RU2751143C1 - Method for automation of sensor calibration of strapdown inertial system of unmanned aerial vehicle - Google Patents

Method for automation of sensor calibration of strapdown inertial system of unmanned aerial vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2751143C1
RU2751143C1 RU2020125207A RU2020125207A RU2751143C1 RU 2751143 C1 RU2751143 C1 RU 2751143C1 RU 2020125207 A RU2020125207 A RU 2020125207A RU 2020125207 A RU2020125207 A RU 2020125207A RU 2751143 C1 RU2751143 C1 RU 2751143C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sins
calibration
sensors
websockets
database
Prior art date
Application number
RU2020125207A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Иванович Линец
Константин Мингалеевич Сагдеев
Роман Александрович Воронкин
Михаил Александрович Исаев
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Priority to RU2020125207A priority Critical patent/RU2751143C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2751143C1 publication Critical patent/RU2751143C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • G06F17/16Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/048Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI]
    • G06F3/0481Interaction techniques based on graphical user interfaces [GUI] based on specific properties of the displayed interaction object or a metaphor-based environment, e.g. interaction with desktop elements like windows or icons, or assisted by a cursor's changing behaviour or appearance
    • G06F3/0482Interaction with lists of selectable items, e.g. menus

Abstract

FIELD: regulating.SUBSTANCE: invention relates to methods for automatic calibration of strapdown inertial systems (SINS) including acceleration sensors (accelerometers) and angular rate sensors (ARS) in form of gyroscopes. The substance of the invention consists in the fact that interaction of the SINS sensors and the calibration table with the service applications located on workstations is executed by the RS-232/RS-485 protocol; in the web controller, based on the data received from the SINS sensors and stored in the database, the calibration matrices of accelerometers and gyroscopes, as well as the matrices of temperature compensation polynomials, are calculated, the calculated matrices are recorded in the database and the SINS calculator. To provide secure remote access to information resources in a secure segment of the local network, an enhanced authentication technology based on a cryptographic token generated by the web controller is used. To provide a possibility of adapting the method to an expanded number of simultaneously calibrated apparatuses (SINS), WebSockets messages are broadcast; message brokers generated by a WebSockets broadcast support module are used therefor.EFFECT: increased productivity of the procedure of calibration of SINS sensors due to ensured automation thereof and the expanded number of simultaneously calibrated apparatuses (SINS); increased protection against unauthorised access to the information resources in the secure segment of the local network between the web controller and the service applications due to the applied enhanced authentication technology.2 cl, 15 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Предлагаемое изобретение относится к способам калибровки инерциальных датчиков и к инерциальным измерительным устройствам. В частности, изобретение относится к способам автоматической калибровки бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), в состав которых входят акселерометры и гироскопы.The present invention relates to methods for calibrating inertial sensors and to inertial measuring devices. In particular, the invention relates to methods for automatic calibration of strapdown inertial navigation systems (SINS), which include accelerometers and gyroscopes.

Уровень техникиState of the art

Точность работы БИНС, используемой в роботизированных беспилотных летательных аппаратах (РБЛА), зависит от точностных характеристик и качества выполнения калибровки ее датчиков: акселерометров и гироскопов. Это вызвано тем, что в малогабаритных РБЛА используются датчики на основе технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС), недостатком которых является наличие систематических и случайных погрешностей. Для устранения этого недостатка производят калибровку датчиков, целью которой является определение их систематических погрешностей, которые затем учитываются в алгоритмах бортового вычислителя БИНС.The accuracy of the SINS used in robotic unmanned aerial vehicles (UAVs) depends on the accuracy characteristics and the quality of the calibration of its sensors: accelerometers and gyroscopes. This is due to the fact that in small-sized UAVs, sensors are used based on the technology of microelectromechanical systems (MEMS), the disadvantage of which is the presence of systematic and random errors. To eliminate this drawback, the sensors are calibrated, the purpose of which is to determine their systematic errors, which are then taken into account in the algorithms of the SINS on-board computer.

Калибровка выполняется на специальных наклонно-поворотных (калибровочных) стендах, которые ориентируется относительно плоскостей горизонта и меридиана, вращаются и разворачиваются на постоянные углы. При этом ориентацию стенда, измерение угловых скоростей вращения и углов ориентации БИНС осуществляют с высокой точностью. Измеренные систематические погрешности датчиков, называемые калибровочными коэффициентами, после окончания калибровки записываются в бортовой вычислитель БИНС для компенсации систематических погрешностей.Calibration is performed on special tilt-rotary (calibration) stands, which are oriented relative to the horizon and meridian planes, rotate and rotate at constant angles. In this case, the orientation of the stand, the measurement of the angular velocities of rotation and the angles of orientation of the SINS are carried out with high accuracy. The measured systematic errors of the sensors, called calibration coefficients, after the end of the calibration are written into the SINS on-board computer to compensate for the systematic errors.

Существенными недостатками известных способов калибровки датчиков БИНС являются низкая технологичность, высокая трудоемкость и длительность процедуры калибровки. При этом в процессе калибровки могут вноситься ошибки, вызванные человеческим фактором.Significant disadvantages of the known methods of calibration of SINS sensors are low manufacturability, high labor intensity and duration of the calibration procedure. This can introduce human error during the calibration process.

В результате анализ уровня техники установлено, что существует изобретательская (неочевидная) задача, заключающаяся в разработке способа автоматизации калибровки датчиков БИНС РБЛА. Такой способ за счет автоматизации процедуры калибровки позволит существенно повысить ее производительность, а также исключить систематические ошибки, вызванные человеческим фактором.As a result of the analysis of the prior art, it was found that there is an inventive (non-obvious) problem, which consists in developing a method for automating the calibration of SINS RBVA sensors. This method, due to the automation of the calibration procedure, will significantly increase its productivity, as well as eliminate systematic errors caused by the human factor.

Характеристика аналогов технического решенияCharacteristics of analogs of the technical solution

Известен способ калибровки датчиков угловой скорости бесплатформенного инерциального измерительного модуля (БИИМ) [см. описание изобретения к патенту РФ №2447404 C2 от 16.06.2010, МПК G01C 21/00, опубл. 10.04.2012, бюл. №10]. Способ заключается в том, что эталонное значение вектора угловой скорости при вращении БИИМ вокруг приблизительно горизонтальной оси определяют по показаниям датчиков линейного ускорения (ДЛУ), проводят идентификацию математических моделей датчиков угловой скорости (ДУС), при этом определяют нулевые сигналы ДУС, матрицу, описывающую масштабные коэффициенты, перекрестные связи, ориентацию осей чувствительности ДУС в БИИМ, матрицу, описывающую влияние линейного ускорения на показания ДУС, а затем учитывают идентифицированные коэффициенты в алгоритмах работы БИИМ, при этом не накладывают ограничений на число и расположение калибруемых ДУС в составе БИИМ.A known method of calibrating the angular velocity sensors of the strapdown inertial measuring module (BIIM) [see. description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2447404 C2 from 16.06.2010, IPC G01C 21/00, publ. 10.04.2012, bul. No. 10]. The method consists in the fact that the reference value of the angular velocity vector during the rotation of the IRM around an approximately horizontal axis is determined according to the readings of the linear acceleration sensors (DLU), the identification of mathematical models of the angular velocity sensors (ADS) is carried out, while the zero signals of the ADS are determined, the matrix describing the scale coefficients, cross-links, orientation of the sensitivity axes of the ADS in the BIIM, a matrix describing the effect of linear acceleration on the readings of the ADS, and then take into account the identified coefficients in the algorithms for the operation of the BIIM, and do not impose restrictions on the number and location of the ADS to be calibrated as part of the BIIM.

Также известен способ и устройство калибровки инерциальных измерительных модулей (ИИМ) [см. описание изобретения к патенту РФ №2602736 C1 от 03.08.2015, МПК G01P 21/00, опубл. 20.11.2016, бюл. №32]. В указанном способе калибровки ИИМ, включающем установку ИИМ на платформу устройства для калибровки таким образом, чтобы обеспечить задание угловой скорости двигателем вокруг трех приблизительно ортогональных осей ИИМ, выполняют вращение ИИМ вокруг приблизительно горизонтальной оси с переменными угловыми скоростями и идентификацию составляющих математических моделей ДУС, в частности погрешности масштабного коэффициента, постоянной составляющей скорости дрейфа и коэффициентов g-чувствительности, при этом вращения вокруг трех ортогональных осей системы координат, связанной с ИИМ, осуществляют путем однократного закрепления ИИМ на платформе устройства, а оценка составляющих как моделей ошибок для ДУС, так и для моделей ошибок акселерометров, включающих погрешности масштабного коэффициента и нулевые сигналы, осуществляют на основе вычисления невязок оценок углов разворота осей чувствительности ИИМ по показаниям ДУС и акселерометров в результате единого цикла калибровочных движений, при этом на платформу дополнительно размещают интерфейс беспроводной передачи данных.Also known is a method and device for calibrating inertial measuring modules (IMM) [see. description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2602736 C1 from 03.08.2015, IPC G01P 21/00, publ. 20.11.2016, bul. No. 32]. In the specified method of IMM calibration, including the installation of the IMU on the platform of the device for calibration in such a way as to ensure the setting of the angular velocity by the motor around three approximately orthogonal IMU axes, the IMU is rotated around an approximately horizontal axis with variable angular velocities and the components of the mathematical models of the CRS are identified, in particular errors of the scale factor, the constant component of the drift velocity and the g-sensitivity coefficients, while rotation around three orthogonal axes of the coordinate system associated with the IMM is carried out by single fixing the IMM on the device platform, and the evaluation of the components of both error models for the ADS and for the models errors of accelerometers, including errors of the scale factor and zero signals, are carried out on the basis of calculating the residuals of the estimates of the angles of rotation of the IMM sensitivity axes according to the readings of the DUS and accelerometers as a result of a single cycle of calibration movements, while m, an additional interface for wireless data transmission is placed on the platform.

Недостатком этих способов является отсутствие явных указаний на автоматизацию процесса калибровки, что может привести к значительному увеличению временных затрат на калибровку ДУС и акселерометров, прежде чем будут получены приемлемые результаты. При этом в процессе калибровки могут вноситься ошибки, вызванные человеческим фактором.The disadvantage of these methods is the lack of explicit instructions for the automation of the calibration process, which can lead to a significant increase in the time spent on calibrating the RCS and accelerometers before acceptable results are obtained. This can introduce human error during the calibration process.

Известен способ калибровки преобразователей (Calibration of transducers) [см. описание изобретения к патенту GB 25404630 A от 18.01.2017, кл. G01G 23/01; G01D 18/00]. Он заключается в установке датчика измерения нагрузки на летательном аппарате (самолете), в котором нагрузки должны измеряться с использованием калиброванного датчика, при этом удаленная база данных опрашивается с использованием дополнительного кода для извлечения данных калибровки, которые передаются в блок управления, после чего осуществляется управление набором преобразователей, причем каждый набор преобразователей калибруется, с последующей записью данных калибровки в базу данных.The known method of calibration of transducers (Calibration of transducers) [see. description of the invention to the patent GB 25404630 A from 18.01.2017, cl. G01G 23/01; G01D 18/00]. It consists in installing a load measurement sensor on the aircraft (aircraft), in which the loads are to be measured using a calibrated sensor, while the remote database is interrogated using an additional code to retrieve the calibration data, which is transmitted to the control unit, after which the set is controlled transducers, and each set of transducers is calibrated, followed by recording the calibration data in the database.

Недостатком этого способа является его ограниченные функциональные возможности, вследствие чего он не может быть применен к РБЛА.The disadvantage of this method is its limited functionality, as a result of which it cannot be applied to RBVs.

