gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.0040gyroscopy-219Research ArticleСтатьиОпределение углов ориентации по наблюдениям за векторами в задаче исследования штопора модели самолетаAttitude Determination by External Vectors in Airplane Free Spin InvestigationВялковА. В.VyalkovA. V.

Вялков Андрей Викторович. Кандидат технических наук, начальник отдела, доцент кафедры АЛЭ, ФАЛТ, МФТИ

Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (г. Жуковский, Московская обл.).РоссияZhukovskiy Central Aerohydrodynamic Institute, Moscow region, RussiaRussian Federation2020111120252834359Copyright © Вялков А.В., 20252025Вялков А.В.Vyalkov A.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/219

В статье дан обзор методов определения углов ориентации по наблюдениям за внешними опорными векторами. С тем чтобы сохранить наблюдаемость кинематических параметров движения свободно летающей модели самолета в вертикальной аэродинамической трубе, проанализированы способы определения вектора конечного поворота с помощью двух, трех и более векторов, известных в неподвижной и связанной с моделью системе координат, а также их производных. Предложены способы оценки достоверности рассчитанных углов ориентации. Рассмотрен метод оценки радиуса установившегося штопора свободно летающей модели.

The article gives an overview of the methods for determining orientation angles from observations of external reference vectors. To maintain the observability of the kinematic parameters of the free-flying aircraft model motion in a vertical wind tun-nel, we analyzed the methods for determining the finite rotation vector using two, three or more vectors, known in a model body frame, as well as their derivatives. The methods to estimate the reliability of the calculated orientation angles are proposed. The method for estimating the radius of the free-flying model spin is considered.

Вектор конечного поворотарасчет параметров ориентацииинерциальные системырасчет параметров движенияиспытания свободно летающих моделей.Finite rotation vectorattitude determinationfree flight testsinertial systemsmotion parameters calculation.ReferencesВялков А.В. Инерциальная технология штопорного эксперимента // Ученые записки ЦАГИ. 2016. Том XLVII. №5. С. 58–69.Вялков А.В. Инерциальная технология штопорного эксперимента // Ученые записки ЦАГИ. 2016. Том XLVII. №5. С. 58–69.Микеладзе В.Г. Авиация общего назначения. Рекомендации для конструкторов. М.: ЦАГИ, 1996. С. 272–273.Микеладзе В.Г. Авиация общего назначения. Рекомендации для конструкторов. М.: ЦАГИ, 1996. С. 272–273.Mahony, R., Hamel, T., and Pflimlin, J.-M., Nonlinear complementary filters on the special orthogonal group, IEEE Transactions on Automatic Control, 2008, vol. 53, no. 5, pp. 1203–1218.Mahony, R., Hamel, T., and Pflimlin, J.-M., Nonlinear complementary filters on the special orthogonal group, IEEE Transactions on Automatic Control, 2008, vol. 53, no. 5, pp. 1203–1218.Madgwick, S.O.H., Harrison, A.J.L., Vaidyanathan, R., Estimation of IMU and MARG orientation using a gradient descent algorithm, Proceedings of the IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR ’11), July 2011, Zurich, Switzerland, pp. 1–7.Madgwick, S.O.H., Harrison, A.J.L., Vaidyanathan, R., Estimation of IMU and MARG orientation using a gradient descent algorithm, Proceedings of the IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR ’11), July 2011, Zurich, Switzerland, pp. 1–7.Wilson, S., Eberle, H., Hayashi, Y., Madgwick, S.O.H., McGregor, A., Jing, X., Vaidyanathan, R., Formulation of a new gradient descent MARG orientation algorithm: Case study on robot teleoperation, Mechanical Systems and Signal Processing, 2019, 130, pp. 183–200.Wilson, S., Eberle, H., Hayashi, Y., Madgwick, S.O.H., McGregor, A., Jing, X., Vaidyanathan, R., Formulation of a new gradient descent MARG orientation algorithm: Case study on robot teleoperation, Mechanical Systems and Signal Processing, 2019, 130, pp. 183–200.Valenti, R.G., Dryanovski, I., Xiao, J., Keeping a Good Attitude: A Quaternion-Based Orientation Filter for IMUs and MARGs, Sensors, 2015, 15, 19302–19330. DOI:10.3390/s150819302.Valenti, R.G., Dryanovski, I., Xiao, J., Keeping a Good Attitude: A Quaternion-Based Orientation Filter for IMUs and MARGs, Sensors, 2015, 15, 19302–19330. DOI:10.3390/s150819302.Markley, F.L., Attitude determination using two vector measurements, NASA_techdoc_19990052720, 1998.Markley, F.L., Attitude determination using two vector measurements, NASA_techdoc_19990052720, 1998.Wahba, G., A least squares estimate of satellite attitude, SIAM review, 1965, vol. 7, no. 3, pp. 409–409.Wahba, G., A least squares estimate of satellite attitude, SIAM review, 1965, vol. 7, no. 3, pp. 409–409.Hashim, H.A., Attitude Determination and Estimation using Vector Observations: Review, Challenges and Comparative Results, arXiv preprint, 2020.Hashim, H.A., Attitude Determination and Estimation using Vector Observations: Review, Challenges and Comparative Results, arXiv preprint, 2020.Welch, G.F., Foxlin, E., Motion tracking: no silver bullet, but a respectable arsenal, IEEE Comput. Graph. Appl., 2002 , 22, pp. 24–38.Welch, G.F., Foxlin, E., Motion tracking: no silver bullet, but a respectable arsenal, IEEE Comput. Graph. Appl., 2002 , 22, pp. 24–38.ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. М., 1980. 12. Шилов А.А. Об уравнениях кинематики твердого тела // Ученые записки ЦАГИ. 2001. Т. XXXII. №1–2.ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. М., 1980. 12. Шилов А.А. Об уравнениях кинематики твердого тела // Ученые записки ЦАГИ. 2001. Т. XXXII. №1–2.Шалагинов В.М. Алгоритмы вычисления кватерниона по известным значениям матрицы ориентации объекта // Гироскопия и навигация. 2009. №2(65). С. 56–71.Шалагинов В.М. Алгоритмы вычисления кватерниона по известным значениям матрицы ориентации объекта // Гироскопия и навигация. 2009. №2(65). С. 56–71.Лурье А.И. Аналитическая механика. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. С. 101.Лурье А.И. Аналитическая механика. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. С. 101.Литманович Ю.А. Об одном подходе к использованию избыточной информации в задачах определения угловой ориентации по наблюдению за двумя векторами // Гироскопия и навигация. 2012. №3. С. 99–110.Литманович Ю.А. Об одном подходе к использованию избыточной информации в задачах определения угловой ориентации по наблюдению за двумя векторами // Гироскопия и навигация. 2012. №3. С. 99–110.

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