is introduced, the first and third outputs of which are through the first correction block and the second the output is directly connected to the corresponding inputs of the calculator of navigation parameters, the meter of three projections of the apparent acceleration connected through the second block of correction to the inputs of the calculator a navigation parameter splitter, another group of four inputs of which is connected to the outputs of the input data input block, and one of its inputs is connected to the timer output, while the outputs of the navigation parameters calculator from the first to the sixth are connected through the third correction block to the system outputs of the same name, and the seventh , the eighth and ninth outputs of this calculator are directly connected to the system outputs of the same name, the outputs of the fourth to ninth system are connected to the second group of inputs of the radio-visible satellite selection block, you The odes of the first to sixth navigation parameters calculator are connected to the first group of inputs of the information reliability analyzer, the second group of inputs of which is connected to the outputs of the user location calculation unit, the first to sixth outputs of the analyzer are connected to the navigation filter inputs through the managed key block, and the seventh analyzer output is connected to the control inputs of a block of managed keys and a navigation filter, the first group of six outputs of which are connected to the corresponding inputs of the third correction lock, and a group of five outputs of the navigation filter is connected to the corresponding inputs of the first and second correction blocks. System outputs are connected to display inputs.

Сущность изобретения поясняется описанием и чертежами, где на фиг.1 приведена блок-схема предлагаемой системы; на фиг.2 блок схема, реализованного в вычислителе навигационных параметров алгоритма вычисления параметров бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС); на фиг.3 блок-схема алгоритма вычисления сигналов коррекции БИНС, осуществляемая в навигационном фильтре и представляющая собой оптимальный фильтр Калмана; на фиг.4 пример схемной реализации анализатора достоверности информации. The invention is illustrated by the description and drawings, where figure 1 shows a block diagram of the proposed system; figure 2 is a block diagram implemented in the transmitter of the navigation parameters of the algorithm for computing the parameters of the strapdown inertial navigation system (SINS); figure 3 is a block diagram of the algorithm for calculating the correction signals SINS, implemented in the navigation filter and representing the optimal Kalman filter; figure 4 is an example of a circuit implementation of the analyzer reliability of information.

Блок управляющих ключей представляет собой набор ключей, коммутирующих поступающую из анализатора информацию по сигналу с одного из выходов этого анализатора. The control key block is a set of keys commuting information coming from the analyzer by a signal from one of the outputs of this analyzer.

Для упрощения понимания процесса коррекции внутренняя структура блоков коррекции показана непосредственно на фиг.1. В силу того, что внутреннее структурное построение этих блоков несущественно, в формуле изобретения они отражены в обобщенном виде. To simplify the understanding of the correction process, the internal structure of the correction blocks is shown directly in FIG. Due to the fact that the internal structural construction of these blocks is not essential, in the claims they are reflected in a generalized form.

В качестве измерителей трех проекций абсолютной угловой скорости и кажущегося ускорения могут быть использованы, например, три одноосных лазерных гироскопа и три акселерометра, оси которых образуют единую ортогональную систему координат, связанную с носителем системы. As meters of three projections of absolute angular velocity and apparent acceleration, for example, three uniaxial laser gyroscopes and three accelerometers can be used, the axes of which form a single orthogonal coordinate system associated with the carrier of the system.

Остальные блоки предлагаемой системы реализуют алгоритмы прототипа. The remaining blocks of the proposed system implement the prototype algorithms.

