gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»LHNYTHgyroscopy-51Research ArticleСтатьиАлгоритм определения угла крена быстровращающегося летательного аппарата по данным микромеханических датчиков угловой скорости на баллистическом участке траекторииRoll Angle Estimation Algorithm for a Spinning Vehicle on a Ballistic Trajectory Based on MEMS Gyroscope DataСуровИ. Л.SurovI. L.Суров Илья Леонидович. Начальник отдела разработки систем управленияС.-Петербург

St. Petersburg

АлексееваК. С.AlekseevaK. S.Алексеева Ксения Сергеевна. Кандидат технических наук, доцент кафедры динамики и управления полетом летательных аппаратовС.-Петербург

 

St. Petersburg

АО «ГИРООПТИКА»РоссияGyroopticsRussian FederationБГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. УстиноваРоссияBaltic State Technical University VoenmechRussian Federation2024180520253214152Copyright © Суров И.Л., Алексеева К.С., 20252025Суров И.Л., Алексеева К.С.Surov I.L., Alekseeva K.S.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/51

В работе предложен алгоритм определения в полете угла крена быстровращающегося вокруг продольной оси летательного аппарата с использованием данных триады микромеханических датчиков угловой скорости при движении на неуправляемом участке траектории. Угол крена оценивается при помощи фазового детектора путем демодуляции сигналов поперечных датчиков угловой скорости с последующей обработкой, которая выполняется методом наименьших квадратов.

The paper describes an algorithm of in-flight roll angle estimation for a spinning vehicle fol-lowing an unguided trajectory based on MEMS gyroscope triad data. The roll angles are esti-mated with a phase detector by demodulating the signals of transverse gyroscopes with sub-sequent least squares processing.

