RU2375679C2 - Inertial-satellite navigation, orientation and stabilisation system - Google Patents

Inertial-satellite navigation, orientation and stabilisation system Download PDF

Info

Publication number
RU2375679C2
RU2375679C2 RU2008104473/28A RU2008104473A RU2375679C2 RU 2375679 C2 RU2375679 C2 RU 2375679C2 RU 2008104473/28 A RU2008104473/28 A RU 2008104473/28A RU 2008104473 A RU2008104473 A RU 2008104473A RU 2375679 C2 RU2375679 C2 RU 2375679C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
navigation
outputs
inertial
orientation
platform
Prior art date
Application number
RU2008104473/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008104473A (en
Inventor
Сергей Петрович Алексеев (RU)
Сергей Петрович Алексеев
Владимир Иванович Резниченко (RU)
Владимир Иванович Резниченко
Павел Иванович Малеев (RU)
Павел Иванович Малеев
Артем Анатольевич Якушев (RU)
Артем Анатольевич Якушев
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации"
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 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации"
Priority to RU2008104473/28A priority Critical patent/RU2375679C2/en
Publication of RU2008104473A publication Critical patent/RU2008104473A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2375679C2 publication Critical patent/RU2375679C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics; navigation.
SUBSTANCE: invention relates to navigation satellite corrected inertial navigation and gyrostabilisation systems for sea objects and can be used on ships and other vessels in a wide range of navigating conditions. The inertial-satellite navigation, orientation and stabilisation system has a gyrostabilised platform in a triaxial cardan suspension with angle sensors, on which are mounted three rate integrating gyroscopes and three accelerometres, digital device, corrector, where outputs of the angle sensors for rotation of the rings of the cardan suspension and outputs of the accelerometres of the gyrostabilised platform are connected to inputs of the digital device, one of the outputs of which is connected to the input of the gyrostabilised platform, and the other to the corrector. The inertial-satellite navigation system is fitted with a control console which generates system control signals, and the system is also fitted with an accelerated correction unit, the input of which receives current values of coordinates of navigation satellites used, generated by the satellite receiving device and current device values of parametres of orientation of the gyrostabilised platform, a channel switch for standard and accelerated correction, where outputs of the correctors are connected to inputs of the switch, outputs of which are connected to the digital device.
EFFECT: determination of course error from coordinate data of only two satellites of a satellite navigation system and current device parametres of orientation of an object, generated by an inertial navigation system.
4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области корректируемых по навигационным спутникам инерциальных систем навигации и гиростабилизации для морских объектов и может быть использовано на кораблях и судах в широком диапазоне условий плавания. При этом инерциальные системы обеспечивают решение задач определения координат места, курса и скорости морского объекта, а также решение задач ориентации и стабилизации бортовых приборов, комплексов оружия и выработки динамических параметров движения корабля. Спутниковые средства обеспечивают периодическую коррекцию инерциальной навигационной системы (ИНС).The invention relates to the field of inertial navigation and gyro stabilization systems corrected for navigation satellites for marine objects and can be used on ships and vessels in a wide range of sailing conditions. At the same time, inertial systems provide the solution of the problem of determining the coordinates of the place, course and speed of a marine object, as well as the solution of the problems of orientation and stabilization of on-board devices, weapon systems and the generation of dynamic parameters of the ship’s movement. Satellite facilities provide periodic correction of the inertial navigation system (ANN).

В настоящее время известны и прошли испытания отечественные комплектации корректируемых ИНС [1], обязательным свойством которых является необходимость использования информации спутниковых навигационных средств (СНС).At present, domestic configurations of corrected ANNs are known and tested [1], the mandatory property of which is the need to use information from satellite navigation aids (SNA).

Известна также морская единая система инерциальной навигации и стабилизации (СИНС «Ладога - М») [2], принятая в качестве прототипа. Система предназначена для выработки полного спектра выходных параметров, необходимых как для решения навигационных задач, так и для информационного обеспечения корабельных комплексов противовоздушной обороны, противолодочного и управляемого ракетного оружия.Also known marine unified system of inertial navigation and stabilization (SINS "Ladoga - M") [2], adopted as a prototype. The system is designed to develop a full range of output parameters necessary both for solving navigation problems and for information support of shipboard air defense systems, anti-submarine and guided missile weapons.

Разработка системы «Ладога - М» завершена в 1999 г., система прошла испытания в полном объеме.The development of the Ladoga-M system was completed in 1999, the system was fully tested.

Система-прототип представлена блок-схемой на фиг.1.The prototype system is represented by a block diagram in figure 1.

СИНС «Ладога - М» вырабатывает и выдает следующую информацию:SINS "Ladoga - M" produces and issues the following information:

- географические координаты места - широту и долготу;- geographical coordinates of the place - latitude and longitude;

- курс географический в плоскости горизонта;- geographic course in the horizon;

- углы бортовой качки, измеренные в плоскости шпангоута, и углы килевой качки, измеренные в вертикальной плоскости;- pitching angles measured in the frame plane and pitching angles measured in the vertical plane;

- угловые скорости бортовой и килевой качки и изменения курса;- angular speeds of rolling and pitching and course changes;

- две составляющие линейной скорости движения корабля относительно грунта в географической системе координат;- two components of the linear velocity of the ship relative to the ground in a geographical coordinate system;

- три составляющие мгновенной скорости движения корабля в географической системе координат, вызванные качкой и орбитальным движением корабля в месте установки гироприбора;- three components of the instantaneous speed of the ship in the geographical coordinate system, caused by the rolling and orbital motion of the ship at the installation site of the gyro;

- три составляющие линейного перемещения корабля в географической системе координат, вызванного качкой и орбитальным движением корабля в месте установки гироприбора;- three components of the linear movement of the ship in the geographical coordinate system caused by the rolling and orbital movement of the ship at the installation site of the gyrometer;

- суммарный угол наклона палубы.- total angle of inclination of the deck.

