RU2553776C1 - Method of determining angular position of controlled device hanged to aircraft carrier - Google Patents
Method of determining angular position of controlled device hanged to aircraft carrier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553776C1 RU2553776C1 RU2014104142/28A RU2014104142A RU2553776C1 RU 2553776 C1 RU2553776 C1 RU 2553776C1 RU 2014104142/28 A RU2014104142/28 A RU 2014104142/28A RU 2014104142 A RU2014104142 A RU 2014104142A RU 2553776 C1 RU2553776 C1 RU 2553776C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- avc
- measurements
- axes
- sins
- misalignment
- Prior art date
Links
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при выставке бесплатформенных инерциальных навигационных систем управляемого аппарата (БИНС УА).The invention relates to the field of instrumentation and can be used in the exhibition of strapdown inertial navigation systems of a controlled apparatus (BINS UA).
Известен способ (патент RU 2348010 C1, МПК G01C 21/16, опубл. 27.02.2009) определения начальной выставки приборной системы координат бесплатформенного инерциального блока (БИБ) управляемого объекта, установленного на пусковой установке (ПУ), относительно базовой (стартовой) системы координат, материализованной стабилизированной платформой курсовертикали (KB), также установленной на ПУ. Сущность данного способа заключается в том, что осуществляют разворот пусковой установки с БИБ и выставку ее на первые заданные углы возвышения и азимута; проводят измерения акселерометрами БИБ в малоподвижном относительно Земли положении пусковой установки на интервале времени от t0 до tn; определяют в вычислительном устройстве (ВУ) n приращений каждой из проекций вектора кажущейся скорости (ВКС) на оси приборной системы координат (ПСК) за известные заданные интервалы времени от t0 до tj (j=1, …, n) и получают проекции ВКС на оси ПСК; проводят оценку каждой полученной проекции ВКС на оси ПСК и рассчитывают оценку каждой проекции вектора кажущегося ускорения (ВКУ) на оси ПСК; по оценкам проекций ВКУ прогнозируют на некоторый заданный момент времени Т1 значение каждой проекции ВКУ на оси ПСК; выполняют измерения датчиками углов курсовертикали на том же интервале времени от t0 до tn и определяют n значений каждого из углов Эйлера; проводят оценки каждого из углов Эйлера, по полученным оценкам углов Эйлера прогнозируют значение углов Эйлера на тот же заданный момент времени Т1, по полученным значениям углов Эйлера определяют угловое положение связанной системы координат (ССК) относительно БСК; по показаниям акселерометров курсовертикали определяют проекции ВКУ на оси БСК; по угловому положению ССК относительно БСК и проекциям ВКУ на оси БСК определяют проекции ВКУ на оси ССК; затем осуществляют разворот пусковой установки с БИБ и выставляют ее на вторые заданные углы возвышения и азимута; по сигналам с акселерометров БИБ, а также сигналам акселерометров и датчиков углов курсовертикали, повторяя те же операции, что и на первых углах возвышения и азимута, в ВУ определяют проекции второго ВКУ на оси ПСК и ССК на другой заданный момент времени Т2 и угловое положение ССК относительно БСК; по полученным значениям проекций двух векторных величин - двух ВКУ на оси ПСК и ССК определяют в ВУ угловое положение ПСК относительно ССК и, учитывая известное угловое положение ССК относительно БСК, выполняют вышеуказанное определение углового положения ПСК относительно БСК; по спрогнозированным на заданный другой момент времени Т2 проекциям ВКУ на оси ПСК уточняют в ВУ угловое положение ПСК относительно плоскости горизонта базовой (стартовой) системы координат.The known method (patent RU 2348010 C1, IPC G01C 21/16, publ. 02/27/2009) determine the initial exhibition of the instrument coordinate system of the strapdown inertial block (BIB) of a controlled object installed on the launcher (PU), relative to the base (starting) coordinate system , materialized stabilized course vertical (KB) platform, also installed on the PU. The essence of this method lies in the fact that carry out the deployment of the launcher with BIB and expose it to the first given elevation and azimuth angles; measure the BIB accelerometers in a position of the launcher in a relatively inactive position relative to the Earth on a time interval from t0 to tn; determine in the computing device (WU) n increments of each of the projections of the apparent velocity vector (VKS) on the axis of the instrument coordinate system (UCS) for the known given time intervals from t0 to tj (j = 1, ..., n) and get the projection of the VKS on the axis CPM; evaluate each received projection of the VKS on the UCS axis and calculate the assessment of