В соответствии с фиг.1 система содержит четырехканальный радиоприемник 1 (РП), связанный через усилитель 2 (Ус) с антенной 3 (А), а выходами подключенный к первой группе входов вычислителя 4 местоположения спутников (ВМС), вторая группа входов которого соединена с выходами блока 5 начальной установки альманаха данных о спутниках (БНУАДС), при этом синхронизирующий вход вычислителя 4 подключен к выходу таймера 6, а его выходы соединены с первой группой входов блока 7 выделения радиовидимых спутников (БВРВС), вторая группа выходов которого подключена к выходам системы с четвертого по девятый. Выходы блока 7 соединены с входами блока 8 выбора рабочего созвездия спутников (БВРСС), выходы которого в свою очередь подключены к соответствующим входам блока 9 вычисления местоположения пользователя (БВМП), подключенного выходами к второй группе из шести входов анализатора 10 достоверности информации (АДИ), первая группа из шести входов которого соединена с выходами с первого по шестой вычислителя 11 навигационных параметров (ВНП) и одноименными входами третьего блока 12 коррекции (Бл.К3). Первые шесть выходов анализатора 10 через блок 13 управляемых ключей (БУК) связаны с соответствующими входами навигационного фильтра 14 (НФ), а седьмой выход анализатора 10 подключен к управляющим входам блока 13 управляемых ключей и навигационного фильтра 14. In accordance with figure 1, the system contains a four-channel radio 1 (RP), connected through an amplifier 2 (Us) with an antenna 3 (A), and the outputs connected to the first group of inputs of the transmitter 4 satellite locations (Navy), the second group of inputs of which are connected to the outputs of block 5 of the initial installation of the satellite data almanac (BNUADS), while the synchronizing input of the calculator 4 is connected to the output of the timer 6, and its outputs are connected to the first group of inputs of the block 7 selection of radio-visible satellites (BVRVS), the second group of outputs of which are connected on to the outputs of the system from the fourth to the ninth. The outputs of block 7 are connected to the inputs of block 8 for selecting the working constellation of satellites (BVSS), the outputs of which are in turn connected to the corresponding inputs of block 9 for calculating the user's location (BVMP), connected by the outputs to the second group of six inputs of the analyzer 10 of information reliability (ADI), the first group of six inputs of which is connected to the outputs from the first to the sixth computer 11 of the navigation parameters (GNP) and the inputs of the same name of the third correction unit 12 (Bl.K3). The first six outputs of the analyzer 10 through the block 13 of the managed keys (BUK) are connected to the corresponding inputs of the navigation filter 14 (NF), and the seventh output of the analyzer 10 is connected to the control inputs of the block 13 of the managed keys and the navigation filter 14.

Первая группа выходов навигационного фильтра 14 с шестого по одиннадцатый подключена к входам блока 12 с седьмого по двенадцатый, а вторая группа из пяти его выходов подключена соответственно к второму и четвертому входам первого блока 15 коррекции (Бл.К1) и второму, четвертому и шестому входам второго блока 16 коррекции (Бл.К2), при этом первый, третий и пятый входы блока 16 соединены с первым, вторым и третьим выходами измерителя 17 проекций кажущегося ускорения (ИПКУ), а первый и третий входы блока 15 подключены к одноименным выходам измерителя 18 проекций абсолютной угловой скорости (ИПАУС). The first group of outputs of the navigation filter 14 from the sixth to the eleventh is connected to the inputs of the block 12 from the seventh to the twelfth, and the second group of five outputs is connected respectively to the second and fourth inputs of the first block 15 of the correction (Bl.K1) and the second, fourth and sixth inputs the second block 16 correction (Bl.K2), while the first, third and fifth inputs of block 16 are connected to the first, second and third outputs of the meter 17 projections of apparent acceleration (IPCU), and the first and third inputs of block 15 are connected to the same outputs of the meter 18 P projections of absolute angular velocity (IPAUS).

Два выхода блока 15 подключены соответственно к первому и второму входам вычислителя 11, а три выхода блока 16 соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым входами упомянутого вычислителя 11, шестой вход которого подключен к второму выходу измерителя 18. Two outputs of block 15 are connected respectively to the first and second inputs of calculator 11, and three outputs of block 16 are connected respectively to the third, fourth and fifth inputs of said calculator 11, the sixth input of which is connected to the second output of meter 18.

Входы вычислителя 11 с седьмого по десятый соединены с соответствующими выходами блока 19 ввода начальных данных (БВНД), одиннадцатый вход вычислителя 11 подключен к выходу таймера 6, седьмой, восьмой и девятый выходы вычислителя 11 соединены с седьмым, восьмым и девятым выходами системы, шесть выходов блока 12 связаны с одноименными выходами системы. Все выходы системы связаны с входами дисплея 20. The inputs of the calculator 11 from the seventh to the tenth are connected to the corresponding outputs of the block 19 input data input (BVND), the eleventh input of the calculator 11 is connected to the output of the timer 6, the seventh, eighth and ninth outputs of the calculator 11 are connected to the seventh, eighth and ninth outputs of the system, six outputs block 12 are connected with the same outputs of the system. All outputs of the system are connected to the inputs of the display 20.

Анализатор 10 достоверности информации (см. фиг.4) содержит шесть сумматоров (21-26), первых входы которых подключены соответственно к входам блока с первого по шестой, а вторые входы соединены соответственно с входами анализатора 10 с седьмого по двенадцатый. Выходы упомянутых сумматоров соединены соответственно с выходами анализатора 10 с первого по шестой и с входами пороговых блоков 27 32, выходы которых через элемент 33 ИЛИ связаны с седьмым выходом анализатора. The information reliability analyzer 10 (see FIG. 4) contains six adders (21-26), the first inputs of which are connected respectively to the inputs of the unit from the first to the sixth, and the second inputs are connected respectively to the inputs of the analyzer 10 from the seventh to the twelfth. The outputs of the said adders are connected respectively to the outputs of the analyzer 10 from the first to the sixth and to the inputs of the threshold blocks 27 32, the outputs of which are connected via the OR element 33 to the seventh output of the analyzer.

