RU2256154C1 - Method for measurement of flight vehicle attitudes - Google Patents

Method for measurement of flight vehicle attitudes Download PDF

Info

Publication number
RU2256154C1
RU2256154C1 RU2004118110/28A RU2004118110A RU2256154C1 RU 2256154 C1 RU2256154 C1 RU 2256154C1 RU 2004118110/28 A RU2004118110/28 A RU 2004118110/28A RU 2004118110 A RU2004118110 A RU 2004118110A RU 2256154 C1 RU2256154 C1 RU 2256154C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
sna
measurements
time interval
pitch
Prior art date
Application number
RU2004118110/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.М. Петров (RU)
В.М. Петров
А.В. Воробьев (RU)
А.В. Воробьев
Б.О. Качанов (RU)
Б.О. Качанов
В.Е. Куликов (RU)
В.Е. Куликов
Н.И. Костенко (RU)
Н.И. Костенко
Р.Р. Абдулин (RU)
Р.Р. Абдулин
Original Assignee
Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" (ОАО МНПК "Авионика")
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 Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" (ОАО МНПК "Авионика") filed Critical Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" (ОАО МНПК "Авионика")
Priority to RU2004118110/28A priority Critical patent/RU2256154C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2256154C1 publication Critical patent/RU2256154C1/en

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: procedure of indirect measurements of flight vehicle attitudes.
SUBSTANCE: the method is based on the use of information from the receiver of the satellite navigation system measuring the light vehicle velocity components to the South, East and in altitude from three-coordinate angular velocity and linear acceleration transducers installed on board the flight vehicle. The flight vehicle attitudes are measured in compliance with the estimation algorithm realized in the computer, on the varying time interval.
EFFECT: enhanced accuracy of measurement of the bank, pitch angle and the flight vehicle heading in the conditions of maneuvering.

Description

Заявляемое изобретение относится к технике косвенных измерений угловых положений летательных аппаратов (ЛА).The claimed invention relates to techniques for indirect measurements of the angular positions of aircraft (LA).

Известен способ измерения угловых положений самолета [Джанджгава Г.И., Чернодаров А.В. Интегрированная первичная обработка информации в бесплатформенных инерциально-спутниковых системах ориентации и навигации. Материалы 4-й Международной конференции по интегрированным навигационным системам. С-Петербург, 1997, с.52-58], согласно которому измерение углов крена, тангажа и курса осуществляют в соответствии с трехуровневым алгоритмом, выполняющим комплексирование информации от бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) и от спутниковой навигационной системы (СНС).A known method of measuring the angular position of the aircraft [Dzhandzhgava GI, Chernodar A.V. Integrated primary information processing in strapdown inertial-satellite orientation and navigation systems. Materials of the 4th International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg, 1997, p.52-58], according to which the roll, pitch and heading angles are measured in accordance with a three-level algorithm that combines information from the strapdown inertial navigation system (SINS) and from the satellite navigation system (SNA).

На первом уровне выполняют прогнозирование проекций угловой скорости на связанные оси самолета на один шаг дискретизации по времени с помощью прогнозирующих фильтров Левинсона.At the first level, projections of the projections of angular velocity onto the connected axes of the aircraft are performed by one time discretization step using the Levinson predictive filters.

На втором уровне выполняют сглаживание оценок угловых скоростей, получаемых на первом уровне, с помощью фильтра Калмана, используя в качестве измерений разности между прогнозируемыми значениями угловой скорости и значениями угловой скорости, измеряемыми с помощью датчиков угловых скоростей.At the second level, the estimates of the angular velocities obtained at the first level are smoothed using the Kalman filter, using the difference between the predicted values of the angular velocity and the angular velocity values measured using the angular velocity sensors as measurements.

На третьем уровне с помощью фильтра Калмана выполняется уточнение оценок угловых положений, получаемых на втором уровне по информации от бортовых приемников спутниковой навигации, используя в качестве измерений разности первого и второго порядков матриц направляющих косинусов, определяемых с помощью алгоритма БИНС и с помощью информации от бортовых приемников СНС.At the third level, with the help of the Kalman filter, the estimates of the angular positions obtained at the second level from the information from the on-board receivers of satellite navigation are refined using, as measurements of the difference of the first and second orders of the matrices of directional cosines, determined using the SINS algorithm and using information from the on-board receivers SNA.

