Initial Alignment of Shipborne SINS under Ship Motion
https://doi.org/10.17285/0869-7035.0043
Abstract
The paper focuses on improving the accuracy and shortening the time of shipborne SINS initial alignment under the ship yaw, roll and pitch. This is achieved by implementing a two-step SINS alignment algorithm. At the first step, the ship current attitude parameters are approximately autonomously estimated by data from gyros and accelerometers with account for its dynamics and using water speed log data. At the second step, the system fine alignment is performed with account for alignment errors after the completion of the first step. Speed and position measurements from external aids are additionally applied during the fine alignment. Kalman filter algorithms are used in the first and second steps. Results from bench and sea tests for SINS on navigation grade FOGs under the ship yaw, roll and pitch motion are provided.
About the Authors
G. I. Emel’yantsev
Concern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg, Russia; ITMO University, St. Petersburg, Russia
Russian Federation
Russian Federation
A. P. Stepanov
Concern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg, Russia; ITMO University, St. Petersburg, Russia
Russian Federation
Russian Federation
B. А. Blazhnov
Concern CSRI Elektropribor, JSC
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Липтон А. Выставка инерциальных систем на подвижном основании. М.: Наука, 1971. 168 с.
2. Веремеенко К.К., Красильщиков М.Н. и др. Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / под ред. М.Н. Красильщикова и Г.Г. Себрякова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 280 с.
3. Hirokawa, R., Ebinuma, T. A Low-Cost Tightly Coupled GPS/INS for Small UAVs Augmented with Multiple GPS Antennas, Navigation: Journal of The Institute of Navigation, 2009, vol. 56, no. 1, pp. 35–44.
4. Grewal, M.S., Andrews, A.P., Bartone, C.G., Global navigation satellite systems, inertial navigation, and integration, Third edition, Wiley, 2013.
5. Tijing Cai, Qimeng Xu, Emelyantsev, G I, Stepanov, A P, Daijin Zhou, Shuaipeng Gao, Yang Liu, Junxiang Huang, A Multimode GNSS/MIMU Integrated Orientation and Navigation System, 26th St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2019.
6. Emel’yantsev, G.I., Stepanov, A.P., Blazhnov, B.A., Initial Alignment of SINS Measuring Unit and Estimation of Its Errors Using Satellite Phase Measurements, Gyroscopy and Navigation, 2019, vol. 10, issue 2, pp. 62–69.
7. Assad, A., Khalaf, W., Chouaib, I., Novel Adaptive Fuzzy Extended Kalman Filter for Attitude Estimation in GPS-Denied Environment, Gyroscopy and Navigation, 2019, vol. 10, issue 3, pp.131–146.
8. Ya Zhang, Fei Yu, Wei Gao, Yanyan Wang, An Improved Strapdown Inertial Navigation System Initial Alignment Algorithm for Unmanned Vehicles, Sensors, 2018, 18. pp. 1–20.
9. Dmitriyev, S.E., Stepanov, O.A., Shepel, S.V., Nonlinear filtering methods application in INS alignment, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1997, 33 (1), pp. 260–272.
10. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / под общей ред. акад. РАН В.Г. Пешехонова. СПб: ГНЦ РФ «ЦНИИ «Электроприбор», 2003. 389 с.
11. Тазьба А.М., Леви Ю.В., Ермолина М.А. Структура интегрированных навигационных систем на базе бесплатформенных инерциальных систем средней точности // Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2001. С. 115–127.
12. Houzeng Han, Jian Wang, Mingyi Du, А fast SINS initial alignment method based on RTS forward and backward resolution, Journal of Sensors, 2017, pp. 1–12.
13. Rahimi, H., Nikkhah, A.A., Improving the speed of initial alignment for marine strapdown inertial navigation systems using heading control signal feedback in extended Kalman filter, International Journal of Advanced Robotic Systems, 2020, pp. 1–11.
14. Kaygısız, B.H., Sen, B., In-motion Alignment of a Low-cost GPS/INS under Large Heading Error, Journal of Navigation, 2015, 68, pp. 355–366.
15. Андреев А.Г., Ермаков В.С., Мафтер М.Б. Модифицированный алгоритм начальной выставки режима приведения МИМСНиС «Кама-НС-В» // 27th St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, 2020.
16. Игнатьев С.В., Степанов А.П., Винокуров И.Ю., Завьялов П.П. Синтез алгоритма управления модуляционным вращением измерительного блока инерциально-спутниковой системы // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. №3. С. 62–67.
17. Емельянцев Г.И., Старосельцев Л.П., Игнатьев С.В. О румбовых дрейфах бескарданного инерциального модуля на ВОГ // Гироскопия и навигация. 2005. №1(48). С. 22–29.
18. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. М.: Наука, 1992. 280 с.
19. Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. 370 с. 20. Ривкин С.С. Теория гироскопических устройств. Ч.1. М.: «Судпромгиз», 1962. 507 с.
Review
For citations:
Emel’yantsev G.I., Stepanov A.P., Blazhnov B.А. Initial Alignment of Shipborne SINS under Ship Motion. Giroskopiya i Navigatsiya. 2020;28(3):3-17. (In Russ.) https://doi.org/10.17285/0869-7035.0043
Views:
19
Email this article 