Предлагаемая комплексная инерциально-спутниковая навигационная система работает следующим образом. The proposed integrated inertial-satellite navigation system operates as follows.

Исходной информацией для определения навигационных параметров на выходе БИНС являются сигналы с трех жестко закрепленных на корпусе самолета и установленных ортогонально друг относительно друга лазерных гироскопа (ЛГ), входящих в состав измерителя 18 проекций абсолютной угловой скорости (ИПАУС), а также сигналы с установленных вдоль тех же осей акселерометров, например акселерометров, использующих эффект поверхностных акустических волн и входящих в состав измерителя 17 проекций кажущегося ускорения (ИПКУ). The initial information for determining the navigation parameters at the SINS output is signals from three laser gyroscopes (LG) rigidly mounted on the aircraft body and installed orthogonally relative to each other, which are part of the meter 18 projections of absolute angular velocity (IPAUS), as well as signals from installed along those the axes of accelerometers, for example accelerometers using the effect of surface acoustic waves and included in the composition of the meter 17 projections of apparent acceleration (IPCU).

Сигналы с ЛГ, пропорциональные проекциям

Figure 00000002
вектора абсолютной угловой скорости поворота самолета в инерциальном пространстве на оси, связанной с самолетом системы координат, и сигналы с акселерометров, пропорциональные проекциям
Figure 00000003
вектора кажущегося ускорения на те же оси, через блоки коррекции 15, 16 поступают в вычислитель 11 навигационных параметров, причем сигнал
Figure 00000004
измерителя 18 в вычислитель 11 поступает непосредственно.LG signals proportional to projections
Figure 00000002
vectors of the absolute angular velocity of rotation of the aircraft in inertial space on the axis associated with the aircraft coordinate systems, and signals from accelerometers proportional to projections
Figure 00000003
vectors of apparent acceleration on the same axis, through the correction blocks 15, 16 enter the calculator 11 navigation parameters, and the signal
Figure 00000004
meter 18 in the calculator 11 is supplied directly.

До получения информации со спутников никакой коррекции в блоках 5, 16, а также в блоке 12 не осуществляется. Prior to receiving information from satellites, no correction is performed in blocks 5, 16, as well as in block 12.

Кроме указанных сигналов в вычислитель 11 из блока 19 в режиме предполетной подготовки вводятся данные о широте

Figure 00000005
, долготе Φo и высоте Но местоположения самолета на взлетно-посадочной полосе (ВПП), а также его ориентация относительно меридиана азимут По.In addition to these signals, latitude data is entered into the calculator 11 from block 19 in the pre-flight preparation mode
Figure 00000005
, longitude Φ o and altitude But the location of the aircraft on the runway (runway), as well as its orientation relative to the meridian of the azimuth of Po.

В блок 5 при этом вводятся данные об орбитах навигационных спутников, информацией с которых носитель будет пользоваться в процессе полета по заданному маршруту. In block 5, data on the orbits of navigation satellites are entered, the information from which the carrier will use during the flight along a given route.

В соответствии с блок-схемой алгоритма (см. фиг.2), по которому работает вычислитель 11, по сигналам λo и данным Пo,

Figure 00000006
, Φo, λo и Но сначала вычисляются начальные условия для решения алгоритмов БИНС:
углы νo, γo отклонения плоскости горизонтальных акселерометров от плоскости истинного горизонта
Figure 00000007

где δnx(o), δny(o), δnz(o) приращение кажущегося ускорения за такт счета.In accordance with the block diagram of the algorithm (see figure 2), according to which the calculator 11 operates, according to the signals λ o and data Po,
Figure 00000006
, Φ o , λ o and But first, the initial conditions for solving the SINS algorithms are calculated:
angles ν o , γ o deviations of the plane of the horizontal accelerometers from the plane of the true horizon
Figure 00000007

where δn x (o), δn y (o), δn z (o) is the increment of the apparent acceleration per clock cycle.

g0 ускорение силы тяжести в точке старта,
T длительность такта счета;
начальное значение матрицы C(0) направляющих косинусов связанной системы координат относительно инерциальной системы

Figure 00000008

начальные значения составляющих V(0), V(0), V(0) и координат Xи(0), Yи(0), Zи(0) в инерциальной системе координат:
Figure 00000009