Недостатком данного способа является его невысокая точность при маневрировании ЛА, что обусловлено:The disadvantage of this method is its low accuracy when maneuvering aircraft, which is due to:

- возрастанием ошибок прогноза угловых скоростей на первом уровне алгоритма при маневрировании ЛА;- an increase in errors in predicting angular velocities at the first level of the algorithm when maneuvering an aircraft;

- возрастанием статистической неопределенности фильтра Калмана на втором уровне алгоритма за счет неточности задания постоянной времени корреляции и среднеквадратического значения гироскопического дрейфа в условиях маневрирования ЛА;- an increase in the statistical uncertainty of the Kalman filter at the second level of the algorithm due to the inaccuracy of setting the correlation time constant and the rms value of the gyroscopic drift under conditions of maneuvering the aircraft;

- неточностью оценки матрицы направляющих косинусов, рассчитываемой в бесплатформенной инерциальной системе, которая используется на третьем уровне алгоритма и ошибки оценивания которой возрастают при маневрировании ЛА;- inaccuracy in the estimation of the matrix of guide cosines calculated in the strapdown inertial system, which is used at the third level of the algorithm and the estimation errors of which increase during maneuvering of the aircraft;

- накоплением ошибок фильтрации, которое имеет место на втором и третьем уровнях за счет рекуррентной обработки сигналов измерений при неточном учете статистических характеристик используемых измерений в условиях маневрирования ЛА.- accumulation of filtering errors, which takes place at the second and third levels due to the recurrent processing of measurement signals with inaccurate accounting of the statistical characteristics of the measurements used in maneuvering aircraft.

Цель изобретения - повышение точности измерения углов крена, тангажа и курса ЛА в условиях маневрирования.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement of roll angles, pitch and aircraft course in conditions of maneuvering.

Поставленная цель достигается за счет того, что согласно предлагаемому способу измерения угловых положений ЛА, основанному на использовании информации от спутниковой навигационной системы и от датчиков угловых скоростей, измерение угловых положений ЛА производят в соответствии с алгоритмом оценивания, реализуемым в вычислительном устройстве, по информации от приемника СНС, измеряющего составляющие скорости ЛА на север, восток и по высоте, и от трехкоординатных датчиков угловых скоростей (ДУС) и датчиков линейных ускорений (ДЛУ), установленных на борту ЛА, на скользящем интервале времени наблюдения [t0, t0+T+τ], где:This goal is achieved due to the fact that according to the proposed method for measuring the angular positions of the aircraft, based on the use of information from the satellite navigation system and from angular velocity sensors, the measurement of the angular positions of the aircraft is carried out in accordance with the estimation algorithm implemented in the computing device, according to information from the receiver The SNA, which measures the speed components of the aircraft to the north, east, and altitude, and from three-coordinate angular velocity sensors (DLS) and linear acceleration sensors (DLU), is installed claimed on board aircraft, for sliding the observation time interval [t 0, t 0 + T + τ], where:

t0 - начальное время измерений;t 0 is the initial measurement time;

Т - длина отрезка времени однократного наблюдения имерений приемника СНС;T is the length of the time interval of a single observation of the measurements of the SNA receiver;

τ - длина отрезка времени прогноза угловых положений ЛА по отношению к последнему измерению СНС на скользящем интервале времени;τ is the length of the time interval for predicting the angular positions of the aircraft with respect to the last measurement of the SNA on a moving time interval;

t0+T+τ=t - текущий момент реального времени,t 0 + T + τ = t is the current moment of real time,