Устранение недостатков приведенных способов калибровки возможно за счет построения распределенной информационной системы, обеспечивающей автоматизацию процесса калибровки. В связи с этим проведен патентный поиск в смежных областях техники для выявления известных технических решений, у которых имеются признаки, совпадающие с признаками заявляемого изобретения.Elimination of the disadvantages of the above calibration methods is possible by building a distributed information system that provides automation of the calibration process. In this regard, a patent search was carried out in related fields of technology to identify known technical solutions that have features that coincide with the features of the claimed invention.

Известна система коммуникации (система для графического веб-общения в реальном времени с использованием HTML 5 WebSockets), работающая в режиме реального времени с помощью протокола HTML 5 WebSockets [см. патент US2015/0341472 A1 от 26.11.2015, кл. H04L 29/06; H04L 12/58; H04L 29/08]. Способ, реализованный в данной системе позволяет нескольким пользователям взаимодействовать в веб-среде, отслеживая и отображая в реальном времени сообщения друг друга, местоположение, состояние, графику и другие жесты общения.Known communication system (a system for graphical web communication in real time using HTML 5 WebSockets), operating in real time using the HTML 5 WebSockets protocol [see. patent US2015 / 0341472 A1 from 26.11.2015, cl. H04L 29/06; H04L 12/58; H04L 29/08]. The method implemented in this system allows multiple users to interact in a web environment, tracking and displaying in real time each other's messages, location, status, graphics and other communication gestures.

К недостаткам данной системы можно отнести то, что она нацелена в первую очередь на работу пользователей между собой и не может быть использована без существенной переработки для решения специфических задач, связанных с калибровкой датчиков БИНС.The disadvantages of this system can be attributed to the fact that it is aimed primarily at the work of users among themselves and cannot be used without significant processing to solve specific problems related to the calibration of SINS sensors.

Известна система и способ автоматической шунтовой калибровки датчика [см. патент US 2014 / 245808 A1 от 04.09.2014], а которой узел датчика может включать в себя мост Уитстона с одним или несколькими чувствительными элементами, усилитель, подключенный к мосту Уитстона для обеспечения выходного сигнала датчика, резистор и переключатель для подключения резистора между датчиком и регулируемым выходом источника питания для индукции смещение выходного сигнала датчика. В некоторых случаях контроллер может выполнять процедуру автоматической калибровки шунта, активируя переключатель для подключения резистора между датчиком и регулируемым выходом источника питания, чтобы вызвать смещение в выходном сигнале датчика. Контроллер может считывать выходное значение и сравнивать выходное значение с заранее определенным значением. Контроллер может регулировать выходную мощность источника питания до значения, которое перемещает выходное значение датчика к предварительно определенному значению. Контроллер может повторить считывание.A known system and method for automatic shunt calibration of the sensor [see. patent US 2014/245808 A1 dated 09/04/2014], and in which the sensor assembly may include a Wheatstone bridge with one or more sensing elements, an amplifier connected to the Wheatstone bridge to provide an output signal of the sensor, a resistor and a switch for connecting a resistor between the sensor and adjustable power supply output for induction bias sensor output. In some cases, the controller can perform an automatic shunt calibration routine by activating a switch to connect a resistor between the transmitter and the regulated power supply output to cause a bias in the transmitter output. The controller can read the output value and compare the output value with a predetermined value. The controller can adjust the output of the power supply to a value that moves the output of the sensor to a predetermined value. The controller can repeat the reading.

Недостатком данной системы является ее узкая функциональная ограниченность, поскольку используется для автоматической калибровки тензометрических датчиков.The disadvantage of this system is its narrow functional limitation, since it is used for automatic calibration of strain gauges.

В смежных областях техники также известны система и способ для интеграции микросервисов [см. патент US 2017/0160880 A1 от 08.06.2017, кл. G06F 3/0482; G06F 3/04842; G06F 17/30554; G06F 17/30867]. Данный способ предусматривает отображение графической среды и определяет предлагаемый следующий микросервис в соответствии с данными об использовании. По меньшей мере, один из микросервисов может получить доступ к аппаратному датчику, который генерирует данные измерений, по меньшей мере, для одного микросервиса.A system and method for integrating microservices is also known in related technical fields [cf. US patent 2017/0160880 A1 dated 06/08/2017, cl. G06F 3/0482; G06F 3/04842; G06F 17/30554; G06F 17/30867]. This method displays a graphical environment and identifies the next proposed microservice according to the usage data. At least one of the microservices can access a hardware sensor that generates measurement data for at least one microservice.

К недостаткам данной системы и способа можно отнести ограниченные функциональные возможности, поскольку работа системы с датчиками ведется только в режиме чтения информации, вследствие чего отсутствует возможность записи калибровочной информации в вычислитель БИНС. Кроме того, отсутствует какая-либо информация о возможности хранения калибровочных данных в базе данных системы.The disadvantages of this system and method include limited functionality, since the operation of the system with sensors is carried out only in the information reading mode, as a result of which there is no possibility of recording calibration information into the SINS calculator. In addition, there is no information about the possibility of storing calibration data in the system database.

Характеристика выбранного прототипаCharacteristics of the selected prototype

Наиболее близким к заявленному изобретению по своей технической сущности и достигаемому результату является универсальная система тестирования устройств [см. описание изобретения к патенту World Intellectual Property Organization WO 2017/053961 Al от 26.09.2016, опубл. 30.03.2017]. Способ, реализующий систему, предназначен для независимого тестирования нескольких разнородных или подобных устройств. Тестируемые устройства (DUT) могут включать в себя телевизионные приставки, беспроводные маршрутизаторы и модем/устройства eMTA. Система включает в себя в режиме реального времени, двунаправленную/асинхронную связь и взаимодействие между компонентами системы. Кроме того, в системе присутствует панель оператора (пользовательский интерфейс), используемая для организации непосредственно процесса тестирования. В системе так же присутствует исполнитель/процессор тестирования ядра для тестирования множества устройств, одновременно использующих контейнеры виртуализации для взаимодействия через интерфейсы соответствующих тестируемых устройств. Описанная система тестирования предоставляет отдельный набор контейнеров виртуализации для каждого из поднаборов тестируемых устройств, который может выполнять тесты WiFiLayer 2 и WiFiLayer 3 таким образом, чтобы минимизировать или избежать помех беспроводной связи.The closest to the claimed invention in terms of its technical essence and the achieved result is a universal device testing system [see. description of the invention to the patent World Intellectual Property Organization WO 2017/053961 Al dated 09/26/2016, publ. 03/30/2017]. The method implementing the system is intended for independent testing of several dissimilar or similar devices. Devices under test (DUT) can include set-top boxes, wireless routers, and modem / eMTA devices. The system includes real-time, bi-directional / asynchronous communication and interaction between system components. In addition, the system has an operator panel (user interface) used to organize the testing process itself. The system also has a core test runner / processor for testing multiple devices, simultaneously using virtualization containers to interact through the interfaces of the corresponding tested devices. The test framework described provides a separate set of virtualization containers for each of the subsets of the device under test that can perform WiFiLayer 2 and WiFiLayer 3 tests in a way that minimizes or avoids wireless interference.

Данная система принята за прототип для заявляемого изобретения.This system is taken as a prototype for the claimed invention.

Достоинство данной системы состоит в том, что она позволяет автоматизировать процедуру проверки множества разнородных или подобных устройств тестирования, обеспечивая оператора пользовательским интерфейсом, с помощью которого он управляет тестированием множества этих устройств одновременно, но асинхронно и независимо друг от друга, используя универсальный тестер (средство тестирования). При этом система позволяет тестировать интерфейсы следующих типов устройств: телевизионных приставок, беспроводных маршрутизаторов, кабельных модемов абонентского оборудования (eMTA).The advantage of this system is that it allows you to automate the procedure for testing many dissimilar or similar testing devices, providing the operator with a user interface with which he controls the testing of many of these devices simultaneously, but asynchronously and independently of each other, using a universal tester (testing tool ). At the same time, the system allows testing the interfaces of the following types of devices: set-top boxes, wireless routers, cable modems of subscriber equipment (eMTA).

Вместе с тем данная система, являющаяся наиболее близким аналогом (прототипом), обладает следующими недостатками. Система не позволяет тестировать датчики БИНС (акселерометры и гироскопы) и вычислять матрицы калибровочных коэффициентов и матрицы полиномов температурной компенсации с последующей записью их в вычислитель БИНС. В системе тестирования не предусмотрена возможность ее применения в защищенном контуре локальной вычислительной сети. Применение в системе контейнеров виртуализации для взаимодействия с тестируемыми устройствами усложняет их настройку, снижает стабильность работы средств тестирования. Кроме того, в системе отсутствует возможность широковещательной отправки сообщений Web Sockets, что приводит к невозможности одновременной калибровки датчиков нескольких БИНС.However, this system, which is the closest analogue (prototype), has the following disadvantages. The system does not allow testing SINS sensors (accelerometers and gyroscopes) and calculating the matrix of calibration coefficients and matrices of temperature compensation polynomials with their subsequent writing to the SINS calculator. The testing system does not provide for the possibility of its use in a protected circuit of a local area network. The use of virtualization containers in the system to interact with the tested devices complicates their configuration and reduces the stability of the testing tools. In addition, the system lacks the ability to broadcast Web Sockets messages, which makes it impossible to simultaneously calibrate the sensors of several SINS.

Следовательно, изобретение-прототип имеет ограниченные функциональные возможности, не позволяя реализовывать специальные задачи, возникающих при калибровке акселерометров и гироскопов БИНС в РБЛА.Consequently, the prototype invention has limited functionality, not allowing the implementation of special tasks arising from the calibration of SINS accelerometers and gyroscopes in RBLA.

Задача и технический результат изобретенияThe task and the technical result of the invention

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей распределенной информационной системы путем реализации процедуры автоматизированной калибровки датчиков БИНС, обеспечения возможности адаптации к расширению количества одновременно калибруемых устройств (БИНС), обеспечения защищенного удаленного доступа к информационным ресурсам в защищенном сегменте локальной сети.The objective of the invention is to expand the functionality of a distributed information system by implementing the procedure for automated calibration of SINS sensors, providing the ability to adapt to the expansion of the number of simultaneously calibrated devices (SINS), providing secure remote access to information resources in a protected segment of the local network.

Технический результат изобретения заключается:The technical result of the invention consists in:

- в повышении производительности процедуры калибровки датчиков БИНС (акселерометров и гироскопов) за счет обеспечения ее автоматизации и расширения количества одновременно калибруемых устройств (БИНС);- in increasing the productivity of the procedure for calibrating SINS sensors (accelerometers and gyroscopes) by ensuring its automation and expanding the number of simultaneously calibrated devices (SINS);

- в повышении защиты от несанкционированного доступа к информационным ресурсам в защищенном сегменте локальной сети между веб-контроллером и приложениями-сервисами за счет применения технологии усиленной аутентификации.- in increasing the protection against unauthorized access to information resources in the protected segment of the local network between the web controller and service applications through the use of enhanced authentication technology.

