RU2561003C1 - Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis - Google Patents

Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis Download PDF

Info

Publication number
RU2561003C1
RU2561003C1 RU2014119461/28A RU2014119461A RU2561003C1 RU 2561003 C1 RU2561003 C1 RU 2561003C1 RU 2014119461/28 A RU2014119461/28 A RU 2014119461/28A RU 2014119461 A RU2014119461 A RU 2014119461A RU 2561003 C1 RU2561003 C1 RU 2561003C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
input
sna
bkoi
output
Prior art date
Application number
RU2014119461/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Александрович Блажнов
Денис Валерьевич Волынский
Геннадий Иванович Емельянцев
Дмитрий Александрович Радченко
Илья Вячеславович Семенов
Алексей Петрович Степанов
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2014119461/28A priority Critical patent/RU2561003C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2561003C1 publication Critical patent/RU2561003C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: three receiving antennas of satellite navigation systems (SNS) with one specialised receiver having three inputs, each of which has one input for antenna connection are installed on the object; with that, the reference antenna along with a gimbal-free inertia measurement module (GIMM) on micromechanical sensors (MMS) is installed in the front part of the object along the rotation axis, and two other with maximum possible distance along longitudinal axis from the reference antenna are located in a circumferential direction with 180° displacement in transverse plane. Difference phase SNS measurements of the rotating object are used for evaluation of GIMM errors both for a roll angle and heading and pitch angles, as well as for evaluation of errors of scale coefficients of gyroscopes and accelerometers, including those installed along longitudinal axis of the object, about which fast rotation is performed.
EFFECT: improving accuracy and interference immunity.
14 dwg

Description

Изобретение относится к области навигационного приборостроения летательных и космических аппаратов.The invention relates to the field of navigation instrumentation of aircraft and spacecraft.

В настоящее время при решении задач управления малогабаритными подвижными объектами (объектами управления - ОУ) все большее применение находят бескарданные инерциальные системы ориентации и навигации. Это в первую очередь связано с прогрессом в разработке инерциальных чувствительных элементов, электроники, существенным снижением их массогабаритных характеристик и стоимости.Currently, when solving problems of controlling small-sized moving objects (control objects - OS), gimballess inertial orientation and navigation systems are increasingly used. This is primarily due to progress in the development of inertial sensitive elements, electronics, a significant decrease in their overall dimensions and cost.

Создание таких бескарданных инерциальных систем ориентации и навигации сопряжено с рядом проблем. В первую очередь можно выделить проблему достижения необходимого уровня точности инерциальными чувствительными элементами, применяемыми в таких системах, в частности инерциальными микромеханическими датчиками (ММД). На современном этапе развития ММД автономное функционирование бескарданных инерциальных систем в течение длительного времени при сохранении ими требуемого уровня точности не представляется возможным. Требуемый уровень точности достигается путем интеграции информации бескарданных инерциальных измерительных модулей (БИ-ИМ) с приемной аппаратурой (ПА) спутниковых навигационных систем (СНС), то есть, путем построения интегрированных систем ориентации и навигации (ИСОН) на базе БИИМ, информационно и конструктивно интегрированных с ПА СНС [1, 2].The creation of such gimballess inertial orientation and navigation systems is fraught with a number of problems. First of all, it is possible to single out the problem of achieving the required level of accuracy with inertial sensitive elements used in such systems, in particular with inertial micromechanical sensors (MMD). At the present stage of the development of MMD, the autonomous functioning of gimballess inertial systems for a long time while maintaining the required level of accuracy is not possible. The required level of accuracy is achieved by integrating information from gimballess inertial measuring modules (BI-IM) with the receiving equipment (PA) of satellite navigation systems (SNA), that is, by building integrated orientation and navigation systems (ISON) based on the BIIM, informationally and structurally integrated with PA SNS [1, 2].

Для обеспечения также и высокой помехоустойчивости таких систем, их построение осуществляется по так называемой сильносвязанной схеме [3].To ensure also high noise immunity of such systems, their construction is carried out according to the so-called tightly coupled scheme [3].

В рассмотренных патентах [4, 5, 6, 7, 8] не обеспечивается требуемый уровень точности интегрированной системы в определении параметров ориентации для объектов с быстрым вращением вокруг продольной оси.In the considered patents [4, 5, 6, 7, 8], the required level of accuracy of the integrated system in determining the orientation parameters for objects with fast rotation around the longitudinal axis is not provided.

Способы определения параметров ориентации объекта, основанные на использовании в ПА СНС фазовых измерений с разнесенных на объекте антенн, приведены в описании первой из отечественных мультиантенной ПА СНС МРК-11, разработки Красноярского государственного технического университета и НИИ радиотехники, а также в [9, 10, 11].Methods for determining the orientation parameters of an object based on the use of phase measurements from antennas spaced at the object in the SNA PA are described in the description of the first domestic multi-antenna PA SNA MRK-11, developed by the Krasnoyarsk State Technical University and the Research Institute of Radio Engineering, as well as in [9, 10, eleven].

В известных схемах построения ИСОН, например, описанных в работах [12, 13] используется мультиантенная ПА СНС с фазовыми измерениями, обеспечивающая с определенной дискретностью автономную выработку параметров ориентации объекта. Эта задача, как известно, требует решения проблемы неоднозначности фазовых измерений.In the well-known schemes for constructing an ISON, for example, described in [12, 13], the multi-antenna PA SNA with phase measurements is used, which provides autonomous generation of object orientation parameters with a certain discreteness. This problem, as is known, requires solving the problem of ambiguity of phase measurements.

Известны различные способы решения данной проблемы [14]. Все они требуют одновременного наблюдения и обработки фазовых измерений от группировки навигационных спутников (HCi), достаточно сложного программного обеспечения.There are various ways to solve this problem [14]. All of them require simultaneous observation and processing of phase measurements from a constellation of navigation satellites (HC i ), a rather complicated software.

Совместная обработка данных БИИМ и ПА СНС в рассматриваемых схемах построения ИСОН производится на уровне параметров ориентации.Joint processing of BIIM and PA SNA data in the considered schemes for constructing ISON is performed at the level of orientation parameters.

Однако в ряде случаев проблема сравнительно низкого уровня точности современных инерциальных ММД (погрешности их масштабных коэффициентов находятся на уровне 1%) становится настолько острой, что без принятия специальных мер не удается достичь требуемого уровня точности решения задачи ориентации объекта в рамках построения общеизвестных схем ИСОН. В частности, для объектов с быстрым вращением вокруг продольной оси (1…20 Гц) остро встает проблема, связанная с погрешностью масштабного коэффициента гироскопа, стоящего по оси вращения. Для таких ОУ погрешность выработки ИСОН угла поворота вокруг оси вращения может быть недопустимо большой. Следствием этого может стать потеря управления объектом.However, in some cases, the problem of the relatively low level of accuracy of modern inertial MMDs (the errors of their scale factors are at the level of 1%) becomes so acute that without taking special measures it is not possible to achieve the required level of accuracy in solving the object orientation problem in the framework of constructing well-known ISON schemes. In particular, for objects with fast rotation around the longitudinal axis (1 ... 20 Hz), there is an acute problem associated with the error in the scale factor of the gyroscope standing along the axis of rotation. For such op-amps, the error in generating an ISON of the angle of rotation around the axis of rotation can be unacceptably large. The consequence of this may be the loss of control of the object.

Существуют способы, решающие эту проблему. Основные из них [15]:There are ways to solve this problem. The main ones [15]:

- изоляция БИИМ от вращения корпуса объекта вокруг продольной оси;- isolation of BIIM from rotation of the body of the object around the longitudinal axis;

- применение дополнительного одноосного гиростабилизатора по продольной оси;- the use of an additional uniaxial gyrostabilizer along the longitudinal axis;

- использование неинерциальных измерений (от магнитометров, фазовых измерений от ПА СНС и др.);- the use of non-inertial measurements (from magnetometers, phase measurements from PA SNA, etc.);

- использование принудительной прецессии объекта и оценка ее параметров по показаниям специально установленных акселерометров.- the use of forced precession of the object and the assessment of its parameters according to the testimony of specially installed accelerometers.

В рассмотренном на эту тему патенте [16] не в полной мере решается задача определения параметров ориентации для объектов с быстрым вращением вокруг продольной оси. Их реализация связана либо с необходимостью придания объекту требуемого движения, либо с необходимостью использования дополнительного набора независимых измерителей, предлагаемые алгоритмы обработки показаний которых не всегда обеспечивают требуемый уровень точности интегрированной системы.The patent [16] examined on this subject does not completely solve the problem of determining orientation parameters for objects with fast rotation around the longitudinal axis. Their implementation is associated either with the need to give the object the required movement, or with the need to use an additional set of independent meters, the proposed algorithms for processing the readings of which do not always provide the required level of accuracy of the integrated system.

Также известна [17] схема построения системы ориентации и навигации для объектов с быстрым вращением вокруг продольной оси, которая в своем составе может использовать также и БИИМ. Данная система обеспечивает решение задачи ориентации ОУ по углу и угловой скорости крена с привлечением фазовых измерений СНС на разнесенные по окружности в поперечной плоскости объекта четыре приемные антенны. При этом используется короткая антенная база менее длины волны, что исключает необходимость решения проблемы оценки неоднозначности фазовых измерений. Данная схема построения интегрированной системы выбрана в качестве прототипа.Also known [17] is the construction scheme of the orientation and navigation system for objects with fast rotation around the longitudinal axis, which in its composition can also use BIIM. This system provides a solution to the problem of OS orientation by the angle and angular velocity of the roll using phase measurements of the SNA to four receiving antennas spaced around the circumference in the transverse plane of the object. In this case, a short antenna base of less than a wavelength is used, which eliminates the need to solve the problem of assessing the ambiguity of phase measurements. This scheme of building an integrated system is selected as a prototype.

Перечень чертежейList of drawings

На фиг. 1а приведена блок-схема интегрированной системы, принимаемой в качестве прототипа, в состав которой кроме приемной аппаратуры СНС, согласно описанию патента, может быть включен для повышения точности малогабаритный бескарданный инерциальный измерительный модуль.In FIG. 1a shows a block diagram of an integrated system adopted as a prototype, in addition to receiving equipment of the SNA, according to the description of the patent, a small-sized gimballess inertial measuring module can be included to increase accuracy.

На фиг. 1б приведена схема расположения на объекте приемных антенн СНС, описанная в прототипе [17].In FIG. 1b shows the location scheme on the object of the receiving antennas of the SNA, described in the prototype [17].