each projection of the apparent acceleration vector (ICU) on the UCS axis; according to the estimates of the projections of the VKU, the value of each projection of the VKU on the UCS axis is predicted at some given instant of time T1; carry out measurements with angle sensors of the vertical axis over the same time interval from t0 to tn and determine n values of each of the Euler angles; evaluate each of the Euler angles, according to the obtained estimates of the Euler angles, predict the value of the Euler angles at the same given time instant T1, from the obtained values of the Euler angles determine the angular position of the associated coordinate system (SSC) relative to the BSK; according to the readings of the accelerometers, the vertical direction determines the projection of the VKU on the axis of the BSK; the angular position of the CCK relative to the BSK and the projections of the VKU on the axis of the BSK determine the projection of the VKU on the axis of the SSK; then carry out a U-turn of the launcher with BIB and set it to the second predetermined elevation and azimuth angles; using the signals from the BIB accelerometers, as well as the signals of the accelerometers and angle sensors, repeating the same operations as at the first elevation and azimuth angles, the projection of the second VKU on the UCS and SSC axes at another specified time point T2 and the SSC angular position are determined in the WU relative to BSK; from the obtained values of the projections of two vector quantities - two VKUs on the axis of the UCS and the SSC, the angular position of the SSC relative to the SSC is determined in the WU and, taking into account the known angular position of the SSC with respect to the BSC, the above determination of the angular position of the SSC with respect to the BSC is performed; on the projections of the VCS on the UCS axis predicted for a given other moment of time T2, the angular position of the UCS relative to the horizon plane of the base (starting) coordinate system is specified in the WU.
Недостатком данного способа является невозможность использования его для выставки БИНС управляемого аппарата в полете от базовой ИНС носителя.The disadvantage of this method is the impossibility of using it for the SINS display of a controlled device in flight from the base ANN of the carrier.
Известен также способ, описанный в статье Савельева В.М., Антонова Д.А. Выставка бесплатформенной инерциальной навигационной системы беспилотного летательного аппарата на подвижном основании. Электронный журнал «Труды МАИ», выпуск №45 (принятый нами за прототип).There is also a method described in the article Savelyev V.M., Antonov D.A. Exhibition of strapdown inertial navigation system of an unmanned aerial vehicle on a moving base. Electronic journal "Transactions of Moscow Aviation Institute", issue number 45 (adopted by us as a prototype).
Согласно известному способу начальная выставка БИНС управляемого аппарата (УА), в частности беспилотного летательного аппарата (БПЛА), осуществляется путем совместной обработки методом фильтрации Калмана углов курса, крена, тангажа, а также скоростей и координат самолета-носителя (СН) и закрепленного на внешней подвеске БПЛА.According to the known method, the initial exhibition of SINS of a controlled apparatus (UA), in particular an unmanned aerial vehicle (UAV), is carried out by joint processing by Kalman filtering of course angles, roll, pitch, as well as speeds and coordinates of the carrier aircraft (SN) and mounted on the external UAV suspension.
Недостатком данного способа является длительное время, порядка нескольких минут, требуемое для оценки углов рассогласования между осями связанных систем координат СН и закрепленного на внешней подвеске БПЛА, что не приемлемо для выставки БИНС боевого управляемого аппарата.The disadvantage of this method is the long time, of the order of several minutes, required to estimate the mismatch angles between the axes of the connected coordinate systems of the SN and the UAV mounted on the external sling of the UAV, which is not acceptable for the SINS exhibition of a combat controlled vehicle.
Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности определения углов рассогласования осей связанных систем координат УА и СН в полете, которые используются для начальной выставки, за короткое время (не более 5 сек) и с требуемой точностью.The aim of the invention is the ability to determine the angle of the mismatch of the axes of the associated coordinate systems UA and SN in flight, which are used for the initial exhibition, in a short time (no more than 5 seconds) and with the required accuracy.
