RU2633703C1 - Integrated inertial-satellite systems of orientation and navigation - Google Patents

Integrated inertial-satellite systems of orientation and navigation Download PDF

Info

Publication number
RU2633703C1
RU2633703C1 RU2016129957A RU2016129957A RU2633703C1 RU 2633703 C1 RU2633703 C1 RU 2633703C1 RU 2016129957 A RU2016129957 A RU 2016129957A RU 2016129957 A RU2016129957 A RU 2016129957A RU 2633703 C1 RU2633703 C1 RU 2633703C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
navigation
generating
parameters
orientation
Prior art date
Application number
RU2016129957A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Александрович Блажнов
Денис Валерьевич Волынский
Геннадий Иванович Емельянцев
Дмитрий Александрович Радченко
Илья Вячеславович Семенов
Алексей Петрович Степанов
Павел Юрьевич Петров
Иван Юрьевич ВИНОКУРОВ
Павел Николаевич Костин
Александр Николаевич БЕРЗЕЙТИС
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
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 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Application granted granted Critical
Publication of RU2633703C1 publication Critical patent/RU2633703C1/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
    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42Determining position
    • G01S19/45Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/47Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being an inertial measurement, e.g. tightly coupled inertial

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: system is proposed comprising an antenna module of the receiving equipment of a satellite navigation system, comprising, for example, two receiving antennas spaced at a distance less than the wavelength of the carrier frequency, is fixed rigidly in the axes of the measuring unit of the inertial module in the plane of the object deck; the measuring unit of the inertial module together with the antenna module of the receiving equipment of the satellite navigation system is mounted on a rotating base equipped with a drive to provide modulation rotation relative to the body of the non-carded inertial measurement module about an axis orthogonal to the deck; the drive is provided with an angle sensor measuring the rotation anglevalues of the measuring unit with the antenna module with respect to the body of the non-carded inertial measurement module tied to the axes of the object.
EFFECT: increasing the accuracy of generating object orientation parameters while reducing the length of the antenna base to the level of the carrier frequency wavelength of the satellite signal, expanding the possibilities for calibrating zero accelerometer and gyroscope offsets on the mobile object.
6 cl, 6 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области навигационного приборостроения летательных аппаратов и морских судов.The invention relates to the field of navigational instrumentation of aircraft and marine vessels.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Одной из основных проблем на пути создания миниатюрной интегрированной системы ориентации и навигации, предназначенной преимущественно для малоразмерных авиационных и морских объектов на базе бескарданного инерциального измерительного модуля, содержащего измерительный блок низкого уровня точности, например на волоконно-оптических гироскопах или микромеханических датчиках, и приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, является проблема обеспечения требований по точности выработки курса. One of the main problems on the way to creating a miniature integrated orientation and navigation system designed primarily for small-sized aviation and marine objects based on a gimballess inertial measuring module containing a low-precision measuring unit, for example, on fiber-optic gyroscopes or micromechanical sensors, and satellite receiving equipment navigation systems, is the problem of providing requirements for the accuracy of the development of the course.

Здесь и далее под малоразмерными объектами понимаются обитаемые и беспилотные (управляемые дистанционно или по заранее заданному алгоритму действий) речные и морские суда валовой вместимостью до 500 тонн, а также беспилотные летательные аппараты. Hereinafter, small-sized objects are understood as inhabited and unmanned (remotely controlled or according to a predetermined algorithm of actions) river and sea vessels with a gross tonnage of up to 500 tons, as well as unmanned aerial vehicles.

Проблему обеспечения требований по курсу в интегрированной системе ориентации и навигации с бескарданным инерциальным измерительным модулем низкого уровня точности в последнее время пытаются решить, в частности, за счёт создания для подвижных объектов приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем с фазовыми измерениями от разнесённых на определенном расстоянии приёмных антенн (антенной базе).Recently, they have been trying to solve the problem of meeting heading requirements in an integrated orientation and navigation system with a low-precision inertial inertial measuring module of low accuracy, in particular, by creating satellite navigation systems for mobile objects with phase measurements from receiving antennas spaced apart at a certain distance ( antenna base).

Это новое направление в морском и авиационном приборостроении связано с разработкой так называемых GPS-компасов (спутниковых компасов), использующих в своем составе инерциальный измерительный модуль.This new direction in marine and aviation instrumentation is associated with the development of the so-called GPS-compasses (satellite compasses), using an inertial measuring module.

Способы определения параметров ориентации объекта, основанные на использовании в приёмной аппаратуре спутниковых навигационных систем фазовых измерений с разнесённых антенн, приведены в описании семейства отечественной мультиантенной приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем МРК [1], а также в [2, 3, 4, 5].Methods for determining the orientation parameters of an object, based on the use of phase measurements from diversity antennas in the receiving equipment of navigation navigation systems, are given in the description of the family of domestic multi-antenna receiving equipment of RTO satellite navigation systems [1], as well as in [2, 3, 4, 5].

В известных схемах построения интегрированной системы ориентации и навигации, например, описанных в [6, 7, 8, 9], как совместно с бескарданным инерциальным измерительным модулем, так и без него, для определения параметров ориентации объекта используется мультиантенная приёмная аппаратура спутниковой навигационной системы с фазовыми измерениями, обеспечивающая с определенной дискретностью автономную выработку параметров ориентации объекта. In well-known schemes for constructing an integrated orientation and navigation system, for example, described in [6, 7, 8, 9], both with and without a gimballess inertial measuring module, multi-antenna receiving equipment of a satellite navigation system with phase measurements, providing, with a certain discreteness, an autonomous generation of object orientation parameters.

Задача определения ориентации объекта с использованием фазовых измерений, как известно, требует решения проблемы неоднозначности фазовых измерений, т.к. антенная база в приведенных системах составляет от 0,7 м до 1,5 м, что существенно больше длины волны несущей сигнала СНС составляющей порядка 0,19 м. В существующих схемах построения систем ориентации, использующих фазовые измерения, применение достаточно длинных (1 м и более) антенных баз обусловлено необходимостью достижения заданного уровня точности выработки параметров ориентации. Так, для большинства известных систем характерен уровень точности порядка 0,5° при длине антенной базы, равной 1 м.The task of determining the orientation of an object using phase measurements, as is known, requires a solution to the problem of the ambiguity of phase measurements, because the antenna base in these systems ranges from 0.7 m to 1.5 m, which is significantly greater than the wavelength of the carrier signal of the SNA component of the order of 0.19 m. In existing schemes for constructing orientation systems using phase measurements, the use of sufficiently long (1 m and more) antenna bases due to the need to achieve a given level of accuracy in generating orientation parameters. So, for most known systems, a level of accuracy of the order of 0.5 ° is characteristic with an antenna base length of 1 m.

Известны различные способы решения данной проблемы [10]. Все они требуют одновременного наблюдения и обработки фазовых измерений от группировки навигационных спутников (

Figure 00000001
), достаточно сложного программного обеспечения и существенной задержки времени при выработке первого определения курса объекта. There are various ways to solve this problem [10]. All of them require the simultaneous observation and processing of phase measurements from a constellation of navigation satellites (
Figure 00000001
), rather complicated software and a significant delay in the development of the first definition of the course of the object.

Совместная обработка данных бескарданного инерциального измерительного модуля и приёмной аппаратуры спутниковой навигационной системы в рассматриваемых схемах построения интегрированной системы ориентации и навигации производится, как правило, на уровне параметров ориентации.The joint processing of data from a gimballess inertial measuring module and receiving equipment of a satellite navigation system in the considered schemes for constructing an integrated orientation and navigation system is usually performed at the level of orientation parameters.

В патенте [11] описывается интегрированная система ориентации и навигации для морских объектов. The patent [11] describes an integrated orientation and navigation system for marine objects.

Устройство, описанное в [11], выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа) заявляемого устройства.The device described in [11] is selected as the closest analogue (prototype) of the claimed device.

Интегрированная система ориентации и навигации, принятая за прототип, содержит миниатюрную приёмную аппаратуру спутниковой навигационной системы, включающую антенный модуль с двумя или более антеннами, причём опорная антенна расположена на максимально возможном отстоянии от центра масс объекта, ограниченном размерами объекта; бескарданный инерциальный измерительный модуль; измерительный блок с гироскопами, акселерометрами и обеспечивающей электроникой; вычислитель бескарданного инерциального измерительного модуля; блок вычисления параметров ориентации объекта; блок вычисления навигационных параметров объекта; блок комплексной обработки информации; блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений. The integrated orientation and navigation system, adopted as a prototype, contains miniature receiving equipment of a satellite navigation system, including an antenna module with two or more antennas, and the reference antenna is located at the maximum possible distance from the center of mass of the object, limited by the size of the object; gimballess inertial measuring module; measuring unit with gyroscopes, accelerometers and providing electronics; calculator of a gimballess inertial measuring module; unit for calculating the orientation parameters of the object; unit for calculating the navigation parameters of the object; complex information processing unit; block for the formation and resolution of the ambiguity of difference phase measurements.

Отличительной особенностью прототипа является формирование и обработка в фильтре Калмана интегрированной системы ориентации и навигации разностных фазовых измерений, а также используемый оригинальный способ исключения неоднозначности указанных измерений. Эти измерения представляют собой разность расчётных (формируемых с использованием данных бескарданного инерциального измерительного модуля) и измеренных (формируемых по данным приёмной аппаратуры спутниковой навигационной системы) вторых разностей фазовых измерений от одной или нескольких пар

Figure 00000001
.A distinctive feature of the prototype is the formation and processing in the Kalman filter of an integrated orientation and navigation system for differential phase measurements, as well as the original method used to eliminate the ambiguity of these measurements. These measurements are the difference between the calculated (generated using data from the gimballess inertial measuring module) and measured (generated from the receiving equipment of the satellite navigation system) second differences of phase measurements from one or more pairs
Figure 00000001
.

