RU2483279C1 - Nongyroscopic inertial navigation system - Google Patents

Nongyroscopic inertial navigation system Download PDF

Info

Publication number
RU2483279C1
RU2483279C1 RU2011144949/28A RU2011144949A RU2483279C1 RU 2483279 C1 RU2483279 C1 RU 2483279C1 RU 2011144949/28 A RU2011144949/28 A RU 2011144949/28A RU 2011144949 A RU2011144949 A RU 2011144949A RU 2483279 C1 RU2483279 C1 RU 2483279C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
calculating
unit
accelerometers
coordinate system
accelerations
Prior art date
Application number
RU2011144949/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011144949A (en
Inventor
Александр Леонидович Стемпковский
Александр Николаевич Соловьев
Валерий Евгеньевич Алексеев
Александр Владимирович Саблин
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (ИППМ РАН)
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 Учреждение Российской академии наук Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (ИППМ РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (ИППМ РАН)
Priority to RU2011144949/28A priority Critical patent/RU2483279C1/en
Publication of RU2011144949A publication Critical patent/RU2011144949A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2483279C1 publication Critical patent/RU2483279C1/en

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: quantity of used accelerometers (from 6 to 12) is increased. Mutual location and orientation of their sensitive axes provide for measurement of all basic navigation parameters. Extraction from the measured data of the basic parameters, angular speed components provides determination of angular orientation of the object based on single integration of readings of accelerometers. The proposed system provides reduction of growth rate of errors for determination of angular orientation and coordinates of the object.
EFFECT: improving the accuracy for determining angular orientation of the object and its coordinates.
1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области инерциальной навигации и может использоваться для определения текущих координат объекта и его угловой ориентации. Устройство может применяться как автономно, так и в сочетании со спутниковыми радионавигационными системи GPS и ГЛОНАСС.The invention relates to the field of inertial navigation and can be used to determine the current coordinates of the object and its angular orientation. The device can be used both autonomously and in combination with satellite radio navigation systems GPS and GLONASS.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство, описанное в патенте США 2010/0268414 [1]. Данное устройство предназначено для оценки угловой скорости мобильного объекта.A device is known, described in US patent 2010/0268414 [1]. This device is designed to assess the angular velocity of a mobile object.

Известно устройство, описанное в патенте США 2010/0114517 [2]. Данное устройство предназначено для определения пространственной ориентации объекта.A device is known, described in US patent 2010/0114517 [2]. This device is designed to determine the spatial orientation of the object.

К недостаткам данных устройств относится невысокая точность определения пространственной ориентации объекта на основе показаний акселерометров.The disadvantages of these devices include the low accuracy of determining the spatial orientation of an object based on the readings of accelerometers.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения и принятым в качестве прототипа является устройство, описанное в работе [3], которое включает модуль из шести акселерометров, блок расчета составляющих углового ускорения, интегрирующий блок, блок расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований, блок расчета ускорений в связанной системе координат, блок расчета ускорений в Земной системе координат, блок расчета навигационных параметров.The closest analogue of the present invention and adopted as a prototype is the device described in [3], which includes a module of six accelerometers, a unit for calculating the components of angular acceleration, an integrating unit, a unit for calculating the coefficients of the matrix of coordinate transformations, a unit for calculating accelerations in a connected coordinate system , unit for calculating accelerations in the Earth coordinate system, unit for calculating navigation parameters.

При этом модуль из шести акселерометров содержит одноосные акселерометры, координаты

Figure 00000001
которых в подвижной системе координат и ориентация
Figure 00000002
их чувствительных осей заданы следующим образом:Moreover, a module of six accelerometers contains uniaxial accelerometers, coordinates
Figure 00000001
which in the moving coordinate system and orientation
Figure 00000002
their sensitive axes are defined as follows:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где r - расстояние от точки установки акселерометра до центра подвижной системы координат.where r is the distance from the installation point of the accelerometer to the center of the moving coordinate system.