На фиг. 2а и 2б изображены блок-схема предлагаемой ИСОН и схема расположения на объекте приемных антенн А0, A1, А2.In FIG. 2a and 2b show a block diagram of the proposed ISON and an arrangement of receiving antennas A0, A1, A2 at the site.

Фиг. 3 иллюстрирует интерферометрический принцип формирования фазовых измерений в ПА СНС на примере одной антенной базы.FIG. 3 illustrates the interferometric principle of the formation of phase measurements in the SNA PA using the example of a single antenna base.

Фиг. 4.1а, 4.1б характеризуют параметры траектории движения авиационного объекта в атмосфере Земли.FIG. 4.1a, 4.1b characterize the parameters of the trajectory of the aircraft in the Earth’s atmosphere.

Фиг. 4.2а…4.2ж иллюстрируют результаты моделирования в пакете MATLAB (Simulink) алгоритмов работы предлагаемой ИСОН, включающей БИИМ с измерительным блоком на «грубых» микромеханических гироскопах (ММГ) и акселерометрах (ММА) и три приемника СНС с тремя антеннами, размещенными на объекте согласно фиг. 2б. При этом отстояния антенн A1, А2 относительно опорной антенны А0 составляли, по оси Y - 0.3 м, по оси X - ±0.075 м.FIG. 4.2a ... 4.2g illustrate the simulation results in the MATLAB package (Simulink) of the algorithms of the proposed ISON, which includes the BIIM with a measuring unit on “rough” micromechanical gyroscopes (MMG) and accelerometers (MMA) and three SNA receivers with three antennas placed on the object according to FIG. 2b. In this case, the distances of the antennas A1, A2 relative to the reference antenna A0 were 0.3 m along the Y axis and ± 0.075 m along the X axis.

На фиг. 1а приняты следующие обозначения:In FIG. 1a, the following notation is accepted:

1 - приемная аппаратура спутниковых навигационных систем, включающая один спутниковый приемник и четыре (или более) антенны - A1, А2, A3, А4, разнесенные на соответствующих антенных базах, на выход которой поступают значения:1 - receiving equipment of satellite navigation systems, including one satellite receiver and four (or more) antennas - A1, A2, A3, A4, spaced on the corresponding antenna bases, the output of which receives the values:

-

Figure 00000001
,
Figure 00000002
- псевдодальность и псевдорадиальная скорость до i-го навигационного спутника HCi (первичные навигационные параметры) или
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- вектора координат и линейной скорости объекта соответственно, приведенные к месту расположения опорной антенны (навигационное решение);-
Figure 00000001
,
Figure 00000002
- pseudorange and pseudoradial speed to the i-th navigation satellite HC i (primary navigation parameters) or
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- vector coordinates and linear velocity of the object, respectively, reduced to the location of the reference antenna (navigation solution);

- φji - фазы сигнала несущей от HCi, принятого на j-й антенне;- φ ji is the phase of the carrier signal from HC i received at the j-th antenna;

-

Figure 00000005
,
Figure 00000006
- координаты или направляющие косинусы HCi в осях гринвичского навигационного трехгранника (эфемеридная информация);-
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- coordinates or direction cosines of HC i in the axes of the Greenwich navigation trihedron (ephemeris information);

2 - блок акселерометров, входящий в состав измерительного блока (ИБ) бескарданного инерциального измерительного модуля;2 - a block of accelerometers, which is part of the measuring unit (IS) of a gimballess inertial measuring module;

3 - блок гироскопов ИБ БИИМ;3 - block gyroscopes IB BIIM;

4 - навигационный вычислитель БИИМ, вырабатывающий по данным микромеханических датчиков (блоков 2 и 3 акселерометров и гироскопов соответственно), значения следующих выходных параметров:4 - navigation calculator BIIM, generating according to the data of micromechanical sensors (blocks 2 and 3 of accelerometers and gyroscopes, respectively), the values of the following output parameters:

- K, ψ, θ - значения курса, тангажа и крена;- K, ψ, θ - heading, pitch and roll values;

-

Figure 00000007
,
Figure 00000008
- координаты и вектор линейной скорости объекта в месте расположения ИБ БИИМ;-
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- the coordinates and the linear velocity vector of the object at the location of the IB BIIM;

5 - блок выработки первых разностей фаз ∇φji, (БВПРФ) сигналов HCi на несущей частоте, принятых на опорную и j-ю антенны, входящий в вычислитель интегрированной системы;5 - a block for generating the first phase differences ∇φ ji , (BVPRF) of HC i signals at the carrier frequency received at the reference and jth antennas included in the computer of the integrated system;

6 - блок комплексной обработки информации (БКОИ), входящий в вычислитель интегрированной системы, с фильтром типа фильтра Калмана, на выход которого поступают значения:6 - integrated information processing unit (BKOI), included in the computer of the integrated system, with a filter such as a Kalman filter, the output of which receives the values:

-

Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
- оценки погрешностей ориентации по углам курса, тангажа и крена;-
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
- assessment of orientation errors in the corners of the course, pitch and roll;

-

Figure 00000012
,
Figure 00000013
- оценки погрешностей БИИМ по координатам и вектору линейной скорости объекта;-
Figure 00000012
,
Figure 00000013
- estimates of biomath errors by coordinates and linear velocity vector of an object;

7 - блок приема потребителем выходных параметров системы.7 - consumer receiving unit of the output parameters of the system.

На фигуре 1б приняты следующие обозначения:The figure 1b adopted the following notation:

100 - снаряд;100 - a shell;

115 - ось вращения;115 - axis of rotation;

120 - оконечное тело;120 - terminal body;

122 - окружность, по которой расположены антенны;122 is the circle along which the antennas are located;

123 - точка на оси вращения, относительно которой расположены антенны;123 is a point on the axis of rotation relative to which the antennas are located;

151…154 - четыре приемных антенны СНС;151 ... 154 - four receiving antennas of the SNA;

X, Y, Z - оси системы координат, связанной с оконечным телом.X, Y, Z - the axis of the coordinate system associated with the terminal body.

На фигуре 2а приняты следующие обозначения, отличные от обозначений фиг. 1а:In FIG. 2a, the following designations are adopted, other than the designations of FIG. 1a:

- в блоке 1: ПА СНС, включающая один спутниковый приемник (приемник №1) с тремя входами или три приемника (приемник №1, приемники №2 и 3, обозначены пунктиром), каждый из которых имеет один вход для подключения антенны, и три антенны: А0 - опорная, A1, А2 - разнесенные на соответствующих антенных базах;- in block 1: PA SNA, including one satellite receiver (receiver No. 1) with three inputs or three receivers (receiver No. 1, receivers No. 2 and 3, are indicated by a dotted line), each of which has one input for connecting the antenna, and three antennas: A0 - reference, A1, A2 - spaced on the corresponding antenna bases;

- в блоке 8: блок формирования разности расчетных и измеренных значений первых или вторых разностей фазовых измерений (БФРФИ), дополнительно входящий в вычислитель интегрированной системы, для двух антенных баз между опорной А0 приемной антенной СНС и отстоящими от нее A1, А2 антеннами -

Figure 00000014
,
Figure 00000015
;- in block 8: a block for generating the difference between the calculated and measured values of the first or second phase measurement differences (BFRFI), additionally included in the calculator of the integrated system, for two antenna bases between the reference A0 receiving antenna of the SNA and the antennas A1, A2 separated from it -
Figure 00000014
,
Figure 00000015
;

- в блоке 6 дополнительно введены выходы, с которых поступают значения:- in block 6, outputs are additionally entered, from which the values are received:

-

Figure 00000016
,
Figure 00000017
- оценки погрешностей масштабных коэффициентов гироскопа и акселерометра, установленных по продольной оси объекта;-
Figure 00000016
,
Figure 00000017
- estimates of errors in the scale factors of the gyroscope and accelerometer installed along the longitudinal axis of the object;

-

Figure 00000018
- оценки остаточной «скачкообразной» неоднозначности фазовых измерений.-
Figure 00000018
- estimates of the residual “spasmodic” ambiguity of phase measurements.

На фиг. 2б приняты следующие обозначения:In FIG. 2b, the following notation is accepted:

А0, A1, А2 - опорная антенна и разнесенные на соответствующих антенных базах антенны;A0, A1, A2 - reference antenna and antennas spaced apart at respective antenna bases;

y0 - продольная ось объекта.y 0 is the longitudinal axis of the object.

На фиг. 3 приняты следующие обозначения:In FIG. 3 adopted the following notation:

Aj - j-я антенна ПА СНС;Aj is the jth antenna of the PA SNA;

А0 - опорная антенна ПА СНС;A0 - reference antenna PA SNA;

Ox0y0z0 - связанная с объектом система координат;Ox 0 y 0 z 0 - coordinate system associated with the object;

Figure 00000019
- трехмерный вектор, характеризующий отстояние в системе координат Ox0y0z0 j-ой антенны Aj относительно опорной А0;
Figure 00000019
- a three-dimensional vector characterizing the distance in the coordinate system Ox 0 y 0 z 0 of the jth antenna Aj relative to the reference A0;

Figure 00000020
- направление орта на навигационный спутник (HCi) в точке приема;
Figure 00000020
- direction of the unit vector to the navigation satellite (HC i ) at the receiving point;

βji - угол между j-й антенной базой и направлением на HCi.β ji is the angle between the jth antenna base and the direction to HC i .

На фиг. 4.1(а,б), 4.2(а,ж) приняты следующие обозначения:In FIG. 4.1 (a, b), 4.2 (a, g) the following notation is accepted:

nE, nN, nH - составляющие кажущегося ускорения (в географических осях (ENH), соответственно, [м/с2];nE, nN, nH - components of apparent acceleration (in geographic axes (ENH), respectively, [m / s 2 ];

- nhm - заданное кажущееся ускорение в географических осях, характеризующее движение объекта по траектории, [м/с2];- nh m - a given apparent acceleration in geographical axes, characterizing the movement of the object along the trajectory, [m / s 2 ];

- t - время, [с];- t is the time, [s];

VE, VN, VH - составляющие скорости движения объекта в географических осях (ENH), соответственно, [м/с];VE, VN, VH - components of the speed of the object in the geographical axes (ENH), respectively, [m / s];

- Vhm - заданная линейная скорость в географических осях, характеризующая движение объекта по траектории, [м/с];- Vh m - a given linear velocity in geographic axes, characterizing the movement of the object along the trajectory, [m / s];

-, Δψ, Δθ - погрешности ориентации по углам тангажа и крена (град);-, Δψ, Δθ - orientation errors in pitch and roll angles (degrees);

- ΔK - погрешность ориентации по курсу (град);- ΔK is the orientation error (degree);

- DMgi, DMai (i=x, y, z) - ошибки оценки погрешностей масштабных коэффициентов гироскопа и акселерометра, установленных по продольной оси объекта;- DMgi, DMai (i = x, y, z) - errors in estimating errors in the scale factors of the gyroscope and accelerometer installed along the longitudinal axis of the object;

- DDCf - ошибки оценки остаточной неоднозначности фазовых измерений.- DDCf - errors of estimation of residual ambiguity of phase measurements.