причем сначала для момента времени t0 по измерениям ДУС, ДЛУ и СНС на отрезке времени [t0, t0+T] производят оценку трех проекций скорости ЛА на оси связанной системы координат и оценку углов тангажа, крена и рысканья путем итерационного решения системы алгебраических уравнений, составляемых по методу функций чувствительности, при решении которой минимизируется среднеквадратическое значение невязки между измерениями скоростей с помощью СНС и оценками скоростей с помощью ДУС И ДЛУ, которые рассчитываются путем решения системы дифференциальных уравнений для производных проекций скорости ЛА на оси связанной системы координат с пересчетом связанных скоростей на оси местной плановой прямоугольной земной системы координат и дифференциальных уравнений для производных углов тангажа, крена и рысканья, а затем для момента времени t по измерениям ДУС и ДЛУ на скользящем интервале времени производят оценку углов тангажа, крена и рысканья путем решения дифференциальных уравнений для производных углов тангажа, крена и рысканья, после чего угол рысканья пересчитывают в угол курса, при сдвиге скользящего интервала в сторону увеличения времени на величину τ измерения угловых положений ЛА в соответствии с алгоритмом оценивания повторяют, оценку углов тангажа, крена и курса производят в каждый дискретный момент реального времени, отличающийся от предыдущего на величину τ.and first, for the time moment t 0 from the measurements of the TLS, DLO and SNA on the time interval [t 0 , t 0 + T], three projections of the aircraft speed on the axis of the associated coordinate system are estimated and the pitch, roll and yaw angles are estimated by iteratively solving the algebraic system equations compiled by the method of sensitivity functions, the solution of which minimizes the root-mean-square value of the discrepancy between the velocity measurements using the SNA and velocity estimates using the TLS and DLU, which are calculated by solving the differential system equations for the derivatives of the projections of the aircraft speed on the axis of the connected coordinate system with recalculation of the associated velocities on the axis of the local planar rectangular earth coordinate system and differential equations for the derivatives of pitch, roll and yaw angles, and then for time t according to the measurements of the TLS and DLO on the moving interval of time, the pitch, roll and yaw angles are estimated by solving differential equations for the derived pitch, roll and yaw angles, after which the yaw angle is converted to the course angle, When the shift interval in a sliding direction of increasing time value τ measuring angular positions of aircraft in accordance with an algorithm of estimation repeated estimation of pitch angle, roll rate, and produce in each discrete real time, which differs from the previous by the amount τ.

При реализации предлагаемого способа косвенного измерения угловых положений ЛА измерения ДУС и ДЛУ выполняются в связанной системе координат ЛА OX1Y1Z1. Приемник СНС принимает сигналы спутников и вычисляет составляющие вектора скорости VN, VE, VH по направлениям на север, на восток и по высоте [Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000, с.56, с.59].When implementing the proposed method for indirect measurement of the angular positions of aircraft, measurements of TLS and DLU are performed in the associated coordinate system of the aircraft OX 1 Y 1 Z 1 . The SNA receiver receives satellite signals and calculates the components of the velocity vector V N , V E , V H in the directions to the north, east and in height [Soloviev Yu.A. Satellite navigation systems. - M .: ECO-TRENDZ, 2000, p. 56, p. 59].

Для всех измерений СНС для одного положения скользящего интервала принимается, что скорости VN, VE, VH приближенно равны скоростям

Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
в местной плановой прямоугольной системе координат OXYZ, в которой ось ОХ направлена на север, ось OZ направлена на восток, а ось OY направлена по местной вертикали вверх. Ошибками приближения можно пренебречь при относительно небольших величинах Т и τ, при которых траекторию полета ЛА можно достаточно точно рассматривать в местной плановой прямоугольной системе координат.For all SNA measurements for one position of the moving interval, it is assumed that the velocities V N , V E , V H are approximately equal to the velocities
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
in the local plan rectangular coordinate system OXYZ, in which the OX axis is directed to the north, the OZ axis is directed to the east, and the OY axis is directed upward in the local vertical. Approximation errors can be neglected for relatively small values of T and τ, at which the flight path of the aircraft can be fairly accurately considered in the local planar rectangular coordinate system.

Обозначим а - вектор, содержащий три составляющих скорости ЛА в связанной системе координат и три угла ориентации ЛА:Denote a is a vector containing three components of the speed of the aircraft in a connected coordinate system and three angles of orientation of the aircraft:

Figure 00000004
Figure 00000004

здесь индексом Т обозначена операция транспонирования;here the index T denotes the transposition operation;

Vx,Vy,Vz - проекции скорости ЛА на оси связанной системы координат;V x , V y , V z - projection of the speed of the aircraft on the axis of the associated coordinate system;

ϑ, γ, ψ - углы тангажа, крена и рысканья соответственно.ϑ, γ, ψ are the pitch, roll, and yaw angles, respectively.

Алгоритм оценивания является итерационным и имеет вид:The estimation algorithm is iterative and has the form:

Шаг 1. Задается начальный номер итераций k=1 и начальное приближение вектора ak-1(t0)=a0(t0), в котором используется одно условие, заключающееся в том, что скорость ЛА по продольной оси связанной системы координат не равна нулю:Step 1. The initial number of iterations k = 1 and the initial approximation of the vector a k-1 (t 0 ) = a 0 (t 0 ) are specified, in which one condition is used, namely that the speed of the aircraft along the longitudinal axis of the associated coordinate system is not equal to zero:

Figure 00000005
Figure 00000005

здесь Vx0 - априорное значение оценки составляющей скорости Vx в связанной системе координат, которое определяется типом ЛА.here V x0 is the a priori value of the estimation of the velocity component V x in the coupled coordinate system, which is determined by the type of aircraft.

