gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.00103gyroscopy-107Research ArticleСтатьиТочная калибровка БИНС на грубых стендахPrecise Calibration of Strapdown INS using Low-Accuracy TurntablesКлимковичБ. В.KlimkovichB. V.

Климкович Борис Владимирович, кандидат физико-математических наук, главный научный сотрудник; действительный член международной общественной организации «Академия навигации и управления движением» 

г. Минск

 Minsk 

НП ООО «ОКБ ТСП»БеларусьOKB TSP Scientific Production LLCBelarus2022200520253045470Copyright © Климкович Б.В., 20252025Климкович Б.В.Klimkovich B.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/107

Предложен метод калибровки бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), в котором удалось совместить преимущества подходов, основанных на применении фильтра Калмана, с одной стороны, и на оценках изменения кажущегося ускорения в плоскости горизонта до и после вращения поворотного стенда – с другой.

В отличие от известных методов калибровки БИНС, осуществляемой по изменению кажущегося ускорения в плоскости горизонта с модельной матрицей измерения при итерационных расчетах поправок к смещениям нулей, масштабным коэффициентам и углам рассогласования акселерометров и гироскопов, предложенный подход позволяет учитывать не заданные для поворотного стенда углы одноосного вращения и положения БИНС, а фактические вращения и положения с учетом предыдущих итераций.

Проведено сравнение на одних и тех же экспериментальных данных предлагаемого метода и метода с модельной матрицей измерений. Показано, что результирующая погрешность БИНС, откалиброванной с помощью предлагаемого метода, меньше погрешности, полученной методом с модельной матрицей измерений, а число необходимых итерационных уточнений меньше.

Предложенный метод позволяет проводить калибровку БИНС навигационного класса точности на грубых стендах, в том числе с учетом неточности вращения модуля чувствительных элементов БИНС в амортизаторах.

A method for calibration of strapdown inertial navigation systems (SINS) is proposed which combines the advantages of the approached based on the application of the Kalman filter, on the one hand, and estimates of changes in specific force in the horizon plane before and after rotation of the turntable, on the other. In contrast to the known methods of SINS calibration that take into account the changes in the horizon components of acceleration with a model measurement matrix in iterative calculations of corrections to biases, scale factors, and misalignments of accelerometers and gyroscopes (hereinafter called gyros), the approach described in this paper uses actual rotations and positions of the SINS with account for previous iterations rather than SINS uniaxial rotation angles and positions specified to a turntable.

The same experimental data were used to compare the proposed method with the one using the model measurement matrix. The results have shown that the overall error of the SINS calibrated by the proposed method is less than in the other case; in addition, the number of required iterative refinements is less. The proposed method allows navigation-grade SINS to be calibrated on low-accuracy turntables, with proper consideration for the inaccuracy of the SINS inertial measurement unit (IMU) rotation in shock absorbers.