В прототипе выходные данные измерительного блока бескарданного инерциального измерительного модуля (

Figure 00000002
и
Figure 00000003
) поступают в вычислитель бескарданного инерциального измерительного модуля. В блоке вычисления параметров ориентации решается задача ориентации и вычисляются параметры ориентации измерительного блока, которые и являются параметрами ориентации объекта с точностью до погрешностей привязки осей измерительного блока
Figure 00000004
к осям объекта
Figure 00000005
. В блоке вычисления навигационных параметров решается навигационная задача, т.е. вычисление составляющих вектора линейной скорости и координат местоположения объекта – навигационных параметров.In the prototype, the output of the measuring unit of the gimballess inertial measuring module (
Figure 00000002
and
Figure 00000003
) enter the calculator of the gimballess inertial measuring module. In the unit for calculating orientation parameters, the orientation problem is solved and the orientation parameters of the measuring unit are calculated, which are the orientation parameters of the object up to errors in the binding of the axes of the measuring unit
Figure 00000004
to the axes of the object
Figure 00000005
. In the block for calculating the navigation parameters, the navigation problem is solved, i.e. calculation of the components of the linear velocity vector and the coordinates of the location of the object - navigation parameters.

Выходными данными приёмной аппаратуры спутниковой навигационной системы являются:

Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
. Эти данные также поступают в вычислитель бескарданного инерциального измерительного модуля соответственно в блоки разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений и комплексной обработки информации, где осуществляется совместная обработка информации бескарданного инерциального измерительного модуля и приёмной аппаратуры спутниковой навигационной системы, т.е. формирование и разрешение неоднозначности разностных фазовых измерений для их вторых разностей, а также формирование разностных измерений по первичным навигационным параметрам. Затем в блоке комплексной обработки информации осуществляется обработка разностных измерений с использованием алгоритма фильтра Калмана. По оценкам, полученным на выходе фильтра Калмана, в обратной связи осуществляется коррекция погрешностей бескарданного инерциального измерительного модуля как по параметрам ориентации, так и по навигационным параметрам и дрейфам гироскопов, а также коррекция погрешностей разностных фазовых измерений, формируемых в блоке разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений.The output data of the receiving equipment of the satellite navigation system are:
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
. These data also go to the calculator of the gimballess inertial measuring module, respectively, to the ambiguity resolution blocks of difference phase measurements and complex information processing, where the information is processed jointly from the gimballess inertial measuring module and the receiving equipment of the satellite navigation system, i.e. the formation and resolution of the ambiguity of difference phase measurements for their second differences, as well as the formation of difference measurements by primary navigation parameters. Then, in the complex information processing block, the processing of difference measurements is carried out using the Kalman filter algorithm. According to the estimates obtained at the output of the Kalman filter, feedback is corrected for errors in the gimballess inertial measuring module both in orientation parameters and in navigation parameters and gyro drifts, as well as error correction of difference phase measurements generated in the ambiguity resolution block of difference phase measurements.

При этом антенный модуль приёмной аппаратуры спутниковой навигационной системы конструктивно никак не связан с измерительным блоком бескарданного инерциального измерительного модуля, он расположен в осях

Figure 00000005
объекта.In this case, the antenna module of the receiving equipment of the satellite navigation system is not structurally connected in any way with the measuring unit of the gimballess inertial measuring module, it is located in the axes
Figure 00000005
object.

К недостаткам прототипа следует отнести необходимость использования антенной базы длиной не менее 1 м с целью обеспечения точности выработки угла курса порядка 0,5° (P=0,997) и использование сигналов только одной глобальной спутниковой навигационной системы (ГНСС): GPS с кодовым разделением сигналов. Для уточнения всех параметров ориентации необходимо использование как минимум одной антенной базы (длиной 1 м и более) с двумя антеннами и двух (или одного специализированного, позволяющего одновременно подключать несколько антенн) приёмников спутниковой навигационной системы. Это неизбежно приводит к значительным массогабаритным характеристикам и увеличению стоимости системы. Кроме того, при такой схеме построения интегрированной системы ориентации и навигации затруднено оценивание всех инструментальных погрешностей измерительного блока бескарданного инерциального измерительного модуля, в частности дрейфов акселерометров и погрешности масштабного коэффициента гироскопа, установленного по оси

Figure 00000011
, ортогональной плоскости палубы, приводящих к росту погрешностей интегрированной системы ориентации и навигации в выработке параметров ориентации, что особенно актуально при построении интегрированной системы ориентации и навигации на измерительном блоке низкой точности.The disadvantages of the prototype include the need to use an antenna base with a length of at least 1 m in order to ensure the accuracy of the development of a course angle of about 0.5 ° (P = 0.997) and the use of signals from only one global satellite navigation system (GNSS): GPS with code division of signals. To clarify all orientation parameters, it is necessary to use at least one antenna base (1 m or more in length) with two antennas and two (or one specialized, which allows several antennas to be connected at the same time) receivers of the satellite navigation system. This inevitably leads to significant weight and size characteristics and an increase in the cost of the system. In addition, with such a scheme for constructing an integrated orientation and navigation system, it is difficult to evaluate all the instrumental errors of the measuring unit of the gimballess inertial measuring module, in particular, accelerometer drifts and errors of the gyroscope scale factor installed along the axis
Figure 00000011
, orthogonal to the plane of the deck, leading to an increase in errors in the integrated orientation and navigation system in the development of orientation parameters, which is especially important when building an integrated orientation and navigation system on a low-precision measuring unit.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей изобретения является повышение точности и минимизация массогабаритных характеристик интегрированной системы ориентации и навигации, содержащей миниатюрный бескарданный инерциальный измерительный модуль и приёмную аппаратуру спутниковых навигационных систем с фазовыми измерениями и разнесёнными антеннами.The objective of the invention is to improve the accuracy and minimize the weight and size characteristics of an integrated orientation and navigation system containing a miniature gimballess inertial measuring module and receiving equipment of satellite navigation systems with phase measurements and spaced antennas.

Поставленная задача решается в предложенной интегрированной инерциально-спутниковой системе ориентации и навигации, содержащей бескарданный инерциальный измерительный модуль, включающий в себя измерительный блок с, по меньшей мере, тремя гироскопами и, по меньшей мере, тремя акселерометрами и вычислителем, включающим в себя блок выработки параметров ориентации, блок выработки навигационных параметров, блок комплексной обработки информации, блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений, а также содержащей приёмную аппаратуру спутниковых навигационных систем (как с кодовым, так и с частотным разделением сигналов навигационных спутников), включающую в себя антенный модуль, содержащий, по меньшей мере, две антенны, разнесённые на соответствующей антенной базе, The problem is solved in the proposed integrated inertial-satellite orientation and navigation system containing a gimbal-free inertial measuring module, including a measuring unit with at least three gyroscopes and at least three accelerometers and a calculator, including a parameter generation unit orientation, a unit for generating navigation parameters, an integrated information processing unit, a unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements, and also containing receiving equipment of satellite navigation systems (both with code and frequency separation of navigation satellite signals), including an antenna module containing at least two antennas spaced on the corresponding antenna base,

при этом блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений выполнен с возможностью формирования разностных фазовых измерений вторых разностей фаз и разрешения их неоднозначности, обработки информации, поступающей от блока выработки параметров ориентации, блока выработки навигационных параметров, блока комплексной обработки информации, приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем,the unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements is made with the possibility of generating differential phase measurements of the second phase differences and resolving their ambiguity, processing the information received from the unit for generating orientation parameters, the unit for generating navigation parameters, the unit for complex processing of information, and the receiving equipment for satellite navigation systems ,

при этом блок комплексной обработки информации выполнен с возможностью формирования разностных измерений по навигационным параметрам, обработки информации, поступающей от блока выработки навигационных параметров, блока формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений и приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем,wherein the complex information processing unit is configured to generate differential measurements by navigation parameters, process information received from the navigation parameters generating unit, the unit for generating and resolving the ambiguity of the differential phase measurements and receiving equipment of satellite navigation systems,

при этом измерительный блок выполнен с возможностью передачи информации о составляющих угловой скорости объекта на вход блока выработки параметров ориентации, информации о составляющих линейного ускорения объекта на вход блока выработки навигационных параметров, while the measuring unit is configured to transmit information about the components of the angular velocity of the object to the input of the block generating orientation parameters, information about the components of linear acceleration of the object to the input of the block generating navigation parameters,

блок выработки параметров ориентации выполнен с возможностью передачи информации о параметрах ориентации в блок выработки навигационных параметров и в блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений, the unit for generating orientation parameters is configured to transmit information about the orientation parameters to the unit for generating navigation parameters and to the unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements,

блок выработки навигационных параметров выполнен с возможностью передачи информации о координатах места и составляющих линейной скорости движения объекта в блок комплексной обработки информации и блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений, the unit for generating navigation parameters is configured to transmit information about the coordinates of the place and the components of the linear velocity of the object in the complex information processing unit and the unit for generating and resolving the ambiguity of the difference phase measurements,

блок комплексной обработки информации выполнен с возможностью передачи информации complex information processing unit is configured to transmit information

- об оценках погрешностей параметров ориентации измерительного блока бескарданного инерциального измерительного модуля в блок выработки параметров ориентации, - on the estimates of the errors in the orientation parameters of the measuring unit of the gimballess inertial measuring module in the unit for generating orientation parameters,

– об оценках дрейфов гироскопов в блок выработки параметров ориентации, - on the estimates of the drifts of gyroscopes in the block generating orientation parameters,

– об оценках погрешностей координат места измерительного блока бескарданного инерциального измерительного модуля и погрешностей составляющих линейной скорости движения объекта в блок выработки навигационных параметров,- about the estimates of the errors of the coordinates of the measuring unit of the gimballess inertial measuring module and the errors of the components of the linear velocity of the object in the block generating navigation parameters,

– об оценках погрешностей разностных фазовых измерений вторых разностей фаз в блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений- on the estimates of the errors of the difference phase measurements of the second phase differences in the block for the formation and resolution of the ambiguity of the difference phase measurements

и с возможностью приёма и обработки информации о координатах места и составляющих линейной скорости движения объекта от блока выработки навигационных параметров, об измеренных значениях навигационных параметров, поступающих от приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, об измеренных значениях вторых разностей фаз сигналов навигационных спутников, поступающих от блока формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений,and with the possibility of receiving and processing information about the coordinates of the place and the components of the linear speed of the object from the unit for generating navigation parameters, about the measured values of the navigation parameters received from the receiving equipment of satellite navigation systems, about the measured values of the second phase differences of the signals of the navigation satellites coming from the forming unit and resolving the ambiguity of difference phase measurements,

блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений выполнен с возможностью передачи информации о разностных фазовых измерениях вторых разностей фаз в блок комплексной обработки информации и с возможностью приёма и обработки информации the unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements is configured to transmit information about the difference phase measurements of the second phase differences to the complex information processing unit and with the possibility of receiving and processing information

– о полных разностях фаз сигналов навигационных спутников, координатах навигационных спутников, поступающих от приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, - about the complete phase differences of the signals of the navigation satellites, the coordinates of the navigation satellites coming from the receiving equipment of satellite navigation systems,

– о параметрах ориентации, поступающих от блока выработки параметров ориентации,- about the orientation parameters coming from the block generating orientation parameters,

– о координатах места и составляющих линейной скорости движения объекта, поступающих от блока выработки навигационных параметров,- about the coordinates of the place and the components of the linear velocity of the object coming from the block generating navigation parameters,

– об оценках погрешностей разностных измерений вторых разностей фаз сигналов навигационных спутников, поступающих от блока комплексной обработки информации.- on the estimates of the errors of the difference measurements of the second phase differences of the signals of the navigation satellites coming from the complex information processing unit.