В системе реализован классический алгоритм ИНС полуаналитического типа с коррекцией.The system implements the classical semi-analytical type ANN algorithm with correction.

В состав системы входят: ГП - гироприбор (1), ТС - прибор термостабилизации (2), УМТ - усилитель мощности термостабилизации (3), ПЦ - прибор цифровой (4), ПУ - прибор управления (5), Б-41 - ЭВМ «Багет - 41» (6).The system includes: GP - gyrometer (1), TS - thermostabilization device (2), UMT - thermostabilization power amplifier (3), PC - digital device (4), PU - control device (5), B-41 - computer “Baguette - 41” (6).

Система функционирует следующим образом. Из ГП в ПЦ через аналого-цифровые преобразователи поступают три составляющие ускорения (Wx, Wy, Wz), углы качки и азимутальный угол (θk, ψ, A), а из ПЦ в ГП подаются управляющие сигналы The system operates as follows. Three acceleration components (W x , W y , W z ), pitching angles and azimuth angle (θ k , ψ, A) come from the GP to the PC through analog-to-digital converters, and control signals are sent from the PC to the GP

x, Ωy, Ωz).x , Ω y , Ω z ).

Коррекция СИНС осуществляется путем выработки корректирующей информации навигационных данных (ΔНД) алгоритмами ЭВМ Б-41 (6) по данным ПЦ (4) НД и приемной аппаратуры спутниковой навигационной системы (СНС), вырабатывающей информацию о координатах и скорости Vc.SINS correction is carried out by generating corrective information for navigation data (ΔND) by computer algorithms B-41 (6) according to the data of the PC (4) ND and receiving equipment of the satellite navigation system (SNA), which generates information on coordinates and speed V c .

В систему поступает следующая внешняя информация:The system receives the following external information:

- скорость от лага Vл,- speed from the lag V l ,

- грубый курс от гирокомпаса Ко,- a rough course from the gyrocompass To about ,

- координаты φc, λc, скорость Vс и путевой угол от приемника СНС.- coordinates φ c , λ c , speed V s and track angle from the SNA receiver.

Система имеет два рабочих режима:The system has two operating modes:

- корректируемый режим (КР),- adjustable mode (KR),

- автономный режим (АР).- offline mode (AR).

В каждом запуске системы производится ее калибровка, которая продолжается от 6 до 8 часов (в зависимости от условий эксплуатации). Калибровка требует поступления внешних позиционных и скоростных данных. Для КР используется информация от приемника СНС и лага, а в АР - только от лага.At each startup of the system, it is calibrated, which lasts from 6 to 8 hours (depending on operating conditions). Calibration requires the receipt of external positional and speed data. For KR, information from the SNA receiver and lag is used, and in the AR, only from the lag.

Несмотря на высокие характеристики функционирования системы, показанные в процессе испытаний, нельзя не отметить и ее существенные недостатки, касающиеся взаимодействия СИНС «Ладога - М» и средств коррекции.Despite the high characteristics of the functioning of the system shown during the tests, it is impossible not to note its significant drawbacks regarding the interaction of SINS "Ladoga - M" and correction tools.

Будучи неавтономной радиотехнической навигационной системой СНС показала себя зависимой от множества внешних факторов, влияющих на эффективность функционирования ее составных частей. К этим факторам относятся: количественный состав и состояние орбитальной группировки космических аппаратов (ОГ КА), функционирование наземного комплекса управления (НКУ), работа бортовой аппаратуры потребителей (АП). Кроме того, влиянию подвергаются каналы передачи информации СНС. Все перечисленные и другие возмущающие воздействия приводят к ухудшению характеристик функционирования системы коррекции и трудностям реализации корректируемого режима работы СИНС.Being a non-autonomous radio engineering navigation system, the SNA has shown itself to be dependent on many external factors affecting the functioning of its components. These factors include: the quantitative composition and condition of the orbital constellation of spacecraft (OG KA), the functioning of the ground control complex (GCC), the operation of on-board equipment of consumers (AP). In addition, SNA information transmission channels are affected. All of these and other disturbing effects lead to a deterioration in the performance of the correction system and the difficulties in implementing the corrected SINS operation mode.

В нормальном состоянии СНС содержит ОГ из 21-24 КА, равномерно распределенных в околоземном пространстве. Согласно требованиям Международной Морской Организации действующая система должна обладать определенными свойствами. Основными эксплуатационными свойствами СНС являются доступность и целостность. Согласно требованиям глобальная СНС в штатном режиме функционирования должна обеспечивать доступность >99,8% в течение 30 суток, а целостность системы должна быть <10 с. В современных реальных условиях функционирования СНС ГЛОНАСС система коррекции не обеспечивает нормальную работу СИНС «Ладога - М» в корректируемом режиме и побуждает к совершенствованию аппаратуры и структуры взаимодействия навигационных средств.In the normal state, the SNA contains exhaust gases from 21-24 spacecraft uniformly distributed in the near-Earth space. According to the requirements of the International Maritime Organization, the current system must have certain properties. The main operational features of the SNA are availability and integrity. According to the requirements, the global SNA in the normal mode of operation should provide availability> 99.8% for 30 days, and the integrity of the system should be <10 s. In modern real operating conditions of the GLONASS SNA, the correction system does not ensure the normal operation of the Ladoga-M SINS in the corrected mode and encourages the improvement of the equipment and structure of the navigation aids interaction.

