RU2439498C1 - Complex inertial-satellite navigation system - Google Patents
Complex inertial-satellite navigation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2439498C1 RU2439498C1 RU2010139533/28A RU2010139533A RU2439498C1 RU 2439498 C1 RU2439498 C1 RU 2439498C1 RU 2010139533/28 A RU2010139533/28 A RU 2010139533/28A RU 2010139533 A RU2010139533 A RU 2010139533A RU 2439498 C1 RU2439498 C1 RU 2439498C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- processing
- output
- block
- angular velocity
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области навигационных приборов и систем и может быть использовано для определения с высокой точностью координат места и параметров движения маневренных летательных аппаратов.The invention relates to the field of navigation devices and systems and can be used to determine with high accuracy the coordinates of the place and motion parameters of maneuverable aircraft.
Уровень техникиState of the art
Для определения координат места и параметров движения широко используются бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС). Они содержат датчики угловой скорости (гироскопы) и датчики кажущегося ускорения (акселерометры), выходные сигналы которых при специальной математической обработке позволяют определять выходные навигационные и пилотажные данные: географические координаты, составляющие вектора земной скорости, углы курса, тангажа и крена, составляющие линейного ускорения и угловой скорости летательного аппарата в связанных с ним осях (Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах. - М.: Машиностроение, 1991).To determine the coordinates of the place and the parameters of the movement, strapdown inertial navigation systems (SINS) are widely used. They contain angular velocity sensors (gyroscopes) and apparent acceleration sensors (accelerometers), the output signals of which, with special mathematical processing, can determine the output navigation and flight data: geographical coordinates, components of the earth's velocity vector, heading angles, pitch and roll components of linear acceleration and the angular velocity of the aircraft in the axes associated with it (Babich OA Information processing in navigation systems. - M .: Mashinostroenie, 1991).
Недостатком БИНС является тенденция к неограниченному увеличению погрешностей выходных данных во времени. С развитием спутниковых навигационных систем (ГЛОНАСС, GPS) для компенсации этого недостатка стало возможным использование бортовой аппаратуры спутниковой навигации (АСН). Выходная навигационная информация АСН (географические координаты и составляющие вектора земной скорости) может быть использована для ее сопоставления с автономно счисляемыми в БИНС навигационными данными. Невязки координат и вектора скорости обеспечивают также возможность оценивания (на основе алгоритмов динамической фильтрации) погрешностей углов курса, тангажа и крена, а также нескомпенсированных дрейфов датчиков угловой скорости.The disadvantage of SINS is the tendency to an unlimited increase in the errors of the output data over time. With the development of satellite navigation systems (GLONASS, GPS), to compensate for this shortcoming, it became possible to use on-board satellite navigation equipment (ASN). The ASN output navigation information (geographic coordinates and components of the earth velocity vector) can be used to compare it with the navigation data independently calculated in the SINS. The discrepancies of the coordinates and the velocity vector also provide the possibility of estimating (based on dynamic filtering algorithms) the errors of the course angles, pitch and roll, as well as uncompensated drifts of the angular velocity sensors.
При построении алгоритмов оптимальной совместной обработки спутниковой навигационной информации и инерциальных данных следует учитывать особенности, свойственные процессам формирования и передачи информационных сигналов.When constructing algorithms for optimal joint processing of satellite navigation information and inertial data, one should take into account the peculiarities inherent in the processes of formation and transmission of information signals.
Выходные навигационные данные БИНС формируются при реализации вычислений в быстром (с частотой 200…1600 Гц) и медленном (с частотой 50…200 Гц) циклах работы встроенного вычислителя навигационной системы (Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004). На вход вычислительного алгоритма подают сигналы датчиков угловой скорости (гироскопов) и датчиков линейного ускорения (акселерометров). В общем случае частота опроса гироскопов и акселерометров различна, но при первичной обработке сигналов может быть приведена к частоте вычислений в быстром цикле. Частота обновления выходных навигационных данных БИНС совпадает с частотой вычислений в медленном цикле. Выходные навигационные данные БИНС актуальны в отдельные моменты опроса датчиков. В то же время обновление данных в выходных цифровых линиях осуществляется с некоторой задержкой относительно момента актуальности, связанной с необходимостью выполнения математической обработки.The output of the SINS navigation data is formed during the implementation of calculations in fast (with a frequency of 200 ... 1600 Hz) and slow (with a frequency of 50 ... 200 Hz) cycles of the built-in computer of the navigation system (Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS- 232 (2004) Pre-Prints, 2004). The signals of the angular velocity sensors (gyroscopes) and linear acceleration sensors (accelerometers) are fed to the input of the computational algorithm. In the general case, the frequency of interrogation of gyroscopes and accelerometers is different, but during the initial processing of signals it can be reduced to the frequency of calculations in a fast cycle. The update frequency of the output of the SINS navigation data coincides with the frequency of calculations in a slow cycle. The output of the SINS navigation data is relevant at individual points in the survey of sensors. At the same time, updating the data in the output digital lines is carried out with some delay relative to the moment of relevance associated with the need to perform mathematical processing.