где Ω угловая скорость вращения Земли,
R(0) радиус земного эллипсоида в точке старта,
vo широта точки старта,
πo начальный угол отклонения продольной оси объекта от плоскости меридиана.g 0 acceleration of gravity at the starting point,
T is the count cycle duration;
the initial value of the matrix C (0) of the direction cosines of the associated coordinate system relative to the inertial system
Figure 00000008

the initial values of the components V x and (0), V y and (0), V z and (0) and the coordinates X and (0), Y and (0), Z and (0) in the inertial coordinate system:
Figure 00000009

where Ω is the angular velocity of the Earth’s rotation,
R (0) radius of the earth's ellipsoid at the starting point,
v o latitude of the starting point,
π o the initial angle of deviation of the longitudinal axis of the object from the plane of the meridian.

После чего вычисляется матрица

Figure 00000010
направляющих косинусов осей связанной системы координат OXYZ относительно осей инерциальной системы координат OXи, OYи, OZи по уравнению Пуассона
Figure 00000011
.Then the matrix is calculated
Figure 00000010
the directing cosines of the axes of the connected coordinate system OXYZ relative to the axes of the inertial coordinate system OX and , OY and , OZ and according to the Poisson equation
Figure 00000011
.

Figure 00000012

где
Figure 00000013
вектор конечного поворота, характеризующий изменение ориентации самолета, вычисляемый по сигналам с лазерных гироскопов.
Figure 00000012

Where
Figure 00000013
the final rotation vector characterizing the change in the orientation of the aircraft, calculated by the signals from laser gyroscopes.

Для случая, когда вектор угловой скорости не изменяет своей ориентации в инерциальном пространстве, он определяется по формуле:

Figure 00000014
,
где
Figure 00000015
вектор угловой скорости, определяемый по сигналам с ЛГ. При общих условиях полета, т. е. при изменении ориентации вектора
Figure 00000016
, вектор
Figure 00000017
вычисляется по более сложной зависимости, приближенный вид которой:
Figure 00000018

Figure 00000019

Figure 00000020

Затем определяются проекции кажущегося ускорения на оси инерциального трехгранника OXиYиZи:
Figure 00000021
, 1 X, Y, Z, где
Figure 00000022
вектор кажущегося ускорения, определяемый по показаниям акселерометров в связанной системе координат;
Figure 00000023
вектор кажущегося ускорения в инерциальной системе координат.For the case when the angular velocity vector does not change its orientation in inertial space, it is determined by the formula:
Figure 00000014
,
Where
Figure 00000015
angular velocity vector determined by signals from LG. Under general flight conditions, i.e., when changing the orientation of the vector
Figure 00000016
, vector
Figure 00000017
calculated by a more complex dependence, an approximate form of which:
Figure 00000018

Figure 00000019

Figure 00000020

Then, the projections of the apparent acceleration on the axis of the inertial trihedron OXiYiZi are determined:
Figure 00000021
, 1 X, Y, Z, where
Figure 00000022
a vector of apparent acceleration, determined by the readings of accelerometers in a connected coordinate system;
Figure 00000023
vector of apparent acceleration in an inertial coordinate system.

Затем вычисляются проекции гравитационного ускорения на оси инерциальной системы координат: g, g, g, а также проекции V, V, V и абсолютной скорости на оси инерциальной системы координат и сами инерциальные координаты Xи, Yи, Zи.Then, the projections of gravitational acceleration on the axis of the inertial coordinate system are calculated: g , g , g , as well as the projections V , V , V and the absolute velocity on the axis of the inertial coordinate system and the inertial coordinates Xi, Yи, Zи.

После этого по известной зависимости вычисляется матрица

Figure 00000024
направляющих косинусов осей инерциальной системы координат Xи, Yи, Zи относительно осей географической системы координат N, E, H, а затем определяются проекции ω, ω,, ω угловой скорости географического трехгранника на инерциальные оси и проекции
Figure 00000025
и относительной скорости на инерциальные оси.After that, the matrix is calculated using the known dependence
Figure 00000024
the directing cosines of the axes of the inertial coordinate system X, Y, Z, and relative to the axes of the geographic coordinate system N, E, H, and then the projections ω x , ω y , ,, ω z and the angular velocity of the geographic trihedron on the inertial axes and projections are determined
Figure 00000025
and relative velocity on the inertial axis.