Среди задач, решаемых СИНС, имеется задача информационного обеспечения корабельных комплексов противолодочного и управляемого ракетного оружия. Использование оружия не ограничивается определенными регионами и может применяться в любом месте и в любое время. По данным СИНС о координатах и курсе корабля осуществляется целеуказание и пуск ракет. Необходимым условием выполнения поставленной задачи являются максимальная точность и скрытность проведения операции. Штатный режим использования СИНС для информационного обеспечения ракетного оружия сопровождается необходимостью длительного сеанса обсервации по сигналам СНС и опасностью быть обнаруженным средствами наблюдения противника. Сокращение длительности сеанса обсервации приводит к снижению точности выработки данных курсоуказания.Among the tasks solved by SINS, there is the task of information support of ship systems of anti-submarine and guided missile weapons. The use of weapons is not limited to certain regions and can be used anywhere and anytime. According to SINS on the coordinates and course of the ship, target designation and missile launch are carried out. A necessary condition for the implementation of the task are the maximum accuracy and stealth operation. The regular use of SINS for information support of missile weapons is accompanied by the need for a long observation session based on SNA signals and the danger of being detected by enemy observation means. Reducing the duration of the observation session leads to a decrease in the accuracy of the generation of heading data.

Техническое решение задачи минимизации интервала времени подготовки пуска ракет и повышения точности целеуказания состоит в реализации представленного ниже способа определения поправки курса по данным о координатах только двух спутников СНС и текущих приборных значений параметров ориентации объекта, вырабатываемых ИНС. Реализация способа обеспечивает как разовое, так и непрерывное определение с высокой точностью поправки курса в реальном времени в любом районе плавания, включая высокоширотные районы Земли.The technical solution to the problem of minimizing the time interval for preparation for launching missiles and increasing the accuracy of target designation consists in implementing the method for determining the course correction based on the coordinates of only two SNA satellites and the current instrumental values of the object orientation parameters generated by the ANN. The implementation of the method provides both one-time and continuous determination with high accuracy of the course correction in real time in any navigation area, including high-latitude areas of the Earth.

В настоящее время для определения курса и углов качки объекта по сигналам среднеорбитных навигационных спутников используют в основном фазовый метод. Этот метод базируется на применении разнесенных приемных антенн, фиксированных относительно корпуса подвижного объекта, с последующим измерением и преобразованием разностей фаз принимаемых сигналов.Currently, the phase method is mainly used to determine the course and pitching angles of an object from the signals of mid-orbit navigation satellites. This method is based on the use of diversity receiving antennas fixed relative to the body of a moving object, followed by measurement and conversion of the phase differences of the received signals.

Однако реализация фазового метода на морских объектах сопряжена с определенными трудностями. В работе [3] отмечается, что при определении ориентации объекта по данным фазовых измерений используют интерферометры с базой, достигающей нескольких метров. В то же время реальные фазоизмерительные устройства имеют диапазон однозначных измерений в пределах одной длины волны. Это порождает проблему неоднозначности решений при измерении разности фаз сигналов, принимаемых на разнесенные антенны. Кроме того, за счет неидентичности высокочастотных каналов аппаратуры возникают систематические погрешности измерений, которые необходимо учитывать при решении навигационной задачи.However, the implementation of the phase method at offshore facilities is associated with certain difficulties. In [3], it is noted that when determining the orientation of an object according to phase measurements, interferometers with a base reaching several meters are used. At the same time, real phase measuring devices have a range of unambiguous measurements within the same wavelength. This gives rise to a problem of ambiguity of decisions when measuring the phase difference of signals received at diversity antennas. In addition, due to the non-identity of the high-frequency channels of the equipment, systematic measurement errors arise, which must be taken into account when solving the navigation problem.

Попытки практической реализации фазового метода на морских подвижных объектах не дают оснований для излишнего оптимизма. Реализуемая точность определения параметров ориентации объекта часто не удовлетворяет заданным требованиям [4]. Причинами снижения точности работы аппаратуры, кроме того, являются погрешности юстировки протяженных антенных систем на корабле, нежесткость элементов конструкции объекта, многолучевость распространения сигналов.Attempts at the practical implementation of the phase method on marine moving objects do not give grounds for excessive optimism. The realized accuracy of determining the orientation parameters of the object often does not satisfy the given requirements [4]. The reasons for reducing the accuracy of the equipment, in addition, are the errors of alignment of extended antenna systems on the ship, the rigidity of the structural elements of the object, the multipath propagation of signals.

Для решения задач определения параметров ориентации объекта нами предлагается использовать данные о координатах навигационных спутников, используемых для обсервации (фиг.2).To solve the problem of determining the orientation parameters of the object, we propose to use data on the coordinates of the navigation satellites used for observation (figure 2).

Использование данных о координатах спутников СНС для определения ориентации объекта возможно, если известна связь углов ψ, υ, γ с данными, полученными в процессе обсервации. Такая связь выявляется при рассмотрении выражений для проекций векторов визирования КА на оси трехгранников Мξηζ и Mxyz (фиг.2). В рассматриваемом случае эти выражения соответствуют матричной зависимостиThe use of data on the coordinates of the SNA satellites to determine the orientation of an object is possible if the relationship between the angles ψ, υ, γ is known with the data obtained during the observation. Such a relationship is revealed when considering the expressions for the projections of the sighting vectors of the spacecraft on the axis of the trihedra Mξηζ and Mxyz (figure 2). In the case under consideration, these expressions correspond to the matrix dependence

Figure 00000001
Figure 00000001

где rcxrcyrcz - координаты КА в системе Mxyz;where r cx r cy r cz are the coordinates of the spacecraft in the Mxyz system;

rrr - координаты КА в системе Mξηζ;r r r — spacecraft coordinates in the Mξηζ system;

Figure 00000002
Figure 00000002

- преобразующая матрица, соответствующая рассматриваемой геометрии [5].is the transforming matrix corresponding to the considered geometry [5].

