RU2625603C2 - Method of unmanned aircraft motion parameters minimax filtration with correction from satellite navigation system - Google Patents

Method of unmanned aircraft motion parameters minimax filtration with correction from satellite navigation system Download PDF

Info

Publication number
RU2625603C2
RU2625603C2 RU2015122185A RU2015122185A RU2625603C2 RU 2625603 C2 RU2625603 C2 RU 2625603C2 RU 2015122185 A RU2015122185 A RU 2015122185A RU 2015122185 A RU2015122185 A RU 2015122185A RU 2625603 C2 RU2625603 C2 RU 2625603C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uav
motion parameters
bns
correction
parameters
Prior art date
Application number
RU2015122185A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015122185A (en
Inventor
Олег Александрович Толпегин
Рифат Фаридович Теляков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ")
Priority to RU2015122185A priority Critical patent/RU2625603C2/en
Publication of RU2015122185A publication Critical patent/RU2015122185A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625603C2 publication Critical patent/RU2625603C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/66Radar-tracking systems; Analogous systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: invention relates to aviation and space instrument-making devices and unmanned aerial vehicles (UAV) parameters filtration systems, determining location in space using correlation data from several navigation instruments and can be used for UAV flight parameters filtration coming from on-board navigation system (BNS) to increase accuracy of UAV motion parameters determining. For this purpose, UAV parameters filtration process is performed in discrete time intervals based on processing information on UAV current position, coming from BNS and satellite navigation system (SNS). Filtering UAV motion parameters in current position consists of coming from BNS motion parameters minimax filtration, and periodic BNS correction from SNS. UAV parameters minimax filtration is based on calculation of data areas, taking into account measuring device possible error range and approachability areas (OA). Based on analysis of mutual position information areas and OA UAV motion parameters vector evaluation is determined, based on which as UAV control for transition into new position is determined. At periodic BNS correction from SNS in discrete time intervals measured data areas are abruptly reduced to minimum sizes determined by SNS motion parameters determining accuracy, and then vary in accordance with features of BNS operation till the next correction moment.
EFFECT: increase in accuracy.
1 cl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к способам фильтрации параметров движения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), определяющих местоположение в пространстве с использованием корреляции данных от нескольких навигационных приборов.The present invention relates to methods for filtering the motion parameters of unmanned aerial vehicles (UAVs) that determine the location in space using data correlation from several navigation devices.

Известен способ фильтрации параметров траектории объекта и устройство для него - патент RU №2307376 C1 (опубл. 2007 г.). Сущность этого способа в том, что уменьшение ошибки фильтрации параметров траектории сопровождаемых радиолокационных объектов происходит путем адаптации коэффициентов сглаживания фильтра к текущим условиям сопровождения объекта. Это позволяет сопровождать объекты в условиях, когда координаты объектов изменяются в общем случае по неизвестным нелинейным законам (например, при маневре объекта), а их измерения проводятся с постоянной или переменной дискретностью и разными неизвестными ошибками. Поскольку данный способ позволяет проводить фильтрацию параметров траектории сопровождаемого объекта только с радиолокационной станции, данный способ не пригоден для определения параметров движения БПЛА при размещении навигационной системы на борту.A known method of filtering the parameters of the trajectory of the object and the device for it is a patent RU No. 2307376 C1 (publ. 2007). The essence of this method is that the reduction of the filtering error of the parameters of the trajectory of the tracking radar objects occurs by adapting the smoothing coefficients of the filter to the current conditions of tracking the object. This allows you to accompany objects in conditions when the coordinates of the objects change in the general case according to unknown nonlinear laws (for example, when maneuvering the object), and their measurements are carried out with constant or variable discreteness and various unknown errors. Since this method allows filtering the parameters of the trajectory of the tracked object only from the radar station, this method is not suitable for determining the motion parameters of the UAV when placing the navigation system on board.

Известен модифицированный фильтр Калмана, изложенный в патенте RU №2160496 C2 (опубл. 2000 г.), основанный на предварительном усреднении измерений путем использования блока вычисления оптимальных весовых коэффициентов.Known modified Kalman filter described in patent RU No. 2160496 C2 (publ. 2000), based on the preliminary averaging of measurements by using the unit for calculating the optimal weight coefficients.