Измеренные разности фаз и навигационное решение от приемника ПА СНС 1 в прототипе (фиг. 1а) обрабатываются в фильтре Калмана (ФК), реализованном в блоке БКОИ 6 вычислителя интегрированной системы, с тем, чтобы получить информацию об угле и угловой скорости крена. Для получения исходной информации о фазе несущей используются разнесенные по окружности в поперечной плоскости объекта четыре приемные антенны СНС (фиг. 1б). При этом используется короткая антенная база (менее длины волны), что исключает необходимость предварительного решения проблемы оценки неоднозначности фазовых измерений.The measured phase differences and the navigation solution from the PA SNS 1 receiver in the prototype (Fig. 1a) are processed in the Kalman filter (FC) implemented in the BKOI 6 unit of the integrated system calculator in order to obtain information about the angle and angular velocity of the roll. To obtain the initial information on the phase of the carrier, four SNA receiving antennas spaced around the circumference in the transverse plane of the object are used (Fig. 1b). In this case, a short antenna base (less than a wavelength) is used, which eliminates the need for a preliminary solution to the problem of assessing the ambiguity of phase measurements.

Данные от несвязанных с СНС источников информации, например БИИМ, оптимально обрабатываются в вычислителе интегрированной системы с данными ПА СНС, чтобы обновить навигационное решение и иметь дополнительную информацию об углах курса и тангажа.Data from sources of information unrelated to the SNA, for example, BIIM, are optimally processed in an integrated system calculator with PA SNA data in order to update the navigation solution and have additional information about heading and pitch angles.

Интерферометрический принцип формирования фазовых измерений в ПА СНС (фиг. 3) предполагает, что сигналы от одного HCi в виде плоской волны поступают на две антенны. Обоснованность предположения о плоском характере волны объясняется значительной удаленностью источника сигнала по сравнению с длиной j-й антенной базы -

Figure 00000021
.The interferometric principle of the formation of phase measurements in the SNA PA (Fig. 3) suggests that the signals from one HC i in the form of a plane wave arrive at two antennas. The validity of the assumption of the planar nature of the wave is explained by the significant remoteness of the signal source compared with the length of the jth antenna base
Figure 00000021
.

Очевидно, что в единицах дальности полная разность фаз сигналов, принимаемых ПА СНС в точках размещения антенн Aj, А0 (фиг. 3) определяется какObviously, in units of range, the total phase difference of the signals received by the SNA PA at the locations of the antennas Aj, A0 (Fig. 3) is defined as

Figure 00000022
Figure 00000022

где ∇rji - разность дальностей ρji до HCi на антенной базе

Figure 00000023
,where ∇r ji is the distance difference ρ ji to HC i at the antenna base
Figure 00000023
,

λi - длина волны излучаемого HCi сигнала.λ i is the wavelength of the emitted HC i signal.

В общем случае, с учетом того факта, что длина антенной базы превышает длину волны, измерения первой разности фаз от HCi для j антенных баз (что представляет собой измеренное значение направляющего косинуса орта

Figure 00000024
относительно антенной j-й базы
Figure 00000025
.) можно представить в видеIn the general case, taking into account the fact that the length of the antenna base exceeds the wavelength, measurements of the first phase difference from HC i for j antenna bases (which is the measured value of the ortho directing cosine
Figure 00000024
relative to the antenna of the j-th base
Figure 00000025
.) can be represented as

Figure 00000026
Figure 00000026

где

Figure 00000027
- погрешность измерения разности псевдодальностей, обусловленная в основном различной нестабильностью опорных генераторов двух приемников СНС, размещенных в точках приема; ηji - целое число длин волн, неоднозначность в фазовых измерениях;
Figure 00000028
- флуктуационная (шумовая) составляющая измерений.Where
Figure 00000027
- the error in measuring the difference of the pseudorange due mainly to the different instabilities of the reference generators of the two SNA receivers located at the receiving points; η ji - integer number of wavelengths, ambiguity in phase measurements;
Figure 00000028
- fluctuation (noise) component of measurements.

В данном случае (в прототипе), когда используется один специализированный приемник с несколькими входами для подключения антенн и обеспечением синхронизации фазовых измерений от нескольких антенн, а также используется короткая антенная база (фиг. 1б), менее длины волны, выражение (2) можно записать в видеIn this case (in the prototype), when one specialized receiver is used with several inputs for connecting antennas and ensuring synchronization of phase measurements from several antennas, and also a short antenna base is used (Fig. 1b), less than the wavelength, expression (2) can be written as

Figure 00000029
Figure 00000029

Данные измерения формируются в вычислителе интегрированной системы по выходным данным ∇φji, блока БВПРФ 5 (фиг. 1а).The measurement data are generated in the calculator of the integrated system according to the output data ∇φ ji , block BVPRF 5 (Fig. 1A).

Располагая данными о декартовых координатах объекта

Figure 00000030
от ПА СНС 1 или
Figure 00000031
от БИИМ 4, корректируемого в блоке БКОИ 6 (фиг. 1а) по данным навигационного решения от СНС, и известными эфемеридами
Figure 00000032
HCi (от ПА СНС 1) в гринвичской системе координат, в вычислителе интегрированной системы рассчитываются направляющие косинусы орта
Figure 00000033
, соответственно,Having data on the Cartesian coordinates of the object
Figure 00000030
from PA SNS 1 or
Figure 00000031
from BIIM 4, corrected in the block BKOI 6 (Fig. 1A) according to the navigation solution from the SNA, and the known ephemeris
Figure 00000032
HC i (from PA SNA 1) in the Greenwich coordinate system, the directional cosines of the unit vector are calculated in the calculator of the integrated system
Figure 00000033
accordingly

в гринвичской и географической системах координат:in Greenwich and geographic coordinate systems:

Figure 00000034
Figure 00000034

Figure 00000035
Figure 00000035

где Ce,h_pr(λ,φ) - матрица перехода от гринвичских к географическим осям, как функция координат места объекта.where C e, h _ pr (λ, φ) is the transition matrix from Greenwich to geographic axes, as a function of the coordinates of the object’s location.

Значения

Figure 00000036
направляющих косинусов вектора
Figure 00000037
в связанных с объектом осях определяются как:Values
Figure 00000036
guide cosines vector
Figure 00000037
in the axes associated with the object, they are defined as:

Figure 00000038
Figure 00000038

где [xAj, yAj, zAj]T, [ x A o , y A o , z A o ] T

Figure 00000039
- декартовые координаты точки расположения антенн Aj, А0 относительно начала связанной с объектом системы координат.where [x Aj , y Aj , z Aj ] T , [ x A o , y A o , z A o ] T
Figure 00000039
- Cartesian coordinates of the location of the antennas Aj, A0 relative to the origin of the coordinate system associated with the object.

Для нахождения искомого решения в вычислителе интегрированной системы реализуется известное соотношение [14]:To find the desired solution in the calculator of the integrated system, the well-known relation [14] is implemented:

Figure 00000040
Figure 00000040

где Co,h(K,ψ,θ) - искомая матрица ориентации как функция углов K, ψ, θ.where C o, h (K, ψ, θ) is the desired orientation matrix as a function of angles K, ψ, θ.

Привлекая информацию об углах курса и тангажа, например от БИИМ, вычисляются текущие значения угла крена и угловой скорости крена. Данные БИИМ по углу крена здесь (в прототипе) могут использоваться в блоке БКОИ 6 для повышения точности и частоты выдачи угла крена, обеспечивая прогноз информации между фазовыми измерениями.Using information on heading and pitch angles, for example, from BIIM, the current values of the roll angle and the roll angular velocity are calculated. The BIIM data on the roll angle here (in the prototype) can be used in the BKOI 6 block to increase the accuracy and frequency of the roll angle output, providing information forecast between phase measurements.

К недостаткам данной схемы построения интегрированной системы следует отнести:The disadvantages of this scheme for constructing an integrated system include:

- фазовые измерения используются только для выработки угла и угловой скорости по крену;- phase measurements are used only to generate the angle and angular velocity along the roll;

- погрешности по курсу в ряде приложений при длительном времени полета объекта могут достигать значительных величин;- course errors in a number of applications with a long flight time of an object can reach significant values;

- значительное число применяемых приемных антенн СНС.- a significant number of used SNA receiving antennas.

Задачей изобретения является:The objective of the invention is:

- использование фазовых измерений для повышения точности выработки углов курса и тангажа;- the use of phase measurements to improve the accuracy of the development of course angles and pitch;

- минимизация числа используемых приемных антенн СНС;- minimizing the number of used SNA receiving antennas;

- возможность использования стандартных приемников СНС с одним входом для подключения антенны при обеспечении непрерывного вычисления первых разностей фазовых измерений в условиях быстрого вращения объекта вокруг продольной оси.- the ability to use standard SNA receivers with one input for connecting the antenna while ensuring continuous calculation of the first differences in phase measurements under conditions of rapid rotation of the object around the longitudinal axis.

Техническим результатом изобретения является повышение точности выработки угла и угловой скорости крена, а также повышение помехоустойчивости устройства.The technical result of the invention is to increase the accuracy of the development of the angle and angular velocity of the roll, as well as improving the noise immunity of the device.