По полученным данным определяются проекции Vn, Ve, Vh относительной скорости на оси географического трехгранника и географические координаты: широта Φ, долгота l и высота H, которые поступают в блок коррекции 12 и из него на выход системы в качестве части навигационных параметров, а также на другие блоки системы.Based on the data obtained, the projections of the relative velocity V n , V e , V h on the axis of the geographic trihedron and geographical coordinates: latitude Φ, longitude l and height H, which enter the correction block 12 and from it to the system output as part of the navigation parameters, are determined as well as other blocks of the system.

В конце цикла вычислений в ВНП 11 определяются проекции wn, ωe, ωh абсолютной угловой скорости на оси географического трехгранника, а также углы: курса ψ, тангажа n и крена g, которые в качестве навигационных параметров выдаются на выход системы и на другие ее блоки.At the end of the computation cycle in GNP 11, the projections w n , ω e , ω h of the absolute angular velocity on the axis of the geographic trihedron are determined, as well as the angles: heading ψ, pitch n and roll g, which are given as the navigation parameters to the output of the system and to other her blocks.

В частности, значения n, γ, ψ, Φ, λ, H выдаются в блок 7 для поиска радиовидимых спутников, а вся навигационная информация поступает на дисплей 20. In particular, the values of n, γ, ψ, Φ, λ, H are provided in block 7 for searching for radio-visible satellites, and all navigation information is received on display 20.

Вычисленные в БИНС по показаниям ЛГ и акселерометров параметры

Figure 00000026
из вычислителя 11 подаются на анализатор 10 достоверности информации. По вычисленным в БИНС параметрам осуществляется полет самолета до момента получения информации с навигационных спутников.The parameters calculated in the SINS according to the readings of LG and accelerometers
Figure 00000026
from the calculator 11 are fed to the analyzer 10 of the reliability of the information. According to the parameters calculated in the SINS, the aircraft is flying until the information is received from the navigation satellites.

Принимаемые антенной 3 сигналы от навигационных спутников через усилитель 2 поступают на четырехканальный радиоприемник 1, который после их обработки выдает информацию о спутниках в вычислитель 4 местоположения спутников. Вычислитель 4 по данным об орбитах спутников, выдаваемым блоком 5 информации из радиоприемника 1 о положении спутников на орбитах и по сигналу таймера 6 об истинном времени, вычисляет местоположение спутников, из совокупности которых затем будет выбрана группа, с которой будет обеспечиваться надежная радиосвязь. The signals received by the antenna 3 from the navigation satellites through the amplifier 2 are fed to a four-channel radio receiver 1, which, after processing, provides information about the satellites to the satellite position calculator 4. Calculator 4, based on data on the satellite orbits, issued by block 5 of information from the radio 1 on the position of satellites in orbits and on the signal of timer 6 about true time, calculates the location of the satellites, from the totality of which the group with which reliable radio communication will be ensured will then be selected.

Это осуществляется в блоке 7 с помощью данных о местоположении и ориентации самолета, поступающих с выхода вычислителя 11, т.к. эти данные вырабатываются со сравнительно высокой степенью точности, то выбор и захват на сопровождение спутников произойдет быстро и точно. This is carried out in block 7 using data on the location and orientation of the aircraft coming from the output of the calculator 11, because Since these data are generated with a relatively high degree of accuracy, the selection and acquisition of satellite tracking will be quick and accurate.

Из выбранной группы спутников по алгоритму минимума ошибки GDOP отбираются ИСЗ в рабочее созвездие из четырех спутников, по данным от которых будет определяться местоположение самолета. Выбор рабочего созвездия производится блоком 8, а определение местоположения самолета осуществляется блоком 9. From the selected group of satellites, according to the GDOP error minimum algorithm, the satellites are selected into the working constellation of four satellites, from which data will determine the location of the aircraft. The choice of the working constellation is made by block 8, and the location of the aircraft is determined by block 9.

Данные о местоположении самолета, вычисленные по информации со спутников, поступают на анализатор 10, где они сравниваются с данными о местоположении самолета, вычисленными БИНС по информации ЛГ и акселерометров (измерители 17, 18). The aircraft location data calculated from information from satellites is sent to the analyzer 10, where they are compared with the aircraft location data calculated by the SINS according to LG and accelerometers (meters 17, 18).

Сопоставление данных заключается в определении разности между одноименными параметрами с помощью сумматоров 21 26, работающих в режиме вычитания (см. фиг.4). Comparison of the data consists in determining the difference between the parameters of the same name using adders 21 26 operating in the subtraction mode (see figure 4).