Определение навигационных параметров объекта (координат и скорости) в текущий момент времени с помощью данного устройства выполняется следующим образом. Блок расчета составляющих углового ускорения определяет величины углового ускорения объекта на основе показаний шести акселерометров. Интегрирующий блок определяет значения угловой скорости путем интегрирования значений углового ускорения. Блок расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований выполняет определение угловой ориентации объекта на основе значений угловой скорости. Блок расчета ускорений в связанной системе координат выполняет расчет данных ускорений на основе значений составляющих угловой скорости и данных, снимаемых с акселерометров. Блок расчета ускорений в Земной системе координат определяет данные ускорения путем компенсации вектора гравитации из значений «кажущегося» ускорения. Блок расчета навигационных параметров осуществляет расчет скорости и координат объекта путем однократного и 2-кратного интегрирования ускорений в Земной системе координат.The determination of the navigation parameters of the object (coordinates and speed) at the current time using this device is as follows. The unit for calculating the components of angular acceleration determines the angular acceleration of the object based on the readings of six accelerometers. The integrating unit determines angular velocity values by integrating angular acceleration values. The block for calculating the coefficients of the matrix of coordinate transformations determines the angular orientation of the object based on the values of the angular velocity. The unit for calculating accelerations in the associated coordinate system performs the calculation of acceleration data based on the values of the components of the angular velocity and data taken from the accelerometers. The unit for calculating accelerations in the Earth's coordinate system determines the acceleration data by compensating the gravity vector from the values of the "apparent" acceleration. The unit for calculating navigation parameters calculates the speed and coordinates of the object by a single and 2-fold integration of accelerations in the Earth's coordinate system.

Недостатком прототипа является невысокая точность определения угловой ориентации объекта. Это обусловлено тем, что для определения угловой ориентации необходимо двойное интегрирование углового ускорения, определяемого на основе показаний акселерометров. При этом происходит двойное интегрирование низкочастотного шума акселерометров. Поскольку низкочастотная составляющая практически является детерминированной величиной, то это ведет к тому, что погрешность определения угловой ориентации имеет монотонный рост и зависит от времени как ~t2. Т.к. координаты объекта определяются на основе последующего двойного интегрирования значений угловой ориентации, то погрешность определения координат монотонно возрастает и оценивается как ~t4.The disadvantage of the prototype is the low accuracy of determining the angular orientation of the object. This is due to the fact that to determine the angular orientation, double integration of angular acceleration, which is determined based on the readings of accelerometers, is necessary. In this case, double integration of the low-frequency noise of accelerometers occurs. Since the low-frequency component is practically a deterministic quantity, this leads to the fact that the error in determining the angular orientation has a monotonic increase and depends on time as ~ t 2 . Because Since the coordinates of the object are determined on the basis of the subsequent double integration of the values of the angular orientation, the error in determining the coordinates monotonically increases and is estimated as ~ t 4 .

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения угловой ориентации объекта за счет перехода от двухкратного к однократному интегрированию показаний акселерометров. Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является снижение кратности интегрирования показаний акселерометров и уменьшение скорости роста погрешностей определения угловой ориентации и координат объекта.The task of the invention is to increase the accuracy of determining the angular orientation of the object due to the transition from double to single integration of the readings of accelerometers. The technical result that allows us to complete the task is to reduce the frequency of integration of the readings of accelerometers and to reduce the growth rate of errors in determining the angular orientation and coordinates of the object.

Сутью данного изобретения является определение угловой скорости объекта на основе «прямых» показаний акселерометров, т.е. без выполнения процедуры интегрирования. В этом случае при определении угловой ориентации будет использоваться однократное интегрирование показаний акселерометров, что приведет к уменьшению роста погрешности до величины ~t. Для выполнения данного условия предлагается определять базовые навигационные переменные на основе показаний акселерометров (Aaccel,j), где j - номер акселерометра. В общем случае, имеется 12 базовых навигационных переменныхThe essence of this invention is to determine the angular velocity of an object based on "direct" readings of accelerometers, i.e. without performing the integration procedure. In this case, when determining the angular orientation, a single integration of the accelerometer readings will be used, which will lead to a decrease in the error growth to ~ t. To fulfill this condition, it is proposed to determine the basic navigation variables based on the readings of accelerometers (A accel, j ), where j is the number of the accelerometer. In general, there are 12 basic navigation variables

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где FX, FY, FZ - составляющие «кажущегося» ускорения,