Выходные данные АСН характеризуются наличием специального импульсного сигнала, обозначающего момент фиксации первичных радионавигационных измерений - и, соответственно, актуальности выходной спутниковой навигационной информации, формируемой при вторичной обработке в АСН (Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / Под ред. В.Н.Харисова, А.И.Перова, В.А.Болдина. - М.: ИПРЖР, 1998). Вторичная обработка осуществляется в вычислителе АСН в течение некоторого времени, и это приводит к соответствующей задержке обновления данных в выходных цифровых линиях.The output data of the ASN is characterized by the presence of a special pulse signal indicating the moment of fixation of the primary radio navigation measurements - and, accordingly, the relevance of the output satellite navigation information generated during secondary processing in the ASN (Global Satellite Radio Navigation System GLONASS / Edited by V.N. Kharisov, A. I. Perova, V.A. Boldina. - M .: IPRZhR, 1998). Secondary processing is carried out in the ASN computer for some time, and this leads to a corresponding delay in updating data in the output digital lines.
Вследствие задержки выходных данных возникает динамическая погрешность, которая оказывает неблагоприятное влияние на процесс совместной обработки спутниковой навигационной информации с навигационными данными, автономно счисляемыми в инерциальной навигационной системе. Они могут проявляться в нарушении работоспособности алгоритма оптимальной совместной обработки информации в комплексной инерциально-спутниковой системе летательного аппарата при его маневрировании.Due to the delay in the output data, a dynamic error occurs, which adversely affects the process of joint processing of satellite navigation information with navigation data autonomously calculated in an inertial navigation system. They can be manifested in disruption of the algorithm for optimal joint information processing in the integrated inertial-satellite system of an aircraft during its maneuvering.
Известной является инерциально-спутниковая навигационная система (патент RU 2148796 C1, заявка №98120280/28 от 05.11.1998 г.). Как и заявляемое изобретение, данная система наряду со средствами инерциальной навигации содержит аппаратуру спутниковой навигации (приемник спутниковой навигационной системы). В данной системе реализована совместная обработка спутниковой информации и инерциальных данных с целью повышения точности. Однако обработка информации в данной системе осуществляется непрерывно во времени, без учета временной дискретизации и задержек при цифровой обработке и передаче информации по цифровым линиям связи.Known is the inertial-satellite navigation system (patent RU 2148796 C1, application No. 98120280/28 of 11/05/1998). Like the claimed invention, this system along with inertial navigation means contains satellite navigation equipment (satellite navigation system receiver). This system implements joint processing of satellite information and inertial data in order to increase accuracy. However, information processing in this system is carried out continuously in time, without taking into account time sampling and delays in digital processing and transmission of information over digital communication lines.
Известна комплексная навигационная система (патент RU 2265190 С1, заявка №2004108184/28 от 23.03.2004 г.). Как и заявляемое изобретение, данная система в целях комплексирования навигационных средств содержит блок формирования невязки, блоки оптимальной обработки информации на основе алгоритмов динамической фильтрации (блок прогноза и блок оценивания). Однако в данной системе не предпринимаются меры по временной синхронизации сопоставляемых информационных потоков. На практике это приведет к наличию динамических погрешностей в составе невязок навигационных данных при маневрировании летательного аппарата, вследствие чего точность выходной информации комплексной системы будет ограничена.Known integrated navigation system (patent RU 2265190 C1, application No. 2004108184/28 of 03.23.2004). Like the claimed invention, this system for the purpose of integrating navigational aids contains a residual formation unit, optimal information processing units based on dynamic filtering algorithms (forecast unit and estimation unit). However, this system does not take measures to temporarily synchronize the mapped information flows. In practice, this will lead to the presence of dynamic errors in the composition of the residuals of navigation data during maneuvering of the aircraft, as a result of which the accuracy of the output information of the integrated system will be limited.
Известны интегрированная инерциально-спутниковая навигационная система (патент RU 2277696 С2, заявка №2004111865/28 от 21.04.2004 г.) и инерциально-спутниковая навигационная система с комбинированным использованием спутниковых данных (патент RU 2334199 С1, заявка №2007110428/28 от 19.03.2007 г.). Как и заявляемое изобретение, данные системы наряду со средствами инерциальной навигации содержат аппаратуру спутниковой навигации (многоканальный радиоприемник), блок комплексной обработки (блок комплексирования информации). Системы реализуют комплексную оптимальную обработку информации на основе алгоритмов динамической фильтрации. Однако в них также не предпринимаются меры по временной синхронизации сопоставляемых информационных потоков.Known integrated inertial-satellite navigation system (patent RU 2277696 C2, application No. 2004111865/28 of 04/21/2004) and inertial-satellite navigation system with combined use of satellite data (patent RU 2334199 C1, application No. 2007110428/28 of 19.03. 2007). Like the claimed invention, these systems along with inertial navigation means contain satellite navigation equipment (multi-channel radio), a complex processing unit (information complexing unit). Systems implement comprehensive optimal information processing based on dynamic filtering algorithms. However, they also do not take measures to temporarily synchronize the mapped information flows.