Поставленная задача решается тем, что:The problem is solved in that:

- на объекте устанавливаются по меньшей мере три приемные антенны СНС с одним специализированным приемником, имеющим три входа, или с тремя стандартными приемниками, каждый из которых имеет один вход для подключения антенны. При этом опорная антенна вместе с измерительным блоком БИИМ на микромеханических датчиках устанавливается в носовой части объекта по оси вращения, а две другие, с максимально возможным отстоянием по продольной оси от опорной антенны, расположены по окружности со смещением 180° в поперечной плоскости;- at least three SNA receiving antennas are installed at the facility with one specialized receiver having three inputs, or with three standard receivers, each of which has one input for connecting the antenna. In this case, the reference antenna together with the BIIM measuring unit on micromechanical sensors is installed in the bow of the object along the rotation axis, and the other two, with the maximum possible distance along the longitudinal axis from the reference antenna, are located around the circumference with an offset of 180 ° in the transverse plane;

- разностные фазовые измерения СНС используются для оценки погрешностей БИИМ как по углу крена, так и углам курса и тангажа, а также для оценки погрешностей масштабных коэффициентов гироскопов и акселерометров, в том числе установленных по продольной оси объекта, вокруг которой осуществляется быстрое вращение;- differential phase measurements of the SNA are used to estimate the biomath errors both in roll angle and in course and pitch angles, as well as to estimate errors in the scale factors of gyroscopes and accelerometers, including those installed along the longitudinal axis of the object around which rapid rotation is performed;

- исключение неоднозначности фазовых измерений ПА СНС для наблюдаемых HCi осуществляется с опорой на данные БИИМ.- the elimination of the ambiguity of the phase measurements of the PA SNA for the observed HC i is carried out based on the BIIM data.

Реализация данных решений и представляет собой основное отличие предлагаемого устройства от прототипа.The implementation of these solutions is the main difference between the proposed device from the prototype.

Отличие ПА СНС 1 (фиг. 2а) предлагаемой схемы построения ИСОН от прототипа заключается в использовании либо одного специализированного приемника, имеющего три входа для подключения антенн, либо трех стандартных приемников, каждый из которых имеет один вход для подключения антенны. При этом на объекте соответствующим образом (фиг. 2б) устанавливаются три антенны (одна - опорная устанавливается в носовой части объекта по оси вращения, а две другие, с максимально возможным отстоянием по продольной оси от опорной антенны расположены по окружности со смещением 180° в поперечной плоскости), причем опорная антенна вместе с измерительным блоком БИИМ размещается в носовой части объекта по оси вращения.The difference between PA SNA 1 (Fig. 2a) of the proposed ISON construction scheme from the prototype is to use either one specialized receiver having three inputs for connecting antennas, or three standard receivers, each of which has one input for connecting an antenna. At the same time, three antennas are installed on the object (Fig. 2b) (one - the support is installed in the bow of the object along the axis of rotation, and the other two, with the maximum possible distance along the longitudinal axis from the reference antenna, are located around the circumference with a shift of 180 ° in the transverse plane), and the reference antenna along with the measuring unit BIIM is located in the bow of the object along the axis of rotation.

Алгоритмическое обеспечение вычислителя БИИМ 4 (фиг. 2а) аналогично алгоритмам работы БИИМ прототипа 4 (фиг. 1а).Algorithmic software calculator BIIM 4 (Fig. 2A) is similar to the algorithms of BIIM prototype 4 (Fig. 1a).

Отличие блока БКОИ 6 (фиг. 2а) предлагаемой схемы построения ИСОН от прототипа заключается в том, что в его состав дополнительно введен блок БФРФИ 8 формирования разностей

Figure 00000041
,
Figure 00000042
расчетных и измеренных значений первых или вторых разностей фазовых измерений для двух антенных баз между опорной приемной антенной А0 и отстоящими от нее антеннами A1, А2. Выходные данные
Figure 00000043
,
Figure 00000044
которого поступают на дополнительный вход блока БКОИ 6.The difference between the block BKOI 6 (Fig. 2A) of the proposed scheme for constructing ISON from the prototype lies in the fact that it includes an additional block BFRFI 8 of the formation of differences
Figure 00000041
,
Figure 00000042
calculated and measured values of the first or second phase measurement differences for two antenna bases between the reference receiving antenna A0 and the antennas A1, A2 spaced from it. Output
Figure 00000043
,
Figure 00000044
which go to the additional input of the block BKOI 6.

При этом разности расчетных и измеренных значений первых разностей фазовых измерений (достаточно использования фазовых измерений от одного HCi) формируются в блоке БВПРФ 5 при использовании специализированного приемника СНС с тремя входами для подключения антенн. Разности расчетных и измеренных значений вторых разностей фазовых измерений (необходимо использовать фазовые измерения как минимум от двух HCi) формируются в блоке БФРФИ 8 при использовании в составе ПА СНС трех стандартных приемников, каждый из которых имеет один вход для подключения антенны.In this case, the differences between the calculated and measured values of the first differences in phase measurements (it is sufficient to use phase measurements from one HC i ) are formed in the BVPRF 5 unit using a specialized SNA receiver with three inputs for connecting antennas. Differences in the calculated and measured values of the second differences in phase measurements (it is necessary to use phase measurements from at least two HC i ) are generated in the BFRFI 8 unit when three standard receivers are used as part of the SNA PA, each of which has one input for connecting the antenna.

Алгоритмическое обеспечение блока БКОИ 6 вычислителя предлагаемой ИСОН представляет собой реализацию широко используемых алгоритмов фильтра Калмана, аналогичных используемым в прототипе.The algorithmic support of the BKOI 6 block of the calculator of the proposed ISON is an implementation of the widely used Kalman filter algorithms similar to those used in the prototype.

В качестве входных данных блока БКОИ 6 для решения задачи калмановской фильтрации используются следующие измерения:The following measurements are used as input data of the BKOI 6 block for solving the Kalman filtering problem:

- разность расчетных и измеренных ПА СНС значений либо первичных навигационных параметров (псевдодальностей

Figure 00000045
и радиальных скоростей
Figure 00000046
для каждого из наблюдаемых HCi), либо готовых навигационных решений (по составляющим векторов координатам места
Figure 00000047
и линейной скорости объекта
Figure 00000048
соответственно);- the difference between the calculated and measured PA SNA values or primary navigation parameters (pseudorange
Figure 00000045
and radial speeds
Figure 00000046
for each of the observed HC i ), or ready-made navigation solutions (based on the component coordinates of the location vector
Figure 00000047
and linear velocity of the object
Figure 00000048
respectively);

- разность

Figure 00000049
,
Figure 00000050
расчетных и измеренных ПА СНС значений первых или вторых разностей фазовых измерений для двух антенных баз.- difference
Figure 00000049
,
Figure 00000050
calculated and measured PA SNA values of the first or second differences of phase measurements for two antenna bases.

Выходными данными блока БКОИ 6 являются:The output of the block BKOI 6 are:

-

Figure 00000051
,
Figure 00000052
,
Figure 00000053
- оценки погрешностей ориентации по углам курса, тангажа и крена;-
Figure 00000051
,
Figure 00000052
,
Figure 00000053
- assessment of orientation errors in the corners of the course, pitch and roll;

-

Figure 00000054
,
Figure 00000055
- оценки погрешностей по координатам и вектору линейной скорости объекта;-
Figure 00000054
,
Figure 00000055
- estimates of errors in the coordinates and the linear velocity vector of the object;

-

Figure 00000056
,
Figure 00000057
- оценки погрешностей масштабных коэффициентов гироскопов и акселерометров, в том числе установленных и по продольной оси объекта;-
Figure 00000056
,
Figure 00000057
- estimates of errors in the scale factors of gyroscopes and accelerometers, including those established along the longitudinal axis of the object;

-

Figure 00000058
- оценки остаточной «скачкообразной» неоднозначности фазовых измерений.-
Figure 00000058
- estimates of the residual “spasmodic” ambiguity of phase measurements.

Использование дополнительных разностных фазовых измерений

Figure 00000059
,
Figure 00000060
, поступающих из блока БФРФИ 8 позволяет повысить точности выработки углов крена, курса и тангажа.Using additional differential phase measurements
Figure 00000059
,
Figure 00000060
coming from the BFRFI 8 block allows to increase the accuracy of the roll angle, course and pitch.

Кроме того, введены связи блока БФРФИ 8 с выходом блока БВПРФ 5 по текущим значениям ∇φji, первых разностей фаз сигналов HCi на несущей частоте, принятых на опорную и j-ю антенну, входами блока БКОИ 6 по данным от ПА СНС и БИИМ, и выходом блока БКОИ 6 по оценкам

Figure 00000061
остаточной неоднозначности фазовых измерений, обеспечивающие его функционирование.In addition, the BFRFI 8 unit was connected with the output of the BVPRF 5 unit according to the current values of ∇φ ji , the first phase differences of the HC i signals at the carrier frequency received at the reference and jth antenna, with the inputs of the BKOI 6 unit according to the data from the SNA PA and BIIM , and the output of block BKOI 6 is estimated
Figure 00000061
residual ambiguity of phase measurements, ensuring its functioning.

Введена также дополнительная связь: выход блока БКОИ 6 по оценкам

Figure 00000062
,
Figure 00000063
погрешностей масштабных коэффициентов гироскопов и акселерометров, установленных в том числе и по продольной оси объекта, с соответствующим входом вычислителя БИИМ 4.An additional connection has also been introduced: the output of the BKOI 6 unit is estimated
Figure 00000062
,
Figure 00000063
errors of scale factors of gyroscopes and accelerometers, including those installed along the longitudinal axis of the object, with the corresponding input of the BIIM 4 calculator.

Отличия алгоритмического обеспечения вычислителя предлагаемой ИСОН от прототипа сводятся, прежде всего, к алгоритмическому обеспечению блока БФРФИ 8.The differences in the algorithmic support of the calculator of the proposed ISON from the prototype are reduced, first of all, to the algorithmic support of the BFRFI 8 block.

Входными данными блока БФРФИ 8 (фиг. 2а) являются:The input data block BFRFI 8 (Fig. 2A) are:

- измеренные по данным ПА СНС 1 значения первых разностей фаз сигналов HCi от блока БВПРФ 5;- the values of the first phase differences of the HC i signals from the BVPRF 5 block, measured according to the data of the SNA SNA 1;

- значения координат или направляющих косинусов HCi от ПА СНС 1;- values of coordinates or guide cosines of HC i from PA SNA 1;

- значения координат места и вектора скорости движения объекта от вычислителя БИИМ 4;- values of the coordinates of the place and the velocity vector of the object from the BIIM 4 computer;

- значения углов курса, тангажа и крена объекта от вычислителя БИИМ 4;- the values of the angles of the course, pitch and roll of the object from the calculator BIIM 4;

- оценки остаточных неоднозначностей фазовых измерений от блока БКОИ 6;- evaluation of residual ambiguities of phase measurements from the block BKOI 6;

Выходными данными блока БФРФИ 8 являются:The output of the BFRFI 8 block is:

- разности расчетных и измеренных значений первых или вторых разностей фаз сигналов HCi

Figure 00000064
,
Figure 00000065
для двух антенных баз b1 и b2.- the difference between the calculated and measured values of the first or second phase differences of the signals HC i
Figure 00000064
,
Figure 00000065
for two antenna bases b1 and b2.

