gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2019.27.2.082-094gyroscopy-245Research ArticleСтатьиОпыт разработки ударостойкой прецизионной бесплатформенной инерциальной навигационной системы наземного примененияShockproof Precision Strapdown Inertial Navigation System Development for Terrestrial ApplicationsКолеватовА. П.KolevatovA. P.

Колеватов Андрей Петрович. Кандидат технических наук, доцент, начальник отдела

УльяновскаяТ. А.Ul’yanovskaya,T. A.

Ульяновская Татьяна Александровна. Инженер-программист

ЗобачевД. Ю.ZobachevD. Yu.

Зобачев Дмитрий Юрьевич. Инженер-конструктор

ФедоровИ. В.FedorovI. V.

Федоров Илья Викторович. Инженер-программист

ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», Пермский национальный исследовательский политехнический университет.РоссияPerm’Instrumentation Research and Production Company, Perm’, RussiaRussian FederationПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания»РоссияPerm’Instrumentation Research and Production Company, Perm’, RussiaRussian FederationПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания».РоссияPerm’Instrumentation Research and Production Company, Perm’, RussiaRussian Federation2019141120252728294Copyright © Колеватов А.П., Ульяновская Т.А., Зобачев Д.Ю., Федоров И.В., 20252025Колеватов А.П., Ульяновская Т.А., Зобачев Д.Ю., Федоров И.В.Kolevatov A.P., Ul’yanovskaya, T.A., Zobachev D.Y., Fedorov I.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/245

Рассматриваются структура, алгоритмы и результаты испытаний гибридной прецизионной бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), стойкой к кратковременным экстремальным ударным воздействиям. Ударостойкость прецизионной БИНС обеспечивается: 1) включением в её состав вспомогательной бесплатформенной инерциальной системы ориентации (БИСО) на грубых датчиках, которые способны выдерживать кратковременные экстремальные ударные воздействия без потери точности определения углового положения; 2) реализацией в бортовом вычислителе постобработки показаний инерциальных датчиков одновременно с решением основной навигационной задачи. Постобработка предназначена для автоматического определения момента появления ударного воздействия и для реализации в бортовом вычислителе повторного решения задачи ориентации по данным вспомогательной БИСО на временном интервале экстремального ударного воздействия. При отсутствии ударного воздействия выполняется калибровка вспомогательной БИСО по данным основной прецизионной БИНС. Основная прецизионная БИНС разработана на базе точных волоконно-оптических гироскопов (ВОГ), вспомогательная БИСО – на базе микромеханических гироскопов (ММГ). Гибридная прецизионная БИНС успешно прошла все испытания, в том числе и на экстремальные ударные воздействия, подтвердив требуемые точностные характеристики.

The paper discusses the structure, algorithms and testing results for a hybrid precision strapdown inertial navigation system (SINS) which is resistant to fast extreme impacts. Impact resistance of the precision SINS is provided by incorporating an auxiliary strapdown inertial attitude control system (SIACS) based on rough sensors that can endure fast extreme shocks without losing the attitude accuracy; and by post-processing of inertial sensors data performed in the onboard computer simultaneously with the main navigation task. The post-processing procedure is designed to identify the moment of shock occurrence and to repeat the attitude problem solving in the onboard computer based on the auxiliary SIACS data within the time interval of exposure to the extreme shock. In the absence of shocks, the auxiliary SIACS is calibrated in accordance with the data of the main precision SINS. The main precision SINS is based on precision fiber-optic gyros (FOG) and the auxiliary SIACS – on micromechanical gyros (MMG). Thus, a hybrid-type precision SINS has been constructed, which has demonstrated required accuracy level during onground vehicle tests, including shock tests.