Figure 00000006
- составляющие углового ускорения, WX, WY, XZ - составляющие угловой скорости. Выражение, связывающее значения акселерометров (Aaccel,j) и базовых навигационных переменных (β), имеет следующий вид:where F X , F Y , F Z - components of the "apparent" acceleration,
Figure 00000006
- components of angular acceleration, W X , W Y , X Z - components of angular velocity. The expression connecting the values of accelerometers (A accel, j ) and basic navigation variables (β) has the following form:

Aaccel,j=Qj·β, гдеA accel, j = Q j · β, where

Figure 00000007
Figure 00000007

При этом матрица Q полностью определяется параметрами установки акселерометров: координатами акселерометров (Raccel,j) и ориентацией их чувствительных осей (θaccel,j). Значения β может быть определено на основе решения системы линейных уравнений:In this case, the Q matrix is completely determined by the accelerometer setup parameters: the coordinates of the accelerometers (R accel, j ) and the orientation of their sensitive axes (θ accel, j ). The values of β can be determined by solving a system of linear equations:

Figure 00000008
Figure 00000008

Поскольку имеется 12 базовых навигационных переменных (β), то для их однозначного выделения на основе решения системы уравнений (2) предлагается использовать показания 12-ти акселерометров. При этом взаимное расположение акселерометров и ориентация их чувствительных осей выбираются из следующих условий:Since there are 12 basic navigation variables (β), it is proposed to use the readings of 12 accelerometers for their unambiguous identification based on the solution of the system of equations (2). The relative position of the accelerometers and the orientation of their sensitive axes are selected from the following conditions:

- отсутствие вырожденности матрицы Q;- the lack of degeneracy of the matrix Q;

- максимизация значения детерминанта матрицы Q для снижения величины погрешности вычисления значения β, поскольку в выражении (2) используется Q-1.- maximizing the value of the determinant of the matrix Q to reduce the error in calculating the value of β, since Q -1 is used in expression (2).

Таким образом, увеличение числа акселерометров с 6-ти до 12-ти в предлагаемом изобретении, а также соответствующий выбор координат установки акселерометров и взаимной ориентации их чувствительных осей обеспечивают однозначное решение системы уравнений (2). При этом на основе показаний 12-ти акселерометров осуществляется расчет базовых навигационных параметров, из которых выделяются соответствующие составляющие угловой скорости. Однократное интегрирование составляющих угловой скорости обеспечивает более точное (по сравнению с прототипом) определение угловой ориентации объекта, задаваемое матрицей координатных преобразований.Thus, an increase in the number of accelerometers from 6 to 12 in the present invention, as well as an appropriate choice of the installation coordinates of the accelerometers and the relative orientation of their sensitive axes, provide a unique solution to the system of equations (2). In this case, based on the readings of 12 accelerometers, basic navigation parameters are calculated, from which the corresponding components of the angular velocity are distinguished. A single integration of the components of the angular velocity provides a more accurate (compared with the prototype) determination of the angular orientation of the object, defined by the matrix of coordinate transformations.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фигуре представлена структурная схема безгироскопной инерциальной навигационной системы, состоящей из блоков:The figure shows a structural diagram of a gyro-free inertial navigation system consisting of blocks:

1 - модуль первых шести акселерометров;1 - module of the first six accelerometers;

2 - блок расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований;2 - block calculation of the coefficients of the matrix coordinate transformation;

3 - блок расчета ускорений в связанной системе координат;3 - unit for calculating accelerations in a connected coordinate system;

4 - блок расчета ускорений в Земной системе координат;4 - unit for calculating accelerations in the Earth's coordinate system;

5 - блок расчета навигационных параметров;5 - block calculation of navigation parameters;

6 - модуль вторых шести акселерометров;6 - module of the second six accelerometers;

7 - блок расчета базовых навигационных переменных;7 - block calculation of basic navigation variables;

8 - блок расчета составляющих угловой скорости.8 - block calculation of the components of the angular velocity.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Безгироскопная инерциальная навигационная система, содержащая распределенное множество акселерометров, состоит из модуля акселерометров (1), блока расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований (2), блока расчета ускорений в связанной системе координат (3), блока расчета ускорений в Земной системе координат (4), блока расчета навигационных параметров (5), при этом первые шесть акселерометров имеют координаты

Figure 00000009
A gyro-free inertial navigation system containing a distributed set of accelerometers consists of an accelerometer module (1), a unit for calculating the coefficients of the coordinate transformation matrix (2), a unit for calculating accelerations in a connected coordinate system (3), a unit for calculating accelerations in the Earth coordinate system (4), unit for calculating navigation parameters (5), while the first six accelerometers have coordinates
Figure 00000009

в связанной системе координат, где r - расстояние от точки установки акселерометра до центра системы координат.in a connected coordinate system, where r is the distance from the installation point of the accelerometer to the center of the coordinate system.