По данным гироприборов вырабатываются текущие значения углов ориентации корабля, которые содержат погрешности.According to gyro instruments, current values of the ship's orientation angles are generated, which contain errors.

Приборные значения углов крена, дифферента и рыскания можно представить выражениямиThe instrumental values of the angles of heel, trim and yaw can be represented by the expressions

Figure 00000003
Figure 00000003

где ψa, υa, γa, - приборные значения углов;where ψ a , υ a , γ a , are the instrumental angles;

ψ, υ, γ - истинные значения углов;ψ, υ, γ are the true values of the angles;

Δψ, Δυ, Δγ - погрешности выработки углов.Δψ, Δυ, Δγ - errors in the development of angles.

Поскольку углы ψ, υ, γ и ψа, υа, γа отображают ориентацию истинного и приборного положения трехгранника Mxyz в горизонтной системе осей, их взаимное положение можно описать матрицей направляющих косинусов для случая малого рассогласования координатных системSince the angles ψ, υ, γ, and ψ а , υ а , γ а represent the orientation of the true and instrumental positions of the trihedron Mxyz in the horizontal axis system, their relative position can be described by the matrix of directional cosines for the case of small mismatch of coordinate systems

Figure 00000004
Figure 00000004

где I - единичная матрица;where I is the identity matrix;

Figure 00000005
- кососимметрическая матрица погрешностей выработки углов ориентации автономными средствами.
Figure 00000005
- skew-symmetric matrix of errors in generating orientation angles by autonomous means.

С учетом формулы (3) выражение (1) принимает видIn view of formula (3), expression (1) takes the form

Figure 00000006
Figure 00000006

где BA - матрица направляющих косинусов В, содержащая приборные значения углов ориентации.where B A is the matrix of guide cosines B containing the instrumental values of the orientation angles.

Таким образом, получена векторно-матричная зависимость (4), однозначно отражающая связь текущих приборных значений углов ψа, υа, γа, и информации корабельной аппаратуры СНС (rrr,rcxrcyrcz) с значениями погрешностей автономных измерений углов (Δψ, Δυ, Δγ), подлежащих коррекции.Thus, the vector-matrix dependence (4) was obtained, which unambiguously reflects the relationship between the current instrumental values of the angles ψ а , υ а , γ а , and the information of the naval equipment of the SNA (r r r , r cx r cy r cz ) with the values errors of autonomous measurements of angles (Δψ, Δυ, Δγ) to be corrected.

Выражение (4) с учетом матрицы CBA достаточно сложно. Однако при решении практических задач можно допустить, что углы ψ, υ, γ изменяются в пределах (0°÷±6°), когда можно представить cosx≈1, sinx≈х, x2≈0. Тогда матрица CBA принимает видExpression (4) taking into account the matrix CB A is rather complicated. However, when solving practical problems, we can assume that the angles ψ, υ, γ vary within (0 ° ÷ ± 6 °), when cosx≈1, sinx≈x, x 2 ≈0 can be represented. Then the matrix CB A takes the form

Figure 00000007
Figure 00000007

С учетом формулы (5) математическое описание связи спутниковой и автономной информации отображает значительный диапазон реальных условий работы аппаратуры на морском объекте и может быть использовано для построения алгоритма вычисления и коррекции погрешностей приборов автономного определения параметров ориентации.Taking into account formula (5), the mathematical description of the relationship between satellite and autonomous information displays a significant range of real operating conditions of equipment on a marine object and can be used to construct an algorithm for calculating and correcting errors of devices for independently determining orientation parameters.

Учитывая необходимость определения ориентации объекта в пространстве по сигналам не менее двух КА, можно записать (4) в векторно-матричной форме в виде системы линейных уравнений для неизвестных значений погрешностей автономных средств определения угловGiven the need to determine the orientation of an object in space by signals from at least two spacecraft, one can write (4) in a vector-matrix form in the form of a system of linear equations for unknown error values of autonomous means for determining angles

Figure 00000008
Figure 00000008

Дальнейшие преобразования позволяют получить расчетные формулы для неизвестных (Δψ, Δυ, Δγ).Further transformations allow us to obtain calculation formulas for the unknowns (Δψ, Δυ, Δγ).

Преобразования уравнений (6) состоят в выполнении следующих действий.Transformations of equations (6) consist of the following actions.

1. Выбор соответствующих пар уравнений системы (6) для первого и второго КА относительно переменных (Δψ, Δυ), (Δψ, Δγ), (Δυ, Δγ).1. The choice of the corresponding pairs of equations of system (6) for the first and second spacecraft with respect to the variables (Δψ, Δυ), (Δψ, Δγ), (Δυ, Δγ).