В дополнение к измеренным значениям

Figure 00000066
направляющих косинусов орта
Figure 00000067
относительно антенных баз
Figure 00000068
, соответствующих согласно соотношению (2) текущим значениям ∇φji измеренных первых разностей фаз сигналов HCi, в блоке БФРФИ 8 (при использовании в составе ПА СНС нескольких приемников) формируются разности
Figure 00000069
измеренных значений направляющих косинусов для пары HCi, соответствующие текущим значениям измеренных вторых разностей фаз сигналов HCi:In addition to the measured values
Figure 00000066
ortho cosines
Figure 00000067
regarding antenna bases
Figure 00000068
corresponding, according to relation (2), to the current values ∇φ ji of the measured first phase differences of the HC i signals, in the BFRFI 8 block (when several receivers are used as part of the PA SNA), differences
Figure 00000069
the measured values of the guide cosines for the pair HC i , corresponding to the current values of the measured second phase differences of the signals HC i :

Figure 00000070
Figure 00000070

Рассчитываются в блоке БФРФИ 8 приборные значения направляющих косинусов орта

Figure 00000071
относительно антенных баз
Figure 00000072
для тех же наблюдаемых HCi:The instrumental values of the ortho guiding cosines are calculated in the BFRFI block 8.
Figure 00000071
regarding antenna bases
Figure 00000072
for the same observed HC i :

Figure 00000073
Figure 00000073

где значения орта

Figure 00000074
- вычисляются согласно соотношениям (4), (5); а матрица ориентации Co,h_pr - по значениям углов K, ψ, θ от вычислителя БИИМ 4.where are the values of orth
Figure 00000074
- are calculated according to relations (4), (5); and the orientation matrix C o, h _ pr - according to the values of the angles K, ψ, θ from the calculator BIIM 4.

Формируются также (при использовании в составе ПА СНС 1 нескольких приемников) и расчетные значения для вторых разностей фаз сигналов HCi:The calculated values for the second phase differences of the HC i signals are also formed (when several receivers are used in the SNA PA 1):

Figure 00000075
Figure 00000075

Формирование вторых разностей фазовых измерений необходимо для исключения влияния расхождения шкал времени опорных генераторов приемников СНС 1, т.е. для исключения погрешности

Figure 00000076
из измерений (2).The formation of the second phase measurement differences is necessary to eliminate the influence of the discrepancy in the time scales of the reference generators of the SNA 1 receivers, i.e. to eliminate errors
Figure 00000076
from measurements (2).

Сравнивая расчетные и измеренные значения первых или вторых разностей фазовых измерений, формируются в блоке БФРФИ 8 разностные измерения:Comparing the calculated and measured values of the first or second differences of phase measurements, difference measurements are formed in the BFRFI 8 block:

- или (при использовании в составе ПА СНС 1 специализированного приемника с тремя входами)- or (when using a specialized receiver with three inputs in the PA SNA 1)

Figure 00000077
Figure 00000077

- или (при использовании в составе ПА СНС 1 нескольких приемников с одним входом)- or (when using several receivers with one input as part of the SNA PA 1)

Figure 00000078
Figure 00000078

Данные измерения содержат с соответствующими весами в основном погрешности решения БИИМ задачи ориентации объекта (погрешности ΔCo,h_pr матрицы ориентации, однозначно связанные с погрешностями аналитического построения географического сопровождающего трехгранника: α, β, γ; где α - погрешность по курсу, β, γ - погрешности построения вертикали места), которые включают погрешности ориентации антенной базы

Figure 00000079
относительно связанных с объектом осей, погрешности знания координат места объекта и HCi, неоднозначности разностей фазовых измерений и шумы измерений, а также собственно шумы фазовых измерений ПА СНС.These measurements contain, with corresponding weights, mainly errors of the BIIM solution of the object orientation problem (errors ΔC o, h _ pr of the orientation matrix that are uniquely associated with errors in the analytical construction of the geographic accompanying trihedron: α, β, γ; where α is the error in the course, β, γ - errors in the construction of the vertical location), which include errors in the orientation of the antenna base
Figure 00000079
relative to the axes associated with the object, the error in the knowledge of the coordinates of the object’s location and HC i , the ambiguity of the differences of the phase measurements and the measurement noise, as well as the noise of the phase measurements of the PA SNA.

Полагая погрешности БИИМ по навигационным параметрам и параметрам ориентации объекта достаточно малыми, что обеспечивается при начальной выставке БИИМ, допустима линеаризация измерений (11). При этом вклад погрешностей БИИМ в измерения (11) не превышает половины длины волны излучаемого HCi сигнала.Assuming that the biomass errors in navigation parameters and object orientation parameters are sufficiently small, which is ensured during the initial biomir measurements, the linearization of measurements is acceptable (11). In this case, the contribution of the BIIM errors to measurements (11) does not exceed half the wavelength of the emitted HC i signal.

Предварительная обработка разностных измерений (11) производится в блоке БФРФИ 8 (фиг. 2а) и заключается в исключении исходной неоднозначности фазовых измерений. Допустим, например, что в составе ПА СНС используется несколько приемников. Т.к. априори известно, что полезная информация вместе с шумами составляет менее одной длины волны излучаемого HCi сигнала в значениях приведенного измерения

Figure 00000080
, то исключая целое число (ηi+1i) из значения
Figure 00000081
и оставляя его дробную часть
Figure 00000082
, тем самым исключается из восстановленных измерений
Figure 00000083
неоднозначность фазовых измерений до уровня
Figure 00000084
. Остаточная неоднозначность фазовых измерений в пределах одной длины волны, как «скачкообразная» погрешность включается в число оцениваемых параметров.The preliminary processing of difference measurements (11) is performed in the BFRFI block 8 (Fig. 2a) and consists in eliminating the initial ambiguity of the phase measurements. Suppose, for example, that several receivers are used as part of a PA SNA. Because a priori it is known that useful information along with noise is less than one wavelength of the emitted HC i signal in the values of the given measurement
Figure 00000080
, then excluding the integer (η i + 1i ) from the value
Figure 00000081
and leaving its fractional part
Figure 00000082
, thereby excluded from the reconstructed measurements
Figure 00000083
ambiguity of phase measurements to a level
Figure 00000084
. The residual ambiguity of phase measurements within the same wavelength, as a “spasmodic” error is included in the number of estimated parameters.

Измерения

Figure 00000085
вместе с известными [18] разностными измерениями по навигационным параметрам поступают на вход блока БКОИ 6 вычислителя интегрированной системы (фиг. 2а) для последующей обработки с использованием алгоритмов фильтра Калмана.Measurements
Figure 00000085
together with the known [18] difference measurements with respect to navigation parameters, they are input to the BKOI block 6 of the integrated system calculator (Fig. 2a) for subsequent processing using Kalman filter algorithms.

Оценки, выработанные в блоке БКОИ 6, поступают в обратную связь в вычислитель БИИМ 4 для коррекции погрешностей инерциального модуля в выработке параметров ориентации и навигационных параметров. А также для коррекции погрешностей масштабных коэффициентов гироскопа и акселерометра, установленных по продольной оси объекта. Это позволяет увеличить допустимый интервал времени работы ИСОН в автономном режиме на время «сбоев» ПА СНС 1. Кроме того, оценки остаточной неоднозначности фазовых измерений поступают на один из входов блока БФРФИ 8.The estimates worked out in the BKOI 6 block are fed back to the BIIM 4 computer to correct errors of the inertial module in the generation of orientation parameters and navigation parameters. And also for the correction of errors of scale factors of the gyroscope and accelerometer installed along the longitudinal axis of the object. This allows you to increase the allowable time interval for the operation of ISON in stand-alone mode by the time of “failures” of the PA SNA 1. In addition, estimates of the residual ambiguity of phase measurements are received at one of the inputs of the BFRFI 8 unit.

Анализ точности предлагаемого решенияAnalysis of the accuracy of the proposed solution

Формирование измеренийMeasurement Formation

- Разностные навигационные измерения- Difference navigation measurements

Как и в прототипе при использовании в его составе БИИМ, формируются разностные измерения по навигационным параметрам:As in the prototype when using BIIM in its composition, differential measurements are formed by navigation parameters:

либо по псевдодальностям

Figure 00000086
и радиальным скоростям
Figure 00000087
для каждого из наблюдаемых HCi either by pseudo-range
Figure 00000086
and radial speeds
Figure 00000087
for each of the observed HC i

Figure 00000088
Figure 00000088

(

Figure 00000089
,
Figure 00000090
- измеренные ПА СНС 1 и
Figure 00000091
,
Figure 00000092
- расчетные по данным БИИМ и эфемеридной информации HCi значения), либо по координатам места и составляющим вектора линейной скорости объекта(
Figure 00000089
,
Figure 00000090
- measured PA SNS 1 and
Figure 00000091
,
Figure 00000092
- calculated according to the BIIM and ephemeris information HC i values), or according to the coordinates of the place and the components of the linear velocity vector of the object

Figure 00000093
Figure 00000093

- Разностные фазовые измерения- Difference phase measurements

Для случая использования в составе ПА СНС нескольких приемников линеаризованные разностные измерения (11б) для двух антенных баз

Figure 00000094
могут быть представлены в следующем виде:For the case of using several receivers in the PA SNA, linearized difference measurements (11b) for two antenna bases
Figure 00000094
can be represented as follows:

Figure 00000095
Figure 00000095

гдеWhere

α, β, γ - погрешности (α - по курсу, β, γ - в построении вертикали места, характеризующих погрешности по углам тангажа и крена) задачи ориентации в построении географического трехгранника ENH, т.е. вычисления в БИИМ матрицы ориентации Co,h_pr;

Figure 00000096
,
Figure 00000097
,
Figure 00000098
- направляющие косинусы вектора антенной базы
Figure 00000099
в географических осях, т.е. элементы векторов
Figure 00000100
; sij, s(i+1)j, (j=E, N, H) - элементы орта
Figure 00000101
(направляющие косинусы орта
Figure 00000102
HCi относительно географических осей), формируемые согласно соотношениям (4), (5); ΔCf(i+1)-i - остаточная неоднозначность фазовых измерений в пределах одной длины волны; vzi - шумы измерений, включающие шумы измерений фазы несущей ПА СНС 1 и составляющие, обусловленные погрешностями знания координат места объекта и эфемеридной информации HCi, а также погрешностями привязки антенных баз к осям объекта.α, β, γ - errors (α - at the heading, β, γ - in the construction of the vertical of the place characterizing errors in the pitch and roll angles) of the orientation problem in the construction of the geographic trihedron ENH, i.e. calculations in BIIM orientation matrix C o, h _ pr ;
Figure 00000096
,
Figure 00000097
,
Figure 00000098
- directing cosines of the antenna base vector
Figure 00000099
in geographic axes, i.e. vectors elements
Figure 00000100
; s ij , s (i + 1) j , (j = E, N, H) - elements of the unit vector
Figure 00000101
(directing cosines of the orth
Figure 00000102
HC i relative to the geographic axes) formed according to the relations (4), (5); ΔCf (i + 1) -i is the residual ambiguity of phase measurements within the same wavelength; v zi are the measurement noise, including the measurement noise of the carrier phase of the PA SNA 1 and the components caused by errors in the knowledge of the coordinates of the object’s location and ephemeris information HC i , as well as errors in the binding of antenna bases to the axes of the object.