Известна комплексированная бесплатформенная инерциально-спутниковая система навигации на «грубых» чувствительных элементах (патент RU 2380656 С0, заявка №2008150960/28 от 24.12.2008 г.). Данная система так же, как и предлагаемая, содержит аппаратуру спутниковой навигации, блок датчиков угловой скорости и датчиков линейных ускорений. Ее вычислительная платформа содержит блоки кватернионных вычислений и пересчета ускорений из связанной в навигационную систему координат, которые осуществляются в быстром цикле вычислителя предлагаемой системы, а также блок вычисления матрицы направляющих косинусов и углов ориентации и блок вычисления линейных и угловых скоростей навигационной системы координат, которые осуществляются в медленном цикле вычислителя предлагаемой системы. Она содержит мастер-фильтр, в котором осуществляется совместная обработка инерциальной и спутниковой информации. Однако в ней также не предпринимаются меры по временной синхронизации сопоставляемых информационных потоков. Как уже было сказано, следствием этого является ограниченная точность выходной информации комплексной системы.Known integrated strapdown inertial-satellite navigation system on the "coarse" sensitive elements (patent RU 2380656 C0, application No. 2008150960/28 from 12.24.2008). This system, as well as the proposed one, contains satellite navigation equipment, a block of angular velocity sensors and linear acceleration sensors. Its computing platform contains blocks of quaternion calculations and recalculation of accelerations from the coordinate system connected to the navigation system, which are carried out in the fast cycle of the calculator of the proposed system, as well as a block for calculating the matrix of guiding cosines and orientation angles and a block for calculating linear and angular velocities of the navigation coordinate system, which are slow cycle calculator of the proposed system. It contains a master filter in which joint processing of inertial and satellite information is carried out. However, it also does not take measures to temporarily synchronize the mapped information flows. As already mentioned, the consequence of this is the limited accuracy of the output information of the complex system.
Известна система измерения угловых положений летательного аппарата (патент RU 2244262, заявка №2002135344/28 от 27.12.2002). Как и заявляемое изобретение, данная система содержит датчики угловых скоростей и линейных ускорений, а также АСН (спутниковую навигационную систему). Однако в данном патенте используется синхронный прием данных от информационных систем. Поэтому его применение для наиболее типичного на практике случая, когда частоты поступления измерений и навигационных данных различны и могут даже быть некогерентными, представляется проблематичным и приведет к ограниченной точности выходной информации комплексной системы.A known system for measuring the angular positions of an aircraft (patent RU 2244262, application No. 2002135344/28 of 12.27.2002). Like the claimed invention, this system contains angular velocity and linear acceleration sensors, as well as ASN (satellite navigation system). However, this patent uses synchronous reception of data from information systems. Therefore, its application for the case most typical in practice, when the frequencies of arrival of measurements and navigation data are different and may even be incoherent, seems problematic and will lead to limited accuracy of the output information of the complex system.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому изобретению является комплексная навигационная система (патент RU 2178147 С1, заявка №2000124858/28 от 03.10.2000 г.). Как и заявляемое изобретение, данная система наряду со средствами инерциальной навигации содержит аппаратуру спутниковой навигации (спутниковую навигационную систему). В данной системе реализована функция формирования невязок с учетом временного сдвига между моментом актуальности спутниковой навигационной информации и моментом обновления информации в цифровой линии связи. (Специальная экстраполяция спутниковой навигационной информации обеспечивается благодаря введению соответствующих усилителей, сумматоров, интеграторов, линии задержки.) За счет этого уменьшаются динамические погрешности невязок, и, следовательно, обеспечивается повышение точности навигационной информации.The closest analogue (prototype) to the claimed invention is an integrated navigation system (patent RU 2178147 C1, application No. 2000124858/28 from 03.10.2000). Like the claimed invention, this system along with inertial navigation means contains satellite navigation equipment (satellite navigation system). This system implements the function of generating residuals taking into account the time shift between the moment of relevance of satellite navigation information and the moment of updating information in a digital communication line. (A special extrapolation of satellite navigation information is provided by the introduction of appropriate amplifiers, adders, integrators, and delay lines.) This reduces the dynamic errors of the residuals, and, therefore, improves the accuracy of navigation information.
Недостаток данной системы во всех рассмотренных в патенте вариантах состоит в том, что не учтена временная дискретность при обработке сигналов в БИНС и выдаче информации из нее. Так, неучет временного кванта 1/50 с при формировании в медленном цикле вычислений БИНС выходных сигналов координат и вектора скорости для летательного аппарата, совершающего на скорости 200 м/с вираж с креном 60° (с боковым ускорением 17,3 м/с2), станет причиной динамической погрешности при формировании невязки: по координатам - до 4 м, по скорости - до 0,35 м/с. Эти величины сопоставимы с погрешностями спутниковой навигации в обычном режиме функционирования, а для дифференциального режима АСН - превышают в два раза и более.The disadvantage of this system in all the options considered in the patent is that the time discreteness is not taken into account when processing signals in SINS and issuing information from it. Thus, neglecting a time slice of 1/50 s when generating SINS in the slow calculation cycle produces output coordinate signals and a velocity vector for an aircraft making a bend with a roll of 60 ° at a speed of 200 m / s (with lateral acceleration of 17.3 m / s 2 ) , will cause dynamic error in the formation of residuals: in coordinates - up to 4 m, in speed - up to 0.35 m / s. These values are comparable with the errors in satellite navigation in the normal mode of operation, and for the differential mode of ASN, they exceed two times or more.
Кроме того, из-за особенностей диспетчеризации вычислительных процедур в АСН временная задержка между моментами актуальности навигационной информации и обновления выходных данных может являться величиной переменной. Этот факт также приведет к снижению точности данной системы.In addition, due to the peculiarities of dispatching computational procedures in the ASN, the time delay between the moments of the relevance of navigation information and updating the output can be a variable. This fact will also lead to a decrease in the accuracy of this system.
Таким образом, основной недостаток известных инерциально-спутниковых навигационных систем заключается в недостаточно точной временной синхронизации выходных навигационных данных БИНС и спутниковой навигационной информации при формировании невязок координат и вектора скорости. Это приводит к динамическим погрешностям невязок и, вследствие этого, к проблемам при комплексной обработке информации. В конечном счете - к ограничению точности комплексной навигационной системы. Эти ограничения становятся наиболее заметными при маневрировании объекта.Thus, the main disadvantage of the known inertial-satellite navigation systems is the insufficiently accurate time synchronization of the SINS output navigation data and satellite navigation information during the formation of residuals of coordinates and velocity vector. This leads to dynamic errors of residuals and, as a result, to problems in the integrated processing of information. Ultimately, to limiting the accuracy of an integrated navigation system. These restrictions become most noticeable when maneuvering an object.