2. Решение каждой пары полученных уравнений для неизвестных Δψ, Δυ, Δγ. Для азимутального канала выработки поправки получаем2. The solution of each pair of equations obtained for unknown Δψ, Δυ, Δγ. For the azimuthal channel for generating corrections, we obtain

Figure 00000009
Figure 00000009

Анализ расчетных формул поправок к параметрам ориентации позволяет определить объем необходимой для расчета информации. Эта информация включает полный набор текущих приборных значений углов крена (γа), дифферента (υa), рысканья (ψа) объекта и полный набор текущих значений координат двух навигационных КА в топоцентрической (rrr) и связанной с объектом (rcxrcyrcz) системах координат (с=1,2).An analysis of the calculation formulas for the corrections to the orientation parameters allows us to determine the amount of information necessary for calculating. This information includes a complete set of current instrumental values of the roll angles (γ a ), trim (υ a ), yaw (ψ a ) of the object and a complete set of current coordinates of two navigation spacecraft in a topocentric (r r r ) and associated with the object (r cx r cy r cz ) coordinate systems (c = 1,2).

Формирование основных элементов (rrr) расчетных формул выработки поправок осуществляется алгоритмами приемной аппаратуры СНС. Высокая точность и надежность определения координат КА в штатном режиме функционирования СНС гарантируется высокими эксплуатационными характеристиками глобальной навигационной системы.The formation of the basic elements (r r r ) of the calculation formulas for the development of amendments is carried out by the algorithms of the receiving equipment of the SNA. High accuracy and reliability of determining the coordinates of the spacecraft in the normal mode of operation of the SNA is guaranteed by the high operational characteristics of the global navigation system.

Процедура вычисления координат навигационных КА в системе, связанной с объектом, (rcxrcyrcz) может осуществляться по приборным значениям углов ψa, υa, γa. Эти значения можно использовать как элементы матрицы В для вычисления координат навигационных спутников. Работоспособность алгоритма подтверждена результатами математического моделирования.The procedure for calculating the coordinates of the navigation spacecraft in the system associated with the object (r cx r cy r cz ) can be carried out using the instrumental values of the angles ψ a , υ a , γ a . These values can be used as elements of matrix B to calculate the coordinates of navigation satellites. The performance of the algorithm is confirmed by the results of mathematical modeling.

Для оценки возможностей рассматриваемого метода проведено математическое моделирование процесса коррекции курса. При этом использована математическая модель СНС ГЛОНАСС в штатном составе орбитальной группировки.To assess the capabilities of the method under consideration, mathematical modeling of the course correction process was carried out. In this case, the mathematical model of the GLONASS SNS was used in the staff of the orbital group.

На поверхности Земли в плоскости меридиана определены 8 контрольных точек, в которых решается задача определения поправки курсоуказания. В контрольных точках приемная аппаратура принимает сигналы СНС, вырабатывает данные о координатах видимых навигационных спутников и осуществляет выбор спутников. После выбора пары спутников, пригодных для определения ориентации, и приема автономной измерительной информации вычисляются текущие значения поправки курсоуказания.On the Earth’s surface in the meridian plane, 8 control points are defined at which the task of determining the course guidance correction is solved. At the control points, the receiving equipment receives SNA signals, generates data on the coordinates of the visible navigation satellites, and selects satellites. After selecting a pair of satellites suitable for determining orientation, and receiving autonomous measurement information, the current heading correction values are calculated.

Результаты моделирования приведены в таблице и представлены в виде графиков на фиг.3.The simulation results are shown in the table and presented in the form of graphs in figure 3.

Таблица содержит численные значения погрешности определения курса (ψ=34.377 угл. мин) в диапазоне широт (0°-80°) на интервале времени (t=4800-4850 с). Процесс коррекции осуществляется по сигналам двух навигационных спутников, номера которых приведены в таблице. Результаты коррекции представлены численными значениями поправки определения курса (Δψ угл. мин) с шагом 10 с.The table contains the numerical values of the error in determining the course (ψ = 34.377 ang. Min) in the latitude range (0 ° -80 °) for the time interval (t = 4800-4850 s). The correction process is carried out according to the signals of two navigation satellites, the numbers of which are given in the table. The correction results are presented by the numerical values of the course determination correction (Δψ ang. Min) in increments of 10 s.