угол кренабыстровращающийся летательный аппаратфазовый детектормикромеханические датчики угловой скоростибаллистическая траекторияproll anglespinning vehiclephase detectormicromechanical gyroscopesballistic trajectoryReferencesВодичева Л.В., Алиевская Е.Л., Кокшаров Е.А., Парышева Ю.В. Повышение точности определения угловой скорости быстровращающихся объектов // Гироскопия и навигация. 2012. №1 (76). С. 27–41.Водичева Л.В., Алиевская Е.Л., Кокшаров Е.А., Парышева Ю.В. Повышение точности определения угловой скорости быстровращающихся объектов // Гироскопия и навигация. 2012. №1 (76). С. 27–41.Жбанов Ю.К., Климов Д.М., Алёхова Е.Ю., Петелин В.Л., Слёзкин Л.Н., Терёшкин А.И. Коррекция масштабного коэффициента датчика угловой скорости БИНС быстровращающегося объекта // Гироскопия и навигация. 2012. № 3 (78). С. 78–84.Жбанов Ю.К., Климов Д.М., Алёхова Е.Ю., Петелин В.Л., Слёзкин Л.Н., Терёшкин А.И. Коррекция масштабного коэффициента датчика угловой скорости БИНС быстровращающегося объекта // Гироскопия и навигация. 2012. № 3 (78). С. 78–84.Zhaowei Deng, Qiang Shen, Zilong Deng, Jisi Cheng, Real-Time Estimation for Roll Angle of Spinning Projectile Based on Phase-Locked Loop on Signals from Single-Axis Magnetometer, Sensors, 2019, 19, 839, doi 10.3390/s19040839.Zhaowei Deng, Qiang Shen, Zilong Deng, Jisi Cheng, Real-Time Estimation for Roll Angle of Spinning Projectile Based on Phase-Locked Loop on Signals from Single-Axis Magnetometer, Sensors, 2019, 19, 839, doi 10.3390/s19040839.Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Степанов А.П. О решении задачи ориентации инерциально-спутниковой системой с использованием фазовых и магнитометрических определений для объектов с быстрым вращением // Гироскопия и навигация. 2014. №2 (85). С. 28–42.Емельянцев Г.И., Блажнов Б.А., Степанов А.П. О решении задачи ориентации инерциально-спутниковой системой с использованием фазовых и магнитометрических определений для объектов с быстрым вращением // Гироскопия и навигация. 2014. №2 (85). С. 28–42.Hui Zhao, Zhong Su, Qing Li, Fuchao Liu, Ning Liu, Real-time attitude propagation algorithm for high spinning flying bodies, Measurement, 2021, no. 177, pp. 109–260.Hui Zhao, Zhong Su, Qing Li, Fuchao Liu, Ning Liu, Real-time attitude propagation algorithm for high spinning flying bodies, Measurement, 2021, no. 177, pp. 109–260.Shuangbiao Zhang, Zhong Su, Xingcheng Li, Real-Time Angular Motion Decoupling and Attitude Updating Method of Spinning Bodies Assisted by Satellite Navigation Data, IEEE Access, 2019, doi 10.1109/ACCESS.2019.2960602.Shuangbiao Zhang, Zhong Su, Xingcheng Li, Real-Time Angular Motion Decoupling and Attitude Updating Method of Spinning Bodies Assisted by Satellite Navigation Data, IEEE Access, 2019, doi 10.1109/ACCESS.2019.2960602.Hepner, D.J., Harkins, T.E., Determining Inertial Orientation of a Spinning Body With Body-Fixed Sensors, Army Research Laboratory, ARL-TR-2313, Jan. 2001.Hepner, D.J., Harkins, T.E., Determining Inertial Orientation of a Spinning Body With Body-Fixed Sensors, Army Research Laboratory, ARL-TR-2313, Jan. 2001.Rogers, J., Costello, M., A Low-Cost Orientation Estimator for Smart Projectiles Using Magnetometers and Thermopiles, Navigation, March 2012, vol. 59, no. 1, pp. 9–24.Rogers, J., Costello, M., A Low-Cost Orientation Estimator for Smart Projectiles Using Magnetometers and Thermopiles, Navigation, March 2012, vol. 59, no. 1, pp. 9–24.Fuchao Liu, Zhong Su, Hui Zhao, Qing Li, Chao Li, Attitude Measurement for High-Spinning Projectile with a Hollow MEMS IMU Consisting of Multiple Accelerometers and Gyros, Sensors, 2019, 19, 1799, doi 10.3390/s19081799.Fuchao Liu, Zhong Su, Hui Zhao, Qing Li, Chao Li, Attitude Measurement for High-Spinning Projectile with a Hollow MEMS IMU Consisting of Multiple Accelerometers and Gyros, Sensors, 2019, 19, 1799, doi 10.3390/s19081799.Емельянцев Г.И., Несенюк Л.П., Блажнов Б.А., Коротков А.Н., Степанов А.П. Об особенностях построения интегрированной инерциально-спутниковой системы для объектов, двигающихся в начальный период по баллистической траектории // Гироскопия и навигация. 2009. №1 (64). С. 9–21.Емельянцев Г.И., Несенюк Л.П., Блажнов Б.А., Коротков А.Н., Степанов А.П. Об особенностях построения интегрированной инерциально-спутниковой системы для объектов, двигающихся в начальный период по баллистической траектории // Гироскопия и навигация. 2009. №1 (64). С. 9–21.Лихошерст В.В., Шведов А.П. Определение параметров углового движения вращающихся по крену объектов // Информационные ресурсы, системы и технологии. 2014. №3. Материалы VI Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве».Лихошерст В.В., Шведов А.П. Определение параметров углового движения вращающихся по крену объектов // Информационные ресурсы, системы и технологии. 2014. №3. Материалы VI Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве».Серегин С.И. Алгоритм определения параметров ориентации для летательных аппаратов, имеющих вращение вдоль продольной оси // Электронный журнал «Труды МАИ». 2013. №63.Серегин С.И. Алгоритм определения параметров ориентации для летательных аппаратов, имеющих вращение вдоль продольной оси // Электронный журнал «Труды МАИ». 