Шаг 2. Начало цикла из N итераций, в котором решаются шаги 2-7 алгоритма. Выполняется интегрирование системы дифференциальных уравнений 6-го порядка на отрезке времени [t0, t0+T], которая состоит из двух систем уравнений 3-го порядка:Step 2. Start a cycle of N iterations, in which steps 2-7 of the algorithm are solved. The integration of a system of differential equations of the 6th order on the time interval [t 0 , t 0 + T], which consists of two systems of equations of the 3rd order:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

В правые части систем уравнений (1), (2) подставляются измерения перегрузок nх, nу, nz, которые являются сигналами ДЛУ в единицах g, и измерения угловых скоростей, которые являются сигналами ДУС. Система уравнений (1) следует из известного факта о том, что сигнал ДЛУ равен проекции на его измерительную ось разности абсолютного ускорения точки установки датчика и ускорения земного притяжения [Белоцерковский С.М. и др. Введение в аэроавтоупругость. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1980, с.109].The right-hand sides of the systems of equations (1), (2) are substituted with measurements of the overloads n x , n y , n z , which are signals of the DLU in units of g, and measurements of angular velocities, which are signals of the SLD. The system of equations (1) follows from the well-known fact that the DLU signal is equal to the projection on its measuring axis of the difference between the absolute acceleration of the sensor installation point and the acceleration of gravity [Belotserkovsky S.М. et al. Introduction to aeroelasticity. - M .: Science. Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1980, p. 109].

В системе уравнений (1) имеем:In the system of equations (1) we have:

Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
- проекции вектора абсолютной скорости на связанные оси OX1, OY1, OZ1;
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
- projections of the absolute velocity vector on the associated axes OX 1 , OY 1 , OZ 1 ;

(-g sinϑ), (-g cosϑ cosγ), (g cosϑ sinγ) - проекции ускорения земного притяжения на связанные оси OX1, OY1, OZ1.(-g sinϑ), (-g cosϑ cosγ), (g cosϑ sinγ) are the projections of the acceleration of gravity on the connected axes OX 1 , OY 1 , OZ 1 .

Система уравнений (2) содержит известные уравнения для производных углов тангажа, крена и рысканья [Красовский А.А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973, с.27].The system of equations (2) contains the known equations for the derivatives of the pitch, roll and yaw angles [Krasovsky A.A. Automatic flight control systems and their analytical design. - M .: Science. Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1973, p.27].

Решение дифференциальных уравнений (1), (2) выполняется с начальными условиями:The solution of differential equations (1), (2) is performed with the initial conditions:

Figure 00000015
Figure 00000015

Шаг 3. Вычисляется вектор-столбец оценок измерений СНС по измерениям ДУС, ДЛУStep 3. A column vector is calculated for the estimates of SNA measurements from the TLS, DLU measurements

Figure 00000016
Figure 00000016

где VNT, VET, VHT - векторы-строки оценок составляющих земной скорости на север, восток и по высоте.where V NT , V ET , V HT are row vectors of estimates of the components of the earth's speed to the north, east, and in height.

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

где:

Figure 00000020
Where:
Figure 00000020

Размерность векторов-строк VNT, VET, VHT равна числу NCHC измерений СНС на отрезке времени [t0, t0+T].The dimension of row vectors V NT , V ET , V HT is equal to the number N CHC of SNA measurements in the time interval [t 0 , t 0 + T].