Волоконно-оптический гироскопмикромеханический гироскопударостойкостьгибридная системапараллельные вычисленияповторные вычислениякалибровка.Fiber-optic gyromicromechanical gyroimpact resistancehybrid systemparallel calculationsrepeated calculationscalibration.ReferencesLefevre, H., The Fiber-Optic Gyroscope, London, ArtechHouse, 1992, 313 p.Lefevre, H., The Fiber-Optic Gyroscope, London: ArtechHouse, 1992.Lannam, J.I., Ryan, S.J., Wigent, D.J., Mosher, M.W., Klembczyk, A.R., Mitigation of military high shock transients for ship board gyrocompass with fiber optic gyros. URL:http://www.taylordevices.com.Lahham, J.I., Ryan, S.J., Wigent, D.J., Mosher, M.W. and Klembczyk, A.R., Mitigation of military high shock transients for ship board gyrocompass with fiber optic gyros, http://www.taylordevices.com/custom/pdf/tech-papers/84-FiberOpticGyroIsolation.pdf.Мешковский И.К., Стригалев В.Е., Дейнека Г.Б., Пешехонов В.Г., Волынский Д.В., Унтилов А.А. Трехосный волоконно-оптический гироскоп. Результаты разработки // Сборник материалов XVIII Санкт-Петербургской Международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2011. С. 8–14.Meshkovskii, I.K., Strigalev, V.Ye., Deineka, G.B., Peshekhonov, V.G., Volynskii, D.V. and Untilov, A.A., Three-axis fiber optical gyroscope. The results of the development and tests, Proc. 18th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, St. Petersburg, 2011, pp. 7–12.Коркишко Ю.Н., Федотов В.А., Прилуцкий В.Е., Пономарев В.Г., Морев И.В., Обухович Д.В., Прилуцкий С.В., Костицкий С.М., Федоров И.В., Зуев А.И., Варнаков В.К. Прецизионный волоконно-оптический гироскоп ОИУС-5000 // Оборонная техника. 2015. №7-8, стр. 84–92.Korkishko, Yu.N., Fedotov, V.A., Prilutskii, V.E., Ponomarev, V.G., Morev, I.V., Obukhovich, D.V., Prilutskii, S.V., Kostitskii, S.M., Fedorov, I.V., Zuev, A.I., and Varnakov, V.K., Precision fiber-optic gyroscope OIUS-5000, Oboronnaya tekhnika, 2015, no. 7-8, pp. 84–92.Колеватов А.П., Николаев С.Г., Андреев А.Г., Ермаков В.С., Кель О.Л., Шевцов Д.И. Волоконно-оптический гироскоп бесплатформенных инерциальных систем навигационного класса. Разработка, термокомпенсация, испытания // Гироскопия и навигация. 2010. № 3(70). С. 49–60.Kolevatov, A.P., Nikolaev, S.G., Andreev, A.G., Ermakov, V.S., Kel’, O.L., and Shevtsov, D.I., Fiber-optic gyroscope of navigation-grade strapdown inertial systems: Development, temperature compensation and tests, Giroskopiya i navigatsiya, 2010, no. 3, pp. 49–60.Колеватов А.П., Будкин В.Л., Ермаков В.С., Кель О.Л., Парфёнов А.С., Струк В.К. и др. Разработка бесплатформенных инерциальных систем наземных подвижных объектов // Оборонная техника. 2014. №3–4. С. 27–35.Kolevatov, A.P., Budkin, V.L., Ermakov, V.S., Kel’, O.L., Parfenov, A.S., Struk, V.K., and Shirokov, Development of strapdown inertial systems for on-ground vehicles, Oboronnaya tekhnika, 2014, no. 3–4, pp. 27–35.Елисеев Д.П. Обзор средств защиты инерциальных чувствительных элементов от инерционных воздействий. URL: www.elektropribor.spb.ru/cnf/kmu14/text/096.doc.Eliseev, D.P., Review of methods of inertial sensitive elements protection from inertia effects, Proc. 14th Conference of Young Scientists «Navigation and Motion Control», St. Petersburg, 2012, pp. 464–470.Коркишко Ю.Н., Федотов В.А., Прилуцкий В.Е., Пономарев В.Г., Морев И.В., Обухович Д.В., Прилуцкий С.В., Костицкий С.М., Федоров И.В., Зуев А.И., Варнаков В.