Для обеспечения повышенной точности определения угловой ориентации объекта, а так же навигационных параметров: скорости и координат объекта, в устройство введены:To ensure increased accuracy in determining the angular orientation of the object, as well as navigation parameters: speed and coordinates of the object, the following are introduced into the device:

- модуль вторых шести акселерометров (6);- module of the second six accelerometers (6);

- блок расчета базовых навигационных переменных (7);- block calculation of basic navigation variables (7);

- блок расчета составляющих угловой скорости (8).- unit for calculating the components of the angular velocity (8).

При этом ориентация чувствительных осей акселерометров (Θ), расположенных в модуле первых шести акселерометров (1), задана в связанной системе координат какIn this case, the orientation of the sensitive axes of the accelerometers (Θ) located in the module of the first six accelerometers (1) is specified in the associated coordinate system as

Figure 00000010
Figure 00000010

акселерометры, расположенные в модуле вторых шести акселерометров (6), имеют координатыaccelerometers disposed in the second module six accelerometers (6), have coordinates

Figure 00000011
Figure 00000011

в связанной системе координат, а ориентация их чувствительных осей задана в связанной системе координат какin a connected coordinate system, and the orientation of their sensitive axes is specified in a connected coordinate system as

Figure 00000012
Figure 00000012

Модуль вторых шести акселерометров (6) в сочетании с модулем первых шести акселерометров обеспечивает возможность выделения базовых навигационных переменных:

Figure 00000013
, которые содержат составляющие угловой скорости объекта.The module of the second six accelerometers (6) in combination with the module of the first six accelerometers provides the ability to highlight the basic navigation variables:
Figure 00000013
that contain the components of the angular velocity of the object.

Блок расчета базовых навигационных переменных (7) предназначен для определения данных составляющих (β) на основе показаний акселерометров.The unit for calculating basic navigation variables (7) is designed to determine these components (β) based on the readings of accelerometers.

Блок расчета составляющих угловой скорости (8) предназначен для расчета данных составляющих на основе базовых навигационных переменных.The unit for calculating the components of the angular velocity (8) is intended for calculating these components on the basis of basic navigation variables.

Блоки (7) и (8) могут быть реализованы как аппаратно, так и программно.Blocks (7) and (8) can be implemented both hardware and software.

Связи между устройствами осуществляются следующим образом:Communications between devices are as follows:

- выходы модуля первых шести акселерометров (1) и модуля вторых шести акселерометров (6) подсоединены ко входам блока расчета базовых навигационных переменных (7) и блока расчета ускорений в связанной системе координат (3);- the outputs of the module of the first six accelerometers (1) and the module of the second six accelerometers (6) are connected to the inputs of the unit for calculating basic navigation variables (7) and the unit for calculating accelerations in the associated coordinate system (3);

- выход блока базовых навигационных переменных (7) подсоединен ко входу блока расчета ускорений в связанной системе координат (3) и ко входу блока расчета составляющих угловой скорости (8);- the output of the block of basic navigation variables (7) is connected to the input of the block for calculating accelerations in the associated coordinate system (3) and to the input of the block for calculating the components of the angular velocity (8);

- выход блока расчета составляющих угловой скорости (8) подсоединен во входу блока расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований (2);- the output of the block for calculating the components of the angular velocity (8) is connected to the input of the block for calculating the coefficients of the matrix of coordinate transformations (2);

- выход блока расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований (2) подключен ко входу блока расчета ускорений в Земной системе координат (4);- the output of the block for calculating the coefficients of the matrix of coordinate transformations (2) is connected to the input of the block for calculating accelerations in the Earth's coordinate system (4);

- выход блока расчета ускорений в связанной системе координат (3) подключен ко входу блока расчета ускорений в Земной системе координат (4);- the output of the unit for calculating accelerations in the associated coordinate system (3) is connected to the input of the unit for calculating accelerations in the Earth coordinate system (4);

- выход блока расчета ускорений в Земной системе координат (4) подключен ко входу блока расчета навигационных параметров (5).- the output of the unit for calculating accelerations in the Earth's coordinate system (4) is connected to the input of the unit for calculating navigation parameters (5).