Главная задача изобретения - повысить точность комплексной инерциально-спутниковой навигационной системы за счет организации точной временной синхронизации потоков навигационных данных.The main objective of the invention is to improve the accuracy of the integrated inertial-satellite navigation system by organizing accurate time synchronization of navigation data streams.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Воплощение изобретения позволит за счет организации точной временной синхронизации потоков навигационных данных повысить точность комплексной инерциально-спутниковой навигационной системы.The embodiment of the invention will allow due to the organization of accurate time synchronization of the navigation data streams to increase the accuracy of the integrated inertial-satellite navigation system.
Для получения технического результата предлагаемая система содержит: блок датчиков угловой скорости, блок датчиков линейного ускорения, блок первичной обработки сигналов угловой скорости, блок первичной обработки сигналов линейного ускорения, аппаратуру спутниковой навигации, генератор тактовых импульсов, координирующее временное устройство, цифровую вычислительную машину, которая включает модуль вычислений быстрого цикла, модуль вычислений медленного цикла, модуль формирования невязок, модуль комплексной обработки.To obtain a technical result, the proposed system comprises: a block of angular velocity sensors, a block of linear acceleration sensors, a block of primary processing of angular velocity signals, a block of primary processing of linear acceleration signals, satellite navigation equipment, a clock generator, a coordinating temporary device, and a digital computer, which includes fast cycle calculation module, slow cycle calculation module, residual formation module, complex processing module.
Выход генератора тактовых импульсов соединен со входом координирующего временного устройства и с соответствующим входом цифровой вычислительной машины (в части модуля формирования невязок).The output of the clock generator is connected to the input of the coordinating temporary device and to the corresponding input of the digital computer (in the part of the module for generating residuals).
Координирующее временное устройство своими выходами соединено с соответствующими входами блока датчиков угловой скорости, блока датчиков линейного ускорения, блока первичной обработки сигналов угловой скорости, блока первичной обработки сигналов линейного ускорения и цифровой вычислительной машины (в части модуля вычислений быстрого цикла, модуля вычислений медленного цикла, модуля формирования невязок, модуля комплексной обработки).The coordinating temporary device is connected with its outputs to the corresponding inputs of the block of angular velocity sensors, the block of linear acceleration sensors, the block of primary processing of angular velocity signals, the block of primary processing of linear acceleration signals and a digital computer (in terms of the fast cycle calculator, the slow cycle calculator, the module formation of residuals, integrated processing module).
Выход блока датчиков угловой скорости соединен с соответствующим входом блока первичной обработки сигналов угловой скорости.The output of the block of angular velocity sensors is connected to the corresponding input of the block of primary processing of angular velocity signals.
Выход блока датчиков линейного ускорения соединен с соответствующим входом блока первичной обработки сигналов линейного ускорения.The output of the linear acceleration sensor unit is connected to the corresponding input of the primary linear acceleration signal processing unit.
Выходы блока первичной обработки сигналов угловой скорости и блока первичной обработки сигналов линейного ускорения соединены с соответствующими входами цифровой вычислительной машины (в части модуля вычислений быстрого цикла и модуля формирования невязок).The outputs of the primary processing unit of the angular velocity signals and the primary processing unit of the linear acceleration signals are connected to the corresponding inputs of the digital computer (in the part of the fast cycle computing module and the residual generation module).
Выход модуля вычислений быстрого цикла соединен с соответствующими входами модуля вычислений медленного цикла и модуля формирования невязок.The output of the fast cycle computing module is connected to the corresponding inputs of the slow cycle computing module and the residual generation module.
Выход модуля вычислений медленного цикла образует пилотажно-навигационные данные и соединен с соответствующими входами модуля комплексной обработки и модуля формирования невязок.The output of the slow cycle computation module forms the flight and navigation data and is connected to the corresponding inputs of the integrated processing module and the residual formation module.
Выход модуля формирования невязок соединен с соответствующим входом модуля комплексной обработки.The output of the residual formation module is connected to the corresponding input of the integrated processing module.
Выход цифровой вычислительной машины (в части модуля комплексной обработки) образует выход пилотажно-навигационных данных высокой точности.The output of a digital computer (in terms of the integrated processing module) forms the output of high-precision flight and navigation data.
Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing
На чертеже показана блок-схема предлагаемой системы.The drawing shows a block diagram of the proposed system.
В состав предлагаемой системы входят:The proposed system includes:
1 - генератор тактовых импульсов (ГТИ);1 - clock generator (GTI);
2 - координирующее временное устройство (КВУ);2 - coordinating temporary device (HLC);
3 - цифровая вычислительная машина (ЦВМ);3 - digital computer (digital computer);
4 - аппаратура спутниковой навигации (АСН);4 - satellite navigation equipment (ASN);
5 - модуль формирования невязок (МФН) ЦВМ;5 - module for the formation of residuals (MFN) of the computer;
6 - модуль комплексной обработки (МКО) ЦВМ;6 - integrated processing module (MCO) of the computer;
7 - блок датчиков угловой скорости (БДУС);7 - block of angular velocity sensors (BDUS);
8 - блок первичной обработки сигналов угловой скорости (БПОДУС);8 - block primary processing of angular velocity signals (BODUS);
9 - модуль вычислений быстрого цикла (МВБЦ) ЦВМ;9 is a module for computing a fast cycle (MVBC) computer;
10 - модуль вычислений медленного цикла (МВМЦ) ЦВМ;10 is a module for computing a slow cycle (MVMTS) computer;
11 - блок датчиков линейного ускорения (БДЛУ);11 is a block of linear acceleration sensors (BDLU);
12 - блок первичной обработки сигналов линейного ускорения (БПОДЛУ).12 is a block of primary processing of linear acceleration signals (BSS).