Текущие значения разностей

Figure 00000027
Figure 00000028
сравниваются в пороговых блоках 27 32 с допустимыми значениями, представляющими собой суммы максимально допустимых ошибок определения соответствующих параметров в БИНС и с помощью ИСЗ.Current Differences
Figure 00000027
Figure 00000028
are compared in threshold blocks 27 32 with allowable values representing the sum of the maximum permissible errors in determining the corresponding parameters in the SINS and using the satellite.

Если абсолютные значения всех указанных разностей не превышают допустимых пороговых значений, то на седьмом выходе анализатора 10 формируется сигнал N 1 и сигналы, пропорциональные текущим значениям указанных разностей с учетом их знака, через блок 13 управляемых ключей выдаются в навигационный фильтр 14, представляющий собой в частном случае оптимальный фильтр Калмана, который в соответствии со стандартной процедурой, изображенной на блок-схеме алгоритма (см. фиг. 3), вырабатывает сигналы смещения нулей акселерометром ΔWx, ΔWy, ΔWz и смещения нулей ЛГx,z для коррекции показаний соответственно измерителей 17, 18. Это осуществляется в блоках 16, 15 (см. фиг.1).If the absolute values of all these differences do not exceed the permissible threshold values, then at the seventh output of the analyzer 10 a signal N 1 is generated and signals proportional to the current values of these differences, taking into account their sign, are transmitted through the block 13 of controlled keys to the navigation filter 14, which is a private case, the optimal Kalman filter, which in accordance with the standard procedure depicted in the flowchart of the algorithm (see Fig. 3), generates the signals of the displacement of zeros by the accelerometer ΔW x , ΔW y , ΔW z and the bias I zeros LG x, z to correct the readings of the meters 17, 18, respectively. This is done in blocks 16, 15 (see figure 1).

Сигналы коррекции географических координат ΔΦ, Δλ, ΔH и составляющих скоростей Δvn, Δve, Δvh вырабатываемых БИНС, поступают в блок 12 для коррекции выходных данных вычислителя 11 навигационных параметров БИНС.Correction signals for the geographical coordinates ΔΦ, Δλ, ΔH and component velocities Δv n , Δv e , Δv h generated by SINS are received in block 12 for correcting the output of the SINS navigation parameter calculator 11.

Благодаря указанной двойной коррекции по выходам первичных измерителей 17, 18 и по выходам вычислителя 11, существенно повышается точность выработки навигационных параметров в БИНС и резко снижается скорость накопления погрешностей БИНС в интервалах между поступлением измерений от ИСЗ. Due to this double correction for the outputs of the primary meters 17, 18 and for the outputs of the calculator 11, the accuracy of generating navigation parameters in the SINS is significantly increased and the rate of accumulation of SINS errors in the intervals between the receipt of measurements from the satellite is sharply reduced.

В случае превышения хотя бы одной из разностей между сравниваемыми параметрами заданного допуска анализатор 10 по седьмому выходу выдаст сигнал N 0, по которому блок 13 управляемых ключей разомкнет связь анализатора 10 с навигационным фильтром 14, последний по этому сигналу перейдет в режим экстраполяции выходных оценок погрешностей БИНС, при этом коэффициент К(п) в фильтре Калмана установится равным нулю (см. фиг.3). If at least one of the differences between the compared parameters of the specified tolerance is exceeded, the analyzer 10 generates a signal N 0 at the seventh output, through which the managed key block 13 opens the connection of the analyzer 10 with the navigation filter 14, the last one goes into the mode of extrapolating the output SINS error estimates , while the coefficient K (n) in the Kalman filter is set equal to zero (see figure 3).

В этом случае приоритет в выработке навигационных параметров отдается инерциальной системе как более надежной и помехозащищенной. In this case, the priority in the development of navigation parameters is given to the inertial system as more reliable and noise-immune.

Таким образом, предлагаемая комплексная инерциально-спутниковая навигационная система обеспечивает:
более высокую достоверность вырабатываемой навигационной информации за счет исключения ошибочной информации от ИСЗ из процесса коррекции БИНС;
полный объем навигационных параметров, определяющих положение движущегося объекта и включающий в себя не только географические координаты и составляющие скорости, но и угловые координаты положения объекта относительно его центра масс;
динамически точную навигационную информацию о движении объекта не только в момент прихода информации от ИСЗ, но и в интервалах между этими моментами;
более надежный и быстрый поиск и захват на сопровождение ИСЗ в начале работы и при потере ИСЗ в результате маневра носителя системы.
Thus, the proposed integrated inertial-satellite navigation system provides:
higher reliability of the generated navigation information by eliminating erroneous information from the satellite from the SINS correction process;
the full amount of navigation parameters that determine the position of a moving object and includes not only geographical coordinates and speed components, but also the angular coordinates of the position of the object relative to its center of mass;
dynamically accurate navigation information about the movement of the object, not only at the time of receipt of information from the satellite, but also in the intervals between these moments;
more reliable and faster search and capture for satellite tracking at the beginning of work and when the satellite is lost as a result of maneuver of the system carrier.