Указанный технический результат достигается тем, что в способ автоматизации калибровки датчиков бесплатформенной инерциальной системы роботизированного беспилотного летательного аппарата (РБЛА), заключающийся в том, что бесплатформенную инерциальную систему (БИНС), содержащую акселерометры и гироскопы (датчики БИНС), размещают и закрепляют на калибровочном столе с температурной камерой, датчики БИНС и калибровочный стол подключают к находящимся в сегменте локальной сети рабочим станциям, на которых запускают приложения-сервисы для взаимодействия с оборудованием (датчиками БИНС и калибровочным столом), для обмена данными между приложениями-сервисами и автоматическим рабочим местом (АРМ) оператора используют веб-контроллер, с помощью которого выполняют обработку HTTP-запросов и обработку/отправку сообщений WebSockets, при этом двустороннюю и асинхронную связь в реальном времени между пользовательским интерфейсом и приложениями-сервисами обеспечивают множеством сообщений WebSockets, полученные в процессе калибровки исходные (необработанные) данные и журналы процедуры калибровки записывают в базу данных, введена совокупность отличительных признаков , с помощью которых взаимодействие датчиков БИНС и калибровочного стола с приложениями-сервисами, размещенными на рабочих станциях, осуществляют по протоколу RS-232/RS-485; в веб-контроллере на основании данных, полученных от датчиков БИНС и хранящихся в базе данных, производят расчет матриц калибровки акселерометров и гироскопов, а также матриц полиномов температурной компенсации, рассчитанные матрицы записывают в базу данных и вычислитель БИНС, при этом для обеспечения защищенного удаленного доступа к информационным ресурсам в защищенном сегменте локальной сети выполняют процедуру аутентификации токена, генерируемого веб-контроллером, затем сохраняют токен на локальной станции сервиса, дополнительно осуществляют с помощью веб-контроллера процедуру верификации токена для проверки валидности сохраненного токена на локальной станции сервиса, используют токен для аутентификации сервиса без повторного ввода учетных данных пользователя, от имени которого ведется информационный обмен по протоколу WebSockets.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of automating the calibration of the sensors of the strapdown inertial system of a robotic unmanned aerial vehicle (RBVA), which consists in the fact that the strapdown inertial system (SINS), containing accelerometers and gyroscopes (SINS sensors), is placed and fixed on the calibration table with a temperature chamber, SINS sensors and a calibration table are connected to workstations located in the local network segment, on which service applications are launched to interact with equipment (SINS sensors and a calibration table), for data exchange between service applications and an automated workstation (AWP ) operators use a web controller to handle HTTP requests and handle / send WebSockets messages, while two-way and asynchronous real-time communication between the UI and service applications provide multiple WebSockets messages, receiving The initial (raw) data and logs of the calibration procedure obtained during the calibration process are recorded in the database, a set of distinctive features has been introduced , with the help of which the interaction of the SINS sensors and the calibration table with the service applications located on the workstations is carried out using the RS-232 / RS protocol -485; in the web controller, based on the data received from the SINS sensors and stored in the database, the calibration matrices of accelerometers and gyroscopes, as well as the matrices of temperature compensation polynomials, are calculated, the calculated matrices are written into the database and the SINS calculator, while ensuring secure remote access to information resources in the protected segment of the local network, they perform the authentication procedure for the token generated by the web controller, then save the token at the local service station, additionally use the web controller to verify the token to check the validity of the saved token at the local service station, use the token for authentication service without re-entering the credentials of the user on whose behalf the information exchange is carried out using the WebSockets protocol.

В предлагаемом способе для обеспечения возможности его адаптации к расширению количества одновременно калибруемых устройств (БИНС), осуществляют широковещательную отправку сообщений WebSockets, для этого используют брокеры сообщений, формируемые модулем поддержки трансляций WebSockets.In the proposed method, to ensure the possibility of its adaptation to the expansion of the number of simultaneously calibrated devices (SINS), broadcasting of WebSockets messages is carried out, for this purpose, message brokers generated by the WebSockets broadcast support module are used.

Достижение технического результата обеспечивается путем применения новых действий (операций):The achievement of the technical result is ensured by applying new actions (operations):

- по обмену данными в распределенной информационной системе между приложениями-сервисами и устройствами (датчиками БИНС и калибровочным столом), в том числе в широковещательном режиме с помощью брокеров сообщений;- on data exchange in a distributed information system between service applications and devices (SINS sensors and a calibration table), including in broadcast mode using message brokers;

- по расчету и записи в базу данных и вычислитель БИНС матриц калибровки акселерометров и гироскопов, матриц полиномов температурной компенсации;- on the calculation and recording in the database and the SINS calculator of calibration matrices of accelerometers and gyroscopes, matrices of temperature compensation polynomials;

- по выполнению технологии усиленной аутентификации с помощью криптографического токена, генерируемого веб-контроллером.- on the implementation of the technology of enhanced authentication using a cryptographic token generated by the web controller.

Таким образом, введение совокупности новых существенных признаков является неочевидным изобретательским решением, имеющим технический характер.Thus, the introduction of a set of new essential features is a non-obvious inventive solution of a technical nature.

Проведенный анализ технических решений позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют в известных носителях информации, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».The analysis of technical solutions made it possible to establish that analogs characterized by a set of features that are identical to all features of the claimed technical solution are absent in known storage media, which indicates the compliance of the claimed method with the "novelty" condition of patentability.

Результаты поиска известных решений в данной области техники, а также в смежных областях, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».The search results for known solutions in this field of technology, as well as in related areas, in order to identify features that match the distinctive features of the prototype features, have shown that they do not follow explicitly from the prior art. The prior art also did not reveal the influence of the transformations envisaged by the essential features of the claimed invention on the achievement of the specified technical result. Therefore, the claimed invention meets the “inventive step” requirement of patentability.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Сущность изобретения и отличительные (от прототипа) признакиThe essence of the invention and distinctive (from the prototype) features

Способ автоматизации калибровки датчиков бесплатформенной инерциальной системы роботизированного беспилотного летательного аппарата (РБЛА), заключающийся в том, что бесплатформенную инерциальную систему (БИНС), содержащую акселерометры и гироскопы (датчики БИНС), размещают и закрепляют на калибровочном столе с температурной камерой, датчики БИНС и калибровочный стол подключают к находящимся в сегменте локальной сети рабочим станциям, на которых запускают приложения-сервисы для взаимодействия с оборудованием (датчиками БИНС и калибровочным столом), для обмена данными между приложениями-сервисами и автоматическим рабочим местом (АРМ) оператора используют веб-контроллер, с помощью которого выполняют обработку HTTP-запросов и обработку/отправку сообщений WebSockets, при этом двустороннюю и асинхронную связь в реальном времени между пользовательским интерфейсом и приложениями-сервисами обеспечивают множеством сообщений WebSockets, полученные в процессе калибровки исходные (необработанные) данные и журналы процедуры калибровки записывают в базу данных, отличающийся тем , что взаимодействие датчиков БИНС и калибровочного стола с приложениями-сервисами, размещенными на рабочих станциях, осуществляют по протоколу RS-232/RS-485; в веб-контроллере на основании данных, полученных от датчиков БИНС и хранящихся в базе данных, производят расчет матриц калибровки акселерометров и гироскопов, а также матриц полиномов температурной компенсации, рассчитанные матрицы записывают в базу данных и вычислитель БИНС, при этом для обеспечения защищенного удаленного доступа к информационным ресурсам в защищенном сегменте локальной сети выполняют процедуру аутентификации токена, генерируемого веб-контроллером, затем сохраняют токен на локальной станции сервиса, дополнительно осуществляют с помощью веб-контроллера процедуру верификации токена для проверки валидности сохраненного токена на локальной станции сервиса, используют токен для аутентификации сервиса без повторного ввода учетных данных пользователя, от имени которого ведется информационный обмен по протоколу WebSockets.A method for automating the calibration of sensors of a strapdown inertial system of a robotic unmanned aerial vehicle (RBVA), which consists in the fact that a strapdown inertial system (SINS) containing accelerometers and gyroscopes (SINS sensors) is placed and fixed on a calibration table with a temperature chamber, SINS sensors and a calibration the table is connected to workstations located in the local network segment, on which service applications are launched to interact with equipment (SINS sensors and a calibration table), a web controller is used to exchange data between service applications and the operator's automated workstation (AWS), with which handles HTTP request processing and WebSockets message handling / dispatch, while two-way and asynchronous real-time communication between the user interface and service applications provide multiple WebSockets messages obtained during the calibration process, the original (unprocessed) the data and logs of the calibration procedure are recorded in the database, characterized in that the interaction of the SINS sensors and the calibration table with the service applications located on the workstations is carried out via the RS-232 / RS-485 protocol; in the web controller, based on the data received from the SINS sensors and stored in the database, the calibration matrices of accelerometers and gyroscopes, as well as the matrices of temperature compensation polynomials, are calculated, the calculated matrices are written into the database and the SINS calculator, while ensuring secure remote access to information resources in the protected segment of the local network, they perform the authentication procedure for the token generated by the web controller, then save the token at the local service station, additionally use the web controller to verify the token to check the validity of the saved token at the local service station, use the token for authentication service without re-entering the credentials of the user on whose behalf the information exchange is carried out using the WebSockets protocol.

Предлагаемый способ, отличающийся тем , что для обеспечения возможности его адаптации к расширению количества одновременно калибруемых устройств (БИНС), осуществляют широковещательную отправку сообщений WebSockets, для этого используют брокеры сообщений, формируемые модулем поддержки трансляций WebSockets.The proposed method, characterized in that, to ensure its adaptation to the expansion of the number of simultaneously calibrated devices (SINS), broadcasting WebSockets messages is carried out; for this, message brokers are used, generated by the WebSockets broadcast support module.

Сравнительный анализ заявляемого изобретения с ближайшим аналогом (прототипом) показывает, что в предлагаемом изобретении существенными отличительными признаками являются наличие новых действий (операций), а также новые логические связи между новыми (введенными) действиями (операциями) и известными действиями, относящимися к ограничительным признакам.Comparative analysis of the claimed invention with the closest analogue (prototype) shows that in the proposed invention, significant distinguishing features are the presence of new actions (operations), as well as new logical connections between new (introduced) actions (operations) and known actions related to restrictive features.

Данные существенные отличительные признаки приводят к появлению у заявляемого изобретения новых свойств, позволяющих обеспечить автоматизацию процедуры калибровки датчиков, проводимой одновременно с несколькими БИНС, на основе распределенной информационной системы, построенной на базе защищенной локальной сети.These essential distinctive features lead to the emergence of the claimed invention new properties that allow for the automation of the sensor calibration procedure, carried out simultaneously with several SINS, based on a distributed information system built on the basis of a secure local network.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Предполагаемое изобретение поясняется чертежами, изображенными на фигурах 1 - 15.The alleged invention is illustrated by the drawings shown in Figures 1-15.

На фиг.1 представлена типовая структурная схема распределенной информационной системы, на базе которой реализуется способ автоматизированной калибровки датчиков БИНС РБЛА. Данная распределенная информационная система состоит из следующих основных блоков:Figure 1 shows a typical block diagram of a distributed information system, on the basis of which a method for automated calibration of SINS RBLA sensors is implemented. This distributed information system consists of the following main blocks:

1 - база данных;1 - database;

2 - подсистема обработки сообщений протокола WebSockets;2 - subsystem for processing messages of the WebSockets protocol;

3 - подсистема обработки пользовательских HTTP запросов и запросов к REST API;3 - a subsystem for processing custom HTTP requests and requests to the REST API;

4 - брокер сообщений для поддержки широковещательной отправки данных с помощью протокола WebSockets;4 - message broker to support broadcast sending of data using the WebSockets protocol;

5 - Web-сервер системы;5 - Web-server of the system;

6 - Web-браузер оператора на рабочей станции оператора;6 - operator's web browser on the operator's workstation;

7 - сервис системы для взаимодействия с БИНС;7 - system service for interacting with SINS;

8 - сервис системы для взаимодействия с поворотно-наклонным испытательным стендом (калибровочным столом);8 - service of the system for interaction with the rotary-tilt test bench (calibration table);

9 - бесплатформенная инерциальная навигационная система РБЛА;9 - strapdown inertial navigation system RBVA;

10 - калибровочный стол (поворотно-наклонный испытательный стенд).10 - calibration table (swivel-tilt test bench).