От известного решения заявленная система отличается тем, что бескарданный инерциальный измерительный модуль и антенный модуль выполнены с возможностью вращения относительно географических осей в плоскости горизонта, причём блок комплексной обработки информации и блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений выполнены с возможностью использовать измерения разностей фаз сигналов навигационных спутников различных глобальных навигационных спутниковых навигационных систем (как с кодовым, так и с частотным разделением сигналов). The claimed system differs from the known solution in that the gimballess inertial measuring module and antenna module are made with the possibility of rotation relative to the geographic axes in the horizontal plane, and the complex information processing unit and the unit for generating and resolving the ambiguity of the difference phase measurements are made with the possibility of using phase difference measurements of navigation signals satellites of various global navigation satellite navigation systems (both with code and frequency signal separation).

В предпочтительном варианте бескарданный инерциальный измерительный модуль снабжён приводом с датчиком угла, выполненным с возможностью обеспечения модуляционного вращения и измерения угла поворота измерительного блока вокруг оси, ортогональной палубе.In a preferred embodiment, the gimballess inertial measuring module is equipped with a drive with an angle sensor configured to provide modulation rotation and measure the angle of rotation of the measuring unit around an axis orthogonal to the deck.

Блок выработки параметров ориентации может быть выполнен с возможностью приёма информации об угле поворота привода от датчика угла. The unit for generating orientation parameters can be configured to receive information about the angle of rotation of the drive from the angle sensor.

Блок комплексной обработки информации может быть выполнен с возможностью выработки и передачи информации об оценках погрешностей параметров ориентации, поступающей на вход блока выработки параметров ориентации, информации о погрешности масштабного коэффициента гироскопа измерительного блока, установленного по оси вращения измерительного блока, поступающей на вход блока выработки параметров ориентации.The complex information processing unit can be made with the possibility of generating and transmitting information about the estimates of the errors of the orientation parameters received at the input of the orientation parameter generating unit, information about the error of the scale factor of the gyroscope of the measuring unit installed along the axis of rotation of the measuring unit supplied to the input of the orientation generation unit .

Блок комплексной обработки информации может быть выполнен с возможностью выработки и передачи информации об оценках погрешностей координат места и составляющих линейной скорости движения объекта, поступающей на вход блока вычисления навигационных параметров, информации об оценках дрейфов акселерометров, поступающей на вход блока вычисления навигационных параметров. The complex information processing unit can be configured to generate and transmit information about estimates of errors in the coordinates of the location and components of the linear velocity of the object, which is input to the unit for calculating navigation parameters, information about estimates of drift of accelerometers, input to the unit for calculating navigation parameters.

Антенный модуль приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем может быть жёстко установлен в осях измерительного блока бескарданного инерциального измерительного блока в плоскости, параллельной палубе объекта, таким образом, что расстояние между антеннами менее длины волны несущей частоты спутникового сигнала.The antenna module of the receiver equipment of satellite navigation systems can be rigidly installed in the axes of the measuring unit of the gimballess inertial measuring unit in a plane parallel to the deck of the object, so that the distance between the antennas is less than the wavelength of the carrier frequency of the satellite signal.

Заявленная система обладает следующими основными отличиями:The claimed system has the following main differences:

- антенный модуль приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, содержащий, по меньшей мере, две приёмные антенны, разнесённые на расстоянии менее длины волны несущей частоты спутникового сигнала, установлены жёстко в осях измерительного блока инерциального модуля в плоскости палубы объекта;- the antenna module of the receiving equipment of satellite navigation systems, containing at least two receiving antennas spaced less than the wavelength of the carrier frequency of the satellite signal, are mounted rigidly in the axes of the measuring unit of the inertial module in the plane of the deck of the object;

- измерительный блок инерциального модуля вместе с антенным модулем приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем установлен на вращающееся основание, снабженное приводом для обеспечения модуляционного вращения относительно корпуса бескарданного инерциального измерительного модуля вокруг оси, ортогональной палубе;- the measuring unit of the inertial module, together with the antenna module of the receiving equipment of satellite navigation systems, is mounted on a rotating base equipped with a drive for modulating rotation relative to the body of the gimballess inertial measuring module around an axis orthogonal to the deck;

- привод снабжен датчиком угла, измеряющим значения угла поворота измерительного блока с антенным модулем относительно корпуса бескарданного инерциального измерительного модуля, привязанного к осям объекта;- the drive is equipped with an angle sensor measuring the angle of rotation of the measuring unit with the antenna module relative to the frameless inertial measuring module attached to the axes of the object;

- при вращении измерительного блока бескарданного инерциального измерительного модуля осуществляется калибровка большего числа (в сравнении с прототипом) инструментальных погрешностей измерительного блока: дополнительно осуществляется оценивание дрейфов акселерометров [12, 13] и погрешности масштабного коэффициента гироскопа, установленного по оси

Figure 00000011
измерительного блока бескарданного инерциального измерительного модуля.- during the rotation of the measuring unit of the gimballess inertial measuring module, a greater number (in comparison with the prototype) of the instrumentation errors of the measuring unit are calibrated: additionally, the drift of the accelerometers [12, 13] and the error of the scale factor of the gyroscope installed along the axis
Figure 00000011
measuring unit of a gimballess inertial measuring module.

Реализация указанных мер при соответствующей совместной обработке данных приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем и бескарданного инерциального измерительного модуля в интегрированной системе ориентации и навигации (навигационных параметров, фазовых измерений) позволяет, в сравнении с прототипом, достичь следующего технического результата: существенного повышения точности выработки параметров ориентации объекта при сокращении длины антенной базы до уровня длины волны несущей сигнала The implementation of these measures with appropriate joint data processing of the receiving equipment of satellite navigation systems and a gimballess inertial measuring module in an integrated orientation and navigation system (navigation parameters, phase measurements) allows, in comparison with the prototype, to achieve the following technical result: a significant increase in the accuracy of generating object orientation parameters when reducing the length of the antenna base to the level of the wavelength of the carrier signal

Figure 00000001
Figure 00000001
, расширения возможностей по калибровке на подвижном объекте смещений нулей акселерометров и гироскопа, установленного по оси , expanding the possibilities for calibrating on a moving object displacements of zeros of accelerometers and a gyroscope mounted along the axis
Figure 00000011
Figure 00000011
, бескарданного инерциального измерительного модуля, снижения массогабаритных характеристик интегрированной системы ориентации и навигации в 2 и более раз. , a gimballess inertial measuring module, reducing the overall dimensions of the integrated orientation and navigation system by 2 or more times.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемой интегрированной системы ориентации и навигации.In FIG. 1 shows a block diagram of a proposed integrated orientation and navigation system.

Фиг. 2, 3, 4 иллюстрируют результаты стендовых испытаний макетного образца интегрированной системы ориентации и навигации, включающей измерительный блок на микромеханических датчиках STIM 300 фирмы Sensonor (Норвегия) и две приёмные аппаратуры спутниковой навигационной системы 1К-181 фирмы ОАО «Российский институт радионавигации и времени» (Россия) с разнесёнными по поперечной оси

Figure 00000012
двумя антеннами на антенной базе 23,5 см. FIG. 2, 3, 4 illustrate the results of bench tests of a prototype of an integrated orientation and navigation system, including a measuring unit on STIM 300 micromechanical sensors from Sensonor (Norway) and two receiving equipment of the 1K-181 satellite navigation system from the Russian Institute of Radio Navigation and Time (OJSC) ( Russia) with spaced along the transverse axis
Figure 00000012
two antennas on an antenna base of 23.5 cm.

На фиг. 5 приведены оценки дрейфов микромеханических гироскопов.In FIG. 5 shows drift estimates of micromechanical gyroscopes.

