gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2017.25.1.003-017gyroscopy-299Research ArticleСтатьиО решении навигационной задачи для летательных аппаратов с использованием инерциального модуля на микромеханических датчиках и наземных радиоориентировSolution of aircraft navigation problem using MEMS IMU and ground radio sources.ЕмельянцевГ. И.Emel’yantsevG. I.

Емельянцев Геннадий Иванович. Доктор технических наук, главный научный сотрудник. Действительный член общественного объединения «Академия навигации и управления движением».

СтепановА. П.StepanovA. P.

Степанов Алексей Петрович. Кандидат технических наук, старший научный сотрудник.

БлажновБ. А.BlazhnovB. A.

Блажнов Борис Александрович. Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник.

АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Университет ИТМО (С.-Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg, Russia, ITMO University, St. Petersburg, RussiaRussian FederationАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Университет ИТМО (С. - Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg, Russia, ITMO University, St. Petersburg, RussiaRussian FederationАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (С. - Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg, Russia.Russian Federation201725112025251317Copyright © Емельянцев Г.И., Степанов А.П., Блажнов Б.А., 20252025Емельянцев Г.И., Степанов А.П., Блажнов Б.А.Emel’yantsev G.I., Stepanov A.P., Blazhnov B.A.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/299

Рассматривается решение задачи навигации для малоразмерного управляемого летательного аппарата (ЛА) при интеграции данных инерциального измерительного модуля (ИМ) на микромеханических датчиках (ММД) и приемника сигналов наземных радиоориентиров в рамках построения интегрированной системы ориентации и навигации (ИСОН) по сильносвязанной схеме. Исследуются алгоритмы и погрешности ИСОН в выработке параметров ориентации и навигации как при предстартовой калибровке погрешностей ИМ с опорой на внешнюю информацию на ограниченном интервале времени, так и при имитации полета ЛА по принятой траектории. Для интеграции данных в ИСОН используется алгоритм обобщенного фильтра Калмана. При имитационном моделировании алгоритмов функционирования ИСОН в пакете Matlab (Simulink) использовались массивы данных стендовых испытаний ММД разработки АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор».

Navigation of a small-sized controlled aircraft is discussed using integrated data from MEMS-based IMU and receiver of ground radio source signals within an integrated tightly-coupled orientation and navigation system (IONS). IONS algorithms and errors in orientation and navigation parameters are considered both during prestart IMU error calibration with external aiding over a limited time interval and during simulation of aircraft flight along a preset highly maneuvering path. Data in IONS are integrated using the extended Kalman filter. In simulation modeling of IONS functioning algorithms in Matlab (Simulink) we used data of bench tests of MEMS sensors developed by Elektropribor.