Таблица
Результаты моделирования процесса выработки поправки Δψ.
Table
The simulation results of the correction process Δψ.
tt Широта, градLatitude, hail Δψ,минΔψ, min ψ, минψ, min № КА1No. KA1 № КА2No. KA2 48004800 00 -3.027-3.027 34.37734.377 33 2424 48104810 00 -3.02-3.02 34.37734.377 33 2424 48204820 00 -3.013-3.013 34.37734.377 33 2424 48304830 00 -3.006-3.006 34.37734.377 33 2424 48404840 00 -2.998-2.998 34.37734.377 33 2424 48504850 00 -2.991-2.991 34.37734.377 33 2424 48004800 1010 0.0340.034 34.37734.377 33 2222 48104810 1010 0.0330.033 34.37734.377 33 2222 48204820 1010 0.0320.032 34.37734.377 33 2222 48304830 1010 0.0310.031 34.37734.377 33 2222 48404840 1010 0.0310.031 34.37734.377 33 2222 48504850 1010 0.0300.030 34.37734.377 33 2222 48004800 20twenty -0.117-0.117 34.37734.377 33 2222 48104810 20twenty -0.118-0.118 34.37734.377 33 2222 48204820 20twenty -0.119-0.119 34.37734.377 33 2222 48304830 20twenty -0.119-0.119 34.37734.377 33 2222 48404840 20twenty -0.12-0.12 34.37734.377 33 2222 48504850 20twenty -0.12-0.12 34.37734.377 33 2222 48004800 30thirty -0.232-0.232 34.37734.377 33 2222 48104810 30thirty -0.232-0.232 34.37734.377 33 2222 48204820 30thirty -0.233-0.233 34.37734.377 33 2222 48304830 30thirty -0.233-0.233 34.37734.377 33 2222 48404840 30thirty -0.234-0.234 34.37734.377 33 2222 48504850 30thirty -0.234-0.234 34.37734.377 33 2222 48004800 4040 -1.192-1.192 34.37734.377 33 20twenty 48104810 4040 -1.188-1.188 34.37734.377 33 20twenty 48204820 4040 -1.184-1.184 34.37734.377 33 20twenty 48304830 4040 -1.18-1.18 34.37734.377 33 20twenty 48404840 4040 -1.176-1.176 34.37734.377 33 20twenty 48504850 4040 -1.172-1.172 34.37734.377 33 20twenty 48004800 50fifty 0.3960.396 34.37734.377 1one 20twenty 48104810 50fifty 0.3940.394 34.37734.377 1one 20twenty 48204820 50fifty 0.3930.393 34.37734.377 1one 20twenty 48304830 50fifty 0.3920.392 34.37734.377 1one 20twenty 48404840 50fifty 0.3900.390 34.37734.377 1one 20twenty 48504850 50fifty 0.3890.389 34.37734.377 1one 20twenty 48004800 6060 -0.044-0.044 34.37734.377 4four 2222 48104810 6060 -0.043-0.043 34.37734.377 4four 2222 48204820 6060 -0.042-0.042 34.37734.377 4four 2222 48304830 6060 -0.041-0.041 34.37734.377 4four 2222 46404640 6060 -0.04-0.04 34.37734.377 4four 2222 48504850 6060 -0.039-0.039 34.37734.377 4four 2222 48004800 7070 -0.165-0.165 34.37734.377 4four 2121 48104810 7070 -0.164-0.164 34.37734.377 4four 2121 48204820 7070 -0.164-0.164 34.37734.377 4four 2121 48304830 7070 -0.163-0.163 34.37734.377 4four 2121 48404840 7070 -0.163-0.163 34.37734.377 4four 2121 48504850 7070 -0.162-0.162 34.37734.377 4four 2121 48004800 8080 -0.266-0.266 34.37734.377 4four 2121 48104810 8080 -0.265-0.265 34.37734.377 4four 2121 48204820 8080 -0.265-0.265 34.37734.377 4four 2121 48304830 8080 -0.264-0.264 34.37734.377 4four 2121 48404840 8080 -0.264-0.264 34.37734.377 4four 2121 48504850 8080 -0.263-0.263 34.37734.377 4four 2121

На фиг.3 представлены графики погрешности выработки поправок курса Δψ в зависимости от широты места объекта и номера используемых навигационных спутников (1; 3; 4). Характер изменения графиков погрешностей свидетельствует о высокой точности выработки поправок курса по данным СНС. На всем диапазоне изменения широты объекта (φ=0…80°) погрешность Δψ не превышает -3…+4 угл. мин. Полностью отсутствует зависимость точности от широты места объекта. В то же время очевидна связь погрешности и взаимного расположения навигационных спутников и объекта. Решение задачи осуществляется в реальном масштабе времени.Figure 3 presents graphs of the error in the development of course corrections Δψ depending on the latitude of the site and the number of used navigation satellites (1; 3; 4). The nature of the change in the error graphs indicates a high accuracy in the development of course corrections according to the SNA. Over the entire range of changes in the latitude of the object (φ = 0 ... 80 °), the error Δψ does not exceed -3 ... + 4 angles. min There is completely no dependence of accuracy on the latitude of the object. At the same time, the relationship between the error and the relative position of the navigation satellites and the object is obvious. The solution to the problem is carried out in real time.

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о высокой эффективности рассмотренного способа коррекции параметров ориентации объекта.Based on the results of the research, we can conclude that the considered method of correcting the orientation parameters of the object is highly efficient.

Сущность способа определения поправки курса по данным о координатах спутников состоит в следующем:The essence of the method for determining the course correction from the data on the coordinates of the satellites is as follows:

- выбирают доступное для обсервации созвездие навигационных спутников;- choose a constellation of navigation satellites available for observation;

- формируют пары из числа доступных спутников;- form pairs of available satellites;

- выбирают пару спутников с наименьшим значением геометрического фактора;- choose a pair of satellites with the lowest value of the geometric factor;

- принимают данные гироприборов о текущих значениях параметров ориентации объекта;- receive gyro data on the current values of the object orientation parameters;

- принимают сигналы измерений и эфемеридной информации спутниковой системы;- receive measurement signals and ephemeris information of the satellite system;

- вычисляют координаты спутников в топоцентрической и связанной с объектом системах координат;- compute the coordinates of the satellites in a topocentric and associated coordinate systems;

- вычисляют поправки к текущим значениям параметров ориентации объекта по данным о текущих значениях параметров ориентации, координатам спутников в топоцентрической и связанной с объектом системах координат.- calculate the corrections to the current values of the orientation parameters of the object according to the current values of the orientation parameters, the coordinates of the satellites in the topocentric and coordinate systems associated with the object.

Техническое решение задачи осуществляется в процессе взаимодействия элементов структуры корректируемой системы навигации, ориентации и стабилизации.The technical solution of the problem is carried out in the process of interaction of the structural elements of the corrected navigation, orientation and stabilization systems.