Поставленная цель достигается за счет того, что согласно заявляемому способу определения углового положения управляемого аппарата (УА), подвешенного к самолету-носителю (СН), использующему выходные сигналы бесплатформенной инерциальной системы (БИНС) УА и БИНС СН для совместной обработки методом фильтрации Калмана, в качестве выходных сигналов БИНС используют сигналы, соответствующие угловым скоростям, измеренным трехкомпонентными датчиками угловых скоростей (ДУС), установленными на УА и СН, причем измерение угловых скоростей производят с использованием маневра СН типа «змейка», и на их основе, путем согласования векторов угловых скоростей УА и СН, осуществляют определение углов рассогласования векторов угловой скорости УА и СН.This goal is achieved due to the fact that according to the claimed method for determining the angular position of a controlled vehicle (UA) suspended from a carrier aircraft (SN) using the output signals of the strapdown inertial system (SINS) UA and SINS SN for joint processing by Kalman filtering, As the output signals of the SINS, signals corresponding to angular velocities measured by three-component angular velocity sensors (DLS) installed on UA and SN are used, and angular velocity measurements are made ny using CH maneuver type "snake", and based on them, by matching the angular velocity vector and the V CH, a determination error angle angular velocity vectors UA and CH.
Для определения ориентации изделия относительно носителя, т.е. привязки осей, необходимо определить матрицу поворота, определяемую тремя углами рассогласования осей координат БИНС УА и СН. Их определение выполняют путем согласования векторов угловых скоростей УА и СН.To determine the orientation of the product relative to the carrier, i.e. axes, it is necessary to determine the rotation matrix, determined by the three angles of mismatch of the coordinate axes of the SINS UA and SN. Their determination is performed by matching the angular velocity vectors UA and SN.
Для этого в БИНС УА должны поступать сигналы измерения угловых скоростей СН с частотой не менее 20 Гц. При этом СН в течение 5 секунд должен выполнять маневр типа «змейки», или ее части, с амплитудой угловых скоростей по курсу и крену порядка 7-10 [град/с].To do this, in the BINS UA must receive signals measuring the angular velocity of the SN with a frequency of at least 20 Hz. At the same time, within 5 seconds the SN must perform a maneuver of the “snake” type, or its part, with an amplitude of angular velocities at the heading and roll of the order of 7-10 [deg / s].
Определение углов рассогласования начинается по команде о начале маневра, поступающей в вычислитель УА, и заканчивается через 5 секунд. Правильность решения контролируется по величине остаточной ошибки рассогласования векторов угловых скоростей.The determination of the mismatch angles begins with the command about the beginning of the maneuver entering the calculator UA, and ends after 5 seconds. The correctness of the solution is controlled by the magnitude of the residual error of the mismatch of the angular velocity vectors.
Определение углов рассогласования выполняется путем дискретного оценивания вектора состояния, состоящего из трех искомых углов, для которого задается априорное нормальное распределение. Основные положения способа следующие.The determination of the mismatch angles is performed by discrete estimation of the state vector consisting of three desired angles, for which an a priori normal distribution is specified. The main provisions of the method are as follows.
Определяемый вектор состояния принимается в видеThe determined state vector is taken as
Здесь ψ - угол рассогласования осей по рысканию, ϑ - угол рассогласования осей по тангажу, γ - угол рассогласования осей по крену, i - номер дискретного момента времени измерений, отсчитываемый от момента начала маневра.Here ψ is the yaw axis mismatch angle, ϑ is the yaw axis mismatch angle, γ is the roll mismatch angle of the axes, i is the number of the discrete measurement moment of time, measured from the moment the maneuver begins.
Обозначим: ωх1, ωy1, ωz1 - угловые скорости самолета носителя; ωх2, ωy2, ωz2 - угловые скорости БИНС УА. Вектор наблюдений угловых скоростей БИНС УА, обозначаемый Z, связан с вектором угловых скоростей СН с помощью матрицы поворота, обозначаемой Е:Denote: ω x1 , ω y1 , ω z1 - angular velocity of the carrier aircraft; ω x2 , ω y2 , ω z2 are the angular velocities of the SINS UA. The vector of observations of the angular velocities of the SINS UA, denoted by Z, is connected with the angular velocity vector of the SN using the rotation matrix denoted by E:
Здесь Vi - вектор ошибок измерений с ковариационной матрицей R.Here V i is the vector of measurement errors with the covariance matrix R.