На фиг. 6 приведены оценки остаточной неоднозначности разностных фазовых измерений.In FIG. Figure 6 shows the estimates of the residual ambiguity of the difference phase measurements.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:In FIG. 1 adopted the following notation:

1 – миниатюрная приёмная аппаратура спутниковых навигационных систем (ПА СНС), содержащая один специализированный или две (или более) приёмные аппаратуры спутниковых навигационных систем и две (или более) антенны, разнесённые на соответствующих антенных базах и формирующие антенный модуль;1 - miniature receiving equipment of satellite navigation systems (PA SNA), containing one specialized or two (or more) receiving equipment of satellite navigation systems and two (or more) antennas spaced at the respective antenna bases and forming the antenna module;

2 – бескарданный инерциальный измерительный модуль (БИИМ);2 - gimballess inertial measuring module (BIIM);

3 – измерительный блок с микромеханическими гироскопами и акселерометрами, и обеспечивающей электроникой; 3 - measuring unit with micromechanical gyroscopes and accelerometers, and providing electronics;

4 – вычислитель бескарданного инерциального измерительного модуля; 4 - calculator of the gimballess inertial measuring module;

5 – блок вычисления параметров ориентации (ПО) объекта (БВПО), на вход которого помимо прочих сигналов поступает вектор абсолютной угловой скорости

Figure 00000002
, измеряемый гироскопами;5 - unit calculating the orientation parameters (ON) of the object (BVPO), the input of which, among other signals, receives the absolute angular velocity vector
Figure 00000002
measured by gyroscopes;

6 – блок вычисления навигационных параметров (НП) объекта (БВНП), на вход которого помимо прочих сигналов поступает вектор кажущегося ускорения

Figure 00000003
, измеряемый акселерометрами;6 - unit for calculating the navigation parameters (NP) of the object (BVNP), the input of which, among other signals, receives the apparent acceleration vector
Figure 00000003
measured by accelerometers;

7 – блок комплексной обработки информации (БКОИ), на вход которого помимо прочих сигналов поступают:7 - integrated information processing unit (BKOI), the input of which, among other signals, includes:

-

Figure 00000006
,
Figure 00000007
– измеренные и откорректированные значения дальности и радиальной скорости для каждого из наблюдаемых
Figure 00000013
соответственно; -
Figure 00000006
,
Figure 00000007
- measured and adjusted values of range and radial velocity for each of the observed
Figure 00000013
respectively;

-

Figure 00000008
,
Figure 00000009
– эфемериды (значения декартовых координат и составляющих вектора линейной скорости относительно Земли в проекциях на гринвичские оси) для
Figure 00000013
; -
Figure 00000008
,
Figure 00000009
- ephemeris (values of Cartesian coordinates and components of the linear velocity vector relative to the Earth in projections on the Greenwich axis) for
Figure 00000013
;

8 – блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений (БФиРНРФИ), на вход которого (помимо прочих сигналов) поступают:8 - unit for the formation and resolution of the ambiguity of difference phase measurements (BFiRNRFI), the input of which (among other signals) includes:

-

Figure 00000014
– полные разности фаз сигналов, принимаемых приёмной аппаратурой спутниковой навигационной системы в точках размещения антенн;-
Figure 00000014
- full phase differences of the signals received by the receiving equipment of the satellite navigation system at the antenna locations;

-

Figure 00000015
– эфемериды (значения декартовых координат в проекциях на гринвичские оси) для
Figure 00000013
;-
Figure 00000015
- ephemeris (the values of Cartesian coordinates in projections on the Greenwich axis) for
Figure 00000013
;

9 – антенный модуль приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, содержащий как минимум две антенны, разнесённые на соответствующей антенной базе. При этом АМ жёстко закреплён в осях

Figure 00000004
измерительного блока инерциального измерительного модуля в плоскости
Figure 00000016
(находящейся в плоскости палубы объекта);9 - antenna module of the receiving equipment of satellite navigation systems, containing at least two antennas spaced on the corresponding antenna base. In this case, the AM is rigidly fixed in the axes
Figure 00000004
measuring unit inertial measuring module in the plane
Figure 00000016
(located in the plane of the deck of the object);

10 – привод, обеспечивающий вращение измерительного блока вместе с антенным модулем приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем вокруг оси

Figure 00000017
, ортогональной плоскости палубы, относительно корпуса бескарданного инерциального измерительного модуля.10 - drive, providing the rotation of the measuring unit together with the antenna module of the receiving equipment of satellite navigation systems around the axis
Figure 00000017
, orthogonal to the plane of the deck, relative to the hull of the gimballess inertial measuring module.

11 – датчик угла, измеряющий угол поворота

Figure 00000018
измерительного блока вместе с антенным модулем приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем относительно корпуса бескарданного инерциального измерительного модуля;11 - angle sensor that measures the angle of rotation
Figure 00000018
a measuring unit together with an antenna module of the receiving equipment of satellite navigation systems relative to the body of a gimballess inertial measuring module;

Здесь и далее рассматривается измерительный блок на микромеханических датчиках, включающий микромеханические гироскопы класса точности 10°/ч, что соответствует волоконно-оптическому гироскопу низкой точности. Проведение испытаний с измерительным блоком на микромеханических датчиках было обусловлено практической целесообразностью. Все приводимые далее результаты исследований распространяются в равной степени и на измерительный блок на волоконно-оптических гироскопах, сопоставимых с измерительным блоком на микромеханических датчиках по уровню погрешностей. В дальнейшем, если это особо не оговаривается, будет рассматриваться указанный измерительный блок на микромеханических датчиках.Hereinafter, a measuring unit based on micromechanical sensors is considered, including micromechanical gyroscopes of accuracy class 10 ° / h, which corresponds to a low-precision fiber-optic gyroscope. Testing with a measuring unit on micromechanical sensors was determined by practical expediency. All the following research results apply equally to the measuring unit on fiber-optic gyroscopes, comparable to the measuring unit on micromechanical sensors in terms of error. In the future, if this is not specifically specified, the indicated measuring unit on micromechanical sensors will be considered.

Реализация данных условий и представляет собой основное отличие предлагаемого устройства от прототипа, что требует внесения изменений в конструкцию бескарданного инерциального измерительного модуля 2 и антенного модуля приёмной аппаратуры 1 спутниковых навигационных систем, а также учёта дополнительной связи между датчиком 11 угла и вычислителем 4 бескарданного инерциального измерительного модуля.The implementation of these conditions is the main difference between the proposed device and the prototype, which requires changes in the design of the gimballess inertial measuring module 2 and the antenna module of the receiving equipment 1 of satellite navigation systems, as well as taking into account additional communication between the angle sensor 11 and the calculator 4 of the gimballess inertial measuring module .

Алгоритмическое обеспечение блоков вычислителя 4 бескарданного инерциального измерительного модуля предлагаемой схемы интегрированной системы ориентации и навигации (фиг. 1) аналогично алгоритмам работы соответствующих блоков прототипа за исключением:Algorithmic support of the blocks of the calculator 4 of the gimballess inertial measuring module of the proposed scheme of the integrated orientation and navigation system (Fig. 1) is similar to the operation algorithms of the corresponding prototype blocks with the exception of

– блока 8 формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений, где при формировании разностных измерений вторых разностей фаз дополнительно учитывается информация о длине волн сигналов навигационных спутников с частотным разделением их сигналов; - block 8 for generating and resolving the ambiguity of differential phase measurements, where when generating differential measurements of the second phase differences, information on the wavelength of signals of navigation satellites with frequency separation of their signals is additionally taken into account;

- блока 7 комплексной обработки информации, где дополнительно вырабатываются оценки дрейфов акселерометров и погрешности масштабного коэффициента гироскопа, установленного по оси

Figure 00000011
измерительного блока 3 бескарданного инерциального измерительного модуля 2 и дополнительно вводится расширенная модель погрешностей вторых разностей фаз блока формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений 8, - block 7 of integrated information processing, where additionally developed estimates of the drift of the accelerometers and the error of the scale factor of the gyroscope installed on the axis
Figure 00000011
measuring unit
3 of the gimballess inertial measuring module 2 and additionally introduced an expanded model of errors of the second phase differences of the unit for forming and resolving the ambiguity of the differential phase measurements 8,

- блока 5 вычисления параметров ориентации вычислителя предлагаемой интегрированной системы ориентации и навигации, куда дополнительно вводятся показания датчика 11 угла, расположенного по оси вращения измерительного блока 3 и измеряющего угол

Figure 00000019
поворота измерительного блока 3 с антенным модулем 9 относительно корпуса бескарданного инерциального измерительного модуля 2. При этом в блоке 5 вычисления параметров ориентации будут вычисляться как параметры ориентации измерительного блока 3 бескарданного инерциального измерительного модуля 2 (матрица направляющих косинусов
Figure 00000020
), так и параметры ориентации объекта (матрица направляющих косинусов
Figure 00000021
и углы курса
Figure 00000022
, тангажа
Figure 00000023
и крена
Figure 00000024
), поступающие на выход интегрированной системы ориентации и навигации (фиг. 1).- unit 5 for calculating the orientation parameters of the calculator of the proposed integrated orientation and navigation system, which additionally introduces the readings of the angle sensor 11 located on the rotation axis of the measuring unit 3 and measuring the angle
Figure 00000019
rotation of the measuring unit 3 with the antenna module 9 relative to the housing of the gimballess inertial measuring module 2. In this case, in block 5, the calculation of orientation parameters will be calculated as the orientation parameters of the measuring unit 3 of the gimballess inertial measuring module 2 (matrix of guide cosines
Figure 00000020
), as well as the orientation parameters of the object (the matrix of guide cosines
Figure 00000021
and course angles
Figure 00000022
pitch
Figure 00000023
and roll
Figure 00000024
) received at the output of the integrated orientation and navigation system (Fig. 1).

Figure 00000025
, (1)
Figure 00000025
, (one)

где

Figure 00000026
. Where
Figure 00000026
.

Отличием является также то, что в блоке 6 вычисления навигационных параметров и блоке 8 формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений вычислителя 4 бескарданного инерциального измерительного модуля предлагаемой интегрированной системы ориентации и навигации необходимо использовать, в отличие от прототипа, матрицу

Figure 00000020
перехода от осей измерительного блока 3 (
Figure 00000004
) к осям географического сопровождающего трёхгранника (
Figure 00000027
), а не матрицу
Figure 00000021
перехода от осей объекта (
Figure 00000005
) к гринвичским осям
Figure 00000028
.The difference is also that in block 6 of the calculation of navigation parameters and block 8 of the formation and resolution of the ambiguity of the difference phase measurements of the calculator 4 of the inertial inertial measuring module of the proposed integrated orientation and navigation system, it is necessary to use, in contrast to the prototype, a matrix
Figure 00000020
transition from the axes of the measuring unit 3 (
Figure 00000004
) to the axes of the geographic accompanying trihedron (
Figure 00000027
), not the matrix
Figure 00000021
transition from the axes of the object (
Figure 00000005
) to the Greenwich axes
Figure 00000028
.

Предлагаемая интегрированная система ориентации и навигации работает следующим образом.The proposed integrated orientation and navigation system works as follows.