Летательный аппаратмикромеханические датчикирадиоориентиры.АircraftMEMS sensorsradio sources.ReferencesПешехонов В.Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. 2011. № 1 (72). С. 3–17.Peshekhonov V.G. Gyroscopic navigation systems: Current status and prospects. Gyroscopy and Navigation. 2011. Vol. 2. No. 3. P. 111–118.Евстифеев М.И., Елисеев Д.П., Челпанов И.Б. Методы повышения стойкости микромеханических гироскопов к механическим воздействиям // Гироскопия и навигация. 2014. № 4 (87). С. 56–68.Evstifeev M.I., Eliseev D.P., and Chelpanov I.B. Enhancing the mechanical resistance of micromechanical gyros. Gyroscopy and Navigation. 2015. Vol. 6. No. 2. P. 115–123.Inertial Measurement Units on Micromechanical Sensors: IEEE A&E SYSTEMS MAGAZINE. OCTOBER, 2008.Inertial Measurement Units on Micromechanical Sensors, IEEE A&E SYSTEMS MAGAZINE. OCTOBER, 2008.Электронный ресурс. URL: http://www.elektropribor.spb.ru/rufrset.html.http://www.elektropribor.spb.ru/rufrset.html.Электронный ресурс. URL: http://www.isense.ru/rus/index.htm.http://www.isense.ru/rus/index.htm.Мезенцев А.П., Фролов Е.Н., Климкин М.Ю., Мезенцев О.А. Среднеточная ИНС «АИСТ-320» с кориолисовым вибрационным гироскопом «АИСТ-100». Идеология и результаты разработки, производства и испытаний // XIV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2007. С. 9–21.Mezentsev A.P., Frolov E.N., Klimkin M.Yu., and Mezentsev O.A. Development, production and test results for a medium-accuracy MEMS INS AIST-320 based on Coriolis vibratory gyro AIST-100. 14th St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg, CSRI Elektropribor, 2007. P. 9–18.John R. Coffee, Prasad Maganty. An Integrated DGPS/INS Navigation System for a Ballistic Missile: Design and Flight Test Results. Navigation. Journal of The Institute of Navigation. Vol. 43. No. 3. Fall 1996 Printed in USA. P. 273–293.Coffee J.R. and Maganty P. An integrated DGPS/INS navigation system for a ballistic missile: Design and flight test results. Navigation: Journal of The Institute of Navigation. 1996. Vol. 43. No. 3. P. 273–293.Электронный ресурс. URL: http://www.military-informer.narod.ru/grad.html.http://www.military-informer.narod.ru/grad.html.Gai Eli. Guiding munitions with a micromechanical INS/GPS system // 5th Saint Petersburg Internatioanl Conference on Integrated Navigation Systems. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 1998. С. 7–13.Gai E. Guiding munitions with a micromechanical INS/GPS system. 5th St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg, CSRI Elektropribor, 1998.Minor R.R., Rowe D.W. Utilization of a Magnetic Sensor to Compensate a MEMS-IMU/GPS and De-spin Strapdown on Rolling Missiles. United States Patent № 6,208,936. Mar. 27, 2001.Minor R.R. and Rowe D.W. Utilization of a magnetic sensor to compensate a MEMS-IMU/GPS and de-spin strapdown on rolling missiles, United States Patent № 6,208,936. Mar. 27, 2001.Блажнов Б.А., Емельянцев Г.И., Кошаев Д.А., Семенов И.В., Степанов А.П. и др. Интегрированная инерциально-спутниковая система ориентации и навигации, построенная по сильносвязанной схеме // XVI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. С. 153–162.Blazhnov B.A., Yemeliantsev G.I., Koshaev D.A., Semenov I.V., Stepanov А.P. et al. A Tightly Coupled Integrated Inertial Satellite System of Attitude and Navigation. 16th St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg, CSRI Elektropribor, 2009. P. 182–190.Водичева Л.В., Алиевская Е.Л., Кокщаров Е.А., Парышева Ю.В. Повышение точности определения угловой скорости быстровращающихся объектов // Гироскопия и навигация. 2012. № 1 (76). С. 27–41.Vodicheva L.V., Alievskaya E.L., Koksharov E.A., and Parysheva Yu.V. Improving the accuracy of angular rate determination for spinning vehicles. Gyroscopy and Navigation. 2012. Vol. 3. No. 3. P. 159–168.Жбанов Ю.К., Алехова Е.Ю., Петелин В.Л., Слезкин Л.Н., Терешкин.А.И. Коррекция масштабного коэффициента датчика угловой скорости БИНС быстровращающегося объекта // XVIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2011. С. 103–104.Zhbanov Yu.К., Alekhova Е.Yu., Petelin V.L., Slezkin L.N., and Tereshkin A.I. Scale factor correction of the strapdown angular rate pick-off of the fast rotating object. 18th St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg, CSRI Elektropribor, 2011. P. 113–114.Распопов В.Я. Бесплатформенная инерциальная навигационная система для вращающихся летательных аппаратов // XX Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2013. С. 43–46.Raspopov V.Ya. Strapdown inertial navigation system for rotating flying vehicles. 20th St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg, CSRI Elektropribor, 2013.Vander Velde W., Cafarella J., Tseng H-W., Dimos G., Upadhyay T. GPS-based Measurement of Roll Rate and Roll Angle of Spinning Platforms. Патент США № US2010/0117894 от 15.05.2010.Van der Velde W., Cafarella J., Tseng H.-W., Dimos G., and Upadhyay T. GPS-based measurement of roll rate and roll angle of spinning platforms, US Patent № US2010/0117894 15.05.2010.Емельянцев Г.И., Степанов А.П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2016. 394 c.Emel’yatsev G.I. and Stepanov A.P. Integrirovannye inertsial’no-sputnikovye sistemy orientatsii i navigatsii (Integrated Inertial-Satellite Orientation and Navigation Systems). St. Petersburg: Concern CSRI Elektropribor, 2016.Веремеенко К.К., Желтов С.Ю., Ким Н.В., Козорез Д.А., Красильщиков М.Н., Себряков Г.Г., Сыпало К.И., Черноморский А.И. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов / Под ред. М.Н. Красильщикова и Г.Г Себрякова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 562 с.Veremeenko K.K., Zheltov S.Yu., et al., Sovremennye informatsionnye tekhnologii v zadachakh navigatsii i navedeniya bespilotnykh manevrennykh letatel’nykh apparatov (Modern Information Technologies in Problems of Navigation and Guidance of Maneuverable Unmanned Aerial Vehicles), Krasil’shchikov M.N., Sebryakov G.G. Eds. Moscow: Fizmatlit, 2009.Trevor Layh, Demoz Gebre-Egziabher. A Fault-Tolerant Integrated Navigation System Architecture for UAVs. – Proceedings of the 2015 International Technical Meeting, ION ITM 2015, Danna Point, California, January, 6-28, 2015, p.p.702-712.Layh T. and Gebre-Egziabher D. A fault-tolerant integrated navigation system architecture for UAVs. Proceedings of the 2015 International Technical Meeting. ION ITM 2015. Danna Point, California, January, 6-28, 2015. P. 702–712.Борсоев В.А., Галеев Р.Г., Гребенников А.В., Кондратьев А.С. Использование псевдоспутников группировки ГЛОНАСС/GPS в системах посадки воздушных судов // Научный вестник МГТУ ГА. 2011. № 164. С. 17–23.Borsoev V.A., Galeev R.G., Grebennikov A.V., and Kondrat’ev A.S. Using GLONASS/GPS pseudolites in aircraft landing systems. Nauchnyi vestnik MGTU GA. 2011. No. 164. P. 17–23.

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