На фиг.2 показана модель «сущность-связь» предметной области в информационной базе данных распределенной информационной системы.Figure 2 shows an entity-relationship model of a domain in an information database of a distributed information system.

На фиг.3 приведен обобщенный алгоритм обработки запроса веб-контроллером.Figure 3 shows a generalized algorithm for processing a request by a web controller.

На фиг.4 и 5 приведены алгоритмы работы сервиса распределенной информационной системы в режимах аутентификации и верификации токена соответственно.Figures 4 and 5 show the algorithms of the distributed information system service in the authentication and token verification modes, respectively.

На фиг.6 приведена блок-схема процедуры автоматизированной калибровки датчиков БИНС.Figure 6 shows a block diagram of the automated calibration procedure for SINS sensors.

На фиг.7 приведена экранная форма стартовой страницы веб-контроллера.Figure 7 shows the screen form of the start page of the web controller.

На фиг.8 приведена экранная форма страницы со списком испытаний до начала контрольного испытания.Figure 8 shows the screen form of a page with a list of tests before the start of the proof test.

На фиг.9 приведена экранная форма страницы переключения стенда в режим управления угловым положением.Figure 9 shows the screen form of the page for switching the stand to the control mode of the angular position.

На фиг.10 приведена экранная форма страницы перевода стенда в режим управления угловой скоростью.Figure 10 shows the screen form of the page for transferring the stand to the angular velocity control mode.

На фиг.11 приведена экранная форма страницы с результатами калибровки акселерометров.Figure 11 shows the screen form of the page with the results of the calibration of the accelerometers.

На фиг.12 приведена экранная форма страницы с элементами калибровочной матрицы акселерометра.Figure 12 shows the screen form of the page with the elements of the accelerometer calibration matrix.

На фиг.13 приведена экранная форма страницы с результатами калибровки гироскопов.Figure 13 shows the screen form of the page with the results of the calibration of the gyroscopes.

На фиг.14 приведена экранная форма страницы с элементами калибровочной матрицы гироскопов.On Fig shows the screen form of the page with the elements of the calibration matrix of gyroscopes.

На фиг.15 приведена экранная форма страницы со списком испытаний после завершения контрольного испытания.Fig. 15 is a screen form of a test list page after completion of the proof test.

Описание реализации способаDescription of the implementation of the method

Система на основе способа включает два компонента: кроссплатформенное веб-приложение для взаимодействия с пользователем и базой данных (БД) системы (далее веб-контроллер), а также приложение-сервис для взаимодействия с оборудованием (далее сервис). Структурная схема системы изображена на фигуре 1.The system based on the method includes two components: a cross-platform web application for interacting with the user and the database (DB) of the system (hereinafter the web controller), as well as a service application for interacting with the equipment (hereinafter the service). The block diagram of the system is shown in figure 1.

Система содержит БИНС 9 и калибровочный стол (одноосевой поворотный испытательный стенд Acutronic AC1120Si) 10, подключенные посредством протокола RS-232/RS-435 к рабочим станциям, находящимся в защищенном сегменте локальной сети, на которых запущены экземпляры приложения сервиса системы 7 и 8 соответственно, основной задачей которых является взаимодействие с оборудованием. Каждое из приложений сервиса взаимодействует с сервером, также находящимся в защищенном сегменте сети, на котором установлен веб-контроллер системы, посредством протокола TCP. Веб-сервер 5, через который ведется обмен информацией между сервисами системы 7 и 8, а также автоматическим рабочим местом (АРМ) оператора системы, выполняет диспетчеризацию запросов для веб-приложения 8, которое состоит из двух независимых подсистем: обработки HTTP-запросов 3 и обработки/отправки сообщений WebSockets 2. Для широковещательной отправки сообщений WebSockets подсистема 2 взаимодействует с модулем поддержки модуля трансляций WebSockets 4, использующим брокер сообщений. Каждая из подсистем осуществляет чтение и запись из/в БД PostgreSQL системы 1.The system contains SINS 9 and a calibration table (single-axis rotary test bench Acutronic AC1120Si) 10, connected via the RS-232 / RS-435 protocol to workstations located in the protected segment of the local network, on which instances of the service application of the system 7 and 8 are running, respectively, whose main task is to interact with equipment. Each of the service applications interacts with the server, also located in the secure network segment, on which the system's web controller is installed, using the TCP protocol. Web server 5, through which information is exchanged between the services of the system 7 and 8, as well as the automatic workstation (AWS) of the system operator, dispatches requests for web application 8, which consists of two independent subsystems: processing HTTP requests 3 and to process / send WebSockets 2 messages. To broadcast WebSockets messages, Subsystem 2 interacts with the WebSockets 4 translator helper, which uses a message broker. Each of the subsystems reads and writes from / to the PostgreSQL database of system 1.

Входными данными системы являются:The input data of the system are:

- величина проекций ускорения свободного падения на оси чувствительности акселерометров a x , a y , a z ;- the magnitude of the projections of the acceleration of gravity on the axis of sensitivity of the accelerometers a x , a y , a z ;

- величина проекций вектора угловой скорости на оси чувствительности гироскопов (датчиков угловой скорости) ω x , ω y , ω z ;- the magnitude of the projections of the angular velocity vector on the axis of sensitivity of gyroscopes (angular velocity sensors) ω x , ω y , ω z ;

- значение температуры акселерометров t ax , t ay , t az , значение температуры гироскопов (датчиков угловой скорости) t gx , t gy , t gz ;- the temperature value of the accelerometers t ax , t ay , t az , the temperature value of the gyroscopes (angular velocity sensors) t gx , t gy , t gz ;

- углы ориентации датчиков БИНС относительно калибровочного стенда.- angles of orientation of SINS sensors relative to the calibration stand.

Выходными данными являются матрицы калибровочных коэффициентов для акселерометров и гироскопов, а также матриц полиномов температурной компенсации, которые хранятся в базе данных системы и в случае необходимости могут быть записаны в энергонезависимую память БИНС.The output data are matrices of calibration coefficients for accelerometers and gyroscopes, as well as matrices of temperature compensation polynomials, which are stored in the system database and, if necessary, can be written into the SINS non-volatile memory.

Программа веб-контроллера располагается в образе контейнера Docker. Процесс запуска состоит в создании соответствующего контейнера из образа с последующим запуском веб-контроллера в этом контейнере вместе с запуском системы управления базами данных (СУБД) и брокера сообщений в отдельных контейнерах.The web controller program resides in the Docker container image. The launch process consists in creating an appropriate container from an image, and then launching the web controller in this container, along with launching the database management system (DBMS) and message broker in separate containers.

При проектировании информационной базы данных программы были выделены сущности предметной области и построены отношения как между этими сущностями. На фигуре 2 показана модель «сущность-связь» указанных объектов.When designing the information database of the program, the entities of the subject area were identified and relationships were built between these entities. Figure 2 shows the entity-relationship model of these objects.

Основной сущностью, отвечающей за разделение прав пользователей, является «Пользователь» (User), который принадлежит некоторой группе полномочий, описываемой сущностью «Группа» (Group). Основными атрибутами сущности User являются:The main entity responsible for the separation of user rights is the "User", which belongs to a certain group of permissions, described by the entity "Group". The main attributes of the User entity are:

- id - идентификатор пользователя в системе;- id - user ID in the system;

- username - имя пользователя;- username - username;

- password - SHA-хэш пароля пользователя;- password - SHA-hash of the user's password;

- last_login - дата и время последнего входа пользователя в программу;- last_login - date and time of the last user login to the program;

- is_active - признак того, что от имени пользователя может быть осуществлен вход в систему;- is_active - a sign that the system can be logged in on behalf of the user;

- first_name - имя пользователя;- first_name - username;

- second_name - второе имя или отчество пользователя;- second_name - second name or patronymic of the user;

- last_name - фамилия пользователя;- last_name - user's last name;

- is_staff - признак того, что пользователю доступны полномочия входа в административную панель;- is_staff — sign that the user has access to the administrative panel login authority;

- date_joined - дата создания пользователя;- date_joined - user creation date;

- is_superuser - признак того, что пользователь обладает правами суперпользователя;- is_superuser - a sign that the user has superuser rights;

- groups - группы полномочий, которым принадлежит пользователь;- groups - groups of permissions to which the user belongs;

- user_permission - индивидуальные полномочия, доступные для пользователя;- user_permission - individual permissions available to the user;

- organization - организация, в которой работает пользователь;- organization - the organization in which the user works;

- department - отдел, в котором работает пользователь;- department - the department in which the user works;

- position - должность, в которой работает пользователь.- position - the position in which the user works.

Каждая сущность User связана отношением «многие-к-одному» с сущностью «Организация», имеющей следующие атрибуты:Each User entity has a many-to-one relationship with an Organization entity that has the following attributes:

- id - идентификатор организации в системе;- id - organization identifier in the system;

- name - полное наименование организации;- name - full name of the organization;

- short_name - краткое наименование организации.- short_name - short name of the organization.

Поскольку пользователь User помимо организации работает также в отделе, то каждая сущность User связана отношением «многие-к-одному» с сущностью «Отдел» (Department), имеющей следующие атрибуты:Since the User user, in addition to the organization, also works in a department, each User entity has a many-to-one relationship with the Department entity, which has the following attributes:

- id - идентификатор отдела в системе;- id - department identifier in the system;

- name - наименование отдела.- name - department name.

Также пользователь User находится на некоторой должности. Это выражается отношением «многие-к-одному» между сущностями User и «Должность» (Position). Сущность Position имеет следующие атрибуты:Also user User is in some position. This is expressed by a many-to-one relationship between the User and Position entities. The Position entity has the following attributes:

- id - идентификатор должности;- id - position identifier;

- name - наименование должности.- name - the name of the position.

Дополнительная сущность «Токен» (Token) предназначена для выполнения авторизации сервисом при этом связана с сущностью User отношением «один-к-одному» и имеет атрибуты:The additional entity "Token" (Token) is intended for authorization by the service, while being linked to the User entity by a "one-to-one" relationship and has the following attributes:

- id - идентификатор токена в системе;- id - token identifier in the system;

- key - непосредственно сам токен пользователя;- key - the user's token itself;

- user - пользователь, для которого сгенерирован токен;- user - the user for whom the token was generated;

- created - дата и время создания токена.- created - the date and time when the token was created.

Алгоритм калибровки, предусматривает множество шагов с необходимостью фиксации результатов выполнения каждого шага. Каждый прогон алгоритма калибровки рассматривается в виде отдельной сущности «Испытание» (Experiment), связанные с которой сущности хранят результаты измерений, а также матрицы калибровок датчиков и матрицы температурных коэффициентов. Сущность Experiment содержит следующие атрибуты:The calibration algorithm provides for many steps with the need to record the results of each step. Each run of the calibration algorithm is viewed as a separate Experiment entity, with associated entities storing measurement results, as well as sensor calibration matrices and temperature coefficient matrices. The Experiment entity contains the following attributes:

- id - идентификатор испытания в системе;- id - test identifier in the system;

- started - дата и время начала испытания (прогона алгоритма);- started - date and time of the start of the test (running the algorithm);

- finished - дата и время завершения испытания (прогона алгоритма);- finished - date and time of the end of the test (running the algorithm);

- user - пользователь, осуществляющий прогон алгоритма;- user - the user running the algorithm;

- state - состояние, в котором находится соответствующее испытание.- state - the state in which the corresponding test is located.