Как и в прототипе [11], а также в [14], формирование вторых разностей измеренных значений фазовых измерений производится в блоке 8 разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений (фиг. 1): As in the prototype [11], as well as in [14], the formation of the second differences of the measured values of the phase measurements is performed in block 8 for resolving the ambiguity of the difference phase measurements (Fig. 1):

Figure 00000029
. (2)
Figure 00000029
. (2)

где

Figure 00000030
– измеренное значение направляющего косинуса орта
Figure 00000031
(радиус-вектора, соединяющего опорную антенну и
Figure 00000013
) относительно антенной базы
Figure 00000032
для
Figure 00000013
.Where
Figure 00000030
- measured value of the directing cosine of the unit vector
Figure 00000031
(radius vector connecting the reference antenna and
Figure 00000013
) relative to the antenna base
Figure 00000032
for
Figure 00000013
.

Отличием является то, что при определении

Figure 00000030
учитывается информация о частотах излучаемых навигационными спутниками сигналов при частотном их разделении.The difference is that when defining
Figure 00000030
information on the frequencies emitted by navigation satellites of signals during frequency separation is taken into account.

Формирование вторых разностей

Figure 00000033
расчётных (с использованием данных бескарданного инерциального измерительного модуля) значений фазовых измерений также производится в блоке 8 разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений (фиг. 1).Second Difference Formation
Figure 00000033
calculated (using data from the gimballess inertial measuring module) phase measurements are also performed in block 8 for resolving the ambiguity of the differential phase measurements (Fig. 1).

Входными данными блока 8 разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений являются:The input data of block 8 for resolving the ambiguity of difference phase measurements are:

- полные разности фаз

Figure 00000014
сигналов
Figure 00000013
, принимаемых приёмной аппаратурой спутниковой навигационной системы в точках размещения антенн;- total phase differences
Figure 00000014
signals
Figure 00000013
received by the receiving equipment of the satellite navigation system at the antenna locations;

- значения декартовых координат

Figure 00000034
Figure 00000013
от приёмной аппаратуры спутниковой навигационной системы 1;- values of Cartesian coordinates
Figure 00000034
Figure 00000013
from the receiving equipment of the satellite navigation system 1;

- значения координат места и составляющих линейной скорости движения объекта от блока 6 вычисления навигационных параметров;- values of the coordinates of the place and the components of the linear velocity of the object from the block 6 calculation of navigation parameters;

- значения параметров ориентации измерительного блока 3 бескарданного инерциального измерительного модуля 2 (матрицы направляющих косинусов

Figure 00000020
) от блока 5 вычисления параметров ориентации;- the values of the orientation parameters of the measuring unit 3 of the gimballess inertial measuring module 2 (matrix of guide cosines
Figure 00000020
) from block 5 calculation of orientation parameters;

- оценки остаточных неоднозначностей фазовых измерений от блока 7 комплексной обработки информации.- estimates of residual ambiguities of phase measurements from block 7 of the integrated information processing.

Выходными данными блока 8 разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений являются разности

Figure 00000035
расчётных и измеренных значений вторых разностей фаз сигналов
Figure 00000013
: The output of block 8 for resolving the ambiguity of the difference phase measurements are the differences
Figure 00000035
calculated and measured values of the second signal phase differences
Figure 00000013
:

Figure 00000036
, (3)
Figure 00000036
, (3)

которые содержат с соответствующими весами в основном погрешности решения бескарданного инерциального измерительного модуля 2 задачи ориентации измерительного блока 3, погрешности ориентации антенной базы

Figure 00000037
относительно связанных с измерительного блока 3 осей
Figure 00000038
, неоднозначности вторых разностей фазовых измерений и шумы измерений. which contain, with corresponding weights, mainly errors in solving a gimballess inertial measuring module 2, orientation tasks of the measuring unit 3, orientation errors of the antenna base
Figure 00000037
relatively 3 axes connected to the measuring unit
Figure 00000038
, the ambiguities of the second differences of phase measurements and measurement noise.

Погрешности ориентации осей измерительного блока 3 бескарданного инерциального измерительного модуля 2 относительно географического сопровождающего трехгранника

Figure 00000039
– это погрешности
Figure 00000040
матрицы ориентации, которые однозначно связаны с погрешностями
Figure 00000041
аналитического построения осей
Figure 00000042
, где
Figure 00000043
– погрешность по курсу,
Figure 00000044
– погрешности построения вертикали места.Orientation errors of the axes of the measuring unit 3 of the gimballess inertial measuring module 2 relative to the geographic accompanying trihedron
Figure 00000039
Are errors
Figure 00000040
orientation matrices that are uniquely associated with errors
Figure 00000041
axes analytical construction
Figure 00000042
where
Figure 00000043
- course error
Figure 00000044
- errors in the construction of the vertical place.

После предварительной обработки и линеаризации, как и в прототипе [11] и в [14], эти разностные измерения можно приближенно записать в виде:After pre-processing and linearization, as in the prototype [11] and [14], these difference measurements can be approximately written as:

Figure 00000045
(4)
Figure 00000045
(four)

где

Figure 00000046
– направляющие косинусы вектора антенной базы
Figure 00000047
в географических осях, т.е. элементы вектора
Figure 00000048
, (здесь
Figure 00000049
– известные значения направляющих косинусов вектора антенной базы
Figure 00000047
в осях измерительного блока 3 – априорная информация); Where
Figure 00000046
- directing cosines of the antenna base vector
Figure 00000047
in geographic axes, i.e. vector elements
Figure 00000048
, (here
Figure 00000049
- known values of the direction cosines of the antenna base vector
Figure 00000047
in the axes of the measuring unit 3 - a priori information);

Figure 00000050
– элементы орта
Figure 00000051
(направляющие косинусы орта
Figure 00000031
Figure 00000013
относительно географических осей);
Figure 00000050
- elements of orth
Figure 00000051
(directing cosines of the orth
Figure 00000031
Figure 00000013
relative to geographic axes);

Figure 00000052
– погрешности, обусловленные остаточной неоднозначностью (в пределах длины волны несущей) вторых разностей фазовых измерений для пары спутников
Figure 00000053
и
Figure 00000013
;
Figure 00000052
- errors due to residual ambiguity (within the carrier wavelength) of the second phase measurement differences for a pair of satellites
Figure 00000053
and
Figure 00000013
;

Figure 00000054
– шумы измерений, включающие шумы приёмной аппаратуры спутниковой навигационной системы 1 и составляющие, обусловленные погрешностями знания координат места объекта, эфемеридной информации
Figure 00000013
и погрешностями привязки вектора антенной базы
Figure 00000047
к осям измерительного блока 3 бескарданного инерциального измерительного модуля 2.
Figure 00000054
- measurement noise, including the noise of the receiving equipment of the satellite navigation system 1 and components due to errors in the knowledge of the coordinates of the object’s location, ephemeris information
Figure 00000013
and errors in the binding of the antenna base vector
Figure 00000047
to the axes of the measuring unit 3 of the gimballess inertial measuring module 2.

Измерения

Figure 00000055
вместе с известными [15] разностными измерениями по навигационным параметрам с выхода блока 8 разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений поступают на вход блока 7 комплексной обработки информации для последующей обработки с использованием алгоритмов фильтра Калмана. Measurements
Figure 00000055
together with the known [15] difference measurements by navigation parameters, the output of block 8 of the ambiguity resolution of the difference phase measurements is fed to the input of the complex information processing unit 7 for subsequent processing using Kalman filter algorithms.

Оценки, выработанные в блоке 7 комплексной обработки информации, поступают в обратную связь (фиг. 1): The estimates developed in block 7 of the integrated information processing are fed into feedback (Fig. 1):

- для коррекции погрешностей бескарданного инерциального измерительного модуля 2 в выработке параметров ориентации и компенсации дрейфов гироскопов, а также погрешности масштабного коэффициента гироскопа, установленного по оси

Figure 00000011
измерительного блока 3 бескарданного инерциального измерительного модуля 2 (поступают на один из входов блока вычисления параметров ориентации 5);- for correction of errors of the gimballess inertial measuring module 2 in the development of orientation parameters and compensation of the drift of gyroscopes, as well as the error of the scale factor of the gyroscope installed on the axis
Figure 00000011
measuring unit
3 of the gimballess inertial measuring module 2 (fed to one of the inputs of the unit for calculating orientation parameters 5);

- для коррекции погрешностей бескарданного инерциального измерительного модуля 2 в выработке навигационных параметров и погрешностей акселерометров (поступают на один из входов блока 6 вычисления навигационных параметров);- for correcting errors of a gimballess inertial measuring module 2 in the development of navigation parameters and errors of accelerometers (fed to one of the inputs of the unit 6 for calculating navigation parameters);

- для коррекции измерений

Figure 00000055
в части их остаточной неоднозначности (поступают на один из входов блока разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений 8). В отличие от прототипа модель этих погрешностей фазовых измерений была уточнена и расширена: кроме их описания «скачкообразными» случайными величинами (описание в виде случайных констант) была введена модель, использующая описание в виде соответствующих винеровских процессов с учётом особенностей вращения антенного модуля.- for correction of measurements
Figure 00000055
in terms of their residual ambiguity (they arrive at one of the inputs of the ambiguity resolution block of difference phase measurements 8). In contrast to the prototype, the model of these phase measurement errors was refined and expanded: in addition to their description by “spasmodic” random variables (description in the form of random constants), a model was introduced that uses the description in the form of the corresponding Wiener processes taking into account the peculiarities of the rotation of the antenna module.

Из анализа измерений (4) следует, что вращение измерительного блока 3 вместе с антенным модулем 9 приёмной аппаратуры 1 спутниковой навигационной системы приводит к модуляции погрешностей

Figure 00000041
решения задачи ориентации, т.к. коэффициенты
Figure 00000056
при них носят колебательный характер. Данный факт существенным образом повышает их наблюдаемость на фоне шумов измерений и, следовательно, эффективность используемых измерений. From the analysis of measurements (4) it follows that the rotation of the measuring unit 3 together with the antenna module 9 of the receiving equipment 1 of the satellite navigation system leads to modulation of errors
Figure 00000041
solving the orientation problem, because odds
Figure 00000056
with them are oscillatory in nature. This fact significantly increases their observability against the background of measurement noise and, therefore, the effectiveness of the measurements used.