Пример конкретной реализации.An example of a specific implementation.

Проведенное моделирование показало, что максимальное значение детерминанта матрицы Q, обеспечивающее минимизацию погрешности определения базовых навигационных параметров, выполняется при задании координат установки акселерометров и ориентации их чувствительных осей, представленных ниже в таблицах 1, 2.The simulation showed that the maximum value of the determinant of the matrix Q, which minimizes the error in determining the basic navigation parameters, is performed by setting the coordinates of the accelerometers and the orientation of their sensitive axes, presented below in tables 1, 2.

Таблица 1Table 1 Координаты установки акселерометровAccelerometer Installation Coordinates Raccel Accel Acc 1Acc 1 Acc 2Acc 2 Асс 3Ass 3 Acc 4Acc 4 Acc 5Acc 5 Acc 6Acc 6 Acc 7Acc 7 Acc 8Acc 8 Acc 9Acc 9 Acc 10Acc 10 Acc 11Acc 11 Acc 12Acc 12 XX 00 00 rr rr 00 00 -r-r -r-r 00 00 00 00 YY rr rr 00 00 -r-r -r-r 00 00 00 00 00 00 ZZ 00 00 00 00 00 00 00 00 -r-r -r-r rr rr

Таблица 2table 2 Ориентация чувствительных осей акселерометровOrientation of the sensitive axes of accelerometers θaccel θ accel Acc 1Acc 1 Acc 2Acc 2 Асс 3Ass 3 Acc 4Acc 4 Acc 5Acc 5 Acc 6Acc 6 Acc 7Acc 7 Acc 8Acc 8 Acc 9Acc 9 Acc 10Acc 10 Acc 11Acc 11 Acc 12Acc 12 ХX 00 00 00 -1-one -1-one 00 00 1one 1one 00 00 00 YY 00 -1-one 00 00 00 1one -1-one 00 00 00 1one 00 ZZ 1one 00 -1-one 00 00 00 00 00 00 1one 00 -1-one

Определение навигационных параметров объекта (координат

Figure 00000014
и скорости
Figure 00000015
) в текущий момент времени (ti) с помощью предлагаемого устройства выполняется следующим образом:Definition of navigation parameters of an object (coordinates
Figure 00000014
and speed
Figure 00000015
) at the current moment of time (t i ) using the proposed device is performed as follows:

Показания акселерометра могут быть определены как:Accelerometer readings can be defined as:

Figure 00000016
, j∈1-12,
Figure 00000016
, j∈1-12,

где F - «кажущееся» ускорение объекта в подвижной системе координат; Rj - координаты установки акселерометра (см. табл.1); θaccel,j - ориентация чувствительных осей акселерометров (см. табл.2); W - угловая скорость объекта.where F is the "apparent" acceleration of the object in the moving coordinate system; R j - coordinates of the installation of the accelerometer (see table 1); θ accel, j is the orientation of the sensitive axes of the accelerometers (see table 2); W is the angular velocity of the object.

На основе 12-ти акселерометров базовые навигационные параметры β определяются как β=Q-1·Faccel.Based on 12 accelerometers, the basic navigation parameters β are determined as β = Q -1 · F accel .

Блок расчета базовых навигационных переменных (3) обеспечивает вычисление:The unit for calculating basic navigation variables (3) provides the calculation of:

Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019

где

Figure 00000020
- элементы матрицы
Figure 00000021
(обратной Qj), det(Q) - детерминант матрицы Q.Where
Figure 00000020
- matrix elements
Figure 00000021
(inverse Q j ), det (Q) is the determinant of the matrix Q.