Информационный обмен между входами и выходами блоков осуществляется по линиям связи, показанным на чертеже направленными линиями (как сплошными, так и пунктирными). Пунктирными линиями показаны сигналы тактирующих импульсов. Сплошными линиями - линии передачи сигналов по цифровым линиям связи, в том числе по линиям передачи последовательного и параллельного кода. Двойными линиями показаны направления передачи данных при обработке в цифровой вычислительной машине системы.The information exchange between the inputs and outputs of the blocks is carried out along the communication lines shown in the drawing by directional lines (both solid and dashed). The dashed lines show the signals of the clock pulses. Solid lines - signal transmission lines on digital communication lines, including serial and parallel code transmission lines. The double lines show the directions of data transmission during processing in the digital computer of the system.
На чертеже используются следующие условные обозначения сигналов:In the drawing, the following signal symbols are used:
fГТИ - тактирующий сигнал системы;f GTI - clock system signal;
fМЦ - тактирующий сигнал медленного цикла вычислений в цифровой вычислительной машине;f MC - a clock signal of a slow cycle of calculations in a digital computer;
fБЦ - тактирующий сигнал быстрого цикла вычислений в цифровой вычислительной машине;f BC - clock signal of a fast calculation cycle in a digital computer;
f1с - тактирующий сигнал актуальности спутниковой навигационной информации;f 1s - clock signal of relevance of satellite navigation information;
{ПНДВТ} - пилотажно-навигационные данные высокой точности;{PNDVT} - high-precision flight and navigation data;
ВС, LC, hC, vENU C - спутниковая навигационная информация: геодезические широта, долгота и высота, а также вектор земной скорости в осях «восток-север-вертикаль»;In C , L C , h C , v ENU C - satellite navigation information: geodetic latitude, longitude and altitude, as well as the earth velocity vector in the east-north-vertical axes;
{ПН} - параметры невязок навигационной информации;{PN} - parameters of residuals of navigation information;
fω - тактирующий сигнал опроса датчиков угловой скорости;f ω is the clock signal of the interrogation of the angular velocity sensors;
ω - вектор измеренной угловой скорости в связанных осях объекта;ω is the vector of the measured angular velocity in the connected axes of the object;
q - вектор приращения кажущегося угла в связанных осях объекта;q is the increment vector of the apparent angle in the associated axes of the object;
{ПБЦ} - параметры быстрого цикла вычислений в цифровой вычислительной машине;{PBC} - parameters of the fast calculation cycle in a digital computer;
{ПНД} - пилотажно-навигационные данные;{PNA} - flight and navigation data;
fа - тактирующий сигнал опроса датчиков линейного ускорения;f a - clock signal polling linear acceleration sensors;
а - вектор измеренного линейного ускорения в связанных осях объекта;a is the vector of the measured linear acceleration in the associated axes of the object;
Δv - вектор приращения кажущейся скорости в связанных осях объекта.Δv is the increment vector of the apparent speed in the associated axes of the object.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
В блоке датчиков угловой скорости 6 обеспечивается измерение вектора угловой скорости объекта в проекциях на связанные оси со и выдача сигналов измерений, например, по цифровой линии в виде кода последовательного по ГОСТ 18977-79.In the block of angular velocity sensors 6, the angular velocity vector of the object is measured in projections onto the connected axes ω and the measurement signals are transmitted, for example, along a digital line in the form of a serial code according to GOST 18977-79.
В блоке датчиков линейного ускорения 10 обеспечивается измерение вектора линейного ускорения объекта в проекциях на связанные оси а и выдача сигналов измерений, например, по цифровой линии в виде кода параллельного по ГОСТ 18977-79.In the block of linear acceleration sensors 10, it is possible to measure the linear acceleration vector of the object in projections onto the connected axes a and to issue measurement signals, for example, along a digital line in the form of a parallel code in accordance with GOST 18977-79.
В блоках первичной обработки сигналов угловой скорости 8 и первичной обработки сигналов линейного ускорения 12 в сверхбыстром темпе осуществляется обработка сигналов измерений. Она заключается, например, в их интегрировании для приведения к частоте быстрого цикла вычислений:In the blocks of the primary processing of angular velocity signals 8 and the primary processing of linear acceleration signals 12 at an ultrafast pace, the processing of measurement signals is carried out. It consists, for example, in integrating them to reduce the frequency of the fast cycle of calculations:
, , где , where
ТБЦ - длительность интервала вычислений быстрого цикла ЦВМ;T BC - the duration of the calculation interval of the fast cycle of the computer;
Nω и Na - соответственно количество отсчетов измерений угловой скорости и линейного ускорения на интервале вычислений быстрого цикла.N ω and N a are, respectively, the number of samples of measurements of the angular velocity and linear acceleration in the calculation interval of the fast cycle.
Выходные данные блоков первичной обработки сигналов с некоторой детерминированной задержкой актуальны на момент тактирующего импульса fБЦ.The output data of the blocks of the primary signal processing with some deterministic delay are relevant at the time of the clock pulse f BC .