В рамках одного прогона алгоритма (испытания) производится несколько замеров показаний датчиков. За хранения значений измерений отвечает сущность «Измерение» (Measurement), которая связана отношением «многие-к-одному» с сущностью Experiment. Атрибуты сущности Measurement соответствуют входным данным алгоритма калибровки:Within one run of the algorithm (test), several measurements of the sensor readings are made. The Measurement entity is responsible for storing measurement values, which has a many-to-one relationship with the Experiment entity. The attributes of the Measurement entity correspond to the inputs to the calibration algorithm:

- id - идентификатор измерения в системе;- id - measurement identifier in the system;

- experiment - испытание, для которого выполняется измерение;- experiment - the test for which the measurement is performed;

- temperature - температура термокамеры;- temperature - temperature of the heat chamber;

- faceplate_angle - угол поворота планшайбы стенда (принимает значение NULL, если не предусмотрено режимом работы стенда, в котором производится измерение);- faceplate_angle - angle of rotation of the faceplate of the stand (takes on the NULL value, if not provided by the operating mode of the stand in which the measurement is made);

- angular_velocity - угловая скорость стенда (принимает значение NULL, если не предусмотрено режимом работы стенда, в котором производится измерение);- angular_velocity - the angular velocity of the test bench (takes on the NULL value, if not provided by the operating mode of the test bench in which the measurement is made);

- a_x, a_y, a_z - величина проекций ускорения свободного падения на оси чувствительности акселерометров;- a_x, a_y, a_z - the magnitude of the projections of the gravitational acceleration on the axis of sensitivity of the accelerometers;

- omega_x, omega_y, omega_z - величина проекций вектора угловой скорости на оси чувствительности гироскопов;- omega_x, omega_y, omega_z - the magnitude of the projections of the angular velocity vector on the axis of sensitivity of the gyroscopes;

- t_ax, t_ay, t_ax - значение температуры акселерометров;- t_ax, t_ay, t_ax - accelerometer temperature value;

- t_gx, t_gy, t_gz - значение температуры гироскопов.- t_gx, t_gy, t_gz - gyro temperature value.

Матрицы калибровки вычисляются для различных значений температуры и датчиков. Для хранения результатов вычисления матриц калибровок используется сущность «Матрица калибровок» (CalibrationMatrix), которая связана отношением «многие-к-одному» с сущностью Experiment. Сущность матрицы калибровки имеет следующие атрибуты:Calibration matrices are calculated for various temperatures and sensors. The CalibrationMatrix entity is used to store the calculation results of the calibration matrices, which is many-to-one related to the Experiment entity. The calibration matrix entity has the following attributes:

- id - идентификатор матрицы калибровки в системе;- id - identifier of the calibration matrix in the system;

- experiment - испытание, для которого была определена матрица калибровки;- experiment - test for which the calibration matrix was defined;

- temperature - температура термокамеры;- temperature - temperature of the heat chamber;

- sensor - датчик, для которого определена матрица калибровки;- sensor - sensor for which the calibration matrix is defined;

- rows, columns - количество строк и колонок матрицы корректировки (для алгоритма калибровки, эти значения равны 4 и 3 соответственно);- rows, columns - the number of rows and columns of the adjustment matrix (for the calibration algorithm, these values are 4 and 3, respectively);

- items - элементы матрицы калибровки в виде массива.- items - elements of the calibration matrix in the form of an array.

Матрица температурных коэффициентов формируется из матриц калибровки, полученных для различных значений температуры. Для хранения результатов вычисления матрицы температурных коэффициентов используется сущность «Матрица температурных коэффициентов» (TemperatureMatrix), которая связана отношением «многие-к-одному» с сущностью Experiment. Сущность матрицы температурных коэффициентов имеет следующие атрибуты:The temperature coefficient matrix is formed from calibration matrices obtained for various temperatures. The TemperatureMatrix entity is used to store the calculation results for the temperature coefficient matrix, which is many-to-one related to the Experiment entity. The temperature coefficient matrix entity has the following attributes:

- id - идентификатор матрицы температурных коэффициентов в системе;- id - identifier of the matrix of temperature coefficients in the system;

- experiment - испытание, для которого была определена матрица температурных коэффициентов;- experiment - test for which the matrix of temperature coefficients was determined;

- rows, columns - количество строк и колонок матрицы температурных коэффициентов (для алгоритма калибровки, эти значения равны 12 и 4 соответственно);- rows, columns - the number of rows and columns of the temperature coefficient matrix (for the calibration algorithm, these values are 12 and 4, respectively);

- items элементы матрицы температурных коэффициентов в виде массива.- items elements of the matrix of temperature coefficients in the form of an array.

Для взаимодействия с устройствами по протоколу WebSockets используется сущность «Устройство» (Device). Атрибутами сущности Device являются:The Device entity is used to interact with devices using the WebSockets protocol. The Device entity attributes are:

- id - идентификатор устройства в системе;- id - device identifier in the system;

- name - наименование устройства в системе;- name - the name of the device in the system;

- created - дата и время создания записи об устройстве;- created - date and time when the device record was created;

- settings -настройки устройства в формате JSON.- settings - device settings in JSON format.

Журналирование изменения состояний устройств производится с помощью сущности «Журнал устройства» (DeviceLog). Атрибутами сущности DeviceLog являются:Device state changes are logged using the DeviceLog entity. The DeviceLog entity attributes are:

- id - идентификатор записи журнала в системе;- id - identifier of the journal entry in the system;

- user - пользователь, от имени которого ведется взаимодействие с устройством;- user - the user on whose behalf the interaction with the device is carried out;

- device - устройство, для которого ведется журналирование;- device - the device for which the logging is carried out;

- type - тип записи в журнале;- type — type of log entry;

- time - дата и время записи в журнале;- time - date and time of the log entry;

- info - дополнительная информация, хранимая в журнале.- info - additional information stored in the log.

Фиксация сообщений, передаваемых от устройства к веб-контроллеру, производится при помощи сущности «Сообщение» (Notification). Атрибутами сущности Notification являются:Fixation of messages transmitted from the device to the web controller is performed using the "Message" entity (Notification). The attributes of the Notification entity are:

- id - идентификатор сообщения в системе;- id - message identifier in the system;

- from -- устройство, от которого передается сообщение;- from — device from which the message is sent;

- to - устройство, которому передается сообщение;- to - device to which the message is sent;

- user - пользователь, от имени которого ведется передача сообщения;- user - the user on whose behalf the message is being sent;

- experiment - испытание, в рамках которого ведется передача сообщения;- experiment - a test within which the message is transmitted;

- time - дата и время передачи сообщения;- time - date and time of message transmission;

- data - данные сообщения в формате JSON.- data - message data in JSON format.

Сущности Group, Permission и ContentType являются служебными, поэтому описание атрибутов для них не приводится.The Group, Permission, and ContentType entities are service entities; therefore, the description of the attributes for them is not provided.

Блок-схема алгоритма обработки запроса показана на фигуре 3. При запуске происходит считывание конфигурационных файлов веб-сервера и файла веб-приложения, в котором находятся настройки веб-контроллера. Затем осуществляется инициализация веб-контроллера в соответствии с заданными настройками. После чего начинается главный цикл приложения.The block diagram of the request processing algorithm is shown in Figure 3. At startup, the web server configuration files and the web application file containing the web controller settings are read. Then the web controller is initialized in accordance with the specified settings. Then the main loop of the application begins.

После обработки сервером приложений запрос пользователя диспетчерируется роутером, где определяется какой контроллер веб-приложения, работающего с использованием концепции MVC (Model-View-Controller) должен быть применен для данного запроса. Решение принимается на основе списка правил, состоящих из регулярного выражения и названия контроллера веб-приложения.After being processed by the application server, the user's request is dispatched by the router, which determines which controller of the web application using the MVC (Model-View-Controller) concept should be applied for this request. The decision is made based on a list of rules consisting of a regular expression and the name of the web application controller.

В каждом запросе веб-контроллера осуществляется обращение к базе данных. Полученные данные могут быть подставлены в шаблон и отправлены после рендеринга пользователю в виде HTML-страницы.In every request from the web controller, the database is accessed. The received data can be substituted into the template and sent after rendering to the user in the form of an HTML page.

Для безопасного взаимодействия между веб-контроллером и сервисом необходимо выполнить авторизацию сервиса, чтобы в дальнейшем сервис мог осуществлять взаимодействие с веб-контроллером от имени некоторого пользователя, присутствующего в базе данных системы. Однако учетные данные пользователя, от имени которого должен вестись информационный обмен, должны находиться на рабочей станции, на которой установлен сервис. Поэтому с целью предотвращения хранение пароля пользователя вне базы данных системы используется авторизация с помощью токена.For secure interaction between the web controller and the service, it is necessary to authorize the service so that in the future the service can interact with the web controller on behalf of some user present in the system database. However, the credentials of the user on whose behalf the information exchange is to be conducted must be located on the workstation on which the service is installed. Therefore, in order to prevent the storage of the user's password outside the system database, authorization using a token is used.

Для получения и работы с токеном веб-контроллер предоставляет специализированный REST API.To receive and work with a token, the web controller provides a specialized REST API.

При работе в этом режиме сервис изначально читает конфигурационный файл, в котором прописаны настройки подключения к серверу, на котором установлен веб-контроллер. Далее осуществляется ввод с клавиатуры имени пользователя, существующего в базе данных, и пароля. Необходимо, чтобы интересующий пользователь обладал необходимыми полномочиями для управления устройствами, с которыми будет взаимодействовать сервис. Блок-схема алгоритма работы системы в режиме верификации показана на фигуре 4. Далее заполняется структура со сведениями об имени пользователя и его пароле для формирования REST-запроса. Выполняется маршалинг данных в формат JSON, после чего выполняется REST-запрос к конечной точке /api/v1/login/.When operating in this mode, the service initially reads the configuration file, which contains the settings for connecting to the server on which the web controller is installed. Then the username and password are entered from the keyboard. It is necessary that the user of interest has the necessary permissions to control the devices with which the service will interact. The block diagram of the system operation algorithm in the verification mode is shown in Figure 4. Next, the structure is filled with information about the username and password to form a REST request. The data is marshaled to JSON format, and then a REST request is made to the / api / v1 / login / endpoint.

На стороне веб-контроллера выполняется десериализация данных REST-запроса, выделяется имя пользователя и пароль. После чего выполняется поиск пользователя с полученным именем в базе данных.On the web controller side, the REST request data is deserialized, the username and password are extracted. After that, a search is performed for a user with the obtained name in the database.

Если пользователь не найден, то формируется сообщение об ошибке и отправляется сервису в качестве ответа. В противном случае предпринимается попытка аутентификации найденного пользователя с использованием пароля, полученного в REST-запросе. Если пользователь не аутентифицирован (пароль не верен), то формируется сообщение об ошибке и отправляется сервису в качестве ответа. В противном случае для данного пользователя выполняется поиск токена в базе данных. Если токен найден, то формируется ответ с найденным токеном, выполняется сериализация ответа в формат JSON и он отправляется сервису. В противном случае, для данного пользователя выполняется генерация токена и его запись в базу данных, после чего формируется ответ со сгенерированным токеном, выполняется сериализация ответа в формат JSON и он отправляется сервису.If the user is not found, then an error message is generated and sent to the service as a response. Otherwise, an attempt is made to authenticate the found user using the password obtained in the REST request. If the user is not authenticated (the password is not correct), then an error message is generated and sent to the service as a response. Otherwise, the token is searched for the given user in the database. If the token is found, then a response is generated with the found token, the response is serialized into JSON format and it is sent to the service. Otherwise, a token is generated for this user and written to the database, after which a response with the generated token is generated, the response is serialized into JSON format, and it is sent to the service.