Следует заметить, что при вращении объекта из-за затенения HCi первые пол-оборота используются фазовые измерения для первой антенной базы

Figure 00000103
, вторые пол-оборота - для второй
Figure 00000104
.It should be noted that when the object rotates due to HC i shadowing, the first half-turn uses phase measurements for the first antenna base
Figure 00000103
, the second half-turn - for the second
Figure 00000104
.

Расчетная модель погрешностейCalculation model of errors

При формировании расчетной модели погрешностей ИСОН использовались следующие аппроксимации:In the formation of the computational model of ISON errors, the following approximations were used:

- смещения нулей ММГ

Figure 00000105
и ММА
Figure 00000106
, изменения систематических составляющих погрешностей масштабных коэффициентов ММГ ΔMgi и акселерометров ΔMai от запуска к запуску и их изменчивость в пуске были аппроксимированы (из-за отсутствия достоверных данных об их спектральном составе) соответствующими винеровскими процессами;- displacements of zeros of MMG
Figure 00000105
and MMA
Figure 00000106
, changes in the systematic components of the errors of the MMG scale factors ΔM gi and accelerometers ΔM ai from launch to launch and their variability in the launch were approximated (due to the lack of reliable data on their spectral composition) by the corresponding Wiener processes;

- погрешности δD,

Figure 00000107
ПА СНС (смещения соответственно шкалы времени в единицах дальности и частоты опорного генератора в единицах радиальной скорости для опорной антенны в ПА СНС относительно данных HCi) были представлены расчетной моделью
Figure 00000108
,
Figure 00000109
, где коэффициент k2, характеризующий дрейф частоты опорного генератора, был аппроксимирован соответствующим винеровским процессом;- errors δD,
Figure 00000107
PA SNA (offsets, respectively, of the time scale in units of range and frequency of the reference oscillator in units of radial velocity for the reference antenna in PA SNA relative to HC i data) were presented by the calculation model
Figure 00000108
,
Figure 00000109
where the coefficient k2, characterizing the frequency drift of the reference generator, was approximated by the corresponding Wiener process;

- погрешности ΔCf(i+1)-i были аппроксимированы также соответствующими винеровскими процессами;- the errors ΔCf (i + 1) -i were also approximated by the corresponding Wiener processes;

- шумы измерений vzi аппроксимированы дискретными белыми шумами с известными дисперсиями на частоте формирования измерений;- measurement noises v zi are approximated by discrete white noises with known variances at the measurement frequency;

- при формировании фазовых измерений используется одна пара HCi.- when forming phase measurements, one pair of HC i is used .

В этом случае расчетная модель погрешностей ИСОН будет иметь видIn this case, the calculated model of errors of ISON will have the form

Figure 00000110
Figure 00000110

гдеWhere

Figure 00000111
Figure 00000111

- вектор состояния системы,is the state vector of the system,

где ΔVE, ΔVN, ΔVH - погрешности в выработке составляющих вектора относительной линейной скорости объекта в проекциях на географические оси; Δφ, Δλ, Δh - погрешности выработки географических координат места (по широте, долготе и высоте); Фk+1/k - переходная на шаге Tz дискретности измерений матрица состояния системы; Гk+1≅Фk+1·dT - матрица, определяющая влияние вектора входных шумов wk с ковариациями Qk; Hk+1 - матрица измерений, соответствующая уравнениям (12) и (13); vk+1 - шумы измерений.where ΔV E , ΔV N , ΔV H are the errors in the development of the components of the vector of the relative linear velocity of the object in projections on the geographic axes; Δφ, Δλ, Δh - errors in the development of the geographical coordinates of the place (in latitude, longitude and height); Ф k + 1 / k is the transition matrix of the system state at the step T z of the measurement discreteness; Г k + 1 ≅ Ф k + 1 · dT - matrix that determines the influence of the input noise vector w k with covariances Q k ; H k + 1 is the measurement matrix corresponding to equations (12) and (13); v k + 1 - measurement noise.

Результаты имитационного моделирования алгоритмов работы ИСОН в пакете MATLAB (Simulink)The results of simulation of algorithms for the operation of ISON in the MATLAB package (Simulink)

Моделирование осуществлялось при следующих исходных данных:Modeling was carried out with the following initial data:

- характеристики Земли и гравитационного поля- characteristics of the Earth and the gravitational field

R=6378163 - средний экваториальный радиус Земли, (м);R = 6378163 - average equatorial radius of the Earth, (m);

Ue=7.2921151467·10-5, (рад/с); tgr0=0;U e = 7.2921151467 · 10 -5 , (rad / s); t gr0 = 0;

- ускорения от силы тяжести -

Figure 00000112
- accelerations from gravity -
Figure 00000112

Figure 00000113
,
Figure 00000113
,

где g0=9.78049 - ускорение силы тяжести на экваторе земного эллипсоида (м/с2); β=0.005317 (безразмерная величина, имеет порядок малости α3); a, b - большая и малая полуоси эллипсоида вращения Земли;

Figure 00000114
- квадрат первого эксцентриситета эллипсоида вращения Земли; α3=(a-b)/а - сжатие; а=6378136 (м); α3=1/298.25784 - параметры общеземного эллипсоида ПЗ-90;where g 0 = 9.78049 is the acceleration of gravity at the equator of the earth's ellipsoid (m / s 2 ); β = 0.005317 (dimensionless quantity, has the order of smallness α 3 ); a , b - major and minor semiaxis of the ellipsoid of rotation of the Earth;
Figure 00000114
- the square of the first eccentricity of the ellipsoid of rotation of the Earth; α 3 = ( a -b) / a - compression; a = 6378136 (m); α 3 = 1 / 298.25784 - parameters of the all-terrestrial ellipsoid PZ-90;

Погрешности ММГ в проекциях на оси xbybzb ИБ:MMG errors in projections on the axis x b y b z b IS:

- ΔMgx, ΔMgy, ΔMgz - нестабильность масштабных коэффициентов ММГ - случайные величины с уровнем (1σ);- ΔMgx, ΔMgy, ΔMgz - instability of scale factors MMG - random variables with a level of (1σ);

-

Figure 00000115
,
Figure 00000116
,
Figure 00000117
- систематические составляющие дрейфов ММГ в проекциях на оси xbybzb ИБ, которые характеризуют смещение нулей от пуска к пуску - случайные величины с уровнем (1σ);-
Figure 00000115
,
Figure 00000116
,
Figure 00000117
- the systematic components of MMG drifts in projections on the axis x b y b z b IS, which characterize the shift of zeros from start to start - random variables with a level of (1σ);

- Δωxb, Δωyb, Δωzb - случайные составляющие дрейфов ММГ, которые характеризуют дрейф нуля в пуске - марковские процессы первого порядка σ1gi, µgi (i=xb, yb, zb);- Δω xb , Δω yb , Δω zb are the random components of MMG drifts that characterize the zero drift at start-up - first-order Markov processes σ1 gi , μ gi (i = x b , y b , z b );

- флуктуационные составляющие дрейфов ММГ в проекциях на оси ИБ - дискретные белые шумы на рабочей частоте σ2gi;- fluctuation components of MMG drifts in the projections on the IB axis - discrete white noise at the operating frequency σ2 gi ;

- αxy, αxz, αyx, αyz, αzx, αzy - погрешности ортогонализации осей чувствительности гироскопов - случайные величины с уровнем (1σ) 10 угл.с.;- α xy , α xz , α yx , α yz , α zx , α zy - orthogonalization errors of the sensitivity axes of gyroscopes - random variables with a level of (1σ) 10 arc.s .;

Погрешности линейных акселерометров в проекциях на оси xbybzb ИБ:Errors of linear accelerometers in projections on the axis x b y b z b IS:

- ΔMax, ΔMay, ΔMaz - нестабильность масштабных коэффициентов линейных акселерометров - случайные величины с уровнем (1σ);- ΔMax, ΔMay, ΔMaz - instability of the scale factors of linear accelerometers - random variables with a level of (1σ);

-

Figure 00000118
,
Figure 00000119
,
Figure 00000120
- смещение нулей линейных акселерометров - случайные величины с уровнем (1σ);-
Figure 00000118
,
Figure 00000119
,
Figure 00000120
- displacement of zeros of linear accelerometers - random variables with a level of (1σ);

- Δa xb, Δa yb, Δa zb - дрейфы нулей линейных акселерометров - марковские процессы первого порядка σ1ai, µai;- Δ a xb , Δ a yb , Δ a zb - drifts of zeros of linear accelerometers - Markov processes of the first order σ1 ai , μ ai ;

- флуктуационные составляющие погрешностей акселерометров в проекциях на оси xbybzb ИБ - дискретные белые шумы на рабочей частоте σ2ai.- fluctuation components of the errors of accelerometers in projections on the x b y b z b axis; IS - discrete white noises at the operating frequency σ2 ai .

ПА СНС:PA SNS:

- шумы измерений (1σ)- measurement noise (1σ)

- по координатам места - 10 (м);- according to the coordinates of the place - 10 (m);

- по составляющим вектора линейной скорости - 0.1 (м/с).- according to the components of the linear velocity vector - 0.1 (m / s).