Блок расчета составляющих угловой скорости (4) выполняет следующее преобразование на основе полученных составляющих базовых навигационных параметров:The unit for calculating the components of the angular velocity (4) performs the following transformation based on the obtained components of the basic navigation parameters:

Figure 00000022
Figure 00000023
Figure 00000024
Figure 00000022
Figure 00000023
Figure 00000024

Блок расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований (2) выполняет определение угловой ориентации объекта на основе значений угловой скорости W(ti):The unit for calculating the coefficients of the coordinate transformation matrix (2) determines the angular orientation of the object based on the values of the angular velocity W (t i ):

Figure 00000025
Figure 00000025

Блок расчета ускорений в связанной системе координат (3) выполняет расчет данных ускорений на основе значений составляющих угловой скорости и данных, снимаемых с акселерометров:The unit for calculating accelerations in the associated coordinate system (3) calculates the data of accelerations based on the values of the components of the angular velocity and data taken from accelerometers:

Figure 00000026
Figure 00000026

Блок расчета ускорений в Земной системе координат (4) определяет данные ускорения путем перевода «кажущегося» ускорения из связанной в Земную систему координат и компенсации из него вектора гравитации:The unit for calculating accelerations in the Earth coordinate system (4) determines the acceleration data by transferring the “apparent” acceleration from the gravity vector connected to the Earth coordinate system and compensating for it:

Pi=Ci·Fi,

Figure 00000027
P i = C i · F i ,
Figure 00000027

Блок расчета навигационных параметров (5) осуществляет расчет скорости V(t,) и координат R(ti) путем однократного и 2-кратного интегрирования ускорений:The unit for calculating navigation parameters (5) calculates the speed V (t,) and coordinates R (t i ) by a single and 2-fold integration of accelerations:

Vi=Vi-1+ai·Δt, Ri=Ri-1+Vi·Δt+0.5·ai·Δt2.V i = V i-1 + a i · Δt, R i = R i-1 + V i · Δt + 0.5 · a i · Δt 2 .

Проведем оценку погрешности определения угловой ориентации и расчета координат объекта. Поскольку угловая ориентация определяется на основе однократного интегрирования показаний акселерометров, то это ведет к тому, что погрешность определения угловой ориентации оценивается как ~t. Т.к. координаты определяются на основе последующего двойного интегрирования значений угловой ориентации, то погрешность определения координат так же имеет монотонный рост и оценивается уже как ~t3.Let us estimate the error in determining the angular orientation and calculating the coordinates of the object. Since the angular orientation is determined on the basis of a single integration of the readings of the accelerometers, this leads to the fact that the error in determining the angular orientation is estimated as ~ t. Because the coordinates are determined on the basis of the subsequent double integration of the values of the angular orientation, the error in determining the coordinates also has a monotonous growth and is already estimated as ~ t 3 .

Сравнение оценок роста погрешностей для прототипа и предложенного устройства показало, что предложенное устройство имеет выигрыш по точностным характеристикам определения навигационных параметров за счет уменьшения скорости роста погрешностей: если для прототипа вклад в погрешность ориентации и координат от низкочастотных шумов акселерометров составляет ~t2 ~t4, соответственно, то аналогичные оценки для прототипа выглядят как ~t и ~t3, соответственно.Comparison of error growth estimates for the prototype and the proposed device showed that the proposed device has a gain in the accuracy of determining the navigation parameters by reducing the error growth rate: if for the prototype the contribution to the orientation error and coordinates from the low-frequency noise of the accelerometers is ~ t 2 ~ t 4 , accordingly, similar estimates for the prototype look like ~ t and ~ t 3 , respectively.

Применение данного изобретения дает возможность повысить точность определения угловой ориентации объекта, а так же точность определения его навигационных параметров (координат и скорости).The use of this invention makes it possible to increase the accuracy of determining the angular orientation of the object, as well as the accuracy of determining its navigation parameters (coordinates and speed).

Источники информацииInformation sources

1. Патент США 2010/0268414, G06F 7/00 20060101, G06F 007/00.1. US patent 2010/0268414, G06F 7/00 20060101, G06F 007/00.

2. Патент США 2010/0114517, 702/92; 702/153.2. US patent 2010/0114517, 702/92; 702/153.

3. Chao-Yu Hung, Chun-Min Fang, and Sou-Chen Lee "A Compensator to Advance Gyro-Free INS Precision", International Journal of Control, Automation, and Systems, vol.4, no.3, p.351-358, June 2006.3. Chao-Yu Hung, Chun-Min Fang, and Sou-Chen Lee "A Compensator to Advance Gyro-Free INS Precision", International Journal of Control, Automation, and Systems, vol. 4, no.3, p.351 -358, June 2006.