На стороне сервиса выполняется чтение и демаршалинг полученных данных из формата JSON. Так же анализируется код статуса HTTP-ответа. Если код статуса равен 200, иными словами, REST-запрос выполнен успешно и токен либо найден, либо сформирован, то формируется структура, содержащая введенное с клавиатуры имя пользователя и полученный из запроса токен. После чего выполняется маршалинг этой структуры в формат JSON и последующая запись строки в формате JSON в файл credentials.json. В противном случае, если код статуса HTTP-ответа не равен 200, что говорит о том, что в процессе выполнения REST-запроса возникли ошибки, выводится переданное сообщение об ошибке и файл credentials.json не формируется.On the service side, reading and unmarshalling of the received data from the JSON format is performed. The HTTP response status code is also analyzed. If the status code is 200, in other words, the REST request was successful and the token was either found or generated, then a structure is formed containing the username entered from the keyboard and the token received from the request. After that, this structure is marshaled to JSON format and then the string is written in JSON format to the credentials.json file. Otherwise, if the HTTP response status code is not 200, which indicates that errors occurred during the execution of the REST request, the transmitted error message is displayed and the credentials.json file is not generated.

При работе с сервисом в других режимах вводить учетные данные пользователя не нужно, поскольку необходимые учетные данные пользователя будут взяты из файла credentials.json.When working with the service in other modes, you do not need to enter user credentials, since the required user credentials will be taken from the credentials.json file.

При работе в режиме верификации токена сервис изначально читает конфигурационный файл config.yml, в котором прописаны настройки подключения к серверу, на котором установлен веб-контроллер. После чего читается файл credentials.json, в котором уже записаны имя пользователя и его токен.When working in the token verification mode, the service initially reads the configuration file config.yml, which contains the settings for connecting to the server on which the web controller is installed. After that, the credentials.json file is read, in which the username and his token are already written.

Далее заполняется структура со сведениями об имени пользователя и его токене для формирования REST-запроса. Выполняется маршалинг данных в формат JSON, после чего выполняется REST-запрос к конечной точке /api/v1/verify/. Блок-схема алгоритма работы системы в режиме верификации токена показана на фигуре 5.Next, a structure is filled with information about the username and his token to form a REST request. The data is marshaled to JSON and then a REST request is made to the / api / v1 / verify / endpoint. A block diagram of the system's operation in the token verification mode is shown in Figure 5.

На стороне веб-контроллера выполняется десериализация данных REST-запроса, выделяется имя пользователя и токен. После чего выполняется поиск пользователя с полученным именем в базе данных. Если пользователь не найден, то формируется сообщение об ошибке и отправляется сервису в качестве ответа. В противном случае выполняется поиск токена в базе данных для найденного пользователя. Если токен не найден, то формируется сообщение об ошибке и отправляется сервису в качестве ответа. В противном случае выполняется сравнение найденного и переданного токенов и результат этого сравнения передается сервису в виде в качестве ответа после сериализации в формат JSON.On the web controller side, the REST request data is deserialized, the username and token are allocated. After that, a search is performed for a user with the obtained name in the database. If the user is not found, then an error message is generated and sent to the service as a response. Otherwise, the token is searched in the database for the found user. If the token is not found, then an error message is generated and sent to the service as a response. Otherwise, the comparison of the found and transferred tokens is performed and the result of this comparison is passed to the service as a response after serialization to JSON format.

На стороне сервиса выполняется чтение и демаршалинг полученных данных из формата JSON. Так же анализируется код статуса HTTP-ответа. Если код статуса равен 200, иными словами, REST-запрос выполнен успешно и токен найден, то выводится результат сравнения токенов. В противном случае выводится сообщение об ошибке.On the service side, reading and unmarshalling of the received data from the JSON format is performed. The HTTP response status code is also analyzed. If the status code is 200, in other words, the REST request was successful and the token was found, then the result of the token comparison is displayed. Otherwise, an error message is displayed.

Описание реализации способа с примерами конкретного выполненияDescription of the implementation of the method with examples of specific implementation

Блок-схема (алгоритм) процедуры автоматизированной калибровки датчиков БИНС на примере использования калибровочного стола в виде одноосевого стенда серии AC1120Si (фирмы ACUTRONIC) представлена на фиг.6. Работа блок-схемы описывается следующим образом:The block diagram (algorithm) of the procedure for the automated calibration of SINS sensors using the example of using a calibration table in the form of a single-axis stand of the AC1120Si series (ACUTRONIC) is shown in Fig. 6. The operation of the flowchart is described as follows:

1) Осуществляется проверка в ручном режиме начальных установок стенда, а именно:1) A check is carried out in the manual mode of the initial settings of the stand, namely:

- при помощи уровня, с точностью не ниже 0.05 мм на 1 м., проверяется вертикальная плоскость вращающейся планшайбы стенда;- using a level, with an accuracy of not less than 0.05 mm per 1 m, the vertical plane of the rotating faceplate of the stand is checked;

- проверяется надежность крепления приспособления для позиционирования ИИМ к планшайбе стенда.- the reliability of fastening the device for positioning the IMU to the stand faceplate is checked.

2) Создается запись об эксперименте и записывается в базу данных.2) An experiment record is created and written to the database.

3) Осуществляется проверка подключения требуемых устройств, таких как калибровочный стол (испытательный стенд) и датчики БИНС.3) The connection of the required devices is checked, such as a calibration table (test bench) and SINS sensors.

4) Согласно списку значений цикла температуры Т (-30, -10, 20, 40, 80), устанавливается значение температуры в термокамере равной Т градусов Цельсия.4) According to the list of temperature cycle values T (-30, -10, 20, 40, 80), the temperature value in the heat chamber is set equal to T degrees Celsius.

5) Формируется сообщение для переключения калибровочного стола (стенда) в режим управления угловым положением, выполняется сериализация этого сообщения в формат JSON и после этого данные передаются сервису по протоколу WebSockets.5) A message is generated to switch the calibration table (stand) to the angular position control mode, this message is serialized into JSON format, and then the data is transferred to the service using the WebSockets protocol.

6) На стороне сервиса выполняется демаршалинг переданного сообщения из формата JSON и, затем, формируется команда переключения стенда в режим управления угловым положением стенда и передается посредством записи в последовательный порт.6) On the service side, the transmitted message is unmarshaled from the JSON format and, then, a command for switching the stand to the stand angular position control mode is formed and transmitted by writing to the serial port.

7) Считывается состояние стенда и выполняется маршалинг его состояния в формат JSON и, затем, с помощью протокола WebSockets, осуществляется передача данного состояния на веб-контроллер.7) The state of the stand is read and its state is marshaled to the JSON format, and then, using the WebSockets protocol, this state is transferred to the web controller.

8) На веб-контроллере выполняется десериализация полученного сообщения из формата JSON и проверяется заданное состояние стенда. Если стенд находится не в заданном состоянии, то на веб-интерфейс выводится сообщение об ошибке и удаляется созданная запись из базы данных.8) On the web controller, the received message is deserialized from the JSON format and the specified state of the stand is checked. If the test bench is not in the specified state, then an error message is displayed on the web interface and the created record is deleted from the database.

9) В противном случае начинается цикл, в котором изменяется угол поворота планшайбы А от 45 до 315 градусов.9) Otherwise, a cycle begins in which the angle of rotation of the faceplate A changes from 45 to 315 degrees.

10) Осуществляется запись в БД для заданного угла поворота А градусов.10) A record is made in the database for a given rotation angle A degrees.

11) Формируется сообщение для поворота планшайбы стенда в положение А градусов, выполняется сериализация сообщения в формат JSON и после этого данные передаются сервису по протоколу WebSockets.11) A message is formed to rotate the faceplate of the stand to the position A degrees, the message is serialized into JSON format, and then the data is transferred to the service using the WebSockets protocol.

12) На стороне сервиса выполняется демаршалинг сообщения из формата JSON, формируется команда для поворота планшайбы стенда на угол 45 градусов дуги и передается команда стенду посредством записи в последовательный порт.12) On the service side, the message is unmarshaled from the JSON format, a command is formed to rotate the stand faceplate at an angle of 45 degrees of arc, and the command is sent to the stand by writing to the serial port.

13) Формируется команда 9dof_main_raw_request_cmd_s для запроса «сырых» данных датчиков БИНС и их передача посредством записи в последовательный порт.13) The 9dof_main_raw_request_cmd_s command is formed to request the "raw" data of the SINS sensors and transfer them by writing to the serial port.

14) Считываются «сырые» данные датчиков БИНС из последовательного порта и формируются сообщения с полученными данными акселерометров и гиросокопов ИИМ БИНС.14) The "raw" data of the SINS sensors are read from the serial port and messages are formed with the received data from the accelerometers and gyroscopes of the SINS IMM.

15) Выполняется маршалинг сообщения в формат JSON, с помощью протокола WebSockets осуществляется передача данного сообщения на веб-контроллер.15) The message is marshaled to JSON format, using the WebSockets protocol, this message is transmitted to the web controller.

16) На стороне веб-контроллера выполняется десериализация сообщения из формата JSON, данные датчиков записываются в БД и выводятся на веб-интерфейс.16) On the side of the web controller, the message is deserialized from the JSON format, the sensor data is written to the database and displayed on the web interface.

17) Увеличивается угол поворота А на 45 градусов и осуществляется переход к следующей итерации цикла (пункт 9).17) The angle of rotation A is increased by 45 degrees and the transition to the next iteration of the cycle is carried out (point 9).

18) Формируется сообщение для переключения стенда в режим управления угловой скоростью, выполняется сериализация этого сообщения в формат JSON и после этого данные передаются сервису по протоколу WebSockets.18) A message is formed to switch the stand to the angular velocity control mode, this message is serialized into JSON format, and then the data is transferred to the service using the WebSockets protocol.

19) На стороне сервиса выполняется демаршалинг переданного сообщения из формата JSON и, затем, формируется команда переключения стенда в режим управления угловой скоростью стенда и передается посредством записи в последовательный порт.19) On the service side, the transmitted message is unmarshaled from the JSON format and, then, a command for switching the stand to the stand angular velocity control mode is formed and transmitted by writing to the serial port.

20) Считывается состояние стенда и выполняется маршалинг его состояния в формат JSON и, затем, с помощью протокола WebSockets осуществляется передача данного состояния на веб-контроллер.20) The state of the stand is read and its state is marshaled to the JSON format, and then, using the WebSockets protocol, this state is transferred to the web controller.

21) На стороне веб-контроллера выполняется десериализация полученного сообщения из формата JSON и проверяется заданное состояние стенда. Если стенд находится не в заданном состоянии, то на веб-интерфейс выводится сообщение об ошибке и удаляется созданная запись из базы данных.21) On the side of the web controller, the received message is deserialized from the JSON format and the specified state of the stand is checked. If the test bench is not in the specified state, then an error message is displayed on the web interface and the created record is deleted from the database.

22) В противном случае начинается цикл, в котором меняется угловая скорость V согласно заданным значениям из списка (50, -50, 100, -100, 200, -200, 300, -300).22) Otherwise, a cycle begins in which the angular velocity V changes according to the specified values from the list (50, -50, 100, -100, 200, -200, 300, -300).

23) Осуществляется запись в БД для заданного значения угловой скорости V градусов в секунду.23) Recording is carried out in the database for a given value of the angular velocity V degrees per second.

24) Формируется сообщение для установки угловой скорости V градусов в секунду, выполняется сериализация сообщения в формат JSON и после этого данные передаются сервису по протоколу WebSockets.24) A message is formed to set the angular velocity V degrees per second, the message is serialized into JSON format, and then the data is transferred to the service using the WebSockets protocol.