Компоненты вектора (1) полагаются случайными величинами, а процессы их изменения марковскими.The components of vector (1) are assumed to be random variables, and their change processes are Markov ones.
Дискретные модели их измерения описываются стохастическими разностными уравнениями первого порядка.Discrete models of their measurement are described by stochastic difference equations of the first order.
Здесь Tψ, Тϑ, Тγ - постоянные времени корреляции; wψi, wϑi, wγi - случайные процессы дискретного белого шума с заданной ковариационной матрицей QHere T ψ , T ϑ , T γ - correlation time constants; w ψi , w ϑi , w γi are random processes of discrete white noise with a given covariance matrix Q
. .
Матрица дискретной модели объекта имеет видThe matrix of the discrete model of the object has the form
Матрица Якоби вектора наблюдений Z имеет видThe Jacobi matrix of the observation vector Z has the form
. .
Здесь fx, fy, fz - функции, указанные в (2).Here f x , f y , f z are the functions indicated in (2).
Ставится задача оценивания вектора (1) по наблюдениям (2) при условии заданных ковариационных матриц R, Q и априорного распределения
Процесс определения углов рассогласования осей представим пошагово:The process of determining the axis mismatch angles is presented step by step:
Шаг 0.Step 0
Задание априорного распределения:
Шаг 1.Step 1.
Начало цикла фильтрации по команде начала маневра. Beginning of the filtration cycle at the command of the beginning of the maneuver.
Ввод очередного отсчета измерений ДУС БИНС УА и ДУС БИНС СН.Enter the next measurement reading DUS BINS UA and DUS BINS SN.
Шаг 2.Step 2
Прогноз математического ожидания вектора (1) решением уравнений (3) при wψi=0, wϑi=0, wγi=0.The forecast of the mathematical expectation of vector (1) by solving equations (3) for w ψi = 0, w ϑi = 0, w γi = 0.
Шаг 3.Step 3
Формирование матриц F и Н по (4) и (5).Formation of matrices F and H by (4) and (5).
Шаг 4.Step 4
Прогноз ковариационной матрицы.Prediction of the covariance matrix.
Шаг 5.Step 5
Определение коэффициента усиления фильтра.Determination of filter gain.
Шаг 6.Step 6
Определение апостериорной ковариационной матрицы.Determination of the posterior covariance matrix.
Шаг 7.Step 7
Определение оценки вектора измерений
Шаг 8.Step 8
Определение невязки.
Шаг 9.Step 9
Определение вектора рассогласования угловых скоростей СН и БИНС УА.Determination of the mismatch vector of angular velocities SN and SINS UA.
Шаг 10.Step 10
Рекурсия апостериорного распределения.Recursion of posterior distribution.
Шаг 11.Step 11
Переход к шагу 1 при условии, что время фильтрации не истекло.Go to step 1, provided that the filtering time has not expired.