Claims (1)

Безгироскопная инерциальная навигационная система, содержащая распределенное множество акселерометров, а именно модуль акселерометров, блок расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований, блок расчета ускорений в связанной системе координат, блок расчета ускорений в земной системе координат, блок расчета навигационных параметров, при этом первые шесть акселерометров имеют координаты
Figure 00000028
в связанной системе координат,
где r - расстояние от точки установки акселерометра до центра системы координат, при этом выход модуля этих акселерометров подключен во входу блока расчета ускорений в связанной системе координат, выход блока расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований подключен ко входу блока расчета ускорений в земной системе координат, выход блока расчета ускорений в связанной системе координат подключен ко входу блока расчета ускорений в земной системе координат, выход блока расчета ускорений в земной системе координат подключен ко входу блока расчета навигационных параметров, отличающаяся тем, что в состав системы введены модуль вторых шести акселерометров, блок расчета базовых навигационных переменных, блок расчета составляющих угловой скорости, при этом ориентация чувствительных осей акселерометров (Θ), расположенных в модуле первых шести акселерометров, задана в связанной системе координат как
Figure 00000029
акселерометры, расположенные в модуле вторых шести акселерометров, имеют координаты
Figure 00000030
в связанной системе координат, а ориентация их чувствительных осей задана в связанной системе координат как
Figure 00000031
при этом выход модуля вторых шести акселерометров соединен со входами блока расчета базовых навигационных переменных и блока расчета ускорений в связанной системе координат, выход модуля первых шести акселерометров соединен со входом блока расчета базовых навигационных переменных, выход блока расчета базовых навигационных переменных соединен со входами блока расчета ускорений в связанной системе координат и блока расчета составляющих угловой скорости, а выход блока расчета составляющих угловой скорости соединен со входом блока расчета коэффициентов матрицы координатных преобразований.
A gyro-free inertial navigation system containing a distributed set of accelerometers, namely, an accelerometer module, a unit for calculating the coefficients of a matrix of coordinate transformations, a unit for calculating accelerations in a connected coordinate system, a unit for calculating accelerations in the Earth's coordinate system, a unit for calculating navigation parameters, the first six accelerometers having coordinates
Figure 00000028
in a linked coordinate system,
where r is the distance from the installation point of the accelerometer to the center of the coordinate system, while the output of the module of these accelerometers is connected to the input of the unit for calculating accelerations in a connected coordinate system, the output of the unit for calculating the coefficients of the matrix of coordinate transformations is connected to the input of the unit for calculating accelerations in the earth coordinate system, the output of the unit calculating accelerations in a connected coordinate system is connected to the input of the block for calculating accelerations in the earth coordinate system, the output of the block for calculating accelerations in the earth coordinate system is connected to a unit for calculating navigation parameters, characterized in that the system includes a module of the second six accelerometers, a unit for calculating basic navigation variables, a unit for calculating angular velocity components, and the orientation of the sensitive axes of the accelerometers (Θ) located in the module of the first six accelerometers is specified in related coordinate system as
Figure 00000029
accelerometers located in the module of the second six accelerometers have coordinates
Figure 00000030
in a connected coordinate system, and the orientation of their sensitive axes is specified in a connected coordinate system as
Figure 00000031
wherein the output of the module of the second six accelerometers is connected to the inputs of the unit for calculating the basic navigation variables and the unit for calculating accelerations in a connected coordinate system, the output of the module for the first six accelerometers is connected to the input of the unit for calculating the basic navigation variables, the output of the unit for calculating the basic navigation variables is connected to the inputs of the unit for calculating the accelerations in the connected coordinate system and the block for calculating the components of the angular velocity, and the output of the block for calculating the components of the angular velocity is connected to the input of the block the coefficients of the matrix coordinate transformation.
RU2011144949/28A 2011-11-08 2011-11-08 Nongyroscopic inertial navigation system RU2483279C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011144949/28A RU2483279C1 (en) 2011-11-08 2011-11-08 Nongyroscopic inertial navigation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011144949/28A RU2483279C1 (en) 2011-11-08 2011-11-08 Nongyroscopic inertial navigation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011144949A RU2011144949A (en) 2013-05-20
RU2483279C1 true RU2483279C1 (en) 2013-05-27