Модификация фильтра Калмана усложняет алгоритмы оценивания параметров движения БПЛА, требует большого объема памяти и быстродействия бортовой вычислительной машины и не гарантирует возможность использования при произвольных неизвестных маневрах БПЛА.Modification of the Kalman filter complicates algorithms for estimating UAV motion parameters, requires a large amount of memory and speed of an onboard computer, and does not guarantee the possibility of using UAVs for arbitrary unknown maneuvers.

Другим способом адаптивной фильтрации сигнала является способ, изложенный в патенте WO №2013036154 A1 (опубл. 2013 г.), основанный на фильтрации сигнала адаптивным фильтром Калмана, полоса пропускания которого подстраивается в соответствии с прямой оценкой параметра фильтруемого сигнала, характеризующего динамику изменения фильтруемого сигнала.Another way of adaptive signal filtering is the method described in patent WO No. 201336154 A1 (publ. 2013), based on signal filtering by an adaptive Kalman filter, the passband of which is adjusted in accordance with a direct estimate of the filtered signal parameter characterizing the dynamics of the filtered signal.

Сущность способа в том, что управление полосой пропускания фильтра Калмана осуществляется через значения весовых коэффициентов фильтра на основе прямой оценки интенсивности формирующего процесса при известной (измеренной) оценке спектральной плотности мощности аддитивного гауссовского белого шума наблюдения. При этом полоса пропускания адаптируемого фильтра Калмана в любой момент фильтрации оказывается близкой к оптимальной в широком диапазоне рабочих условий, что приводит к повышению точности фильтрации. Однако адаптивный фильтр Калмана работает только в тех случаях, когда возмущением наблюдаемых параметров полета является белый шум. Так же недостатком фильтра Калмана является то, что сходимость оценок зависит от того, насколько точно линейные уравнения описывают поведение реальной системы.The essence of the method is that the control bandwidth of the Kalman filter is carried out through the values of the weight coefficients of the filter based on a direct estimate of the intensity of the forming process with a known (measured) estimate of the power spectral density of the additive Gaussian white observation noise. In this case, the passband of an adaptable Kalman filter at any moment of filtration is close to optimal in a wide range of operating conditions, which leads to an increase in filtering accuracy. However, the Kalman adaptive filter only works in cases where white noise is a disturbance of the observed flight parameters. Another drawback of the Kalman filter is that the convergence of the estimates depends on how accurately linear equations describe the behavior of a real system.

Известна нелинейная адаптивная система автоматического управления, изложенная в патенте RU №2267147 C1 (опубл. 2005 г.), решающая задачу автоматического управления (с погрешностью, асимптотически стремящейся к нулю) многомерного динамического объекта с неизвестным математическим описанием и произвольными возмущающими воздействиями при наличии нелинейных ограничений в виде совместимых равенств и неравенств на управляемые переменные, управляющие воздействия и траектории перехода объекта управления в требуемое состояние. Изобретение выполнено в виде адаптивной системы управления с самонастраивающимися ПИД-регуляторами и формирует оценки переменных состояния и управляющие воздействия с помощью модифицированных алгоритмов фильтра Калмана, в которых в качестве априорных моделей объекта управления и генератора управляющих воздействий используется авторегрессия скользящего среднего.Known non-linear adaptive automatic control system described in patent RU No. 2267147 C1 (publ. 2005), solving the problem of automatic control (with an error asymptotically tending to zero) of a multidimensional dynamic object with an unknown mathematical description and arbitrary perturbing effects in the presence of non-linear restrictions in the form of compatible equalities and inequalities for controlled variables, control actions and trajectories of transition of the control object to the required state. The invention is made in the form of an adaptive control system with self-tuning PID controllers and generates state variable estimates and control actions using modified Kalman filter algorithms, in which moving average autoregression is used as a priori models of the control object and control actions generator.

Модифицированные алгоритмы фильтра Калмана усложняют алгоритмы оценивания параметров движения БПЛА и работают только в тех случаях, когда возмущением наблюдаемых параметров полета является белый шум.Modified Kalman filter algorithms complicate the UAV motion parameter estimation algorithms and work only in cases when white noise is a disturbance of the observed flight parameters.