Сущность изобретения поясняется чертежом фиг.4, на котором представлена корректируемая система инерциальной навигации и стабилизации, содержащая гиростабилизированную платформу (1) в трехосном кардановом подвесе с датчиками углов, на которой установлены три двухстепенных интегрирующих гироскопа и три линейных акселерометра; прибор цифровой (4), реализующий алгоритмы функционирования инерциальной системы, а также штатный (6) и резервный (7) блоки коррекции и переключатель коррекции (8). При этом выходы датчиков углов поворота колец карданова подвеса и выходы акселерометров соединены с входами прибора цифрового, один из выходов которого соединен с входом гиростабилизированной платформы, а другой соединен с блоками коррекции, выходы которых соединяются с переключателем коррекции (8). Управление системой осуществляется с пульта (ПУ), обеспечивающего формирование сигналов управления системой по команде К, поступающей от аппаратуры потребителей СНС. По команде К включаются штатный (Б-41), а по команде Кр - блок ускоренной коррекции (БУК).The invention is illustrated by the drawing of figure 4, which shows the corrected system of inertial navigation and stabilization, containing a gyro-stabilized platform (1) in a triaxial cardan suspension with angle sensors, on which three two-stage integrating gyroscopes and three linear accelerometers are installed; a digital device (4) that implements the inertial system functioning algorithms, as well as a standard (6) and backup (7) correction blocks and a correction switch (8). In this case, the outputs of the sensors for the angle of rotation of the rings of the cardan suspension and the outputs of the accelerometers are connected to the inputs of the digital device, one of the outputs of which is connected to the input of the gyro-stabilized platform, and the other is connected to correction units, the outputs of which are connected to the correction switch (8). The system is controlled from the remote control (PU), which provides the formation of system control signals by command K, coming from the equipment of consumers of the SNA. On command K, the standard one (B-41) is turned on, and on command K p , an accelerated correction block (BEECH).

Структура сохраняет основные функциональные элементы и связи системы-прототипа и представляет новый элемент - блок ускоренной коррекции (БУК) и новые связи БУК с прибором цифровым (ПЦ) и аппаратурой потребителя СНС, обеспечивающей выработку координат используемых спутников.The structure retains the basic functional elements and communications of the prototype system and presents a new element - an accelerated correction unit (ACL) and new communications of an ACD with a digital instrument (PC) and SNA consumer equipment, which ensures the generation of coordinates of used satellites.

Взаимодействие блока ускоренной коррекции с элементами ИНС осуществляется в корректируемом режиме работы. Корректируемый режим включается по сигналам АП СНС К или Кр, означающим поступление корректирующей информации. По сигналу К включается штатный КР. Аппаратура потребителя вырабатывает информацию о текущих значениях координат места объекта, на входы штатного блока коррекции (Б-41) поступают навигационные данные (НД) и спутниковая информация φс, λс. Алгоритмы Б-41 вырабатывают текущие значения поправок погрешностей СИНС(ΔНД), которые поступают на вход блока ПЦ в положении I контактов переключателя ПК.The interaction of the accelerated correction block with the ANN elements is carried out in a corrected mode of operation. The corrected mode is activated by the signals of the AP SNS K or K p , which means the receipt of corrective information. At the signal K, the standard CD is turned on. The consumer equipment generates information about the current values of the coordinates of the object’s location, the navigation data (NL) and satellite information φ s , λ s are received at the inputs of the standard correction block (B-41). The B-41 algorithms generate the current values of the SINS error corrections (ΔND), which are fed to the input of the PC unit in position I of the contacts of the PC switch.

По сигналу Кр реализуется резервный КР. Аппаратура потребителя вырабатывает информацию о текущих значениях координат используемых спутников, на входы блока ускоренной коррекции (БУК) поступают навигационные данные (НД) и информация о координатах спутников. Алгоритмы БУК вырабатывают текущие значения поправок погрешностей ИНС, которые поступают на вход блока ПЦ в положении II контактов переключателя ПК.By the signal K p , a backup KR is realized. The consumer equipment generates information about the current values of the coordinates of the satellites used, navigation data (ND) and information about the coordinates of the satellites are received at the inputs of the accelerated correction block (BEC). The ALM algorithms generate the current values of the ANN error corrections, which are fed to the input of the PC unit in position II of the contacts of the PC switch.

Предлагаемая структура взаимодействия навигационных средств в комплексе аппаратуры обеспечивает глобальность, повышенную скрытность и высокую точность функционирования.The proposed structure of the interaction of navigational aids in the complex of equipment provides globality, increased stealth and high accuracy of operation.

Использованная литератураReferences

1. Морская навигационная техника. Справочник под редакцией Смирнова Е.Р. - СПб.: «Элмор», 2002.1. Marine navigation technology. Handbook edited by Smirnova E.R. - St. Petersburg: "Elmore", 2002.

2 В.Г.Пешехонов и др. Единая система инерциальной навигации и стабилизации «Ладога-М». Морская радиоэлектроника №1(4), 2003, с.26-30.2 VG Peshekhonov et al. Unified inertial navigation and stabilization system "Ladoga-M". Marine Electronics No. 1 (4), 2003, pp. 26-30.

3. Технические предложения по разработке навигационной аппаратуры. / Красноярск: НИИ Радиотехники КГТУ, 1996.3. Technical proposals for the development of navigation equipment. / Krasnoyarsk: Research Institute of Radio Engineering KSTU, 1996.

4. Андреев А.А., Кокорин В.И. и др. Результаты высокоширотных испытаний современных российских морских компасов. Труды международной конференции по интегрированным навигационным системам. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2004, с.137-139.4. Andreev A.A., Kokorin V.I. et al. Results of high-latitude tests of modern Russian marine compasses. Proceedings of the international conference on integrated navigation systems. - St. Petersburg: Central Research Institute "Elektropribor", 2004, p.137-139.

5. Ривкин С.С. Статистический синтез гироскопических устройств. - Л.: Судостроение, 1970.5. Rivkin S.S. Statistical synthesis of gyroscopic devices. - L .: Shipbuilding, 1970.