В результате оказывается возможным (фиг. 2 - фиг. 6), в отличие от прототипа, обеспечение точности выработки курса на уровне 0,5° (P=0,997) при использовании антенной базы с расстоянием между антеннами менее длины волны несущей частоты. Данный факт позволяет существенно уменьшить массогабаритные характеристики антенного модуля интегрированной системы ориентации и навигации.As a result, it is possible (Fig. 2 - Fig. 6), in contrast to the prototype, to ensure the accuracy of the course development at the level of 0.5 ° (P = 0.997) when using the antenna base with the distance between the antennas less than the carrier wavelength. This fact allows to significantly reduce the weight and size characteristics of the antenna module of the integrated orientation and navigation system.

Кроме того, в данном случае, в отличие от прототипа, для уточнения всех параметров ориентации достаточно использования в антенном модуле одной антенной базы. Кроме того, в предлагаемой схеме устойчивого решения в выработке параметров ориентации удаётся достичь при существенно меньшем (в сравнении с прототипом) количестве

Figure 00000013
. Для интегрированной системы ориентации и навигации с двумя приёмными аппаратурами спутниковой навигационной системы, возможно получение устойчивого решения только при двух наблюдаемых
Figure 00000013
, в том числе при запуске системы и отсутствии априорной информации о курсе.In addition, in this case, unlike the prototype, to clarify all the orientation parameters, it is enough to use one antenna base in the antenna module. In addition, in the proposed scheme, a sustainable solution in the development of orientation parameters can be achieved with a significantly smaller (compared to the prototype) quantity
Figure 00000013
. For an integrated orientation and navigation system with two receiving instruments of the satellite navigation system, it is possible to obtain a sustainable solution only with two observed
Figure 00000013
, including when starting the system and the absence of a priori information about the course.

На фиг. 2, 3 и 4 приняты следующие обозначения:In FIG. 2, 3 and 4, the following notation is accepted:

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

Δθ, ΔΨ – погрешности ориентации по углам бортовой и килевой качки соответственно (град.);Δθ, ΔΨ - orientation errors at the corners of the rolling and pitching, respectively (deg.);

t – время в секундах.t is the time in seconds.

На фиг. 5 приняты следующие обозначения:In FIG. 5 adopted the following notation:

CDr – оценки дрейфов ММГ (CDrGx, CDrGy, CDrGz – оценки дрейфов x-го, y-го и z-го гироскопов соответственно).CDr — MMG drift estimates (CDrGx, CDrGy, CDrGz — drift estimates of the xth, yth, and zth gyroscopes, respectively).

На фиг. 6 приняты следующие обозначения:In FIG. 6 the following notation is accepted:

DCf – оценки неоднозначности фазовых измерений (для двух пар разностных фазовых измерений вторых разностей фаз, иллюстрирующие их изменчивость во время проведения эксперимента).DCf - estimates of the ambiguity of phase measurements (for two pairs of difference phase measurements of second phase differences, illustrating their variability during the experiment).

Анализ точности предлагаемой схемы построения интегрированной системы ориентации и навигацииAnalysis of the accuracy of the proposed scheme for building an integrated orientation and navigation system

Для доказательства работоспособности устройства и оценки точности предлагаемого решения был разработан макетный образец интегрированной системы ориентации и навигации и проведены его стендовые испытания. В состав макетного образца системы вошли измерительный блок на микромеханических датчиках STIM 300 фирмы Sensonor (Норвегия) и две приёмные аппаратуры спутниковой навигационной системы 1К-181 фирмы ОАО «Российский институт радионавигации и времени» с разнесёнными по поперечной оси двумя антеннами на антенной базе 23,5 см. Макетный образец системы устанавливался на одноосном столе позиционирования и вращения, обеспечивающем вращение с угловой скоростью до 1 Гц и съём первичной информации. Частота съёма данных от микромеханических датчиков составляла 1 кГц, а от приёмных модулей спутниковой навигационной системы – 5 Гц. To prove the operability of the device and assess the accuracy of the proposed solution, a prototype of an integrated orientation and navigation system was developed and bench tests were carried out. The prototype system includes a measuring unit based on STIM 300 micromechanical sensors from Sensonor (Norway) and two receiving equipment of the satellite navigation system 1K-181 from the Russian Institute of Radio Navigation and Time, OJSC with two antennas separated by a transverse axis at 23.5 see. A prototype of the system was installed on a uniaxial table of positioning and rotation, providing rotation with an angular speed of up to 1 Hz and the removal of primary information. The frequency of data acquisition from micromechanical sensors was 1 kHz, and from the receiving modules of the satellite navigation system - 5 Hz.

Формирование двух пар вторых разностей фазовых измерений осуществлялось по трем постоянно наблюдаемым НС GPS (один

Figure 00000013
использовался в качестве опорного).The formation of two pairs of second phase difference differences was carried out using three constantly observed NS GPS (one
Figure 00000013
used as a reference).

При проведении испытаний измерительного блока бескарданного инерциального измерительного модуля был наклонён на углы -41° и 1,4° по осям килевой и бортовой качки соответственно. During testing of the measuring unit, the gimballess inertial measuring module was tilted at -41 °  and 1.4 °  on the axes of pitching and rolling, respectively.

Для обработки разностных фазовых измерений (4) совместно с известными скоростными и позиционными измерениями с помощью алгоритмов фильтра Калмана использовалась следующая расчётная модель погрешностей.To process the difference phase measurements (4), together with the known velocity and positional measurements using the Kalman filter algorithms, the following calculation error model was used.

Расчётная модель погрешностейCalculation model of errors

При формировании расчётной модели погрешностей интегрированной системы ориентации и навигации использовались следующие аппроксимации:When forming the calculation model of the errors of the integrated orientation and navigation system, the following approximations were used:

- смещения нулей ММГ

Figure 00000057
и акселерометров
Figure 00000058
, изменение систематических составляющих погрешностей масштабных коэффициентов ММГ
Figure 00000059
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 00000057
and accelerometers
Figure 00000058
, a change in the systematic components of the errors of the MMG scale factors
Figure 00000059
from start to start and their variability in start-up were approximated (due to the lack of reliable data on their spectral composition) by the corresponding Wiener processes;

- погрешности

Figure 00000060
были описаны «скачкообразными» случайными величинами, а также соответствующими винеровскими процессами с учётом особенностей вращения антенного модуля, дисперсия которых восстанавливается до начальной неопределенности при фиксации «скачка» в измерениях
Figure 00000061
;- errors
Figure 00000060
were described by “spasmodic” random variables, as well as the corresponding Wiener processes taking into account the rotation characteristics of the antenna module, the dispersion of which is restored to the initial uncertainty when the “jump” in the measurements is fixed
Figure 00000061
;

- шумы измерений

Figure 00000062
аппроксимированы дискретными белыми шумами с известными дисперсиями на частоте формирования измерений.- measurement noise
Figure 00000062
approximated by discrete white noise with known variances at the measurement frequency.

В этом случае расчётная модель погрешностей интегрированной системы ориентации и навигации будет иметь видIn this case, the calculated error model of the integrated orientation and navigation system will have the form

Figure 00000063
(5)
Figure 00000063
(5)

где вектор состояния системы (без учёта погрешностей опорного генератора приёмной аппаратуры спутниковой навигационной системы) будет иметь вид:

Figure 00000064
(6)where the state vector of the system (without taking into account the errors of the reference generator of the receiving equipment of the satellite navigation system) will look like:
Figure 00000064
(6)

Здесь Here

Figure 00000065
– переходная на шаге
Figure 00000066
дискретности измерений матрица состояния системы;
Figure 00000065
- transitional in step
Figure 00000066
discreteness of measurements system state matrix;

Figure 00000067
– матрица, определяющая влияние вектора входных шумов
Figure 00000068
с ковариациями
Figure 00000069
;
Figure 00000067
- matrix determining the influence of the input noise vector
Figure 00000068
with covariances
Figure 00000069
;

Figure 00000070
– матрица измерений, соответствующая известным разностным навигационным измерениям и дополнительно уравнениям (4);
Figure 00000070
- a measurement matrix corresponding to known difference navigation measurements and additionally equations (4);

Figure 00000071
– погрешности в выработке составляющих вектора относительной линейной скорости объекта в проекциях на географические оси;
Figure 00000072
– погрешности выработки географических координат места (по широте, долготе и высоте).
Figure 00000071
- errors in the development of the components of the vector of the relative linear velocity of the object in projections on geographical axes;
Figure 00000072
- errors in the development of the geographical coordinates of the place (in latitude, longitude and height).

Результаты стендовых испытаний макетного образца интегрированной системы ориентации и навигацииResults of bench tests of a prototype of an integrated orientation and navigation system

Результаты испытаний приведены на фиг. 2 - 6.The test results are shown in FIG. 2-6.

На фиг. 2 приведены погрешности ориентации при задании начальной погрешности по курсу порядка 10°. In FIG. Figure 2 shows the orientation errors when setting the initial error at the rate of the order of 10 °.

На фиг. 3 и 4 приведены погрешности ориентации при задании начальной погрешности по курсу 180°, т.е. имитация отсутствия априорной информации о начальном значении угла курса (на фиг. 3 графики изменчивости погрешностей по параметрам ориентации приведены в укрупнённом по времени и уменьшенном по погрешностям ориентации масштабе).In FIG. Figures 3 and 4 show orientation errors when setting the initial error at the 180 ° course, i.e. imitation of the absence of a priori information about the initial value of the course angle (in Fig. 3, the graphs of the variability of errors in orientation parameters are shown in a scale enlarged in time and reduced in error of orientation).

Графики фиг. 5 и фиг. 6 приведены для случая задания начальной неопределённости по курсу 180°.The graphs of FIG. 5 and FIG. 6 are given for the case of setting the initial uncertainty at the 180 ° course.