За наиболее близкий аналог заявляемого изобретения принят способ инерциально-спутниковой навигации летательных аппаратов (ЛА), описанный в патенте RU №2536768 С1 (опубл. 2013 г.), состоящий в том, что производится совместная обработка входных данных о положении ЛА, формируемых независимо инерциальными датчиками, вырабатывающими векторы угловой скорости и ускорения ЛА, барометрическим высотомером и спутниковым приемником глобальной навигационной спутниковой системы с известным альманахом спутников и определяемым в полете ЛА составом рабочего созвездия спутников. Во входной обработке формируют данные о положении ЛА инерциальным способом, вычисляя их на основе показаний инерциальных датчиков и баровысотомера, параллельно выделяют данные о положении ЛА, определяемые спутниковым способом в спутниковом приемнике. В выходной обработке на основе упомянутых оценок инерциального и спутникового способов выполняют оценку ошибок инерциального способа с помощью расширенного фильтра Калмана. Далее выполняют коррекцию ошибок инерциального способа во входной обработке и определяют уточненное положение ЛА в виде разности оценок положения ЛА, определенных инерциальным способом, и упомянутых оценок ошибок инерциального способа.For the closest analogue of the claimed invention adopted the method of inertial-satellite navigation of aircraft (LA) described in patent RU No. 2536768 C1 (publ. 2013), consisting in the fact that the joint processing of input data on the position of the aircraft, formed independently inertial sensors that generate the angular velocity and acceleration vectors of the aircraft, a barometric altimeter and a satellite receiver of the global navigation satellite system with a well-known satellite almanac and the working composition determined in flight about the constellation of satellites. In the input processing, data on the position of the aircraft is generated in an inertial manner, calculating them based on the readings of inertial sensors and a bar altimeter, and parallel data on the position of the aircraft determined by the satellite method in the satellite receiver is extracted. In the output processing, on the basis of the mentioned estimates of the inertial and satellite methods, the errors of the inertial method are estimated using the extended Kalman filter. Next, the error correction of the inertial method in the input processing is performed and the updated position of the aircraft is determined in the form of the difference between the estimates of the position of the aircraft determined by the inertial method and the mentioned error estimates of the inertial method.

Основным недостатком данного способа является недостаточная точность определения параметров движения маневрирующего БПЛА, поскольку алгоритмы фильтра Калмана хорошо работают только в тех случаях, когда возмущением наблюдаемых параметров полета является белый шум и когда программа управления БПЛА заранее известна.The main disadvantage of this method is the lack of accuracy in determining the motion parameters of a maneuvering UAV, since the Kalman filter algorithms work well only in cases where the disturbance of the observed flight parameters is white noise and when the UAV control program is known in advance.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения точности определения параметров движения маневрирующего БПЛА, управление которого определяется в процессе полета при наличии погрешностей измерений параметров движения, статистические свойства которых не известны.The claimed invention has the task of increasing the accuracy of determining the motion parameters of a maneuvering UAV, the control of which is determined during the flight in the presence of measurement errors of motion parameters, the statistical properties of which are not known.

Решение поставленной задачи осуществляют путем фильтрации параметров движения БПЛА, поступающих с бортовой навигационной системы (БНС), с использованием метода минимаксной фильтрации, основанного на анализе информационных областей, и алгоритма минимаксной фильтрации, основанного на аппроксимации информационных областей параллелепипедами. Метод и алгоритм не требуют знания статистических характеристик ошибок измерений на выходе БНС и текущего управления БПЛА.The solution of this problem is carried out by filtering the UAV motion parameters coming from the onboard navigation system (BSS), using the minimax filtering method based on the analysis of information areas and the minimax filtering algorithm based on approximating information areas with parallelepipeds. The method and algorithm do not require knowledge of the statistical characteristics of measurement errors at the BNS output and the current UAV control.

Так как при использовании навигационной системы на борту БПЛА ошибки измерений увеличиваются с увеличением времени измерений, то для увеличения точности фильтрации следует осуществлять периодическую коррекцию БНС с использованием спутниковой навигационной системы (СНС), при этом в дискретные моменты времени Ткорр, соответствующие периоду коррекции БНС от СНС, измеренные информационные области скачком уменьшаются до минимальных размеров, определяемых точностью определения параметров движения СНС, а затем изменяются в соответствии с особенностями работы БНС до следующего момента коррекции. Моменты времени коррекции БНС от СНС Ткорр выбираются минимальными для обеспечения необходимой точности определения параметров движения маневрирующего БПЛА.Since when using the navigation system on board the UAV, measurement errors increase with increasing measurement time, to increase the accuracy of filtering, periodic correction of the BNS should be carried out using the satellite navigation system (SSS), while at discrete times T corr , corresponding to the period of correction of the BNS from SNA, the measured information areas are abruptly reduced to the minimum size, determined by the accuracy of determining the parameters of the SNA movement, and then change in accordance with the features of the BNS until the next moment of correction. The moments of correction time of the BNS from the SNA T corr are selected minimum to ensure the necessary accuracy in determining the motion parameters of the maneuvering UAV.