Здесь ТCHC - дискретность измерений СНС;Here T CHC - discreteness of measurements of the SNA;

NCHC - число отсчетов измерений СНС на отрезке времени [t0, t0+T];N CHC - the number of samples of measurements of the SNA in the time interval [t 0 , t 0 + T];

A=[e]ij - матрица направляющих косинусов, размерности (3,3), описывающая переход от связанной к местной плановой земной системе координат, элементы которой вычисляются с помощью оценок углов тангажа, крена и рысканья, полученных при решении системы уравнений (1), (2) с помощью известных соотношений [Красовский А.А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973, с.26]:A = [e] ij is the matrix of directional cosines, dimension (3.3), which describes the transition from a connected to a local planned earth coordinate system, the elements of which are calculated using estimates of pitch, roll and yaw angles obtained by solving the system of equations (1) , (2) using known relations [Krasovsky A.A. Automatic flight control systems and their analytical design. - M .: Science. Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1973, p.26]:

Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000021
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000024
Figure 00000023
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000026
Figure 00000027
Figure 00000025
Figure 00000026
Figure 00000027

Figure 00000028
Figure 00000028

Figure 00000029
Figure 00000029

Шаг 4. Вычисляется матрица F размерности (3·NCHC, 6) функций чувствительности измерений СНС к приращениям компонент вектора ak-1(t0).Step 4. The matrix F of dimension (3 · N CHC , 6) of the sensitivity functions of the SNA measurements to the increments of the components of the vector a k-1 (t 0 ) is calculated.

Для этого система уравнений (1) решается 6 раз, с разными начальными условиями, равными:For this, the system of equations (1) is solved 6 times, with different initial conditions equal to:

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000031
Figure 00000031

Figure 00000032
Figure 00000032

Figure 00000033
Figure 00000033

Figure 00000034
Figure 00000034

Figure 00000035
Figure 00000035

Здесь ΔVx, ΔVу, ΔVz, Δυ, Δγ, Δψ - задаваемые фиксированные малые приращения.Here ΔV x , ΔV y , ΔV z , Δυ, Δγ, Δψ are given fixed small increments.

Из полученных 6 решений системы (1) формируется 6 векторов-столбцов вида:From the obtained 6 solutions of system (1), 6 column vectors of the form are formed:

Figure 00000036
Figure 00000036

Figure 00000037
Figure 00000037

Figure 00000038
Figure 00000038

где векторы-столбцы: zT1,k-1, zT2,k-1, zT3,k-1, zT4,k-1, zT5,k-1, zT6,k-1 формируются аналогично тому, как это описано соотношениями (4), (5), (6).where the column vectors: z T1, k-1 , z T2, k-1 , z T3, k-1 , z T4, k-1 , z T5, k-1 , z T6, k-1 are formed in the same way as described by relations (4), (5), (6).

Формируется матрица функций чувствительности F, которая является матрицей частных производных, которые приближенно заменяются отношением приращений:A matrix of sensitivity functions F is formed, which is a matrix of partial derivatives, which are approximately replaced by the ratio of increments:

Figure 00000039
Figure 00000039

Здесь Δa(t0) - вектор фиксированных малых приращений, задаваемых для приближенного вычисления частных производных. Подробнее:Here Δa (t 0 ) is the vector of fixed small increments specified for the approximate calculation of partial derivatives. More details:

Figure 00000040
Figure 00000040

Матрица F содержит 6 столбцов, каждый из которых имеет (3·NCHC) строк.Matrix F contains 6 columns, each of which has (3 · N CHC ) rows.

Шаг 5. Составляется и решается переопределенная система линейных алгебраических уравнений вида:Step 5. An overdetermined system of linear algebraic equations of the form is compiled and solved:

Figure 00000041
Figure 00000041

которая следует из метода параметрической идентификации на основе функций чувствительности [Справочник по теории автоматического управления. Под ред. А.А.Красовского. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987].which follows from the method of parametric identification based on sensitivity functions [Reference on the theory of automatic control. Ed. A.A. Krasovsky. - M .: Science. Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1987].

Здесь Δak(t0) - вектор искомых приращений относительно приближения ak-1(t0);Here Δa k (t 0 ) is the vector of the desired increments relative to the approximation a k-1 (t 0 );

zT - вектор измерений земной скорости ЛА с помощью СНС;z T is the vector of measurements of the ground speed of the aircraft using SNA;

ZT,k-1 - вектор оценок измерений земной скорости, вычисленный на шаге 3;Z T, k-1 is the vector of estimates of the measurements of the earth's speed, calculated in step 3;

F - матрица функций чувствительности.F is the matrix of sensitivity functions.

Разность ZT - ZT,k-1 является вектором невязок между измерениями скоростей с помощью СНС и оценками этих измерений, получаемыми с помощью ДУС и ДЛУ.The difference Z T - Z T, k-1 is the residual vector between the velocity measurements using the SNA and the estimates of these measurements obtained using the TLS and DLU.