В модуле вычислений быстрого цикла ЦВМ 9 осуществляется математическая обработка для определения параметров быстрого цикла {ПБЦ}, которые являются промежуточными данными алгоритма бесплатформенной инерциальной навигации. Обработка может осуществляться, например, согласно [Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004]. В состав параметров быстрого цикла в этом случае будут входить, в частности, приращение кажущейся скорости и вектор кажущегося поворота объекта на интервале вычислений внутри такта быстрого цикла. Выходные данные модуля вычислений быстрого цикла с некоторой детерминированной задержкой актуальны на момент тактирующего импульса fБЦ.In the module for computing the fast cycle of digital computer 9, mathematical processing is carried out to determine the parameters of the fast cycle {PBC}, which are intermediate data of the strapdown inertial navigation algorithm. Processing may be carried out, for example, according to [Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004]. The composition of the parameters of the fast cycle in this case will include, in particular, the increment of the apparent speed and the vector of the apparent rotation of the object in the calculation interval within the cycle of the fast cycle. The output of the fast cycle calculation module with some deterministic delay is relevant at the time of the clock pulse f BC .
В модуле вычислений медленного цикла ЦВМ 10 осуществляется математическая обработка для определения пилотажно-навигационных данных {ПНД}, которые являются выходными данными алгоритма бесплатформенной инерциальной навигации. Обработка может осуществляться, например, согласно [Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004]. В состав пилотажно-навигационных данных в этом случае будут входить, в частности, географические координаты объекта, вектор его земной скорости и пилотажные углы летательного аппарата. Выходные данные модуля вычислений медленного цикла с некоторой детерминированной задержкой актуальны на момент тактирующего импульса fМЦ.In the computing module of the slow cycle of the digital computer 10, mathematical processing is carried out to determine the aeronautical navigation data {PND}, which are the output of the strapdown inertial navigation algorithm. Processing may be carried out, for example, according to [Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004]. The composition of the navigation data in this case will include, in particular, the geographical coordinates of the object, the vector of its earth speed and the flight angles of the aircraft. The output of the slow cycle computation module with some deterministic delay is relevant at the time of the clock pulse f MC .
В модуле формирования невязок 5 осуществляется сопоставление спутниковой навигационной информации и входящих в состав {ПНД} данных инерциальной навигации: геодезических широты BИ, долготы LИ и высоты hИ и вектора земной скорости в осях «восток-север-вертикаль» vENU И.In the module for the formation of residuals 5, satellite navigation information is compared with inertial navigation data included in the {PND}: geodesic latitude B I , longitude L I and height h I and the earth velocity vector in the east-north-vertical axes v ENU I.
Для сопоставления навигационной информации используется единый момент времени, соответствующий переднему фронту импульса f1c «секундной метки» АСH. Спутниковые навигационные данные (широта ВC, долгота LC, высота hC, вектор земной скорости vENU C), передаваемые с некоторой детерминированной задержкой, например по цифровой линии в виде кода последовательного по ГОСТ 18977-79, актуальны строго на этот момент времени. В то же время для приведения инерциальных пилотажно-навигационных данных в модуле МФН выполняется соответствующая обработка данных:To compare the navigation information, a single point in time is used, which corresponds to the leading edge of the pulse f 1c “second mark” ACH. Satellite navigation data (latitude B C , longitude L C , height h C , earth velocity vector v ENU C ) transmitted with some deterministic delay, for example via a digital line in the form of a serial code according to GOST 18977-79, are relevant strictly at this point in time . At the same time, in order to bring inertial flight and navigation data into the MFN module, the corresponding data processing is performed:
1) с использованием обнуляемого по импульсам fБЦ и фиксируемого по импульсам f1с счетчика импульсов fГТИ определяется устаревание параметров быстрого цикла τБЦ;1) using obsolete by pulses f BC and fixed by pulses f 1s counter of pulses f GTI , the obsolescence of the fast cycle parameters τ BC is determined;
2) по алгоритму, идентичному выполняемому в модуле МВМЦ [Paul G.Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004], осуществляется внеочередной расчет данных инерциальной навигации с использованием текущих значений параметров быстрого цикла {ПБЦ};2) according to an algorithm identical to that performed in the MVMC module [Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004], an extraordinary calculation of inertial navigation data is performed using the current values of the fast cycle parameters {PBC};
3) при получении очередных (соответствующих следующему за импульсом f1c отсчету fБЦ) сигналов q, Δv они масштабируются пропорционально устареванию параметров быстрого цикла:3) upon receipt of the next (corresponding to the following BC pulse f 1c sample) signals q, Δv they are scaled in proportion to the obsolescence of the fast cycle parameters:
, , , ,
затем масштабированные сигналы инерциальных измерений используются для уточнения инерциальных навигационных данных согласно следующим шагам 4) и 5);then the scaled inertial measurement signals are used to refine the inertial navigation data according to the following steps 4) and 5);
4) по масштабированным данным q*, Δv* рассчитываются на одном шаге параметры быстрого цикла по алгоритму, идентичному выполняемому в модуле МВБЦ [Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004];4) according to the scaled data q * , Δv *, the parameters of the fast cycle are calculated at one step according to an algorithm identical to that performed in the module of the IECC [Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004];
5) по результатам расчета на одном шаге параметров быстрого цикла выполняется обновление инерциальных навигационных даннных по алгоритму, идентичному выполняемому в модуле МВМЦ [Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004].5) according to the results of the calculation of the fast cycle parameters at one step, the inertial navigation data is updated according to an algorithm identical to that performed in the IECM module [Paul G. Savage. Strapdown System Computational Elements. - RTO-LS-232 (2004) Pre-Prints, 2004].