К. Прецизионный волоконно-оптический гироскоп с расширенным диапазоном измерения угловых скоростей // XXI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб., 2014. С. 183–190.Korkishko, Yu.N., Fedotov, V.A., Prilutskii, V.E., Ponomarev, V.G., Morev, I.V., Obukhovich, D.V., Prilutskii, S.V., Kostitskii, S.M., Fedorov, I.V., Zuev, A.I., and Varnakov, V.K., High-precision FOG with an extended dynamical range, Proc. 21st St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2014, pp. 183–190.Grifi, D., Senatore, R., Quatraro, E., Verola, M., Pizzarulli, A., FOG based INS for satellite launcher application //Proceedings of the Gyro Technology Symposium, Germany, 19–20 Sept. 2017, pp. P05.1–P05.12.Grifi, D., Senatore, R., Quatraro, E., Verola, M., and Pizzarulli, A., FOG-based INS for satellite launcher application, Proc. Gyro Technology Symposium, Germany, 2017, pp. P05.1–P05.12.Андреев А.Г., Ермаков В.С., Колеватов А.П., Зобачев Д. Ю., Ульяновская Т.А. Бесплатформенная инерциальная навигационная система на гибридном гироскопе. Патент на полезную модель № 134314. Заявка № 201311243. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 ноября 2013 г.Andreev, A.G., Ermakov, V.S., Kolevatov, A.P., Zobachev, D.Yu., and Ul’yanovskaya, T.A., Utility model patent No. 134314, 2013.ADXRS 620. Data Sheet Rev. B. http://www.analog.com/en/products/mems/mems-gyroscopes/adxrs620.html#product-overview.ADXRS 620. Data Sheet Rev. B.ADXRS 646. Data Sheet Rev. B. http://www.analog.com/en/products/mems/mems-gyroscopes/adxrs646.html#product-overview.http://www.analog.com/en/products/mems/mems-gyroscopes/adxrs620.html#product-overview.Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973. 320 с.ADXRS 646. Data Sheet Rev. B.Степанов О.А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Часть 1. Введение в теорию оценивания. СПб.: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». 2017. 509 с.http://www.analog.com/en/products/mems/mems-gyroscopes/adxrs646.html#product-overview.Deppe, O., Dorner, G., König, S., Martin, T., Voigt, S., Zimmermann, S., MEMS and FOG Technologies for Tactical and Navigation Grade Inertial Sensors – Recent Improvements and Comparison, Sensors, 2017, 17(3), 567. DOI 10.3390/s17030567.Branets, V.N., and Shmyglevskii, I.P., Primenenie kvaternionov v zadachakh orientatsii tverdogo tela (Use of Quaternions in Solid Body Attitude Problems), Moscow: Nauka, 1973.Stepanov, O.A., Osnovy teorii otsenivaniya s prilozheniyami k zadacham obrabotki navigatsionnoi informatsii. Chast’ 1. Vvedenie v teoriyu otsenivaniya (Fundamentals of the Estimation Theory with Applications to the Problems of Navigation Information Processing. Part 1. Introduction to the Estimation Theory), St. Petersburg: Concern CSRI Elektropribor, JSC, 2017.Stepanov, O.A., Osnovy teorii otsenivaniya s prilozheniyami k zadacham obrabotki navigatsionnoi informatsii. Chast’ 1. Vvedenie v teoriyu otsenivaniya (Fundamentals of the Estimation Theory with Applications to the Problems of Navigation Information Processing. Part 1. Introduction to the Estimation Theory), St. Petersburg: Concern CSRI Elektropribor, JSC, 2017.Deppe, O., Dorner, G., König, S., Martin, T., Voigt, S., Zimmermann, S., MEMS and FOG Technologies for Tactical and Navigation Grade Inertial Sensors – Recent Improvements and Comparison, Sensors, 2017, 17(3), 567. https://doi.org/10.3390/s17030567.Deppe, O., Dorner, G., König, S., Martin, T., Voigt, S., Zimmermann, S., MEMS and FOG Technologies for Tactical and Navigation Grade Inertial Sensors – Recent Improvements and Comparison, Sensors, 2017, 17(3), 567. https://doi.org/10.3390/s17030567.

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