Система уравнений (9) состоит из 3·NCHC уравнений и имеет 6 неизвестных, которыми являются приращения компонент вектора Δak(t0).System of equations (9) consists of 3 · N CHC equations and has 6 unknowns, which are increments of the components of the vector Δa k (t 0 ).

Система линейных алгебраических уравнений (9) решается методом наименьших квадратовThe system of linear algebraic equations (9) is solved by the least squares method

Figure 00000042
Figure 00000042

либо решается любым другим известным методом решения алгебраических уравнений, что не является принципиальным. Решение существует, если матрица (FТF) не вырождена. Число уравнений в системе уравнений (9) должно быть не менее шести. При решении определяются приращения Δak(t0), которые минимизируют среднеквадратическое значение невязки.or is solved by any other known method of solving algebraic equations, which is not fundamental. A solution exists if the matrix (F T F) is not degenerate. The number of equations in the system of equations (9) must be at least six. When solving, the increments Δa k (t 0 ) are determined, which minimize the mean-square value of the residual.

Шаг 6. Выполняется замена значений вектора начальных условий на его очередное приближение в указанном соответствии с методом функций чувствительности:Step 6. The values of the vector of initial conditions are replaced by its next approximation in the indicated correspondence with the method of sensitivity functions:

Figure 00000043
Figure 00000043

Шаг 7. Выполняется проверка числа выполненных итераций. Если оно меньше N, то выполняется увеличение счетчика числа итераций k:=k+1 и переход к шагу 2. Если число итераций равно N, то принимается, что найдена оценка вектора а для момента t0, запаздывающего относительно реального времени t на величину Т+τ.Step 7. The number of iterations performed is checked. If it is less than N, then the counter of the number of iterations k: = k + 1 is increased and proceeds to step 2. If the number of iterations is N, then it is assumed that the estimate of the vector a is found for the moment t 0 , which is delayed relative to real time t by T + τ.

Figure 00000044
Figure 00000044

Шаг 8. Выполняется интегрирование системы дифференциальных уравнений (2) 3-го порядка на отрезке времени [t0, t0+T+τ] с начальными условиямиStep 8. The system of 3rd order differential equations (2) is integrated on the time interval [t 0 , t 0 + T + τ] with the initial conditions

Figure 00000045
Figure 00000045

при подстановке в нее измерений nх, nу, nz, ωх, ωу, ωz от датчиков ДУС и ДЛУ.when substituting into it the measurements of n x , n y , n z , ω x , ω y , ω z from the sensors of the TLS and DLU.

В результате производится оценка углов крена, тангажа и рысканья для момента реального времени t=t0+T+τ.As a result, the roll, pitch and yaw angles are estimated for the instant t = t 0 + T + τ.

Шаг 9. Вычисляется угол курса, который однозначно связан с рысканьем и с учетом принятого направления оси ОХ земной системы координат на север равен 2π-ψ.Step 9. The angle of the course is calculated, which is uniquely associated with yaw and, taking into account the accepted direction of the axis of the OX of the earth's coordinate system to the north, is 2π-ψ.

Условием решения алгоритма является обеспечение не вырожденности системы уравнений (9), для чего требуется не менее двух отсчетов измерений СНС за время Т.The condition for solving the algorithm is to ensure that the system of equations (9) is not degenerate, which requires at least two samples of SNA measurements for time T.

Так как каждое измерение СНС содержит 3 составляющих скорости VN, VE, VH, то при двух отсчетах измерений СНС имеется 6 скалярных измерений составляющих скорости, равное числу неизвестных в системе уравнений (9).Since each SNA measurement contains 3 velocity components V N , V E , V H , for two samples of SNA measurements, there are 6 scalar measurements of velocity components, equal to the number of unknowns in the system of equations (9).

Конкретные значения параметров Т, τ, N определяются путем моделирования ошибок и проверяются по экспериментальным данным.The specific values of the parameters T, τ, N are determined by modeling errors and verified by experimental data.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить косвенное измерение угловых положений ЛА с повышенной точностью в условиях маневрирования.Thus, the proposed method allows for indirect measurement of the angular positions of the aircraft with increased accuracy in terms of maneuvering.