калибровкаБИНСповоротный стендинерциальный режимнавигационный класс точностиcalibrationSINSturntablenavigation-grade accuracyReferencesIEEE Recommended Practice for Inertial Sensor Test Equipment, Instrumentation, Data Acquisition, and Analysis, IEEE Aerospace and Electronic System Society, IEEE Std., 1554–2005.IEEE Recommended Practice for Inertial Sensor Test Equipment, Instrumentation, Data Acquisition, and Analysis, IEEE Aerospace and Electronic System Society, IEEE Std., 1554–2005.Titterton, D.H., Weston, J.L., Strapdown Inertial Navigation Technology, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2nd Edition, 2004, p. 558.Titterton, D.H., Weston, J.L., Strapdown Inertial Navigation Technology, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2nd Edition, 2004, p. 558.Aggarwal, P., Syed, Z., Sheimy, N., Thermal Calibration of Low Cost MEMS Sensors for Land Vehicle Navigation System, Vehicular Technology Conference, 2008, VTC Spring IEEE, doi: 10.1109/VETECS.2008.623.Aggarwal, P., Syed, Z., Sheimy, N., Thermal Calibration of Low Cost MEMS Sensors for Land Vehicle Navigation System, Vehicular Technology Conference, 2008, VTC Spring IEEE, doi: 10.1109/VETECS.2008.623.Водичева Л.В., Парышева Ю.В. Оценка точностных параметров датчиков бесплатформенного инерциального измерительного блока с помощью относительно грубого поворотного стола // Гироскопия и навигация. 2019. №2 (105). С. 162–177. DOI: 10.17285/0869-7035.2019.27.2.162-178.Водичева Л.В., Парышева Ю.В. Оценка точностных параметров датчиков бесплатформенного инерциального измерительного блока с помощью относительно грубого поворотного стола // Гироскопия и навигация. 2019. №2 (105). С. 162–177. DOI: 10.17285/0869-7035.2019.27.2.162-178.Измайлов Е.А., Лепе С.Н., Молчанов А.В.,Поликовский Е.Ф. Скалярный способ калибровки и балансировки бесплатформенных инерциальных навигационных систем // Гироскопия и навигация. 2019. №2 (105). С. 162–177.Измайлов Е.А., Лепе С.Н., Молчанов А.В.,Поликовский Е.Ф. Скалярный способ калибровки и балансировки бесплатформенных инерциальных навигационных систем // Гироскопия и навигация. 2019. №2 (105). С. 162–177.Голован А.А., Парусников Н.А. Математические основы навигационных систем. Часть II / 2-е изд. испр. и доп. М.: МАКС Пресс, 2012. 172 с.Голован А.А., Парусников Н.А. Математические основы навигационных систем. Часть II / 2-е изд. испр. и доп. М.: МАКС Пресс, 2012. 172 с.Вавилова Н.Б., Васинева И.А., Голован А.А., Козлов А.В., Папуша И.А., Парусников Н.А. Калибровка в инерциальной навигации // Фундаментальная и прикладная математика. 2018. Том 22. № 2. С. 89–115.Вавилова Н.Б., Васинева И.А., Голован А.А., Козлов А.В., Папуша И.А., Парусников Н.А. Калибровка в инерциальной навигации // Фундаментальная и прикладная математика. 2018. Том 22. № 2. С. 89–115.Климкович Б.В. Калибровка БИНС в инерциальном режиме. Объединение скоростного и скалярного методов // Гироскопия и навигация. 2014. №3 (86). С. 29–40.Климкович Б.В. Калибровка БИНС в инерциальном режиме. Объединение скоростного и скалярного методов // Гироскопия и навигация. 2014. №3 (86). С. 29–40.Емельянцев Г.И., Драницына Е.В., Блажнов Б.А. О калибровке бескарданного инерциального измерительного модуля на ВОГ // Гироскопия и навигация. 2012. №3 (78). С. 55–63.Емельянцев Г.И., Драницына Е.В., Блажнов Б.А. О калибровке бескарданного инерциального измерительного модуля на ВОГ // Гироскопия и навигация. 2012. №3 (78). С. 55–63.Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Драницына Е.В., Степанов А.П. О калибровке измерительного модуля прецизионной БИНС и построении связанного с ним ортогонального трехгранника // Гироскопия и навигация. 2016. №1 (92). С. 36–48.Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Драницына Е.В., Степанов А.П. О калибровке измерительного модуля прецизионной БИНС и построении связанного с ним ортогонального трехгранника // Гироскопия и навигация. 2016. №1 (92). С. 36–48.Климкович Б. В. Толочко А.М. Определение запаздываний гироскопов и акселерометров при калибровке БИНС в инерциальном режиме // Гироскопия и навигация. 2015. № 4. С. 55–66.Климкович Б. В. Толочко А.М. Определение запаздываний гироскопов и акселерометров при калибровке БИНС в инерциальном режиме // Гироскопия и навигация. 2015. № 4. С. 55–66.Климкович Б. В. Толочко А.М. Учет size-эффекта при калибровке БИНС // Гироскопия и навигация. 2015. № 1. С. 81–92.Климкович Б. В. Толочко А.М. Учет size-эффекта при калибровке БИНС // Гироскопия и навигация. 2015. № 1. С. 81–92.Wei, Q., Jianli, L., Xiaolin, G., Jiancheng, F., INS/CNS/GNSS Integrated Navigation Technology, Springer, Beijing, 2015, p. 372, doi: 10.1007/978-3-662-45159-5.Wei, Q., Jianli, L., Xiaolin, G., Jiancheng, F., INS/CNS/GNSS Integrated Navigation Technology, Springer, Beijing, 2015, p. 372, doi: 10.1007/978-3-662-45159-5.Емельянцев Г.И., Степанов А.