CC BY
8Итерационный двухконтурный алгоритм решения навигационной задачи произвольно движущегося транспортного средства
Щербань И.В.
д.т.н., профессор
Толмачев С.А.
Южный Федеральный Университет (ЮФУ), факультет высоких технологий (ФВТ), кафедра информационных и измерительных технологий (ИИТ), г. Ростов-на-Дону
Аннотация
Представлен алгоритм решения навигационной задачи для оценки фазовых переменных состояния транспортного средства (ТС). На борту ТС используется инерциальная навигационная система, построенная на основе MEMS-датчиков, комплексированная со спутниковой навигационной системой. Решение получено на основе полной нелинейной модели объекта и, поэтому, справедливо для произвольного и неизвестного заранее характера его движения.
Ключевые слова: итерационный алгоритм; навигационная задача; транспортное средство; спутниковые навигационные системы; итерационная схема .
Введение
Развитие современной техники и стремление к наиболее эффективному ее использованию предъявляют повышенные требования к точности навигационных определений наземного транспорта. К числу основных современных бортовых систем навигации прежде всего относят инерциальные навигационные системы (ИНС) и спутниковые навигационные системы (СНС). Опыт эксплуатации СНС показал, что при многих положительных качествах эти системы не могут удовлетворить всем, предъявляемым на сегодняшний день требованиям к определению навигационных параметров транспортного средства. Важнейшей особенностью спутниковых наблюдений, существенно затрудняющей высокоточное оценивание непрерывных навигационных параметров объекта, является их дискретный характер. Использование же в автономном режиме относительно дешевых ИНС, реализуемых на грубых МБМ8-датчиках, не позволяет качественно определять навигационные параметры с достаточной точностью. Поэтому достижение требуемого качества навигационных измерений чаще всего обеспечивается посредством комплексирования ИНС, построенных на основе МБМ8-технологий, со спутниковыми навигационными системами ГЛОНАСС/ОР8 [1].
Существующие подходы к подобной тесной интеграции ИНС и СНС для автомобильных транспортных средств (ТС) неэффективны. Это связано с методическими погрешностями существующего математического аппарата, который использует только линеаризованные измерения СНС и линейные уравнения ошибок ИНС, устойчивых лишь на небольших интервалах времени [2-3]. Поэтому применительно к ТС разработан эффективный в вычислительном плане алгоритм решения навигационной задачи, не требующий использования калмановской фильтрации.
Используется полная нелинейная модель навигационной системы ТС и, поэтому, решение справедливо для произвольного и неизвестного заранее характера движения автомобиля, причем, при самых общих предположениях об уровне действующих возмущений. Кроме того, рассмотренное решение является универсальным для любого состава датчиков БИНС, включающего в общем случае как инерциальные, так и неинерциальные измерители любого класса точности и, соответственно, стоимости.
9
4-2014
AVIATION, SPACE-ROCKET HARDWARE
Исходные данные
Исходной информацией навигационного алгоритма являются измеренные акселерометрами составляющие пх, пу, п2 вектора кажущегося ускорения, показания датчиков угловой скорости - составляющие ох, Юу, юг вектора угловой скорости вращения приборной системы координат на свои оси и сигналы кодовых измерений СНС.
Выходной информацией алгоритма являются широта ф и долгота X местоположения ТС и углы К, 9, характеризующие его пространственную ориентацию.
Итерационный алгоритм решения навигационной задачи
Алгоритм решения навигационной задачи (представлен на рисунке) содержит два контура - быстрый, где автономно выполняется решение навигационной задачи БИНС, и медленный, где по показаниям СНС осуществляется коррекция решений БИНС и определяются начальные условия для первого такта последующего итерационного цикла быстрого контура.
Такт работы медленного контура
Тм = к мТо, (1)
равен интервалу времени получения навигационных сообщений СНС. Здесь Т0 - такт работы быстрого контура; км>1 - коэффициент, определяемый из трудоемкости задач и производительности бортового вычислителя ТС.