Достигаемый технический результат от реализации предлагаемого способа заключается в повышении точности определения параметров движения маневрирующего БПЛА, управление которого определяется в процессе полета при наличии погрешностей измерений параметров движения, статистические свойства которых не известны, за счет использования минимаксной фильтрации параметров движения на выходе БНС, при этом в дискретные моменты времени, соответствующие периоду коррекции БНС от СНС Ткорр, измеренные информационные области скачком уменьшаются до минимальных размеров, определяемых точностью определения параметров движения СНС, а затем изменяются в соответствии с особенностями работы БНС БПЛА до следующего момента коррекции.Achievable technical result from the implementation of the proposed method is to increase the accuracy of determining the motion parameters of a maneuvering UAV, the control of which is determined during the flight in the presence of measurement errors of the motion parameters, the statistical properties of which are not known, due to the use of minimax filtering of the motion parameters at the BPS output, while discrete time moments corresponding to the period of correction of the BNS from the SNA T corr , the measured information areas are abruptly reduced to the minimum size, determined by the accuracy of determining the motion parameters of the SNA, and then change in accordance with the features of the BPS UAV until the next moment of correction.

На фиг. 1 изображены информационные области и область достижимости (ОД) БПЛА.In FIG. 1 shows the information area and the reachability area (OD) of the UAV.

На фиг. 2 изображена аппроксимация информационных областей и ОД БПЛА параллелепипедами.In FIG. 2 shows the approximation of information areas and OD of a UAV by parallelepipeds.

На фиг. 3 изображена блок-схема, поясняющая алгоритм минимаксной фильтрации параметров движения БПЛА с коррекцией от спутниковой навигационной системы.In FIG. 3 is a block diagram illustrating a minimax algorithm for filtering UAV motion parameters with correction from a satellite navigation system.

Способ осуществляют следующим образом. При решении задачи минимаксной фильтрации с коррекцией от СНС параметры движения БПЛА определяются в дискретные моменты времени t0, t1=t0+Δt и т.д. до момента окончания движения, где Δt - шаг дискретизации.The method is as follows. When solving the minimax filtering problem with correction from the SNA, the UAV motion parameters are determined at discrete time instants t 0 , t 1 = t 0 + Δt, etc. until the end of the movement, where Δt is the sampling step.

При реализации метода минимаксной фильтрации сигнал на выходе БНС БПЛА задается в видеWhen implementing the minimax filtering method, the signal at the output of the UAV UAV UAV is set in the form

χ(t)=z(t)+ξ(t),χ (t) = z (t) + ξ (t),

где z(t) - вектор параметров движения БПЛА;where z (t) is the vector of motion parameters of the UAV;

ξ(t) - вектор погрешностей измерений БНС.ξ (t) is the vector of measurement errors of the BNS.

Статистические свойства погрешностей измерений неизвестны, но они ограничены:The statistical properties of measurement errors are unknown, but they are limited:

|ξ(t)|≤ξ.| ξ (t) | ≤ξ.

Предполагается, что без коррекции БНС погрешности измерений возрастают с течением времени. Скорость возрастания погрешностей измерений зависит от типа используемой БНС.It is assumed that, without correction of the BNS, measurement errors increase over time. The rate of increase of measurement errors depends on the type of BNS used.

Движение БПЛА определяется векторным дифференциальным уравнением:The movement of the UAV is determined by the vector differential equation:

Figure 00000001
Figure 00000001

где α(t) - неизвестное управление БПЛА, удовлетворяющее ограничению:where α (t) is the unknown UAV control satisfying the constraint:

Figure 00000002
Figure 00000002

Предполагается, что вектор χ(t) получается в результате обработки первичной информации с использованием методов стохастической линейной фильтрации.It is assumed that the vector χ (t) is obtained as a result of processing primary information using stochastic linear filtering methods.

Метод минимаксной фильтрации с коррекцией от СНС состоит из следующих шагов.The minimax filtering method with correction from the SNA consists of the following steps.