П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации. Санкт-Петербург: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» 2016. С. 394.Емельянцев Г.И., Степанов А.П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации. Санкт-Петербург: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» 2016. С. 394.IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Linear Single-Axis, Nongyroscopic Accelerometers, IEEE Std 1293™, 2018.IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Linear Single-Axis, Nongyroscopic Accelerometers, IEEE Std 1293™, 2018.Savage, P.G., Calibration Procedures For Laser Gyro Strapdown Inertial Navigation Systems, 9th Annual Electro-Optics / Laser Conference and Exhibition, Anaheim, California, October 25–27, 1977.Savage, P.G., Calibration Procedures For Laser Gyro Strapdown Inertial Navigation Systems, 9th Annual Electro-Optics / Laser Conference and Exhibition, Anaheim, California, October 25–27, 1977.Rogers, R.M., Applied Mathematics in Integrated Navigation Systems, Second Edition, American Institute of Aeronautics and Astronautics, p. 334.Rogers, R.M., Applied Mathematics in Integrated Navigation Systems, Second Edition, American Institute of Aeronautics and Astronautics, p. 334.Brown, A., Ebner, R., Mark, J., A calibration technique for laser gyro strapdown inertial navigation system, DGON Proceedings, Gyro Technology Symposium, Stuttgart, 1982.Brown, A., Ebner, R., Mark, J., A calibration technique for laser gyro strapdown inertial navigation system, DGON Proceedings, Gyro Technology Symposium, Stuttgart, 1982.Diesel, J.W., Calibration of a ring laser gyro inertial navigation system, Proc. of the 13th Biennial Guidance Test Symposium, Holloman AF, New Mexico, 1987, vol. 1, pp. SO1A.1-SO.1A.37.Diesel, J.W., Calibration of a ring laser gyro inertial navigation system, Proc. of the 13th Biennial Guidance Test Symposium, Holloman AF, New Mexico, 1987, vol. 1, pp. SO1A.1-SO.1A.37.Wei, G., Gao, C., Wang, Qi., Wang, Q., Xiong, Z., Long, X., A new systematic calibration method of ring laser gyroscope inertial navigation system. Electro-Optical and Infrared Systems, Proc. of SPIE, 2016, vol. 9987, doi: 10.1117/12.2241253.Wei, G., Gao, C., Wang, Qi., Wang, Q., Xiong, Z., Long, X., A new systematic calibration method of ring laser gyroscope inertial navigation system. Electro-Optical and Infrared Systems, Proc. of SPIE, 2016, vol. 9987, doi: 10.1117/12.2241253.Lee, T.G., Sung, C.K., Estimation Technique of Fixed Sensor Error for SDINS Calibration, International Journal of Control, Automation, and System, 2004, vol. 2, no. 4, pp. 536–541.Lee, T.G., Sung, C.K., Estimation Technique of Fixed Sensor Error for SDINS Calibration, International Journal of Control, Automation, and System, 2004, vol. 2, no. 4, pp. 536–541.Savage, P.G., Strapdown analytics, Second Edition, Strapdown Associated, Minnesota, Part 2, 2000.Savage, P.G., Strapdown analytics, Second Edition, Strapdown Associated, Minnesota, Part 2, 2000.Любимцев О.В., Любимцева О.Л. Линейные регрессионные модели в эконометрике: методическое пособие. Нижний Новгород: ННГАСУ, 2016.Любимцев О.В., Любимцева О.Л. Линейные регрессионные модели в эконометрике: методическое пособие. Нижний Новгород: ННГАСУ, 2016.Тихомиров В.В., Дзуев А.А., Голиков В.П., Требухов А.В. Калибровка БИНС с блоком инерциальных датчиков, закрепленным на амортизаторах // Гироскопия и навигация. 2019. № 1 (104). С. 33–45.Тихомиров В.В., Дзуев А.А., Голиков В.П., Требухов А.В. Калибровка БИНС с блоком инерциальных датчиков, закрепленным на амортизаторах // Гироскопия и навигация. 2019. № 1 (104). С. 33–45.IEEE Recommended Practice for Precision Centrifuge Testing of Linear Accelerometers, IEEE Std., 836–1991.IEEE Recommended Practice for Precision Centrifuge Testing of Linear Accelerometers, IEEE Std., 836–1991.Ван Л., Пань В.У.С. Компенсация динамической погрешности БИНС с лазерными гироскопами в условиях вибрации // Гироскопия и навигация. 2017. №3 (98). С. 60–77.Ван Л., Пань В.У.С. Компенсация динамической погрешности БИНС с лазерными гироскопами в условиях вибрации // Гироскопия и навигация. 2017. №3 (98). С. 60–77.Климкович Б.В. Влияние случайной погрешности температурных датчиков на качество температурной компенсации смещения нуля ВОГ нейронной сетью // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. № 4 (111). С. 53–67.Климкович Б.В. Влияние случайной погрешности температурных датчиков на качество температурной компенсации смещения нуля ВОГ нейронной сетью // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. № 4 (111). С. 53–67.Степанов О.А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Часть 2. Введение в теорию фильтрации. С.-Петербург, 2012. С. 417.Степанов О.А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Часть 2. Введение в теорию фильтрации. С.-Петербург, 2012. С. 417.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.