В быстром контуре выполняется км итерационных циклов решения навигационной задачи БИНС, где вычисляются текущие значения координат ТС ф, X и к, восточная Уе, северная Уы и вертикальная Ук составляющие линейной скорости ТС относительно Земли, а также углы пространственной ориентации ТС К, 6 и у - курса, продольных и боковых наклонов соответственно [4].
В медленном контуре выполняются преобразования систем координат и учтено допущение, что ТС может совершать движение только по дорогам, координаты которых отражены в навигационных цифровых картах. Также, учтен тот факт, что может иметь неконтролируемое и никак не опознаваемое существенное ухудшение точности работы СНС, для чего и выполняется прогноз местоположения ТС на автомобильной дороге.
Решение задачи опознования на основе минимизации невязок осуществляется в статистической апостериорной постановке - по результатам полученных вариантов измерений относительно базового решения.
Рис. 1. Функциональная схема интегрированной навигационной системы
www nauka -i-asu ru
10
i-methods
Заключение
Рассмотренный алгоритм решения навигационной задачи ТС эффективен в вычислительном плане, так как не требует использования калмановской фильтрации. В то же время, использование двуконтур-ной итерационной схемы позволяет избежать накопления ошибок интегрирования и увеличения погрешностей местоположения ТС со временем. Как показало моделирование, обеспечивается достаточная - субметровая, точность решения навигационной задачи.
Литература
1. Демидов О.В. Задача тесной интеграции систем ГЛОНАСС и GPS с ИНС разных классов точности: Дисс. на соиск. степ. к.ф.-м.н. М.: МГУ. 2009 г.
2. Голован А. А. Математические основы навигационных систем. Ч. 1. Математические модели инерциальной навигации / А. А. Голован, Н.А. Парусников 2 изд. М.: МГУ. 2010. 126 с.
3. Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации: сб. ст. и докл. / Под общ. ред. В.Г. Пешехонова. СПб.: Электроприбор. 2001. 235 с.
4. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. СПб.: Электроприбор. 2003. 390 с.
Для цитирования:
Щербань И.В., Толмачев С.А. Итерационный двухконтурный алгоритм решения навигационной задачи произвольно движущегося транспортного средства // i-methods. 2014. Т. 6. № 4. С. 9-11.
Iterative dual algorithm for solving the navigation problem of an arbitrarily moving vehicle
Scherban' I.V.
Ph.D., Professor
Tolmachev S.A.
Southern Federal University (SFEDU), faculty of high technology (MCA), Department of information and measuring technology (IIT), Rostov-on-Don
Abstract
Presents an algorithm for solving the navigation task for the evaluation phase the state variables of the transport device. On board the transport device used an inertial navigation system based on MEMS-sensors, integrated satellite navigation system. The solution obtained with the full nonlinear model of the object and, therefore, is true for arbitrary and unknown in advance of its movement.
Keywords: iterative algorithm; navigation task; vehicle; satellite navigation systems; iterative scheme.
References
1. Demidov O.V. the Problem of close integration of GLONASS and GPS with ins of different classes of accuracy: Diss. on competition. step. candidate of Phys. M.: Moscow state University. 2009
2. Golovan A. A. Mathematical fundamentals of navigation systems. Part 1. Mathematical models of inertial navigation / A.A. Golovan, N. And. Sailboats 2nd ed. M.: Moscow state University. 2010. 126 p.
3. Integrated inertial-satellite navigation system, collected articles and reports. Under the General editorship of V. G. berserk. SPb.: Appliance. 2001. P. 235.
4. Anuchin O.N., Emelyantsev GI Integrated system of orientation and navigation for the marine moving objects. SPb.: Appliance. 2003. 390 p.
For citation:
Scherban' I.V. Tolmachev S. A. Iterative dual algorithm for solving the navigation problem of an arbitrarily moving vehicle // i-methods. 2014. Vol. 6. No. 4. Pp. 9-11.
i-methods
II
4-2014