Для БПЛА в позиции {t, z(t)} получена оценка

Figure 00000003
вектора параметров движения БПЛА z(t) (см. фиг. 3) 1. Строится информационная область W(t) (см. фиг. 1), совместимая с измеренным сигналом χ(t) (см. фиг. 3) 2.For UAVs in position {t, z (t)}, the estimate
Figure 00000003
vector of motion parameters of the UAV z (t) (see Fig. 3) 1. The information area W (t) (see Fig. 1) is constructed, compatible with the measured signal χ (t) (see Fig. 3) 2.

Строится ОД для системы (1) G(t+Δt,W(t)) к моменту времени t+Δt из области W(t) при наличии ограничений (2) (см. фиг. 3) 3.An OD is constructed for the system (1) G (t + Δt, W (t)) at time t + Δt from the region W (t) in the presence of constraints (2) (see Fig. 3) 3.

Происходит переход БПЛА в позицию {t+Δt,z(t+Δt)} с управлением, определенным по оценке вектора параметров движения БПЛА и ограниченным (2) (см. фиг. 3) 4.The UAV moves to the position {t + Δt, z (t + Δt)} with control determined by estimating the vector of UAV motion parameters and limited (2) (see Fig. 3) 4.

При минимаксной фильтрации параметров движения БПЛА на выходе БНС с коррекцией от СНС в дискретные моменты времени, соответствующие периоду коррекции БНС от СНС Ткорр (см. фиг. 3) 5, измеренные информационные области скачком уменьшаются до минимальных размеров, определяемых точностью определения параметров движения СНС, а затем изменяются в соответствии с особенностями работы БНС БПЛА до следующего момента коррекции (см. фиг. 3) 6. Моменты времени коррекции БНС от СНС Ткорр выбираются минимальными для обеспечения необходимой точности определения параметров движения маневрирующего БПЛА.With minimax filtering of the UAV motion parameters at the BNS output with correction from the SNA at discrete time instants corresponding to the BNS correction period from the SNA T corr (see Fig. 3) 5, the measured information areas are abruptly reduced to the minimum dimensions determined by the accuracy of determining the SNA motion parameters , and then change in accordance with the features of the operation of the BNS UAV until the next moment of correction (see Fig. 3) 6. The time of correction of the BNS from the SNA T corr are selected as minimum to ensure the necessary accuracy of determination dividing the motion parameters of a maneuvering UAV.

Для момента времени t+Δt строится информационная область Wy(t+Δt), совместимая с измеренным сигналом χ(t+Δt) (см. фиг. 1), учитывающая возможный диапазон ошибок измерительного устройства (см. фиг. 3) 7.For time t + Δt, the information area W y (t + Δt) is constructed, compatible with the measured signal χ (t + Δt) (see Fig. 1), taking into account the possible error range of the measuring device (see Fig. 3) 7.

Строится информационная область W(t+Δt) (см. фиг. 3) 8 как пересечение областей G(t+Δt,W(t)) и Wy(t+Δt) (см. фиг. 1).The information region W (t + Δt) (see Fig. 3) 8 is constructed as the intersection of the regions G (t + Δt, W (t)) and W y (t + Δt) (see Fig. 1).

Определяется оценка вектора

Figure 00000004
как Чебышевский центр области W(t+Δt) (см. фиг. 3) 9 и переходят к следующему шагу фильтрации и т.д. до момента окончания движения БПЛА.The vector estimate is determined
Figure 00000004
like the Chebyshev center of the region W (t + Δt) (see Fig. 3) 9 and go to the next filtering step, etc. until the end of the UAV movement.

В общем случае построение ОД и информационных областей возможно только на основе их аппроксимации. Для аппроксимации информационные области и ОД помещаются в параллелепипеды ПW(t), ПG(t), размерности которых равны размерности фильтруемого вектора. На фиг. 2 представлен двухмерный случай.In the general case, the construction of ODs and information areas is possible only on the basis of their approximation. For approximation, information areas and ODs are placed in parallelepipeds W W (t), G G (t), the dimensions of which are equal to the dimensions of the filtered vector. In FIG. 2 presents a two-dimensional case.

В этом случае операция пересечения областей ПWy(t+Δt) и ПG(t+Δt) выполняется достаточно просто, в результате информационная область W(t+Δt) будет находиться в параллелепипеде ПW(t+Δt).In this case, the operation of intersecting the regions P Wy (t + Δt) and P G (t + Δt) is quite simple, as a result, the information region W (t + Δt) will be in the parallelepiped P W (t + Δt).