Claims (1)

Комплексная инерциально-спутниковая навигационная система, содержащая четырехканальный радиоприемник, вход которого через усилитель связан с антенной, а его выходы подключены к первой группе входов вычислителя местоположения спутников, блок начальной установки альманаха данных о спутниках, подключенный выходами к второй группе входов вычислителя местоположения спутников, таймер, подключенный выходом к синхронизирующему входу вычислителя местоположения спутников, а его выходы соединены с входами блока выбора рабочего созвездия спутников, выходы которого подключены к входам блока вычисления местоположения пользователя, а также блок ввода начальных данных и дисплей, отличающаяся тем, что в нее введены измеритель проекций абсолютной угловой скорости, измеритель проекций кажущегося ускорения, вычислитель навигационных параметров, первый, второй и третий блоки коррекции, навигационный фильтр, блок управляемых ключей и анализатор достоверности информации, первая группа из шести входов которого подключена к соответствующим выходам блока вычисления местоположения пользователя, а вторая группа из шести входов соединена с выходами с первого по шестой вычислителя навигационных параметров и с одноименными входами третьего блока коррекции, при этом шесть выходов анализатора достоверности информации связаны через блок управляемых ключей с соответствующими входами навигационного фильтра, управляющий вход которого объединен с управляющим входом блока управляемых ключей и подключен к седьмому выходу анализатора достоверности информации, при этом первая группа из шести выходов навигационного фильтра подключена к входам с седьмого по двенадцатый третьего блока коррекции, а вторая группа из пяти выходов навигационного фильтра соединена соответственно с вторым и четвертым входами первого блока коррекции и с вторым, четвертым и шестым входами второго блока коррекции, первый, третий и пятый входы которого подключены к первому, второму и третьему выходам измерителя проекций кажущегося ускорения, а первый и третий входы первого блока коррекции подключены к одноименным выходам измерителя проекций абсолютной угловой скорости, второй выход которого связан с шестым входом вычислителя навигационных параметров, два выхода первого блока коррекции подключены соответственно к первому и второму входам вычислителя навигационных параметров, а три выхода второго блока коррекции подключены к третьему, четвертому и пятому входам вычислителя навигационных параметров, шесть выходов третьего блока коррекции являются выходами системы с первого по шестой, входы вычислителя навигационных параметров с седьмого по десятый подключены к соответствующим выходам блока ввода начальных данных, а одиннадцатый вход этого вычислителя связан с выходом таймера, седьмой, восьмой и девятый выходы вычислителя навигационных параметров являются соответственно седьмым, восьмым и девятым выходами системы, все выходы системы соединены с входами дисплея, а выходы системы с четвертого по девятый подключены к второй группе входов блока выделения радиовидимых навигационных спутников. Integrated inertial-satellite navigation system containing a four-channel radio receiver, the input of which is connected to the antenna through an amplifier, and its outputs are connected to the first group of inputs of the satellite location calculator, the unit for setting the satellite data almanac, connected to the second group of inputs of the satellite location calculator, a timer connected by the output to the synchronizing input of the satellite location calculator, and its outputs are connected to the inputs of the selection block of the working constellation sp tniks, the outputs of which are connected to the inputs of the user’s location calculation unit, as well as the input data input unit and display, characterized in that they include an absolute angular velocity projection meter, an apparent acceleration projection meter, navigation parameter calculator, first, second and third correction blocks , a navigation filter, a managed key block, and an information reliability analyzer, the first group of six inputs of which are connected to the corresponding outputs of the location calculation unit the user, and the second group of six inputs is connected to the outputs from the first to sixth calculator of navigation parameters and with the inputs of the third correction unit of the same name, while the six outputs of the information reliability analyzer are connected through the managed key block to the corresponding inputs of the navigation filter, the control input of which is combined with the control the input of the managed key block and is connected to the seventh output of the information reliability analyzer, while the first group of six outputs of the navigation filter connected to the inputs from the seventh to twelfth of the third correction block, and the second group of five outputs of the navigation filter is connected respectively to the second and fourth inputs of the first correction block and to the second, fourth and sixth inputs of the second correction block, the first, third and fifth inputs of which are connected to the first, second and third outputs of the projection meter of the apparent acceleration, and the first and third inputs of the first correction unit are connected to the same outputs of the projection meter of the absolute angular velocity, the second output which is connected with the sixth input of the navigation parameters calculator, two outputs of the first correction block are connected respectively to the first and second inputs of the navigation parameters calculator, and three outputs of the second correction block are connected to the third, fourth and fifth inputs of the navigation parameters calculator, six outputs of the third correction block are outputs systems from the first to the sixth, the inputs of the calculator of navigation parameters from the seventh to the tenth are connected to the corresponding outputs of the input data input unit s, and the eleventh input of this calculator is connected with the timer output, the seventh, eighth and ninth outputs of the navigation parameters calculator are the seventh, eighth and ninth outputs of the system, all system outputs are connected to the display inputs, and the fourth to ninth system outputs are connected to the second group inputs of the block selection radio-visible navigation satellites.
RU93006033/28A 1993-01-29 1993-01-29 Complex inertia-satellite navigation system RU2087867C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93006033/28A RU2087867C1 (en) 1993-01-29 1993-01-29 Complex inertia-satellite navigation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93006033/28A RU2087867C1 (en) 1993-01-29 1993-01-29 Complex inertia-satellite navigation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93006033A RU93006033A (en) 1996-02-27
RU2087867C1 true RU2087867C1 (en) 1997-08-20