Шаг 12.Step 12
Контроль правильности решения проверкой малости среднего модуля рассогласования угловых скоростей
Таким образом, использование изобретения позволяет привести в готовность управляемый аппарат за короткое время, в частности не превышающее 5 секунд, с требуемой точностью.Thus, the use of the invention allows to alert a controllable device in a short time, in particular not exceeding 5 seconds, with the required accuracy.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014104142/28A RU2553776C1 (en) | 2014-02-06 | 2014-02-06 | Method of determining angular position of controlled device hanged to aircraft carrier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014104142/28A RU2553776C1 (en) | 2014-02-06 | 2014-02-06 | Method of determining angular position of controlled device hanged to aircraft carrier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2553776C1 true RU2553776C1 (en) | 2015-06-20 |
Family
ID=53433773
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014104142/28A RU2553776C1 (en) | 2014-02-06 | 2014-02-06 | Method of determining angular position of controlled device hanged to aircraft carrier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2553776C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2635398C2 (en) * | 2016-01-22 | 2017-11-13 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Method of alignment of pins ac of ship base and device for its implementation |
RU2643201C2 (en) * | 2016-05-11 | 2018-01-31 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Strap down inertial attitude-and-heading reference |
RU2790083C1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-02-14 | Акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (АО МНПК "Авионика") | Method for identifying the mismatch angles of the pins of the controlled system and the ins of the carrier aircraft |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2178147C1 (en) * | 2000-10-03 | 2002-01-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Complex navigation system |
RU2348010C1 (en) * | 2007-10-08 | 2009-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦ АП") | Method to define initial alignment of strapdown inertial unit of controlled object |
RU2348903C1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-03-10 | Олег Степанович Салычев | Method of determination of navigating parameters by gimballess inertial navigating system |
RU2434202C1 (en) * | 2010-07-21 | 2011-11-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Aircraft complex preparation and navigation system |
-
2014
- 2014-02-06 RU RU2014104142/28A patent/RU2553776C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2178147C1 (en) * | 2000-10-03 | 2002-01-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Complex navigation system |
RU2348010C1 (en) * | 2007-10-08 | 2009-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦ АП") | Method to define initial alignment of strapdown inertial unit of controlled object |
RU2348903C1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-03-10 | Олег Степанович Салычев | Method of determination of navigating parameters by gimballess inertial navigating system |
RU2434202C1 (en) * | 2010-07-21 | 2011-11-20 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Aircraft complex preparation and navigation system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
НЕУСЫПИН К.А. Современные системы и методы наведения, навигации и управления летательными аппаратами. Изд. МГОУ, 2009, с.91; 156, 158-159 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2635398C2 (en) * | 2016-01-22 | 2017-11-13 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Method of alignment of pins ac of ship base and device for its implementation |
RU2643201C2 (en) * | 2016-05-11 | 2018-01-31 | Открытое акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (ОАО МНПК "Авионика") | Strap down inertial attitude-and-heading reference |
RU2790083C1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-02-14 | Акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (АО МНПК "Авионика") | Method for identifying the mismatch angles of the pins of the controlled system and the ins of the carrier aircraft |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Unsal et al. | Estimation of deterministic and stochastic IMU error parameters | |
US20160040992A1 (en) | Positioning apparatus and global navigation satellite system, method of detecting satellite signals | |
CN103822633A (en) | Low-cost attitude estimation method based on second-order measurement update | |
CN103900576A (en) | Information fusion method for autonomous navigation of deep space detection | |
RU2762143C2 (en) | System for determining course and angular spatial position made with the possibility of functioning in polar region | |
RU2647205C2 (en) | Adaptive strap down inertial attitude-and-heading reference system | |
CN102654406A (en) | Initial alignment method for moving bases based on combination of nonlinear prediction filtering and cubature Kalman filtering | |
RU2564380C1 (en) | Correction method of strap-down inertial navigation system | |
CN102116634A (en) | Autonomous dimensionality reduction navigation method for deep sky object (DSO) landing detector | |
RU2749152C1 (en) | Adaptive attitude angle corrector for strapdown inertial navigation system | |
CN107544074A (en) | A kind of method that unmanned plane identifies false gps signal | |
CN103674064A (en) | Initial calibration method of strapdown inertial navigation system | |
RU2564379C1 (en) | Platformless inertial attitude-and-heading reference | |
CN114777812B (en) | Inter-advancing alignment and attitude estimation method for underwater integrated navigation system | |
RU2553776C1 (en) | Method of determining angular position of controlled device hanged to aircraft carrier | |
Davari et al. | Multirate adaptive Kalman filter for marine integrated navigation system | |
RU2589495C1 (en) | Method of determining spatial orientation angles of aircraft and device therefor | |
Gu et al. | A Kalman filter algorithm based on exact modeling for FOG GPS/SINS integration | |
CN110736459B (en) | Angular deformation measurement error evaluation method for inertial quantity matching alignment | |
CN108731702A (en) | A kind of large misalignment angle Transfer Alignment based on Huber methods | |
RU2646954C2 (en) | Correction method of strap down inertial navigation system | |
RU2487318C1 (en) | Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy | |
Gong et al. | Airborne earth observation positioning and orientation by SINS/GPS integration using CD RTS smoothing | |
RU2555496C1 (en) | Device to detect angles of spatial orientation of movable object | |
RU2440595C1 (en) | Method and apparatus for controlling pilot-navigation system |