В результате выполнения обработки по пп.1-5 обеспечивается приведение инерциальных навигационных данных к моменту актуальности спутниковой навигационной информации. Это позволяет сформировать невязки инерциальных и спутниковых навигационных данных:As a result of processing according to claims 1-5, the inertial navigation data is brought to the time of the relevance of satellite navigation information. This allows you to create residuals of inertial and satellite navigation data:
ΔBИС=BИ-BС;ΔB IP = B AND -B C ;
ΔLИС=LИ-LС;ΔL IP = L AND -L C ;
ΔhИС=hИ-hС;Δh IP = h AND -h C ;
Эти невязки актуальны на момент переднего фронта импульса f1с «секундной метки» АСН. Их динамические ошибки сведены к минимуму.These discrepancies are relevant at the time of the leading edge of the pulse f 1s the “second mark” of the ASN. Their dynamic errors are minimized.
В модуле комплексной обработки 6 на основе метода динамической фильтрации осуществляется оценка погрешностей инерциальных пилотажно-навигационных данных с использованием известных алгоритмов прогноза и коррекции (см., например, патент RU 2265190 С1, заявка №2004108184/28 от 23.03.2004 г.). Благодаря минимальным динамическим искажениям невязок в отличие от известных систем комплексная обработка сигналов в заявляемом изобретении обеспечит более высокие характеристики точности.In the integrated processing module 6, based on the dynamic filtering method, the errors of inertial flight and navigation data are estimated using well-known forecasting and correction algorithms (see, for example, patent RU 2265190 C1, application No. 2004108184/28 of 03.23.2004). Due to the minimal dynamic distortion of the residuals, in contrast to the known systems, the integrated signal processing in the claimed invention will provide higher accuracy characteristics.
Кроме того, в модуле комплексной обработки 6 осуществляется коррекция инерциальных пилотажно-навигационных данных на величину актуальных на моменты f1с оценок для их погрешностей. Таким образом, формируются пилотажно-навигационные данные высокой точности {ПНДВТ} системы.In addition, in the integrated processing module 6, the correction of inertial aerobatic navigation data is performed by the value of the estimates relevant to the moments f 1 s for their errors. Thus, the high-accuracy flight-navigation data {PNDVT} of the system is formed.
Благодаря медленной динамике погрешностей инерциальных пилотажно-навигационных данных при их компенсации в модуле МКО допустимо использование оценок, полученных на предыдущем такте работы алгоритма калмановской фильтрации, с их линейной экстраполяцией на моменты fМЦ.Due to the slow dynamics of inertial flight and navigation data errors when compensating for them in the MCO module, it is permissible to use the estimates obtained at the previous step of the Kalman filtering algorithm with their linear extrapolation to moments f MC .
Для координации работы компонентов в системе используется несколько тактирующих сигналов.To coordinate the operation of components in the system, several clock signals are used.
Генератор тактовых импульсов 1 формирует тактирующий сигнал системы fГТИ, который служит основой единой шкалы времени. (В качестве такого может служить, например, импульсный сигнал дискретно-аналогового типа по ГОСТ 18977-79 с частотой 1 МГц.)The clock generator 1 generates a clock signal of the system f GTI , which serves as the basis for a single time scale. (This can be, for example, a pulse signal of a discrete analog type according to GOST 18977-79 with a frequency of 1 MHz.)
Этот сигнал используется в координирующем временном устройстве 2 для формирования методом деления частоты управляющих импульсов fω, fа, fБЦ, fМЦ.This signal is used in the coordinating temporary device 2 for forming by dividing the frequency of the control pulses f ω , f a , f BC , f MC .
Тактирующий сигнал опроса датчиков угловой скорости fω (например, импульсы по ГОСТ 18977-79 с частотой fГТИ/625=1600 Гц) служит для фиксации в блоке датчиков угловой скорости очередного отсчета измеренного вектора угловой скорости объекта, а также для управления запросом очередного измерения из блока первичной обработки сигналов угловой скорости.The clock signal of the interrogation of the angular velocity sensors f ω (for example, pulses according to GOST 18977-79 with a frequency f GTI / 625 = 1600 Hz) serves to fix the next count of the measured angular velocity vector of the object in the block of angular velocity sensors, as well as to control the request for the next measurement from the block of primary processing of angular velocity signals.
Тактирующий сигнал опроса датчиков линейного ускорения fа (например, импульсы по ГОСТ 18977-79 с частотой fГТИ/125=8000 Гц) служит для фиксации в блоке датчиков угловой скорости очередного отсчета измеренного вектора линейного ускорения объекта, а также для управления запросом очередного измерения из блока первичной обработки сигналов линейного ускорения.The timing signal of the interrogation of linear acceleration sensors f a (for example, pulses according to GOST 18977-79 with a frequency f GTI / 125 = 8000 Hz) serves to fix in the sensor unit the angular velocity of the next count of the measured vector of linear acceleration of the object, as well as to control the request for the next measurement from the block of primary processing of linear acceleration signals.