Результаты стендовых испытаний макетного образца предлагаемой схемы построения интегрированной системы ориентации и навигации, приведённые на графиках фиг. 2 - 6, подтверждают то, что при существенном уменьшении длины антенной базы (до уровня длины волны несущей частоты), одновременном наблюдении за сигналами ограниченного количества навигационных спутников достигается точность выработки курса на уровне 0,5° (Р=0,997), что представляется достаточным для обеспечения задач, решаемых рассматриваемыми малоразмерными аппаратами.The results of bench tests of a prototype of the proposed scheme for constructing an integrated orientation and navigation system, shown in the graphs of FIG. 2-6, confirm that with a significant reduction in the length of the antenna base (to the level of the carrier frequency wavelength), while simultaneously monitoring the signals of a limited number of navigation satellites, the accuracy of the heading at 0.5 ° (P = 0.997) is achieved, which seems to be sufficient to ensure the tasks solved by the small-sized devices under consideration.

Таким образом, заявленный технический результат считается достигнутым.Thus, the claimed technical result is considered achieved.

ЛитератураLiterature

1. кртз.рф/navigation.html 1. krtz.rf / navigation.html

2. Заявка РФ № 98118543.2. RF application No. 98118543.

3. Патент РФ № 2215299.3. RF patent No. 2215299.

4. Патент РФ № 2276384.4. RF patent No. 2276384.

5. Патент США № US2010/0117894.5. US Patent No. US2010 / 0117894.

6. www.km.kongsberg.com.6. www.km.kongsberg.com.

7. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации с разнесенными антеннами // Сб. Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации.- СПб: изд-во «ЦНИИ «Электроприбор», 2001, С. 222-229.7. Integrated inertial-satellite orientation and navigation system with spaced antennas // Sat. Integrated inertial-satellite navigation systems. - St. Petersburg: publishing house Central Research Institute Electropribor, 2001, pp. 222-229.

8. Интегрированная система спутниковой и инерциальной навигации: экспериментальные результаты и применение к управлению мобильными роботами // Гироскопия и навигация, 2007, №1(56), С. 16-28.8. Integrated satellite and inertial navigation system: experimental results and application to the management of mobile robots // Gyroscopy and navigation, 2007, No. 1 (56), pp. 16-28.

9. rtelecom.ru /catalog /obradio /glonass /3098.php.9.rtelecom.ru / catalog / obradio / glonass /3098.php.

10. Степанов О.А., Кошаев Д.А. Исследование методов решения задачи ориентации с использованием спутниковых систем // Гироскопия и навигация, 1999, №2(25), С. 30-55. 10. 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.

11. Патент РФ № 2462690.11. RF patent No. 2462690.

12. Степанов А.П., Игнатьев С.В., Винокуров И.Ю. и др. Об определении оптимального закона управления приводом модуляционного вращения исходя из минимизации погрешностей инерциально-спутниковой системы // Материалы 4-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления МКПУ-2011. Т. 2. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011, С. 316-318 12. Stepanov A.P., Ignatiev S.V., Vinokurov I.Yu. et al. On determining the optimal control law of a modulating rotation drive based on minimizing errors of the inertial-satellite system // Materials of the 4th All-Russian Multiconference on Control Problems MKPU-2011. T. 2. - Taganrog: Publishing house of TTI SFU, 2011, S. 316-318

13. A.P. Stepanov, S.V. Ignatiev, I.V. Semyonov Optimal Control of the Modulation Rotation Actuator in a GNSS-aided Inertial System// Volume of 14 Inretnational Student Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad) SPb, 2011, pp.141-144 .13. A.P. Stepanov, S.V. Ignatiev, I.V. Semyonov Optimal Control of the Modulation Rotation Actuator in a GNSS-aided Inertial System // Volume of 14 Inretnational Student Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad) SPb, 2011, pp. 141-144.

14. Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Степанов А.П. Особенности использования фазовых измерений в задаче ориентации интегрированной инерциально-спутниковой системы. Результаты ходовых испытаний // Гироскопия и навигация, 2011, №3(74), C. 3-11.14. Emelyantsev G.I., Blazhnov B.A., Stepanov A.P. Features of the use of phase measurements in the orientation problem of an integrated inertial-satellite system. The results of sea trials // Gyroscopy and navigation, 2011, No. 3 (74), C. 3-11.

15. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов // Под общей ред. акад. РАН В.Г.Пешехонова. - СПб.: 2003, С. 389.15. Anuchin O.N., Emelyantsev G.I. Integrated systems of orientation and navigation for marine moving objects // Ed. Acad. RAS V.G. Peshekhonova. - St. Petersburg: 2003, S. 389.

Claims (33)

1. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации, содержащая бескарданный инерциальный измерительный модуль, включающий в себя измерительный блок с, по меньшей мере, тремя гироскопами и, по меньшей мере, тремя акселерометрами и вычислителем, включающим в себя блок выработки параметров ориентации, блок выработки навигационных параметров, блок комплексной обработки информации, блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений, а также содержащая приёмную аппаратуру спутниковых навигационных систем, включающую в себя антенный модуль, содержащий, по меньшей мере, две антенны, разнесённые на соответствующей антенной базе,1. An integrated inertial-satellite orientation and navigation system containing a gimbal-free inertial measuring module including a measuring unit with at least three gyroscopes and at least three accelerometers and a calculator including an orientation parameter generation unit, a unit development of navigation parameters, a complex information processing unit, a unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements, and also containing satellite navigation receiver equipment system, including an antenna module containing at least two antennas spaced on the corresponding antenna base, при этом блок комплексной обработки информации выполнен с возможностью формирования разностных измерений по навигационным параметрам, обработки информации, поступающей от блока выработки навигационных параметров, блока формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений и приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем,wherein the complex information processing unit is configured to generate differential measurements by navigation parameters, process information received from the navigation parameters generating unit, the unit for generating and resolving the ambiguity of the differential phase measurements and receiving equipment of satellite navigation systems, при этом блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений выполнен с возможностью формирования разностных фазовых измерений вторых разностей фаз и разрешения их неоднозначности, обработки информации, поступающей от блока выработки параметров ориентации, блока выработки навигационных параметров, блока комплексной обработки информации, приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, the unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements is made with the possibility of generating differential phase measurements of the second phase differences and resolving their ambiguity, processing the information received from the unit for generating orientation parameters, the unit for generating navigation parameters, the unit for complex processing of information, and the receiving equipment for satellite navigation systems , при этом измерительный блок выполнен с возможностью передачи информации о составляющих угловой скорости объекта на вход блока выработки параметров ориентации, информации о составляющих линейного ускорения объекта на вход блока выработки навигационных параметров, while the measuring unit is configured to transmit information about the components of the angular velocity of the object to the input of the block generating orientation parameters, information about the components of linear acceleration of the object to the input of the block generating navigation parameters, блок выработки параметров ориентации выполнен с возможностью передачи информации о параметрах ориентации в блок выработки навигационных параметров и в блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений, the unit for generating orientation parameters is configured to transmit information about the orientation parameters to the unit for generating navigation parameters and to the unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements, блок выработки навигационных параметров выполнен с возможностью передачи информации о координатах места и составляющих линейной скорости движения объекта в блок комплексной обработки информации и в блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений,the unit for generating navigation parameters is configured to transmit information about the coordinates of the place and the components of the linear velocity of the object to the complex information processing unit and to the unit for generating and resolving the ambiguity of the difference phase measurements, блок комплексной обработки информации выполнен с возможностью передачи информации: complex information processing unit is configured to transmit information: - об оценках погрешностей параметров ориентации измерительного блока бескарданного инерциального измерительного модуля в блок выработки параметров ориентации, - on the estimates of the errors in the orientation parameters of the measuring unit of the gimballess inertial measuring module in the unit for generating orientation parameters, – об оценках дрейфов гироскопов в блок выработки параметров ориентации, - on the estimates of the drifts of gyroscopes in the block generating orientation parameters, – об оценках погрешностей координат места измерительного блока бескарданного инерциального измерительного модуля и погрешностей составляющих линейной скорости движения объекта в блок выработки навигационных параметров,- about the estimates of the errors of the coordinates of the measuring unit of the gimballess inertial measuring module and the errors of the components of the linear velocity of the object in the block generating navigation parameters, – об оценках погрешностей разностных фазовых измерений вторых разностей фаз в блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений,- about the error estimates of the difference phase measurements of the second phase differences in the block for the formation and resolution of the ambiguity of the difference phase measurements, и с возможностью приёма и обработки информации о координатах места и составляющих линейной скорости движения объекта, поступающих от блока выработки навигационных параметров, об измеренных значениях навигационных параметров, поступающих от приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, об измеренных значениях разностей вторых разностей фаз сигналов навигационных спутников, поступающих от блока формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений,and with the possibility of receiving and processing information about the coordinates of the place and the components of the linear speed of the object coming from the unit for generating navigation parameters, about the measured values of the navigation parameters coming from the receiving equipment of satellite navigation systems, about the measured values of the differences of the second phase differences of the signals of the navigation satellites coming from the unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements, блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений выполнен с возможностью передачи информации о разностных фазовых измерениях вторых разностей фаз в блок комплексной обработки информации и с возможностью приёма и обработки информации: the unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements is configured to transmit information about the difference phase measurements of the second phase differences to the complex information processing unit and with the possibility of receiving and processing information: – о полных разностях фаз сигналов навигационных спутников, координатах навигационных спутников, поступающих от приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, - about the complete phase differences of the signals of the navigation satellites, the coordinates of the navigation satellites coming from the receiving equipment of satellite navigation systems, – о параметрах ориентации, поступающих от блока выработки параметров ориентации,- about the orientation parameters coming from the block generating orientation parameters, – о координатах места и составляющих линейной скорости движения объекта, поступающих от блока выработки навигационных параметров,- about the coordinates of the place and the components of the linear velocity of the object coming from the block generating navigation parameters, – оценках погрешностей разностных измерений вторых разностей фаз сигналов навигационных спутников, поступающих от блока комплексной обработки информации,- estimates of errors of difference measurements of the second phase differences of the signals of the navigation satellites coming from the complex information processing unit, отличающаяся тем, что characterized in that бескарданный инерциальный измерительный модуль и антенный модуль выполнены с возможностью вращения относительно географических осей в плоскости горизонта, причём блок комплексной обработки информации и блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений выполнены с возможностью обработки информации сигналов навигационных спутников различных глобальных спутниковых навигационных систем с кодовым и частотным разделением сигналов, the gimballess inertial measuring module and antenna module are made with the possibility of rotation relative to the geographic axes in the horizontal plane, and the complex information processing unit and the unit for generating and resolving the ambiguity of difference phase measurements are made with the possibility of processing information from navigation satellite signals of various global satellite navigation systems with code and frequency division signals при этом блок комплексной обработки информации выполнен с возможностью приёма и обработки информации:while the integrated information processing unit is configured to receive and process information: - о координатах места и составляющих линейной скорости движения объекта от блока выработки навигационных параметров, - about the coordinates of the place and the components of the linear velocity of the object from the block generating navigation parameters, - об измеренных значениях навигационных параметров, поступающих от приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, - about the measured values of the navigation parameters coming from the receiving equipment of satellite navigation systems, - о вторых разностях фаз сигналов навигационных спутников от блока формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений, - about the second phase differences of the signals of the navigation satellites from the unit for generating and resolving the ambiguity of the differential phase measurements, причём блок формирования и разрешения неоднозначности разностных фазовых измерений выполнен с возможностью приёма и обработки информации:moreover, the unit for the formation and resolution of the ambiguity of difference phase measurements is made with the possibility of receiving and processing information: - о координатах навигационных спутников и измеренных значениях полных разностей фаз сигналов навигационных спутников от приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем, - about the coordinates of the navigation satellites and the measured values of the total phase differences of the signals of the navigation satellites from the receiving equipment of satellite navigation systems, - о параметрах ориентации от блока выработки параметров ориентации, - about the orientation parameters from the block generating orientation parameters, - о координатах места и линейных скоростях движения объекта от блока выработки навигационных параметров,- about the coordinates of the place and the linear speeds of the object from the block generating navigation parameters, - о погрешностях разностных измерений вторых разностей фаз от блока комплексной обработки информации.- about the errors of the difference measurements of the second phase differences from the complex information processing unit. 2. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации по п. 1, отличающаяся тем, что бескарданный инерциальный измерительный модуль снабжён приводом с датчиком угла, выполненным с возможностью обеспечения модуляционного вращения и измерения угла поворота измерительного блока вокруг оси, ортогональной палубе.2. The integrated inertial-satellite orientation and navigation system according to claim 1, characterized in that the gimballess inertial measuring module is equipped with a drive with an angle sensor configured to provide modulation rotation and measure the rotation angle of the measuring unit around an axis orthogonal to the deck. 3. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации по п. 2, отличающаяся тем, что блок выработки параметров ориентации выполнен с возможностью приёма информации об угле поворота привода от датчика угла. 3. The integrated inertial-satellite orientation and navigation system according to claim 2, characterized in that the unit for generating orientation parameters is configured to receive information about the angle of rotation of the drive from the angle sensor. 4. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации по п. 2, отличающаяся тем, что блок комплексной обработки информации выполнен с возможностью выработки и передачи информации об оценке погрешности масштабного коэффициента гироскопа измерительного блока, установленного по оси вращения измерительного блока.4. The integrated inertial-satellite orientation and navigation system according to claim 2, characterized in that the complex information processing unit is capable of generating and transmitting information about estimating the error of the scale factor of the gyroscope of the measuring unit installed along the rotation axis of the measuring unit. 5. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации по п. 2, отличающаяся тем, что блок комплексной обработки информации выполнен с возможностью выработки и передачи информации об оценках погрешностей координат места и составляющих линейной скорости движения объекта, поступающей на вход блока вычисления навигационных параметров, информации об оценках дрейфов акселерометров, поступающей на вход блока вычисления навигационных параметров. 5. The integrated inertial-satellite orientation and navigation system according to claim 2, characterized in that the complex information processing unit is capable of generating and transmitting information about estimates of location coordinates errors and components of the linear velocity of an object arriving at the input of the navigation parameter calculation unit, information about accelerometer drift estimates received at the input of the navigation parameter calculation unit. 6. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации по п. 2, отличающаяся тем, что антенный модуль приёмной аппаратуры спутниковых навигационных систем жёстко установлен в осях измерительного блока бескарданного инерциального измерительного блока в плоскости, параллельной палубе объекта, таким образом, что расстояние между антеннами менее длины волны несущей частоты спутникового сигнала. 6. The integrated inertial-satellite orientation and navigation system according to claim 2, characterized in that the antenna module of the receiver of satellite navigation systems is rigidly mounted in the axes of the measuring unit of the gimballess inertial measuring unit in a plane parallel to the deck of the object, so that the distance between the antennas less than the carrier wavelength of the satellite signal.
RU2016129957A 2015-05-26 2015-05-26 Integrated inertial-satellite systems of orientation and navigation RU2633703C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000327 WO2016190771A1 (en) 2015-05-26 2015-05-26 Integrated inertial satellite system for orientation and navigation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2633703C1 true RU2633703C1 (en) 2017-10-17