Family

ID=20136568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93006033/28A RU2087867C1 (en) 1993-01-29 1993-01-29 Complex inertia-satellite navigation system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2087867C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458321C1 (en) * 2011-04-28 2012-08-10 Открытое акционерное общество "Раменский приборостроительный завод" (ОАО "РПЗ") Inertial data conversion union
RU2487419C1 (en) * 2012-02-06 2013-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) System for complex processing of information of radio navigation and self-contained navigation equipment for determining real values of aircraft navigation parameters
RU2590935C1 (en) * 2015-01-29 2016-07-10 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") Integrated navigation system of aircraft
RU2603821C2 (en) * 2015-04-27 2016-11-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" Multifunctional navigation system for moving ground objects

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Заявка ЕПВ N 0353849, кл. G 01 S 5/14, 1989. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2458321C1 (en) * 2011-04-28 2012-08-10 Открытое акционерное общество "Раменский приборостроительный завод" (ОАО "РПЗ") Inertial data conversion union
RU2487419C1 (en) * 2012-02-06 2013-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) System for complex processing of information of radio navigation and self-contained navigation equipment for determining real values of aircraft navigation parameters
RU2590935C1 (en) * 2015-01-29 2016-07-10 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") Integrated navigation system of aircraft
RU2603821C2 (en) * 2015-04-27 2016-11-27 Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" Multifunctional navigation system for moving ground objects

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4405986A (en) GSP/Doppler sensor velocity derived attitude reference system
US6246960B1 (en) Enhanced integrated positioning method and system thereof for vehicle
US6697736B2 (en) Positioning and navigation method and system thereof
EP1668381B1 (en) Inertial gps navigation system using injected alignment data for the inertial system
US6292750B1 (en) Vehicle positioning method and system thereof
Bryne et al. Nonlinear observers for integrated INS\/GNSS navigation: implementation aspects
US5787384A (en) Apparatus and method for determining velocity of a platform
US4402049A (en) Hybrid velocity derived heading reference system
WO2001020260A1 (en) Navigation system and method for tracking the position of an object
RU2277696C2 (en) Integrated satellite inertial-navigational system
US5789671A (en) Azimuth misalignment determination in an inertial navigator
Kocaman et al. GPS and INS integration with Kalman filtering for direct georeferencing of airborne imagery
Maklouf et al. Performance evaluation of GPS\INS main integration approach
RU2087867C1 (en) Complex inertia-satellite navigation system
RU2313067C2 (en) Method of determination of flying vehicle navigational parameters and device for realization of this method
WO1988001409A1 (en) Distributed kalman filter
RU2334199C1 (en) Inertial-satellite navigation system with combination application of satellite data
Hayward et al. Real time calibration of antenna phase errors for ultra short baseline attitude systems
RU2723976C1 (en) Method for determining angular orientation of ground vehicle
Emel’yantsev et al. Initial alignment of SINS measuring unit and estimation of its errors using satellite phase measurements
JP3251705B2 (en) Vehicle position correction method
US3232103A (en) Navigation system
Qian Generic multisensor integration strategy and innovative error analysis for integrated navigation
Emel’yantsev et al. Improving information autonomy of marine SINS
Emel’yantsev et al. Calibration of in-run drifts of strapdown inertial navigation system with uniaxial modulation rotation of measurement unit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050130

HK4A Changes in a published invention