Повышение точности оценивания угловых положений ЛА достигается за счет:Improving the accuracy of estimating the angular positions of the aircraft is achieved by:

- согласования совокупности измерений проекций скорости ЛА с помощью СНС на скользящем интервале времени с совокупностью проекций скорости ЛА, которые рассчитываются по измерениям ДУС и ДЛУ;- coordination of the set of measurements of the projections of the speed of the aircraft using the SNA on a moving time interval with the set of projections of the speed of the aircraft, which are calculated from the measurements of the TLS and DLA;

- исключения накапливания ошибок оценивания за счет использования конечной совокупности измерений для однократного определения углов ориентации и отказа от процедур рекуррентной обработки типа фильтра Калмана, обладающих этим недостатком;- elimination of the accumulation of estimation errors due to the use of a finite set of measurements for a single determination of orientation angles and rejection of recurrent processing procedures such as a Kalman filter with this drawback;

- применения вычислительных процедур, не использующих статистические характеристики измерений, и, таким образом, исключения влияния ошибок задания априорных статистик ошибок измерений.- the use of computational procedures that do not use the statistical characteristics of measurements, and, thus, eliminating the influence of errors in setting a priori statistics of measurement errors.

Claims (1)

Способ измерения угловых положений летательного аппарата (ЛА), основанный на использовании информации от спутниковой навигационной системы (СНС) и от датчиков угловых скоростей, отличающийся тем, что измерение угловых положений ЛА производят в соответствии с алгоритмом оценивания, реализуемым в вычислительном устройстве, по информации от приемника СНС, измеряющего составляющие скорости ЛА на север, восток и по высоте, и от трехкоординатных датчиков угловых скоростей (ДУС) и датчиков линейных ускорений (ДЛУ), установленных на борту ЛА, на скользящем интервале времени наблюдения [t0, t0+Т+τ],A method of measuring the angular positions of an aircraft (LA), based on the use of information from a satellite navigation system (SNA) and from angular velocity sensors, characterized in that the measurement of the angular positions of the aircraft is carried out in accordance with an estimation algorithm implemented in a computing device, according to information from SNA receiver, which measures the speed components of the aircraft to the north, east and in height, and from three-coordinate angular velocity sensors (DLS) and linear acceleration sensors (DLU) installed on board the aircraft, the moving observation time interval [t 0 , t 0 + T + τ], где t0 - начальное время измерений;where t 0 is the initial measurement time; Т - длина отрезка времени однократного наблюдения измерений приемника СНС;T is the length of the time interval of a single observation of the measurements of the SNA receiver; τ - длина отрезка времени прогноза угловых положений ЛА по отношению к последнему измерению СНС на скользящем интервале времени;τ is the length of the time interval for predicting the angular positions of the aircraft with respect to the last measurement of the SNA on a moving time interval; t0+T+τ=t - текущий момент реального времени,t 0 + T + τ = t is the current moment of real time, причем для момента времени to по измерениям ДУС, ДЛУ и СНС на отрезке времени [t0, t0+Т] производят оценку трех проекций скорости ЛА на оси связанной системы координат и оценку углов тангажа, крена и рысканья путем итерационного решения системы алгебраических уравнений, составляемых по методу функций чувствительности, при решении которой минимизируется среднеквадратическое значение невязки между измерениями скоростей с помощью СНС и оценками скоростей с помощью ДУС и ДЛУ, которые рассчитываются путем решения системы дифференциальных уравнений для производных проекций скорости ЛА на оси связанной системы координат с пересчетом связанных скоростей на оси местной плановой прямоугольной земной системы координат и дифференциальных уравнений для производных углов тангажа, крена и рысканья, а затем для момента времени t по измерениям ДУС и ДЛУ на скользящем интервале времени производят оценку углов тангажа, крена и рысканья путем решения дифференциальных уравнений для производных углов тангажа, крена и рысканья, после чего угол рысканья пересчитывают в угол курса, при сдвиге скользящего интервала в сторону увеличения времени на величину τ измерения угловых положений ЛА в соответствии с алгоритмом оценивания повторяют, оценку углов тангажа, крена и курса производят в каждый дискретный момент реального времени, отличающийся от предыдущего на величину τ.moreover, for the time point t o according to measurements of the TLS, DLU and SNA on the time interval [t 0 , t 0 + T], three projections of the aircraft speed on the axis of the associated coordinate system are estimated and the pitch, roll and yaw angles are estimated by iteratively solving the system of algebraic equations compiled by the method of sensitivity functions, the solution of which minimizes the root-mean-square value of the discrepancy between velocity measurements using the SNA and velocity estimates using the TLS and DLU, which are calculated by solving the system of differential equations Aviation for Derivative Projections of the Aircraft Speed on the Axis of a Linked Coordinate System with Recalculation of Associated Velocities on the Axis of a Local Planar Rectangular Earth Coordinate System and Differential Equations for Derivatives of Pitch, Roll and Yaw Angles, and then for Time t by Measurement of TLS and DLA on a Moving Time Interval the pitch, roll and yaw angles are estimated by solving the differential equations for the derivatives of pitch, roll and yaw, after which the yaw angle is converted to the angle of the course, when shifting the moving interval in the direction of increasing time by the value of τ, the measurements of the angular positions of the aircraft in accordance with the estimation algorithm are repeated, the pitch, roll and course angles are estimated at each discrete real-time moment that differs from the previous one by the value of τ.
RU2004118110/28A 2004-06-16 2004-06-16 Method for measurement of flight vehicle attitudes RU2256154C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118110/28A RU2256154C1 (en) 2004-06-16 2004-06-16 Method for measurement of flight vehicle attitudes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004118110/28A RU2256154C1 (en) 2004-06-16 2004-06-16 Method for measurement of flight vehicle attitudes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2256154C1 true RU2256154C1 (en) 2005-07-10