Claims (1)

Инерциально-спутниковая система навигации, ориентации и стабилизации, содержащая гиростабилизированную платформу в трехосном кардановом подвесе с датчиками углов, на которой установлены три двухстепенных интегрирующих гироскопа и три акселерометра, прибор цифровой, реализующий алгоритмы функционирования инерциальной системы, блок коррекции, обеспечивающий функционирование системы в штатном корректирующем режиме, причем выходы датчиков углов поворота колец карданова подвеса и выходы акселерометров гиростабилизированной платформы соединены с входами прибора цифрового, один из выходов которого соединен с входом гиростабилизированной платформы, а другой соединен с блоком коррекции, при этом инерциально-спутниковая система навигации снабжена пультом управления для формирования сигналов управления системой, отличающаяся тем, что система снабжена блоком ускоренной коррекции, на вход которого поступают вырабатываемые спутниковой приемной аппаратурой текущие значения координат используемых навигационных спутников и текущие приборные значения параметров ориентации гиростабилизированной платформы, переключателем каналов штатной и ускоренной коррекции, причем выходы блоков коррекции соединены с входами переключателя, выход которого соединен с входом прибора цифрового. An inertial-satellite navigation, orientation and stabilization system containing a gyrostabilized platform in a three-axis gimbal with angle sensors, on which three two-stage integrating gyroscopes and three accelerometers are installed, a digital device that implements the algorithms of the inertial system, a correction unit that ensures the system operates in a regular corrective the mode, and the outputs of the sensors of the angles of rotation of the rings of the cardan suspension and the outputs of the accelerometers of the gyro-stabilized platform s are connected to the inputs of the digital device, one of the outputs of which is connected to the input of the gyrostabilized platform, and the other is connected to the correction unit, while the inertial-satellite navigation system is equipped with a control panel for generating system control signals, characterized in that the system is equipped with an accelerated correction unit, at the input of which the current coordinates of the used navigation satellites and the current instrumental values of the orient ation gyrostabilized platform switch regular and accelerated correction channel, and outputs the correction blocks are connected to the switch input, the output of which is connected to the input of the digital device.
RU2008104473/28A 2008-02-05 2008-02-05 Inertial-satellite navigation, orientation and stabilisation system RU2375679C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104473/28A RU2375679C2 (en) 2008-02-05 2008-02-05 Inertial-satellite navigation, orientation and stabilisation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104473/28A RU2375679C2 (en) 2008-02-05 2008-02-05 Inertial-satellite navigation, orientation and stabilisation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008104473A RU2008104473A (en) 2009-08-10
RU2375679C2 true RU2375679C2 (en) 2009-12-10

Family

ID=41049185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008104473/28A RU2375679C2 (en) 2008-02-05 2008-02-05 Inertial-satellite navigation, orientation and stabilisation system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2375679C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497075C1 (en) * 2012-06-04 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет геодезии и картографии" (МИИГАиК) Satellite gps-receivers testing and certification device (srtcd)
RU2534955C1 (en) * 2013-04-09 2014-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Automatic control system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451968C2 (en) * 2009-10-30 2012-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "АВТЭКС" Method for correction of complicated systems and compensator for its implementation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497075C1 (en) * 2012-06-04 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет геодезии и картографии" (МИИГАиК) Satellite gps-receivers testing and certification device (srtcd)
RU2534955C1 (en) * 2013-04-09 2014-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Automatic control system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008104473A (en) 2009-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7397422B2 (en) Method and system for attitude determination of a platform using global navigation satellite system and a steered antenna
US7667645B2 (en) GPS gyro calibration
US5101356A (en) Moving vehicle attitude measuring system
US8949011B2 (en) Helicopter ship board landing system
US7218273B1 (en) Method and device for boresighting an antenna on a moving platform using a moving target
CN111380518B (en) SINS/USBL tight combination navigation positioning method introducing radial velocity
Korkishko et al. Strapdown inertial navigation systems based on fiber-optic gyroscopes
US20170363749A1 (en) Attitude angle calculating device, method of calculating attitude angle, and attitude angle calculating program
RU2303229C1 (en) Method for formation of stabilization and homing signal of movable carrier and on-board homing system for its realization
CN110398242A (en) It is a kind of it is high rotation high overload condition aircraft attitude angle determine method
Golovan et al. Application of GT-2A gravimetric complex in the problems of airborne gravimetry
RU2375679C2 (en) Inertial-satellite navigation, orientation and stabilisation system
CN108151765A (en) Attitude positioning method is surveyed in a kind of positioning of online real-time estimation compensation magnetometer error
RU2488137C2 (en) Method for integrating direction finding signals of viewing object of inertial and radar discriminators and system for realising said method
RU2633703C1 (en) Integrated inertial-satellite systems of orientation and navigation
JP2003532083A (en) Method and apparatus for instantaneous heading measurement based on positioning signals by satellite
CN112833878B (en) Near-ground multi-source astronomical autonomous navigation method
Kozorez et al. Integrated navigation system for a space vehicle on a geostationary or highly elliptic orbit operating in the presence of active jam
Binder Dead reckoning using an attitude and heading reference system based on a free gyro with equatorial orientation
RU2428659C2 (en) Method for satellite correction of gyroscopic navigation systems of naval objects
RU2319930C2 (en) Correctable inertial navigation and stabilization system
Lu et al. Attitude determination using a multi‐antenna GPS system for hydrographic applications
Emel’yantsev et al. Use of maneuvering to improve the accuracy of ship autonomous SINS
RU2448326C2 (en) Method for satellite correction of self-contained navigation apparatus of mobile objects
JP3393025B2 (en) Three-axis controller for directional antenna

Legal Events

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

Effective date: 20100206