Алгоритм минимаксной фильтрации с коррекцией от СНС на основе аппроксимации информационных областей и ОД параллелепипедами состоит из следующих этапов:The minimax filtering algorithm with correction from the SNA based on the approximation of information areas and OD by parallelepipeds consists of the following steps:

- информационная область W(t) помещается в n-мерный параллелепипед ПW(t)=[z(t):βi(t)≤zi(t)≤γi(t), i=1, …n], где n - размерность вектора параметров движения БПЛА;- the information area W (t) is placed in an n-dimensional parallelepiped П W (t) = [z (t): β i (t) ≤z i (t) ≤γ i (t), i = 1, ... n] where n is the dimension of the UAV motion parameters vector;

- вычисляется параллелепипед, который мажорирует ОД G(t+Δt, W(t)):- the parallelepiped is calculated, which majorizes the OD G (t + Δt, W (t)):

ПG(t+Δt)=[z(t+Δt):βiG(t+Δt)≤zi(t+Δt)≤γiG(t+Δt), i=1, …n];PG (t + Δt) = [z (t + Δt): β iG (t + Δt) ≤z i (t + Δt) ≤γ iG (t + Δt), i = 1, ... n];

- для определения границ параллелепипеда ОД рассчитываются βiG(t+Δt) и γiG(t+Δt) (Толпегин O.A., Теляков Р.Ф. Минимаксная фильтрация параметров движения спускаемого летательного аппарата. Сборник «Актуальные проблемы защиты и безопасности», том 1. Труды XVI Всероссийской научно-практической конференции - СПб: НПО «Специальных материалов», 2013, с. 437-442);- to determine the boundaries of the OD parallelepiped, β iG (t + Δt) and γ iG (t + Δt) are calculated (Tolpegin OA, Telyakov RF, Minimax filtering of the motion parameters of a descent aircraft. Collection of “Actual Problems of Protection and Security”, Volume 1 Proceedings of the XVI All-Russian Scientific and Practical Conference - St. Petersburg: NGO "Special Materials", 2013, p. 437-442);

- по результатам измерения χ(t+Δt) определяется параллелепипед:- according to the measurement results χ (t + Δt), the box is determined:

ПWy(t+Δt)=[z(t+Δt):β(t+Δt)≤zi(t+Δt)≤γ(t+Δt), i=1, …n],П Wy (t + Δt) = [z (t + Δt): β (t + Δt) ≤z i (t + Δt) ≤γ (t + Δt), i = 1, ... n],

где γ(t+Δt), β(t+Δt) задаются априорно, а в качестве центра используется вектор χi(t+Δt);where γ (t + Δt), β (t + Δt) are set a priori, and the vector χ i (t + Δt) is used as the center;

- если текущий момент времени t+Δt соответствует моменту коррекции БНС от СНС Tкорр, измеренные информационные области ПWy(t) скачком уменьшаются до минимальных размеров, определяемых точностью определения параметров движения СНС;- if the current time t + Δt corresponds to the moment of correction of the BNS from the SNA T corr , the measured information areas P Wy (t) are abruptly reduced to the minimum size, determined by the accuracy of determining the motion parameters of the SNA;

- определяется параллелепипед:- the box is defined:

ПW(t+Δt)=[z(t+Δt):βi(t+Δt)≤zi(t+Δt)≤γi(t+Δt), i=1, …n],П W (t + Δt) = [z (t + Δt): β i (t + Δt) ≤z i (t + Δt) ≤γ i (t + Δt), i = 1, ... n],

где γi(t+Δt)=min[γiG(t+Δt), γ(t+Δt)];where γ i (t + Δt) = min [γ iG (t + Δt), γ (t + Δt)];

βi(t+Δt)=max[βiG(t+Δt), β(t+Δt)].β i (t + Δt) = max [β iG (t + Δt), β (t + Δt)].

- по формулам

Figure 00000005
находятся составляющие вектора
Figure 00000006
и переходят к следующему шагу фильтрации.- according to the formulas
Figure 00000005
vector components are found
Figure 00000006
and proceed to the next filtering step.

Заявленный способ работает следующим образом. Определяют оценку вектора параметров движения БПЛА в текущей позиции, строится информационная область, совместимая с измеренным сигналом БНС в текущей позиции. Строится ОД параметров движения БПЛА для следующей позиции из текущей информационной области при наличии ограничений на управление.The claimed method works as follows. An estimate of the vector of UAV motion parameters at the current position is determined, an information area is constructed that is compatible with the measured BPS signal at the current position. The OD of UAV motion parameters is built for the next position from the current information area in the presence of control restrictions.