Тактирующий сигнал быстрого цикла вычислений fБЦ (например, импульсы по ГОСТ 18977-79 с частотой fГТИ/2500=400 Гц) служит для фиксации в блоках первичной обработки сигналов угловой скорости и линейного ускорения выходных значений вектора приращения кажущегося угла q и вектора приращения кажущейся скорости Δv, a также для управления запросом этих сигналов из цифровой вычислительной машины (для передачи в модуль вычислений быстрого цикла и модуль формирования невязок).A clock signal of a fast calculation cycle f BC (for example, pulses in accordance with GOST 18977-79 with a frequency f GTI / 2500 = 400 Hz) serves to fix the output values of the increment vector of the apparent angle q and the increment vector of the apparent in the blocks of the primary processing of the signals of the angular velocity and linear acceleration Δv, a, and also to control the request for these signals from a digital computer (for transmission to the fast cycle calculation module and the residual formation module).
Тактирующий сигнал медленного цикла вычислений fМЦ (например, импульсы по ГОСТ 18977-79 с частотой fГТИ/10000=100 Гц) служит для фиксации в модуле вычислений быстрого цикла выходных параметров, а также для управления их передачей в модуль вычислений медленного цикла и модуль формирования невязок. Передний фронт импульса определяет моменты актуальности пилотажно-навигационных данных {ПНД} и высокоточных выходных данных системы {ПНДВТ}.The clock signal of the slow cycle of calculations f MC (for example, pulses according to GOST 18977-79 with a frequency f GTI / 10000 = 100 Hz) serves to fix the output parameters in the fast cycle calculation module, as well as to control their transmission to the slow cycle calculation module and module formation of residuals. The leading edge of the pulse determines the moments of relevance of navigation and navigation data {PND} and high-precision output data of the system {PNDVT}.
Сигнал «секундной метки» ACH f1c используется в модуле МФН для определения устаревания параметров быстрого цикла (относительно момента актуальности спутниковой навигационной информации), а также в модуле МКО для определения устаревания оценок для погрешностей {ПНД} (относительно момента актуальности пилотажно-навигационных данных).The “second mark” signal ACH f 1c is used in the MFN module to determine obsolescence of fast cycle parameters (relative to the time of the relevance of satellite navigation information), as well as in the MCO module to determine the obsolescence of estimates for errors {PNA} (relative to the time of the relevance of flight and navigation data) .
Таким образом, благодаря введению в состав системы генератора тактовых импульсов и координирующего временного устройства обеспечивается возможность такой организации процессов сбора инерциальных измерений и обработки инерциальной и спутниковой навигационной и пилотажной информации, при которой за счет минимальных динамических искажений невязок обеспечивается повышение точности выходной информации интегрированной системы.Thus, by introducing a clock generator and a coordinating time device into the system, it is possible to organize inertial measurement collection processes and process inertial and satellite navigation and flight information in which the accuracy of the integrated system output information is improved due to minimal dynamic distortion distortions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010139533/28A RU2439498C1 (en) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | Complex inertial-satellite navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010139533/28A RU2439498C1 (en) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | Complex inertial-satellite navigation system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2439498C1 true RU2439498C1 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010139533/28A RU2439498C1 (en) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | Complex inertial-satellite navigation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2439498C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487419C1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | System for complex processing of information of radio navigation and self-contained navigation equipment for determining real values of aircraft navigation parameters |
-
2010
- 2010-09-27 RU RU2010139533/28A patent/RU2439498C1/en active IP Right Revival
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487419C1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-07-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | System for complex processing of information of radio navigation and self-contained navigation equipment for determining real values of aircraft navigation parameters |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bryne et al. | Nonlinear observers for integrated INS\/GNSS navigation: implementation aspects | |
CN109917440B (en) | Combined navigation method, system and vehicle | |
CN103900565B (en) | A kind of inertial navigation system attitude acquisition method based on differential GPS | |
EP1865286A2 (en) | Object locating in restricted environments using personal navigation | |
CN100547352C (en) | The ground speed testing methods that is suitable for fiber optic gyro strapdown inertial navigation system | |
US3849636A (en) | Method and apparatus for determining the position of a vehicle | |
EP0986733B1 (en) | Robust accurate gps time reference for space application | |
CN106842271B (en) | Navigation positioning method and device | |
RU2406973C2 (en) | Method for calibration of platform-free inertial navigation systems | |
CN109507706B (en) | GPS signal loss prediction positioning method | |
CN107747953A (en) | A kind of multi-sensor data and orbit information method for synchronizing time | |
US5757317A (en) | Relative navigation utilizing inertial measurement units and a plurality of satellite transmitters | |
RU2539140C1 (en) | Integrated strapdown system of navigation of average accuracy for unmanned aerial vehicle | |
CN105606093B (en) | Inertial navigation method and device based on gravity real-Time Compensation | |
RU2504734C1 (en) | Method for determining parameters of model of measurement errors of accelerometers of inertial navigation system as per satellite navigation measurements | |
CN109084755B (en) | Accelerometer zero offset estimation method based on gravity apparent velocity and parameter identification | |
CN106403999A (en) | GNSS-based real-time compensation method for inertial navigation accelerometer drifting | |
CN116678406B (en) | Combined navigation attitude information determining method and device, terminal equipment and storage medium | |
CN113551669A (en) | Short baseline-based combined navigation positioning method and device | |
RU2487318C1 (en) | Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy | |
RU2277696C2 (en) | Integrated satellite inertial-navigational system | |
CN115793009B (en) | Multi-station passive positioning method based on high-precision Beidou combined measurement | |
RU2439498C1 (en) | Complex inertial-satellite navigation system | |
EP3446154A1 (en) | System and method for long baseline accelerometer/gnss navigation | |
RU2502049C1 (en) | Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120928 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140420 |