Family

ID=48788733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011144949/28A RU2483279C1 (en) 2011-11-08 2011-11-08 Nongyroscopic inertial navigation system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2483279C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2658124C1 (en) * 2017-09-11 2018-06-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of the object movement parameters measurement and system for its implementation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2325620C2 (en) * 2006-05-24 2008-05-27 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Inertial signal converter
RU2378618C2 (en) * 2008-02-18 2010-01-10 ФГУП "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им.академика Н.А.Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП им.академика Н.А.Пилюгина") Wide-range stand to control angular speed metres
US20100114517A1 (en) * 2007-04-02 2010-05-06 Nxp, B.V. Method and system for orientation sensing
US20100268414A1 (en) * 2007-06-08 2010-10-21 Eurocopter Method and system for estimating the angular speed of a mobile

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2325620C2 (en) * 2006-05-24 2008-05-27 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Inertial signal converter
US20100114517A1 (en) * 2007-04-02 2010-05-06 Nxp, B.V. Method and system for orientation sensing
US20100268414A1 (en) * 2007-06-08 2010-10-21 Eurocopter Method and system for estimating the angular speed of a mobile
RU2378618C2 (en) * 2008-02-18 2010-01-10 ФГУП "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им.академика Н.А.Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП им.академика Н.А.Пилюгина") Wide-range stand to control angular speed metres

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БИНДЕР Я.И., ПАДЕРИНА Т.В., АНУЧИН О.Н. Калибровка датчиков угловой скорости с механическим носителем вектора кинетического момента в составе бесплатформенных инерциальных измерительных модулей. Г. и Н. 2003, No.3, с.3-16. *
БИНДЕР Я.И., ПАДЕРИНА Т.В., АНУЧИН О.Н. Калибровка датчиков угловой скорости с механическим носителем вектора кинетического момента в составе бесплатформенных инерциальных измерительных модулей. Г. и Н. 2003, №3, с.3-16. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2658124C1 (en) * 2017-09-11 2018-06-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of the object movement parameters measurement and system for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011144949A (en) 2013-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhuang et al. Tightly-coupled integration of WiFi and MEMS sensors on handheld devices for indoor pedestrian navigation
Rohac et al. Calibration of low-cost triaxial inertial sensors
CN110325833B (en) System for accurately measuring structure and method thereof
JP5838758B2 (en) Calibration method, information processing apparatus and calibration program
US20110209544A1 (en) Sensor cluster navigation device and method
CN107289942B (en) Relative navigation system and method for formation flight
JP2019078560A (en) Gyro sensor offset correcting device, offset correction program, and pedestrian autonomous navigation device
US8510079B2 (en) Systems and methods for an advanced pedometer
CN111189474A (en) Autonomous calibration method of MARG sensor based on MEMS
Hasan et al. Smart phone based sensor fusion by using Madgwick filter for 3D indoor navigation
US6298287B1 (en) System and method of compensating for pressure sensor errors and noise in inertial vertical loop data
Tian et al. Pedestrian navigation system using MEMS sensors for heading drift and altitude error correction
CN113218389B (en) Vehicle positioning method, device, storage medium and computer program product
RU2683144C1 (en) Method of defining errors of orientation axles of laser gyroscopes and pendulum accelerometers in a strap down inertial navigation system
RU2504734C1 (en) Method for determining parameters of model of measurement errors of accelerometers of inertial navigation system as per satellite navigation measurements
JP2012212234A (en) Portable device, program and method for correcting gravity vector to be used for autonomous positioning
JP2010096647A (en) Navigation apparatus and estimation method
CN111197994B (en) Position data correction method, position data correction device, computer device, and storage medium
RU2483279C1 (en) Nongyroscopic inertial navigation system
Mikov et al. Data processing algorithms for MEMS based multi-component inertial measurement unit for indoor navigation
CN109084765A (en) Walking positioning method, device and storage medium in a kind of pedestrian room
KR20120062519A (en) Device for alignment of inertial navigation system using bias and navigation system thereof
CN110987018B (en) Specific force differential position method DVL error calibration method and system
CN113049005A (en) GNSS position method assisted DVL error calibration method and system
RU2629539C1 (en) Method of measurement of magnetic course of mobile object