25) На стороне сервиса выполняется демаршалинг сообщения из формата JSON, формируется команда установки угловой скорости равной V градусам в секунду и передается команда стенду посредством записи в последовательный порт.25) On the service side, the message is unmarshaled from the JSON format, a command is formed to set the angular velocity equal to V degrees per second, and the command is sent to the stand by writing to the serial port.

26) Формируется команда 9dof_main_raw_request_cmd_s для запроса «сырых» данных датчиков БИС и их передача посредством записи в последовательный порт.26) The 9dof_main_raw_request_cmd_s command is formed to request the "raw" data of the LSI sensors and transfer them by writing to the serial port.

27) Считываются «сырые» данные датчиков БИНС из последовательного порта и формируются сообщения с полученными данными акселерометров и гироскопов БИНС.27) The "raw" data of the SINS sensors are read from the serial port and messages are formed with the received data from the SINS accelerometers and gyroscopes.

28) Выполняется маршалинг сообщения в формат JSON и, с помощью протокола WebSockets, осуществляется передача данного сообщения на веб-контроллер.28) The message is marshaled to JSON format and, using the WebSockets protocol, this message is transmitted to the web controller.

29) На стороне веб-контроллера выполняется десериализации сообщения из формата JSON, данные датчиков записываются в БД и выводятся на веб-интерфейс.29) On the side of the web controller, the message is deserialized from the JSON format, the sensor data is written to the database and displayed on the web interface.

30) Выбрать следующее значение угловой скорости V из списка и перейти к следующей итерации цикла (пункт 22).30) Select the next value of the angular velocity V from the list and go to the next iteration of the cycle (point 22).

31) Из БД выбираются компоненты a_x, a_y, a_z проекции вектора ускорения свободного падения и формируется двумерный массив NumPyAm, каждая строка которого имеет вид a_x, a_y, a_z, 1.31) The components a_x, a_y, a_z of the projection of the gravitational acceleration vector are selected from the database and a two-dimensional array NumPyAm is formed, each row of which has the form a_x, a_y, a_z, 1.

32) Выполняется вычисление матрицы калибровочных коэффициентов Ka согласно формуле (1), при этом эталонная матрица As задается при запуске программы32) Calibration coefficient matrix Ka is calculated according to formula (1), while the reference matrix As is set when the program starts

K a =(A m T A m )–1 A m T A s . (1) K a = ( A m T A m ) –1 A m T A s . (one)

33) Осуществляется запись калибровочной матрицы Ka в БД для данного значения температуры T.33) The calibration matrix Ka is recorded in the database for a given temperature value T.

34) Из БД выбираются компоненты o_x, o_y, o_z проекции вектора угловой скорости и формируется двумерный массив NumPyOm, каждая строка которого имеет вид o_x, o_y, o_z, 1.34) The components o_x, o_y, o_z of the projection of the angular velocity vector are selected from the database and a two-dimensional array NumPyOm is formed, each row of which has the form o_x, o_y, o_z, 1.

35) Выполняется вычисление матрицы калибровочных коэффициентов согласно формуле (2), при этом эталонная матрица Os задается при запуске программы35) The matrix of calibration coefficients is calculated according to the formula (2), while the reference matrix Os is set at the start of the program

K o =(O m T  O m )–1 O m T O s . (2) K o = ( O m T O m ) –1 O m T O s . (2)

36) Осуществляется запись калибровочной матрицы Ko в БД для данного значения температуры T.36) The calibration matrix Ko is written to the database for a given temperature value T.

37) Выбрать новое значение Т из списка и перейти к следующей итерации цикла (пункт 4).37) Select a new value T from the list and go to the next iteration of the loop (point 4).

38) Получение матрицы Ka для всех значений температуры T. Инициализировать массив Kp нулевыми значениями для хранения коэффициентов полиномов.38) Obtaining the matrix Ka for all values of the temperature T. Initialize the array Kp with zero values to store the coefficients of the polynomials.

39) Начать цикл, в котором построчно выбираются элементы матриц Ka для различных значений температуры Т.39) Start a cycle in which the elements of the matrices Ka are selected line by line for different values of the temperature T.

40) Выбор значений элементов матриц Ka и формирование вектора Va для различных температур T.40) The choice of the values of the elements of the matrices Ka and the formation of the vector Va for different temperatures T.

41) Вычисление коэффициентов полинома и добавление коэффициентов в конец массива Kp.41) Calculation of the coefficients of the polynomial and adding the coefficients to the end of the array Kp.

42) Выбрать следующий элемент матриц Ka и перейти к следующей итерации цикла (пункт 39).42) Select the next element of the matrices Ka and go to the next iteration of the loop (step 39).

43) Получение матрицы Ko для всех значений температуры T.43) Obtaining the matrix Ko for all temperatures T.

44) Начать цикл, в котором построчно выбираются элементы матриц Ko для различных значений температуры Т.44) Start a cycle in which the elements of the matrices Ko are selected line by line for different values of the temperature T.

45) Выбор значений элементов матриц Ko и формирование вектора Vo для различных температур T.45) The choice of the values of the elements of the matrices Ko and the formation of the vector Vo for different temperatures T.

46) Вычисление коэффициентов полинома и добавление коэффициентов в конец массива Kp.46) Calculation of the coefficients of the polynomial and adding the coefficients to the end of the array Kp.

47) Выбрать следующий элемент матриц Ko и перейти к следующей итерации цикла (пункт 44).47) Select the next element of the matrices Ko and go to the next iteration of the loop (item 44).

48) Запись матрицы Kp в БД и вывод сообщения о завершении на веб-интерфейс.48) Writing the Kp matrix to the database and displaying the completion message on the web interface.

Для калибровки датчиков необходимо на рабочей машине пользователя открыть приложение веб-браузера и в адресной строке ввести строку URL веб-контроллера, далее отобразится начальная страница, показанная на фиг.7.To calibrate the sensors, it is necessary to open the web browser application on the user's working machine and enter the URL string of the web controller in the address bar, then the initial page shown in Fig. 7 will be displayed.

После чего, если пользователь присутствует в БД необходимо выполнить вход в программу путем нажатия кнопки «Вход», в результате будет выполнен переход на страницу для ввода учетных данных. Если пользователь отсутствует в системе ему необходимо нажать на кнопку «Регистрация» в результате чего будет открыта страница, в которую необходимо ввести регистрационные данные пользователя.After that, if the user is present in the database, it is necessary to enter the program by pressing the "Login" button, as a result, a transition will be made to the page for entering credentials. If the user is not in the system, he needs to click on the "Registration" button, as a result of which a page will be opened, in which it is necessary to enter the user's registration data.

В случае успешного входа в систему, как и в случае успешной регистрации будет отображен список проведенных пользователем испытаний, как это показано на фиг.8.In case of successful login, as well as in case of successful registration, a list of the tests performed by the user will be displayed, as shown in Fig. 8.

Для начала испытания необходимо нажать кнопку «Начать испытание» в результате чего будет отображена страница о переводе стенда Acutronic AC1120Si в режим управления угловым положением (фиг.9), после чего необходимо нажать кнопку «Запустить этап калибровки».To start the test, you must press the "Start test" button, as a result of which the page about the transfer of the Acutronic AC1120Si stand to the angular position control mode will be displayed (Fig. 9), after which it is necessary to press the "Start the calibration stage" button.

После завершения получения показаний датчиков БИНС автоматически будет отображена страница о переводе стенда Acutronic AC1120Si в режим управления угловой скоростью (фиг.10), на которой также необходимо нажать кнопку «Запустить этап калибровки». В результате снова будет запущен процесс получения показаний датчиков БИНС.After the completion of receiving the readings of the SINS sensors, the page about the transfer of the Acutronic AC1120Si stand to the angular velocity control mode (Fig. 10) will be automatically displayed, on which it is also necessary to press the button "Start the calibration stage". As a result, the process of obtaining readings from SINS sensors will be launched again.

В процессе работы программы, в случае необходимости, страницы перевода стенда Acutronic AC1120Si в различные режимы работы могут повторно отображаться до тех пор, пока не будут получены все необходимые показания датчиков.In the course of the program, if necessary, the pages for transferring the Acutronic AC1120Si stand to various operating modes can be re-displayed until all the necessary sensor readings are obtained.

После проведения всех необходимых измерений будет выведена страница с результатами калибровки акселерометров для различных положений стенда (фиг.11), нажав на кнопку «Далее» также будет показана матрица калибровочных коэффициентов для акселерометра (фиг.12).After all the necessary measurements, a page will be displayed with the results of the calibration of accelerometers for various positions of the stand (Fig. 11), by clicking on the "Next" button, the matrix of calibration coefficients for the accelerometer (Fig. 12) will also be shown.

Для отображения страницы с результатами калибровки ДУС необходимо также нажать кнопку «Далее». В результате будет выведена страница с результатами калибровки ДУС при различных положениях стенда (фиг.13).To display the page with the results of the DUS calibration, you must also click the "Next" button. As a result, a page with the results of the DUS calibration at various stand positions will be displayed (Fig. 13).

После чего необходимо нажать кнопку «Далее» и в результате чего будут отображены элементы калибровочной матрицы ДУС (фиг.14). Для завершения испытания необходимо нажать кнопку «Завершить», в результате чего калибровочные матрицы будут записаны в базу данных и будет осуществлен переход к странице со списком испытаний (фиг.15). После чего можно начать новое испытание.After that it is necessary to press the button "Next" and as a result the elements of the calibration matrix of the SDS will be displayed (Fig. 14). To complete the test, it is necessary to press the "Finish" button, as a result of which the calibration matrices will be written to the database and the transition to the page with the list of tests will be made (Fig. 15). Then you can start a new test.

Технический эффектTechnical effect

Сравнительный анализ способа прототипа (ближайшего аналога) и заявляемого способа показал следующее. В заявляемом способе имеются новые существенные признаки, представляющие собой совокупность новых действий (операций). Наличие в заявляемом способе этих новых существенных признаков, введенных неочевидным образом путем нового технического решения, позволяет достичь задачи изобретения, а именно: расширение функциональных возможностей распределенной информационной системы.Comparative analysis of the prototype method (closest analogue) and the proposed method showed the following. In the claimed method, there are new essential features, which are a set of new actions (operations). The presence in the claimed method of these new essential features, introduced in a non-obvious way by a new technical solution, allows you to achieve the objective of the invention, namely: expanding the functionality of a distributed information system.

Действительно, совокупность новых действий (операций), обеспечивающих обмен данными в распределенной информационной системе между приложениями-сервисами и устройствами (датчиками БИНС и калибровочным столом), в том числе в широковещательном режиме с помощью брокеров сообщений, а также выполняющих расчет и запись в базу данных и вычислитель БИНС матриц калибровки акселерометров и гироскопов, матриц полиномов температурной компенсации, позволяет реализовать процедуру автоматизированной калибровки датчиков БИНС, обеспечить возможность расширения количества одновременно калибруемых устройств (БИНС).Indeed, a set of new actions (operations) that ensure the exchange of data in a distributed information system between service applications and devices (SINS sensors and a calibration table), including in broadcast mode using message brokers, as well as performing calculations and writing to the database and the SINS calculator of calibration matrices of accelerometers and gyroscopes, matrices of temperature compensation polynomials, makes it possible to implement the procedure for automated calibration of SINS sensors, to provide the possibility of expanding the number of simultaneously calibrated devices (SINS).