Характеристики ИБ БИИМ на ММД:Characteristics of IS Biim on MMD:

- Модель погрешностей ММА- MMA error model

ΔМах=-1*1е-2; ΔMay=1*1е-2; Maz=1*1е-2;ΔM a x = -1 * 1e-2; ΔM a y = 1 * 1e-2; M a z = 1 * 1e-2;

Figure 00000121
Figure 00000121

σ1ai=0.01 (м/с2); µai=0.01 (с-1); σ2ai=0.02/sqrt(dt), (м/с2); (i=xb, yb, zb)σ1 ai = 0.01 (m / s 2 ); µ ai = 0.01 (s -1 ); σ2 ai = 0.02 / sqrt (dt), (m / s 2 ); (i = x b , y b , z b )

- Модель погрешностей гироскопов (ММГ)- Model of errors of gyroscopes (MMG)

ΔMgx=1*1е-2; ΔMgy=-1*1e-2; ΔMgz=1*1e-2;ΔMgx = 1 * 1e-2; ΔMgy = -1 * 1e-2; ΔMgz = 1 * 1e-2;

Figure 00000122
Figure 00000122

σ1gi=30*5е-6 (рад/с); µgi=0.01 (с-1); σ2gi=36*5e-6/sqrt(dt), (рад/с) или 0.01°/с/Гц½;(i=xb, yb, zb);σ1 gi = 30 * 5e-6 (rad / s); µ gi = 0.01 (s -1 ); σ2 gi = 36 * 5e-6 / sqrt (dt), (rad / s) or 0.01 ° / s / Hz½; (i = x b , y b , z b );

- погрешности начальной выставки БИИМ (t=0)- errors of the initial exhibition of BIIM (t = 0)

α0=-0.2°*pi/180; β0=0.1°*pi/180; γ0=-0.1°*pi/180;α 0 = -0.2 ° * pi / 180; β 0 = 0.1 ° * pi / 180; γ 0 = -0.1 ° * pi / 180;

ΔVE0=0.1 (м/с); ΔVN0=-0.1 (м/с); ΔVH0=0.1 (м/с);ΔV E0 = 0.1 (m / s); ΔV N0 = -0.1 (m / s); ΔV H0 = 0.1 (m / s);

Δφ0=3 м/R; Δλ0=-3м/(R*cos(fio*pi/180)); Δh0=3 м;Δφ 0 = 3 m / R; Δλ 0 = -3m / (R * cos (fio * pi / 180)); Δh 0 = 3 m;

Рабочие частоты при моделированииOperating frequencies for simulation

dt=0.001 с; - дискретность имитационного моделирования движения объекта по траектории (1 кГц);dt = 0.001 s; - discreteness of simulation modeling of the object along the trajectory (1 kHz);

dT=0.001 с - дискретность работы алгоритмов БИИМ (1 кГц);dT = 0.001 s - discreteness of operation of the BIIM algorithms (1 kHz);

dT1=dT - дискретность работы ковариационного канала ФК;dT1 = dT - discreteness of the covariance channel of the FC;

Tz=0.03 с - дискретность обработки измерений в ФК (дискретность данных СНС).Tz = 0.03 s is the discreteness of measurement processing in the FC (discreteness of the SNA data).

Параметры траектории движения объекта приведены на фигурах 4.1а и 4.1б.The parameters of the trajectory of the object are shown in figures 4.1a and 4.1b.

По параметрам ориентации объекта были приняты следующие условия движения:According to the orientation parameters of the object, the following traffic conditions were adopted:

- по курсу: K=Ko=90°;- at the rate: K = Ko = 90 °;

- по тангажу: изменение угла на траектории полета от +50° до -20°;- by pitch: change of angle on the flight path from + 50 ° to -20 °;

- по крену: вращение с постоянной угловой скоростью

Figure 00000123
, при fθ=1 Гц, θ0=0°.- roll: rotation with constant angular velocity
Figure 00000123
, at f θ = 1 Hz, θ 0 = 0 °.

Погрешности ИСОНErrors ISON

Погрешности выработки параметров ориентации без использования фазовых измерений приведены на фигурах 4.2а, 4.2б (на фиг. 4.2б приведен график фиг. 4.2а в укрупненном по времени масштабе на момент старта). Аналогичные погрешности, но с использованием фазовых измерений приведены на фиг. 4.2в, 4.2г (на фиг. 4.2г приведен график фиг. 4.2в в укрупненном по времени масштабе на момент старта). На фиг. 4.2д и 4.2е приведены ошибки оценки погрешностей масштабных коэффициентов ММД. На фиг. 4.2ж приведены ошибки оценки неоднозначности фазовых измерений.Errors in the generation of orientation parameters without using phase measurements are shown in figures 4.2a, 4.2b (Fig. 4.2b shows a graph of Fig. 4.2a in a time-magnified scale at the time of launch). Similar errors, but using phase measurements are shown in FIG. 4.2c, 4.2g (in Fig. 4.2g there is a graph of Fig. 4.2c in a time-enlarged scale at the time of launch). In FIG. 4.2e and 4.2e, errors in the estimation of errors in the scale coefficients of MMD are given. In FIG. 4.2g errors of estimation of the ambiguity of phase measurements are given.

Математическое моделирование и результаты решения задачи ориентации объекта в предлагаемой схеме построения ИСОН, приведенные на фиг. 4.2а-4.2ж, подтверждают эффективность данного решения. При этом предлагаемое решение допускает перерывы в поступлении данных от ПА СНС и позволяет эффективно обеспечивать отбраковку недостоверных измерений.Mathematical modeling and the results of solving the problem of orientation of the object in the proposed scheme for constructing ISON, shown in Fig. 4.2a-4.2zh, confirm the effectiveness of this solution. Moreover, the proposed solution allows for interruptions in the receipt of data from the PA SNA and allows you to effectively ensure the rejection of false measurements.

Список литературыBibliography

1. Гай Э. Наводящиеся снаряды с инерциальной навигационной системой на микромеханических датчиках, интегрированной с GPS // Гироскопия и навигация, 1998, №3(22), с. 72-81.1. Guy E. Guided shells with an inertial navigation system based on micromechanical sensors integrated with GPS // Gyroscopy and Navigation, 1998, No. 3 (22), p. 72-81.

2. Дишель В.Д., Быков А.К. и др. Анализ результатов первого летного испытания интегрированной инерциально-спутниковой системы навигации, ориентации и траекторного контроля ракеты-носителя и разгонного блока при выведении космического аппарата «Амос-2» на геостационарную орбиту // Гироскопия и навигация, 2004, №3 (46), с. 80.2. Dichelle V.D., Bykov A.K. et al. Analysis of the results of the first flight test of an integrated inertial-satellite navigation, orientation and trajectory control system of a launch vehicle and a booster during the launch of the Amos-2 spacecraft into geostationary orbit // Gyroscopy and Navigation, 2004, No. 3 (46) , from. 80.

3. В.A. Blazhnov, G.I. Yemeliantsev, D.A. Koshaev and other. A Tightly Coupled Integrated Inertial Satellite System of Attitude and Navigation. - 16th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, proceedings, 2009, pp. 182-190. ISBN 978-5-900780-69-6.3. B.A. Blazhnov, GI Yemeliantsev, DA Koshaev and other. A Tightly Coupled Integrated Inertial Satellite System of Attitude and Navigation. - 16 th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, proceedings, 2009, pp. 182-190. ISBN 978-5-900780-69-6.

4. Патент США №6417802.4. US Patent No. 6417802.

5. Патент США №6640189.5. US patent No. 6640189.

6. Патент РФ №2087867.6. RF patent No. 2087867.

7. Патент РФ №2233431.7. RF patent No. 2233431.

8. Патент РФ №2263282.8. RF patent No. 2263282.

9. Заявка РФ №98118543.9. RF application No. 98118543.

10. Патент РФ №2215299.10. RF patent No. 2215299.

11. Патент РФ №2276384.11. RF patent No. 2276384.

12. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации с разнесенными антеннами // Сборник «Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации». - СПб: ЦНИИ «Электроприбор», 2001, с. 222-229.12. Integrated inertial-satellite orientation and navigation system with spaced antennas // Collection "Integrated inertial-satellite navigation systems". - St. Petersburg: Central Research Institute "Elektropribor", 2001, p. 222-229.

13. Интегрированная система спутниковой и инерциальной навигации: экспериментальные результаты и применение к управлению мобильными роботами // Гироскопия и навигация, 2007, №1 (56), с. 16-28.13. Integrated satellite and inertial navigation system: experimental results and application to the management of mobile robots // Gyroscopy and navigation, 2007, No. 1 (56), p. 16-28.

14. Степанов О.А., Кошаев Д.А. Исследование методов решения задачи ориентации с использованием спутниковых систем // Гироскопия и навигация, 1999, №2 (25), с. 30-55.14. Stepanov O.A., Koshayev D.A. The study of methods for solving the orientation problem using satellite systems // Gyroscopy and navigation, 1999, No. 2 (25), p. 30-55.

15. Водичева Л.В., Алиевская Е.Л., Кокщаров Е.А., Парышева Ю.В. Повышение точности определения угловой скорости быстровращающихся объектов. // Гироскопия и навигация, 2012, №1 (76), с. 27-41.15. Vodicheva L.V., Alievskaya E.L., Kokshcharov E.A., Parysheva Yu.V. Improving the accuracy of determining the angular velocity of rapidly rotating objects. // Gyroscopy and navigation, 2012, No. 1 (76), p. 27-41.

16. Патент США №6208936.16. US Patent No. 6208936.

17. Заявка № US 2010/0117894.17. Application No. US 2010/0117894.

18. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / под общей ред. акад. РАН В.Г. Пешехонова, - СПб: ФГУП «ЦНИИ «Электроприбор», 2003, с. 389.18. Anuchin O.N., Emelyantsev G.I. Integrated Orientation and Navigation Systems for Marine Moving Objects / Ed. Acad. RAS V.G. Peshekhonova, - St. Petersburg: FSUE Central Research Institute Electropribor, 2003, p. 389.