2013. №63.Распопов В.Я. Бесплатформенная инерциальная навигационная система для вращающихся летательных аппаратов // XX Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. 2013. С. 43–46.Распопов В.Я. Бесплатформенная инерциальная навигационная система для вращающихся летательных аппаратов // XX Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. 2013. С. 43–46.Матвеев В.В. Информационно-измерительные системы ориентации, стабилизации и навигации на кориолисовых вибрационных гироскопах. Дисс. … д.т.н. Тула, 2020.Матвеев В.В. Информационно-измерительные системы ориентации, стабилизации и навигации на кориолисовых вибрационных гироскопах. Дисс. … д.т.н. Тула, 2020.Jiang Pan, Wang Guochen, Zhang Ya, Zhang Lin, Fan Shiwei, Xu Dingjie, An Improved Attitude Compensation Algorithm in High Dynamic Environment, Sensors Journal, 2020, vol. 20, no. 1, pp. 306–317.Jiang Pan, Wang Guochen, Zhang Ya, Zhang Lin, Fan Shiwei, Xu Dingjie, An Improved Attitude Compensation Algorithm in High Dynamic Environment, Sensors Journal, 2020, vol. 20, no. 1, pp. 306–317.Recchia, T., Projectile Velocity Estimation Using Aerodynamics and Accelerometer Measurements: A Kalman Filter Approach, Technical Report ARMET-TR-10010, U.S. Army Armament Research, New Jersey, 2010.Recchia, T., Projectile Velocity Estimation Using Aerodynamics and Accelerometer Measurements: A Kalman Filter Approach, Technical Report ARMET-TR-10010, U.S. Army Armament Research, New Jersey, 2010.Fairfax, L.D., Fresconi, F.E., Cost-Efficient State Estimation for Precision Projectiles, 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2011.Fairfax, L.D., Fresconi, F.E., Cost-Efficient State Estimation for Precision Projectiles, 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2011.Богданов М.Б., Савельев В.В. Математическая модель процесса вычисления угловых и линейных координат малогабаритного управляемого летательного аппарата с малым временем полета, двигающегося в начальный период по баллистической траектории // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. № 11. С. 8-24.Богданов М.Б., Савельев В.В. Математическая модель процесса вычисления угловых и линейных координат малогабаритного управляемого летательного аппарата с малым временем полета, двигающегося в начальный период по баллистической траектории // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. № 11. С. 8-24.Lucia, D.J., Estimation of the Local Vertical State for Guided Munition Shell with an Embedded GPS/ Micro-Mechanical Inertial Navigation System, Submitted to the Department of Aeronautics and Astronautics … of master of science in aeronautics and astronautics, Massachusetts Institute of Technology, May 1995.Lucia, D.J., Estimation of the Local Vertical State for Guided Munition Shell with an Embedded GPS/ Micro-Mechanical Inertial Navigation System, Submitted to the Department of Aeronautics and Astronautics … of master of science in aeronautics and astronautics, Massachusetts Institute of Technology, May 1995.Hee Young Park, Kwang Jin Kim, Jang Gyu Lee, Chan Gook Park, Roll Angle Estimation for Smart Munitions, IFAC Proceedings Volumes, 2007, vol. 40, no. 7, pp. 49–54.Hee Young Park, Kwang Jin Kim, Jang Gyu Lee, Chan Gook Park, Roll Angle Estimation for Smart Munitions, IFAC Proceedings Volumes, 2007, vol. 40, no. 7, pp. 49–54.Бабичев В.И., Гусев А.В., Морозов В.И., Шигин А.В., Рабинович В.И., Долгова Т.С., Акулинин С.И. Способ определения угла крена бесплатформенной инерциальной навигационной системы вращающегося по крену артиллерийского снаряда. Патент RU (11) 2 584 400(13) C1. 2016.Бабичев В.И., Гусев А.В., Морозов В.И., Шигин А.В., Рабинович В.И., Долгова Т.С., Акулинин С.И. Способ определения угла крена бесплатформенной инерциальной навигационной системы вращающегося по крену артиллерийского снаряда. Патент RU (11) 2 584 400(13) C1. 2016.Lindquist, E., Kreichauf, R.D., Apparatus and appertaining method for upfinding in spinning projectiles using a phase-lock-loop or correlator mechanism, patent US 7,395,987 B2, Jul. 8, 2008.Lindquist, E., Kreichauf, R.D., Apparatus and appertaining method for upfinding in spinning projectiles using a phase-lock-loop or correlator mechanism, patent US 7,395,987 B2, Jul. 8, 2008.Kreichauf, R.D., Lindquist, E., Estimation of the Roll Angle in a Spinning Guided Munition Shell, IEEE/ION Position, Location, And Navigation Symposium, 2006, doi 10.1109/PLANS.2006.1650580.Kreichauf, R.D., Lindquist, E., Estimation of the Roll Angle in a Spinning Guided Munition Shell, IEEE/ION Position, Location, And Navigation Symposium, 2006, doi 10.1109/PLANS.2006.1650580.Yang Qifan, Wang Jiang, Fan Shipeng, Bai Chan, Zhou Yongjia, Hu Shaoyong, In-flight Alignment Method of Guided Projectile Roll Angle Based on Trajectory Bending Angular Velocity Single Vector, Acta Armamentarii, 2023, vol. 44, no. 2, doi 10.12382/bgxb.2021.0707.Yang Qifan, Wang Jiang, Fan Shipeng, Bai Chan, Zhou Yongjia, Hu Shaoyong, In-flight Alignment Method of Guided Projectile Roll Angle Based on Trajectory Bending Angular Velocity Single Vector, Acta Armamentarii, 2023, vol. 44, no. 2, doi 10.12382/bgxb.2021.0707.

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