Автоматизация процедуры калибровки датчиков БИНС, в свою очередь, приводит к такому техническому эффекту, как повышает производительность процедуры калибровки. Наибольшее возрастание производительности будет осуществляться в случае одновременной калибровки нескольких БИНС. При этом оператору остаются только действия (операции), связанные с размещением и закреплением на поворотно-наклонном испытательном стенде (калибровочном столе) датчиков БИНС, а также с запуском и управлением процедуры калибровки с автоматизированного рабочего места. Тогда как сам алгоритм калибровки, предусматривающий множество рутинных шагов с необходимостью фиксации результатов выполнения каждого шага, выполняется автоматически.Automation of the SINS sensor calibration procedure, in turn, leads to such a technical effect as it increases the productivity of the calibration procedure. The greatest increase in productivity will be carried out in the case of simultaneous calibration of several SINS. In this case, the operator is left with only the actions (operations) associated with the placement and fastening of the SINS sensors on the rotary-inclined test bench (calibration table), as well as with the launch and control of the calibration procedure from the automated workstation. Whereas the calibration algorithm itself, which provides for many routine steps with the need to record the results of each step, is performed automatically.

Кроме того, совокупность новых действий (операций), обеспечивающих выполнение технологии усиленной аутентификации с помощью криптографического токена, генерируемого веб-контроллером, позволяет повысить уровень защиты от несанкционированного доступа к информационным ресурсам в защищенном сегменте локальной сети между веб-контроллером и приложениями-сервисами.In addition, a set of new actions (operations) that ensure the implementation of the enhanced authentication technology using a cryptographic token generated by the web controller makes it possible to increase the level of protection against unauthorized access to information resources in the secure segment of the local network between the web controller and service applications.

Достижение такого технического эффекта, как повышение защиты от несанкционированного доступа к информационным ресурсам, осуществляется за счет следующего. Во-первых, не каждый сервис, взаимодействующий с оборудованием, получит доступ к web-контроллеру и получит взаимодействие с ним. Во-вторых, данная технология защитит систему от несанкционированных действий оператора, в том случае, когда он захочет имитировать информационный обмен между сервисом оборудования и веб-контроллером.The achievement of such a technical effect as increased protection against unauthorized access to information resources is carried out due to the following. First, not every service that interacts with the equipment will gain access to the web controller and interact with it. Secondly, this technology will protect the system from unauthorized actions of the operator, in the event that he wants to simulate information exchange between the equipment service and the web controller.

Таким образом, заявляемый способ автоматизации калибровки датчиков БИНС РБЛА повышает производительность процедуры калибровки датчиков БИНС за счет обеспечения ее автоматизации и расширения количества одновременно калибруемых устройств (БИНС) и повышает защиту от несанкционированного доступа к информационным ресурсам в защищенном сегменте локальной сети между веб-контроллером и приложениями-сервисами за счет применения технологии усиленной аутентификации. Кроме того, применение данного способа на практике позволит исключить или снизить систематические ошибки и несанкционированные действия, вызванные человеческим фактором, в ходе процедуры калибровки и тем, самым повысить ее качество и эффективность.Thus, the claimed method for automating the calibration of SINS sensors RBLA increases the productivity of the SINS sensor calibration procedure by ensuring its automation and expanding the number of simultaneously calibrated devices (SINS) and increases protection against unauthorized access to information resources in the secure segment of the local network between the web controller and applications -services through the use of enhanced authentication technology. In addition, the application of this method in practice will eliminate or reduce systematic errors and unauthorized actions caused by the human factor during the calibration procedure and thereby increase its quality and efficiency.

Claims (2)

1. Способ автоматизации калибровки датчиков бесплатформенной инерциальной системы роботизированного беспилотного летательного аппарата (РБЛА), заключающийся в том, что бесплатформенную инерциальную систему (БИНС), содержащую акселерометры и гироскопы (датчики БИНС), размещают и закрепляют на калибровочном столе с температурной камерой, датчики БИНС и калибровочный стол подключают к находящимся в сегменте локальной сети рабочим станциям, на которых запускают приложения-сервисы для взаимодействия с оборудованием (датчиками БИНС и калибровочным столом), для обмена данными между приложениями-сервисами и автоматическим рабочим местом (АРМ) оператора используют веб-контроллер, с помощью которого выполняют обработку HTTP-запросов и обработку/отправку сообщений WebSockets, при этом двустороннюю и асинхронную связь в реальном времени между пользовательским интерфейсом и приложениями-сервисами обеспечивают множеством сообщений WebSockets, полученные в процессе калибровки исходные (необработанные) данные и журналы процедуры калибровки записывают в базу данных, отличающийся тем, что взаимодействие датчиков БИНС и калибровочного стола с приложениями-сервисами, размещенными на рабочих станциях, осуществляют по протоколу RS-232/RS-485; в веб-контроллере на основании данных, полученных от датчиков БИНС и хранящихся в базе данных, производят расчет матриц калибровки акселерометров и гироскопов, а также матриц полиномов температурной компенсации, рассчитанные матрицы записывают в базу данных и вычислитель БИНС, при этом для обеспечения защищенного удаленного доступа к информационным ресурсам в защищенном сегменте локальной сети выполняют процедуру аутентификации токена, генерируемого веб-контроллером, затем сохраняют токен на локальной станции сервиса, дополнительно осуществляют с помощью веб-контроллера процедуру верификации токена для проверки валидности сохраненного токена на локальной станции сервиса, используют токен для аутентификации сервиса без повторного ввода учетных данных пользователя, от имени которого ведется информационный обмен по протоколу WebSockets.1. A method for automating the calibration of sensors of a strapdown inertial system of a robotic unmanned aerial vehicle (RBVA), which consists in the fact that a strapdown inertial system (SINS) containing accelerometers and gyroscopes (SINS sensors) is placed and fixed on a calibration table with a temperature chamber, SINS sensors and the calibration table is connected to workstations located in the local network segment, on which service applications are launched to interact with equipment (SINS sensors and a calibration table), a web controller is used to exchange data between service applications and the operator's automated workstation (AWS) that handles HTTP request processing and WebSockets message handling / dispatch, while real-time bi-directional and asynchronous communication between the UI and service applications provide multiple WebSockets messages from the original (raw ) data and logs of the calibration procedure are recorded in the database, characterized in that the interaction of the SINS sensors and the calibration table with the service applications located on the workstations is carried out via the RS-232 / RS-485 protocol; in the web controller, based on the data received from the SINS sensors and stored in the database, the calibration matrices of accelerometers and gyroscopes, as well as the matrices of temperature compensation polynomials, are calculated, the calculated matrices are written into the database and the SINS calculator, while ensuring secure remote access to information resources in the protected segment of the local network, they perform the authentication procedure for the token generated by the web controller, then save the token at the local service station, additionally use the web controller to verify the token to check the validity of the saved token at the local service station, use the token for authentication service without re-entering the credentials of the user, on whose behalf the information exchange is carried out using the WebSockets protocol. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения возможности его адаптации к расширению количества одновременно калибруемых устройств (БИНС) осуществляют широковещательную отправку сообщений WebSockets, для этого используют брокеры сообщений, формируемые модулем поддержки трансляций WebSockets.2. The method according to claim 1, characterized in that, to ensure its adaptation to the expansion of the number of simultaneously calibrated devices (SINS), WebSockets messages are broadcast, for this, message brokers generated by the WebSockets broadcast support module are used.
RU2020125207A 2020-07-29 2020-07-29 Method for automation of sensor calibration of strapdown inertial system of unmanned aerial vehicle RU2751143C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125207A RU2751143C1 (en) 2020-07-29 2020-07-29 Method for automation of sensor calibration of strapdown inertial system of unmanned aerial vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020125207A RU2751143C1 (en) 2020-07-29 2020-07-29 Method for automation of sensor calibration of strapdown inertial system of unmanned aerial vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2751143C1 true RU2751143C1 (en) 2021-07-08

Family

ID=76755871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020125207A RU2751143C1 (en) 2020-07-29 2020-07-29 Method for automation of sensor calibration of strapdown inertial system of unmanned aerial vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2751143C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2269813C2 (en) * 2004-03-10 2006-02-10 ЗАО "Газприборавтоматикасервис" Method for calibrating parameters of platform-less inertial measuring module
CN101718849B (en) * 2009-11-30 2012-01-18 浙江工业大学 Automatic calibration system of charge/discharge detection instrument of storage battery
RU2527140C2 (en) * 2009-10-26 2014-08-27 Лэйка Геосистемс Аг Calibration of inertial transducers
US20140245808A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 Honeywell International Inc. System and method for automated shunt calibration of a sensor
RU2602736C1 (en) * 2015-08-03 2016-11-20 Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис" Method and device for calibration of inertial measurement modules
WO2017053961A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 Contec, Llc Universal device testing system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2269813C2 (en) * 2004-03-10 2006-02-10 ЗАО "Газприборавтоматикасервис" Method for calibrating parameters of platform-less inertial measuring module
RU2527140C2 (en) * 2009-10-26 2014-08-27 Лэйка Геосистемс Аг Calibration of inertial transducers
CN101718849B (en) * 2009-11-30 2012-01-18 浙江工业大学 Automatic calibration system of charge/discharge detection instrument of storage battery
US20140245808A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-04 Honeywell International Inc. System and method for automated shunt calibration of a sensor
RU2602736C1 (en) * 2015-08-03 2016-11-20 Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис" Method and device for calibration of inertial measurement modules
WO2017053961A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 Contec, Llc Universal device testing system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210262827A1 (en) System and method of directional sensor calibration
US3545266A (en) Noninertial strapping-down gravity gradient navigation system
Papafotis et al. Mag. ic al.–a unified methodology for magnetic and inertial sensors calibration and alignment
CN106969783A (en) A kind of single-shaft-rotation Rapid Calibration Technique based on optical fibre gyro inertial navigation
CN108318027B (en) Method and device for determining attitude data of carrier
Geist et al. Gravity-based characterization of three-axis accelerometers in terms of intrinsic accelerometer parameters
AU2019203884A1 (en) Multiple downhole sensor digital alignment using spatial transforms
RU2751143C1 (en) Method for automation of sensor calibration of strapdown inertial system of unmanned aerial vehicle
Wang et al. An efficient calibration method for triaxial gyroscope
Neurauter et al. A novel motion-reconstruction method for inertial sensors with constraints
Bonargent et al. Adaptive observer design for a class of Lipschitz nonlinear systems with multirate outputs and uncertainties: Application to attitude estimation with gyro bias
Velázquez et al. A new algorithm for fault tolerance in redundant sensor systems based on real-time variance estimation
CN106895832B (en) A kind of angular velocity signal analogy method of Gyro
Vodicheva et al. Estimating the accuracy parameters of sensors in a strapdown inertial measurement unit with the use of a relatively coarse turntable
Zheng et al. Angle estimation of a single‐axis rotation: a practical inertial‐measurement‐unit‐based method
Derevyankin et al. Formalizing a sequential calibration scheme for a strapdown inertial navigation system
Mikov et al. In-situ gyroscope calibration based on accelerometer data
Shen et al. Observability Analysis and Optimization of Cooperative Navigation System with A Low-Cost Inertial Sensor Array
Previati Large oscillations of the trifilar pendulum: Analytical and experimental study
CN113075713A (en) Vehicle relative pose measuring method, system, equipment and storage medium
Wang et al. Systematic calibration method based on acceleration and angular rate measurements for fiber-optic gyro SINS
Egorov et al. Numerical methods of suboptimal programs synthesis for accelerometer unit
JP2022518484A (en) Systems and methods for configuring and testing external devices via mobile devices
Swornowski Mapping and correction of the CMM workspace error with the use of an electronic gyroscope and neural networks—Practical application
Sun et al. Two-stage batch algorithm for nonlinear static parameter estimation

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210802