Claims (1)

Интегрированная система ориентации и навигации для объектов с быстрым вращением вокруг продольной оси, содержащая приемную аппаратуру спутниковой навигационной системы (СНС), включающую по меньшей мере три приемные антенны СНС, разнесенные на соответствующих антенных базах на объекте, один приемник СНС с по меньше мере тремя входами для подключения антенн или по меньшей мере три приемника СНС, каждый с одним входом для подключения антенны, бескарданный инерциальный измерительный модуль (БИИМ), включающий измерительный блок (ИБ) с блоками гироскопов и акселерометров, например микромеханических гироскопов и акселерометров, и навигационный вычислитель, первый и второй входы которого соединены с выходами блока акселерометров и блока гироскопов, а также вычислитель интегрированной системы, включающий блок выработки первых разностей фаз (БВПРФ) сигналов навигационных спутников на несущей частоте, блок комплексной обработки информации (БКОИ) с фильтром типа фильтра Калмана, при этом вход или входы блока БВПРФ соединены с третьим выходом или третьими выходами приемников СНС по измерению фазы несущей, а выход блока БВПРФ соединен с первым входом блока БКОИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с первыми и вторыми выходами приемников СНС по измеренным значениям псевдодальности, псевдорадиальной скорости до навигационных спутников или по координатам места объекта, вектору его линейной скорости, четвертый вход блока БКОИ соединен с четвертым выходом одного из приемников СНС по координатам или направляющим косинусам навигационных спутников, пятый вход блока БКОИ соединен с первым выходом вычислителя БИИМ по углам курса, тангажа и крена, а шестой его вход соединен со вторым выходом вычислителя БИИМ по координатам места и вектору линейной скорости объекта, при этом первый выход блока БКОИ по оценкам погрешностей угла курса, тангажа и крена соединен с третьим входом вычислителя БИИМ, его второй выход по оценкам погрешностей координат места и составляющим вектора линейной скорости объекта соединен с четвертым входом вычислителя БИИМ, а первый и второй выходы вычислителя БИИМ соответственно по углам курса, тангажа, крена и координатам места, вектору линейной скорости объекта соединены также с интерфейсом потребителя, отличающаяся тем, что в состав вычислителя интегрированной системы дополнительно введен блок формирования разности расчетных и измеренных значений первых или вторых разностей фазовых измерений (БФРФИ) для двух антенных баз между опорной А0 приемной антенной СНС и отстоящими от нее A1, А2 антеннами, первый вход которого соединен с выходом блока БВПРФ по измеренным значениям первых разностей фаз сигналов навигационных спутников, второй вход блока БФРФИ соединен с четвертым входом блока БКОИ по координатам или направляющим косинусам навигационных спутников, его третий вход соединен с пятым входом блока БКОИ по углам курса, тангажа и крена, четвертый вход блока БФРФИ соединен с шестым входом блока БКОИ по координатам места объекта, а его пятый вход соединен с дополнительным четвертым выходом блока БКОИ по оценкам остаточных неоднозначностей фазовых измерений, выход блока БФРФИ соединен с дополнительным седьмым входом блока БКОИ, дополнительный третий выход БКОИ по оценкам погрешностей масштабных коэффициентов гироскопов и акселерометров, установленных в том числе и по продольной оси объекта, соединен с пятым входом вычислителя БИИМ, при этом опорная приемная антенна (АО) СНС вместе с ИБ БИИМ устанавливаются в носовой части объекта по оси вращения, а две других антенны (A1, А2) СНС размещаются с максимально возможным отстоянием по продольной оси от опорной антенны и расположены по окружности со смещением 180° в поперечной плоскости объекта. An integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation around the longitudinal axis, containing the receiving equipment of the satellite navigation system (SNA), including at least three SNA receiving antennas spaced at the respective antenna bases on the object, one SNA receiver with at least three inputs for connecting antennas or at least three SNA receivers, each with one input for connecting an antenna, a gimballess inertial measuring module (BIIM), including a measuring unit (IS) with blocks and gyroscopes and accelerometers, for example micromechanical gyroscopes and accelerometers, and a navigation calculator, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the block of accelerometers and the block of gyroscopes, as well as an integrated system calculator, including a block for generating the first phase differences (BPRF) of navigation satellite signals at the carrier frequency , a complex information processing unit (BCOI) with a Kalman filter type filter, while the input or inputs of the BVPRF block are connected to the third output or third outputs of the CH receivers for measuring the phase of the carrier, and the output of the BVPRF block is connected to the first input of the BKOI block, the second and third inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the SNA receivers according to the measured values of the pseudorange, pseudo-radial speed to the navigation satellites or according to the coordinates of the object’s location, its linear velocity vector , the fourth input of the BKOI block is connected to the fourth output of one of the SNA receivers by the coordinates or the direction cosines of the navigation satellites, the fifth input of the BKOI block is connected to the first output BIIM calculator at the corners of the course, pitch and roll, and its sixth input is connected to the second output of the BIIM calculator according to the location coordinates and the linear velocity vector of the object, while the first output of the BKOI block according to estimates of the errors of the angle of the course, pitch and roll is connected to the third input of the BIIM calculator , its second output, according to the estimates of the errors in the coordinates of the place and the components of the linear velocity vector of the object, is connected to the fourth input of the BIIM computer, and the first and second outputs of the BIIM computer, respectively, in the angles of course, pitch, roll and location points, the linear velocity vector of the object are also connected to the consumer interface, characterized in that the integrated system calculator additionally has a unit for generating the difference between the calculated and measured values of the first or second phase measurement differences (BFRFI) for two antenna bases between the A0 reference antenna of the SNA and A1, A2 antennas separated from it, the first input of which is connected to the output of the BWPRF unit according to the measured values of the first phase differences of the signals of the navigation satellites, the second input of the block The RFBR is connected to the fourth input of the BKOI block at the coordinates or the direction cosines of the navigation satellites, its third input is connected to the fifth input of the block BKOI at the corners of the course, pitch and roll, the fourth input of the block BFRC is connected to the sixth input of the block BKOI at the coordinates of the object’s location, and its fifth the input is connected to the additional fourth output of the BKOI block according to estimates of residual ambiguities of the phase measurements, the output of the BFRFI block is connected to the additional seventh input of the BKOI block, the additional third output of the BKOI is estimated to be inaccurate of the scale coefficients of gyroscopes and accelerometers, including those installed along the longitudinal axis of the object, is connected to the fifth input of the BIIM calculator, while the reference receiving antenna (AO) of the SNA together with the BIIIM information security device are installed in the bow of the object along the rotation axis, and two other antennas (A1, A2) SNAs are placed with the greatest possible distance along the longitudinal axis from the reference antenna and are located circumferentially with an offset of 180 ° in the transverse plane of the object.
RU2014119461/28A 2014-05-14 2014-05-14 Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis RU2561003C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014119461/28A RU2561003C1 (en) 2014-05-14 2014-05-14 Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014119461/28A RU2561003C1 (en) 2014-05-14 2014-05-14 Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2561003C1 true RU2561003C1 (en) 2015-08-20

Family

ID=53880916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014119461/28A RU2561003C1 (en) 2014-05-14 2014-05-14 Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2561003C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU170644U1 (en) * 2016-06-09 2017-05-03 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" WING Rocket SATELLITE NAVIGATION SYSTEM
RU2743048C1 (en) * 2019-09-09 2021-02-15 Борис Викторович Рыжков Method for determining the relative position of navigation objects and a system for using this method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7036097B1 (en) * 2004-11-30 2006-04-25 Alcan International Limited Method for designing a cascade of digital filters for use in controling an electrolysis cell
RU2277696C2 (en) * 2004-04-21 2006-06-10 Закрытое акционерное общество "Лазекс" Integrated satellite inertial-navigational system
RU2375680C1 (en) * 2008-07-03 2009-12-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2277696C2 (en) * 2004-04-21 2006-06-10 Закрытое акционерное общество "Лазекс" Integrated satellite inertial-navigational system
US7036097B1 (en) * 2004-11-30 2006-04-25 Alcan International Limited Method for designing a cascade of digital filters for use in controling an electrolysis cell
RU2375680C1 (en) * 2008-07-03 2009-12-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Применение двухступенчатого субоптимального фильтра при решении задачи позиционирования. АФЕНКО К.А. и др. В кн: Навигация и управление летательными аппаратами/ Труды МИЭА, под. ред. А.Г.КУЗНЕЦОВА, выпуск N 2, 2010, с. 52-59, рис.7. СТЕПАНОВ О.А., КОШАЕВ Д.А. Исследование методов решения задачи ориентации с использованием спутниковых систем // Гироскопия и навигация. - 1999. - N2(25). - С.30-55. Экспериментальные результаты и применение к управлению мобильными роботами // Гироскопия и навигация. - 2007. - N1 (56), С.16-28. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU170644U1 (en) * 2016-06-09 2017-05-03 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" WING Rocket SATELLITE NAVIGATION SYSTEM
RU2743048C1 (en) * 2019-09-09 2021-02-15 Борис Викторович Рыжков Method for determining the relative position of navigation objects and a system for using this method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4405986A (en) GSP/Doppler sensor velocity derived attitude reference system
US6496778B1 (en) Real-time integrated vehicle positioning method and system with differential GPS
US6424914B1 (en) Fully-coupled vehicle positioning method and system thereof
US7355549B2 (en) Apparatus and method for carrier phase-based relative positioning
RU2375680C1 (en) Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis
Korkishko et al. Strapdown inertial navigation systems based on fiber-optic gyroscopes
RU2633703C1 (en) Integrated inertial-satellite systems of orientation and navigation
Willi et al. GNSS attitude determination with non-synchronized receivers and short baselines onboard a spacecraft
Mahmoud et al. Integrated INS/GPS navigation system
Reddy et al. Advanced navigation system for aircraft applications
RU2462690C1 (en) Integrated inertial satellite system for orientation and navigation
RU2561003C1 (en) Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis
Emel’yantsev et al. Improving the accuracy of GPS compass for small-sized objects
US12013467B2 (en) Positioning device, speed measuring device, and computer program product
Emel’yantsev et al. Calibration of a precision SINS IMU and construction of IMU-bound orthogonal frame
RU2488137C2 (en) Method for integrating direction finding signals of viewing object of inertial and radar discriminators and system for realising said method
Sollie et al. Pose estimation of UAVs based on INS aided by two independent low-cost GNSS receivers
Kozorez et al. Integrated navigation system for a space vehicle on a geostationary or highly elliptic orbit operating in the presence of active jam
Tran et al. Heading Estimation for Autonomous Robot Using Dual-Antenna GPS
Lu et al. Analysis and application of geometric dilution of precision based on altitude-assisted INS/SAR integrated navigation
Emel’yantsev et al. Initial alignment of SINS measuring unit and estimation of its errors using satellite phase measurements
Emel’yantsev et al. Specific features of constructing a dual-mode GNSS gyrocompass as a tightly-coupled integrated system
Dai et al. Heading-determination using the sensor-fusion based maritime PNT Unit
Emel'Yantsev et al. Tightly-coupled GNSS-aided inertial system with modulation rotation of two-antenna measurement unit
Krasil’shchikov et al. High accuracy positioning of phase center of multifunction airborne radar antenna

Legal Events

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

Effective date: 20160515

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170209

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180515

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200911