БПЛА совершает реальное движение из текущей позиции в новую позицию с управлением, определенным по оценке вектора параметров движения БПЛА. В новой позиции строится информационная область, совместимая с измеренным сигналом, учитывающая возможный диапазон ошибок измерительного устройства. Если новый момент времени соответствует моменту коррекции БНС от СНС, измеренные информационные области скачком уменьшаются до минимальных размеров, определяемых точностью определения параметров движения СНС.The UAV makes a real movement from the current position to a new position with control determined by evaluating the vector of UAV motion parameters. In the new position, an information area is built that is compatible with the measured signal, taking into account the possible range of errors of the measuring device. If the new moment of time corresponds to the moment of correction of the BNS from the SNA, the measured information areas are abruptly reduced to the minimum size, determined by the accuracy of determining the parameters of the SNA movement.

Строится информационная область как пересечение области достижимости и информационной области, учитывающей возможный диапазон ошибок измерительного устройства.The information area is constructed as the intersection of the reachability area and the information area, taking into account the possible range of errors of the measuring device.

Определяется оценка вектора параметров движения БПЛА в новой позиции как Чебышевский центр информационной области. Происходит переход к следующему шагу фильтрации.The estimation of the UAV motion parameters vector in the new position as the Chebyshev center of the information area is determined. Goes to the next filtering step.

Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, а именно повысить точность определения параметров движения маневрирующего БПЛА, управление которого определяется в процессе полета при наличии погрешностей измерений параметров движения, статистические свойства которых не известны за счет использования минимаксной фильтрации параметров движения на выходе БНС, при этом в дискретные моменты времени, соответствующие периоду коррекции БНС от СНС Ткорр, измеренные информационные области скачком уменьшаются до минимальных размеров, определяемых точностью определения параметров движения СНС, а затем изменяются в соответствии с особенностями работы БНС БПЛА до следующего момента коррекции.Thus, the invention allows to obtain a technical result, namely to increase the accuracy of determining the motion parameters of a maneuvering UAV, the control of which is determined during the flight in the presence of measurement errors of the motion parameters, the statistical properties of which are not known due to the use of minimax filtering of the motion parameters at the BPS output, while at discrete instants of time corresponding to the period of the correction LBP SNA T corr measured information areas abruptly reduced to minim lnyh sizes determined accurately determine motion parameters SNA and then changed in accordance with the peculiarities of LBP UAV until the next time the correction.

Claims (1)

Способ минимаксной фильтрации параметров движения беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с коррекцией от спутниковой навигационной системы (СНС), состоящий из совместной обработки входных данных о положении БПЛА, формируемых независимо бортовой навигационной системой (БНС) и СНС, отличающийся тем, что для фильтрации параметров движения БПЛА, поступающих с БНС, используется метод минимаксной фильтрации и алгоритм минимаксной фильтрации, при этом в дискретные моменты времени, соответствующие периоду коррекции БНС от СНС Ткорр, измеренные информационные области скачком уменьшаются до минимальных размеров, определяемых точностью определения параметров движения СНС, а затем изменяются в соответствии с особенностями работы БНС БПЛА до следующего момента коррекции.Method for minimax filtering of motion parameters of an unmanned aerial vehicle (UAV) with correction from a satellite navigation system (SNA), consisting of joint processing of input data on the position of UAVs generated independently by the onboard navigation system (BSS) and SNA, characterized in that for filtering motion parameters UAVs arriving from the BNS use the minimax filtering method and the minimax filtering algorithm, at the same time at discrete time points corresponding to the period of BNS correction from the SSS T corr . These information areas are abruptly reduced to the minimum size, determined by the accuracy of determining the motion parameters of the SNA, and then change in accordance with the features of the UAV operation of the UAV until the next moment of correction.
RU2015122185A 2015-06-09 2015-06-09 Method of unmanned aircraft motion parameters minimax filtration with correction from satellite navigation system RU2625603C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122185A RU2625603C2 (en) 2015-06-09 2015-06-09 Method of unmanned aircraft motion parameters minimax filtration with correction from satellite navigation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122185A RU2625603C2 (en) 2015-06-09 2015-06-09 Method of unmanned aircraft motion parameters minimax filtration with correction from satellite navigation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015122185A RU2015122185A (en) 2017-01-10
RU2625603C2 true RU2625603C2 (en) 2017-07-17