Family

ID=35838460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004118110/28A RU2256154C1 (en) 2004-06-16 2004-06-16 Method for measurement of flight vehicle attitudes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2256154C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589495C1 (en) * 2015-05-08 2016-07-10 Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") Method of determining spatial orientation angles of aircraft and device therefor
RU2594631C1 (en) * 2015-05-08 2016-08-20 Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") Method of determining spatial orientation angles of aircraft and device therefor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ДЖАНДЖГАВА Г.И. и др. Интегрированная первичная обработка информации в бесплатформенных инерциально-спутниковых системах ориентации и навигации. Материалы 4-й международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб, 1997, с.52-58. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589495C1 (en) * 2015-05-08 2016-07-10 Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") Method of determining spatial orientation angles of aircraft and device therefor
RU2594631C1 (en) * 2015-05-08 2016-08-20 Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") Method of determining spatial orientation angles of aircraft and device therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108226980B (en) Differential GNSS and INS self-adaptive tightly-coupled navigation method based on inertial measurement unit
Wu et al. Velocity/position integration formula part I: Application to in-flight coarse alignment
CN103913181B (en) A kind of airborne distributed POS Transfer Alignments based on parameter identification
RU2395061C1 (en) Method to determine position of movable objects and integrated navigation system to this end
US20170299729A1 (en) Position estimation system and estimation method
WO2004063669A2 (en) Attitude change kalman filter measurement apparatus and method
CN105241456B (en) Scout missile high-precision integrated navigation method
KR100443550B1 (en) IMU-GPS Integrated System including error correction system, Method for reducing search space of integer ambiguity, Method for detecting Cycle slip, and position, velocity, attitude determination Method using the same
CN102116634A (en) Autonomous dimensionality reduction navigation method for deep sky object (DSO) landing detector
CN110849360B (en) Distributed relative navigation method for multi-machine collaborative formation flight
CN112146655A (en) Elastic model design method for BeiDou/SINS tight integrated navigation system
US9243914B2 (en) Correction of navigation position estimate based on the geometry of passively measured and estimated bearings to near earth objects (NEOS)
Yoo et al. Improvement of TERCOM aided inertial navigation system by velocity correction
RU2539140C1 (en) Integrated strapdown system of navigation of average accuracy for unmanned aerial vehicle
CN103674064A (en) Initial calibration method of strapdown inertial navigation system
Mahmoud et al. Integrated INS/GPS navigation system
Veremeenko et al. In-flight alignment of a strapdown inertial navigation system of an unmanned aerial vehicle
RU2256154C1 (en) Method for measurement of flight vehicle attitudes
RU2607305C1 (en) Method of determining and compensating deviation of magnetometric sensors and device for its implementation
RU2697859C1 (en) Method for determining location of a ground mobile object
IL136566A (en) Method for transfer alignment of an inertial measurement unit in the presence of unknown aircraft measurements delays
RU2589495C1 (en) Method of determining spatial orientation angles of aircraft and device therefor
JP7201219B2 (en) Positioning device, velocity measuring device, and program
RU2539131C1 (en) Strapdown integrated navigation system of average accuracy for mobile onshore objects
Krasil’shchikov et al. High accuracy positioning of phase center of multifunction airborne radar antenna