Family

ID=57392887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016129957A RU2633703C1 (en) 2015-05-26 2015-05-26 Integrated inertial-satellite systems of orientation and navigation

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2633703C1 (en)
WO (1) WO2016190771A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794556C1 (en) * 2022-09-23 2023-04-21 Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики"(ЦНИИ РТК) Method for remote control of mobile robot with delays in the information transmission channel

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107248891B (en) * 2017-06-13 2023-08-04 施浒立 Direction and gesture measuring device for mobile communication antenna pointing monitoring
CN109579835A (en) * 2018-12-26 2019-04-05 深圳市招科智控科技有限公司 A kind of AGV Position Fixing Navigation System and method based on inertial navigation and differential technique
CN110455313A (en) * 2019-08-16 2019-11-15 北京神导科讯科技发展有限公司 A kind of detection device of optical fibre gyro
CN113739817B (en) * 2020-05-29 2023-09-26 上海华依智造动力技术有限公司 Online automatic debugging method for signal fusion algorithm parameters of automobile integrated navigation equipment
CN114910068A (en) * 2022-05-18 2022-08-16 深圳市天陆海导航设备技术有限责任公司 Hybrid inertial navigation and satellite combined navigation system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2271384C1 (en) * 2004-11-24 2006-03-10 Светлана Ивановна Варламова Method for regeneration of exhaust industrial oil
US20100117894A1 (en) * 2008-01-09 2010-05-13 Mayfllower Communications Company, Inc. Gps-based measurement of roll rate and roll angle of spinning platforms
RU2462690C1 (en) * 2011-05-13 2012-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial satellite system for orientation and navigation
RU2523670C1 (en) * 2013-03-22 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial-satellite system of orientation and navigation for marine facilities

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070032950A1 (en) * 2005-08-05 2007-02-08 Raven Industries, Inc. Modular high-precision navigation system
FI124697B (en) * 2012-04-04 2014-12-15 Jc Inertial Oy Positioning of vehicles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2271384C1 (en) * 2004-11-24 2006-03-10 Светлана Ивановна Варламова Method for regeneration of exhaust industrial oil
US20100117894A1 (en) * 2008-01-09 2010-05-13 Mayfllower Communications Company, Inc. Gps-based measurement of roll rate and roll angle of spinning platforms
RU2462690C1 (en) * 2011-05-13 2012-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial satellite system for orientation and navigation
RU2523670C1 (en) * 2013-03-22 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial-satellite system of orientation and navigation for marine facilities

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794556C1 (en) * 2022-09-23 2023-04-21 Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики"(ЦНИИ РТК) Method for remote control of mobile robot with delays in the information transmission channel
RU220455U1 (en) * 2023-06-01 2023-09-14 Общество с ограниченной ответственностью ДИЗАЙН ЦЕНТР "ГЕОСТАР НАВИГАЦИЯ" NAVIGATION MODULE GeoS-5ME

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016190771A1 (en) 2016-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2837179C (en) Determining spatial orientation information of a body from multiple electromagnetic signals
EP1690067B1 (en) System and method for using multiple aiding sensors in a deeply integrated navigation system
RU2633703C1 (en) Integrated inertial-satellite systems of orientation and navigation
EP2502026A2 (en) Spatial alignment determination for an inertial measurement unit (imu)
Korkishko et al. Strapdown inertial navigation systems based on fiber-optic gyroscopes
RU2375680C1 (en) Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis
RU2462690C1 (en) Integrated inertial satellite system for orientation and navigation
RU2488137C2 (en) Method for integrating direction finding signals of viewing object of inertial and radar discriminators and system for realising said method
US20160170030A1 (en) Orientation Measurements for Drift Correction
Chernodarov et al. Software seminatural development for fog inertial satellite navigation system SINS-500
US9217639B1 (en) North-finding using inertial navigation system
Emel’yantsev et al. Improving the accuracy of GPS compass for small-sized objects
RU2561003C1 (en) Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis
Tran et al. Heading Estimation for Autonomous Robot Using Dual-Antenna GPS
RU2523670C1 (en) Integrated inertial-satellite system of orientation and navigation for marine facilities
RU2375679C2 (en) Inertial-satellite navigation, orientation and stabilisation system
Emel’yantsev et al. Initial alignment of SINS measuring unit and estimation of its errors using satellite phase measurements
Martin Overcoming the challenges of low-cost inertial navigation
Emel’yantsev et al. Use of maneuvering to improve the accuracy of ship autonomous SINS
RU2428659C2 (en) Method for satellite correction of gyroscopic navigation systems of naval objects
Emel’yantsev et al. Improving information autonomy of marine SINS
Emel’yantsev et al. Calibration of in-run drifts of strapdown inertial navigation system with uniaxial modulation rotation of measurement unit
Emel’yantsev et al. Using phase measurements for determining a vehicle’s attitude parameters by a GPS-aided inertial system
RU2776856C2 (en) Methods for determining the values of orientation angles during the movement of the aircraft and correcting the values of orientation angles
Sollie Estimation of uav position, velocity and attitude using tightly coupled integration of imu and a dual gnss receiver setup

Legal Events

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

Effective date: 20200527

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20220322