Family

ID=57955482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015122185A RU2625603C2 (en) 2015-06-09 2015-06-09 Method of unmanned aircraft motion parameters minimax filtration with correction from satellite navigation system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625603C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2684432C2 (en) * 2017-01-09 2019-04-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") Method for shaping a missile control signal when guiding to a maneuvering target
RU2755499C1 (en) * 2021-01-28 2021-09-16 Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ). Adaptive filtering method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1741098A1 (en) * 1990-02-22 1992-06-15 Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского Data processing adapter
RU2373498C2 (en) * 2007-10-08 2009-11-20 Открытое Акционерное Общество "Конструкторское Бюро "Луч" Navigation complex, velocity and coordinates' calculation, gimballess inertial attitude-and-heading reference system, correction method for inertial transducers and device for its implementation
RU2536768C1 (en) * 2013-07-29 2014-12-27 Закрытое акционерное общество "ВНИИРА-Навигатор" Method of inertial-satellite navigation of aircrafts

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1741098A1 (en) * 1990-02-22 1992-06-15 Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского Data processing adapter
RU2373498C2 (en) * 2007-10-08 2009-11-20 Открытое Акционерное Общество "Конструкторское Бюро "Луч" Navigation complex, velocity and coordinates' calculation, gimballess inertial attitude-and-heading reference system, correction method for inertial transducers and device for its implementation
RU2536768C1 (en) * 2013-07-29 2014-12-27 Закрытое акционерное общество "ВНИИРА-Навигатор" Method of inertial-satellite navigation of aircrafts

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Минимаксное проектирование фильтров Калмановского типа при наличии неопределенности параметров системы/Хачинсон Д. и др. - Ракетная техника и космонавтика, том 11. Черноусько Ф.Л., Меликян А.А. Игровые задачи управления и поиска. М.: Наука, 1978, с. 10-26, с.43-54. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2684432C2 (en) * 2017-01-09 2019-04-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") Method for shaping a missile control signal when guiding to a maneuvering target
RU2755499C1 (en) * 2021-01-28 2021-09-16 Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ). Adaptive filtering method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015122185A (en) 2017-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Introduction to Kalman filter and its applications
CN106705936B (en) A kind of unmanned plane height optimization method and device
CN103217175B (en) A kind of self-adaptation volume kalman filter method
Indiveri et al. Single range localization in 3-d: Observability and robustness issues
IL185702A (en) Method for collision avoidance of unmanned aerial vehicle with other aircraft
Kaniewski et al. Estimation of UAV position with use of smoothing algorithms
Wang et al. Sensitivity analysis and parametric identification for ship manoeuvring in 4 degrees of freedom
Romaniuk et al. Kalman filter realization for orientation and position estimation on dedicated processor
Lu et al. Adaptive hybrid unscented Kalman filter for aircraft sensor fault detection, isolation and reconstruction
Pilté et al. Tracking the Frenet-Serret frame associated to a highly maneuvering target in 3D
KR101390776B1 (en) Localization device, method and robot using fuzzy extended kalman filter algorithm
Narasimhappa et al. An innovation based random weighting estimation mechanism for denoising fiber optic gyro drift signal
RU2625603C2 (en) Method of unmanned aircraft motion parameters minimax filtration with correction from satellite navigation system
Kim et al. Improved optical sensor fusion in UAV navigation using feature point threshold filter
AU2011317319A1 (en) Sensor positioning for target tracking
Sharifi et al. Multiple model filters applied to wind model estimation for a fixed wing UAV
Fariña et al. Sensor fusion algorithm selection for an autonomous wheelchair based on EKF/UKF comparison
Park et al. Grid support adaptation for point mass filter based terrain referenced navigation using mutual information
Cappello et al. Multi-sensor data fusion techniques for RPAS navigation and guidance
Senyurek et al. A modified adaptive Kalman filter for fiber optic gyroscope
Karpenko et al. Stochastic control of UAV on the basis of robust filtering of 3D natural landmarks observations
Tang et al. Unscented Kalman filter for position estimation of UAV by using image information
Guthrie Linear Parameter Varying Path Following Control of a Small Fixed Wing Unmanned Aerial Vehicle
Lim Pose Estimation of a Drone Using Dynamic Extended Kalman Filter Based on a Fuzzy System
Lim et al. A MEMS based, low cost GPS-aided INS for UAV motion sensing

Legal Events

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

Effective date: 20170610