УПРАВЛЕНИЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ НА ОСНОВЕ БЕСПЛАТФОРМЕННЫХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция «Автоматика и электроника»

УДК 62-503.5

УПРАВЛЕНИЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ НА ОСНОВЕ БЕСПЛАТФОРМЕННЫХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

И. В. Назаров Научный руководитель - В.Г. Сидоров

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. Газеты «Красноярский рабочий», 31

E-mail: nazarov12000@mail.ru

В данной статье повествуется о бесплатформенных инерциальных навигационных системах. Рассматривается случай их применения в беспилотных летательных аппаратах.

Ключевые слова: летательный аппарат (ЛА), инерциальная навигационная система (ИНС), бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), акселерометр, гироскоп, беспилотный летательный аппарат (БПЛА).

AIRCRAFT CONTROL BASED ON FREE-FORM INERTIAL NAVIGATION SYSTEMS

I. V. Nazarov Scientific supervisor - V.G. Sidorov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: nazarov12000@mail.ru

This article tells about free-form inertial navigation systems. The case of their application in unmanned aerial vehicles is considered.

Keywords: aircraft, inertial navigation system (INS), free-form inertial system (FFINS), accelerometer, gyroscope, unmanned aerial vehicle (UMAV).

Получение способов определения местонахождения любого летательного аппарата (ЛА) является важнейшей задачей при его проектировании. В большинстве случаев, необходимо наличие такой навигационной системы, которая была бы пригодна для эксплуатации в условиях, не зависящих от внешних факторов. Потому в ЛА применяются инерциальные навигационные системы (ИНС), работающие автономно. Разработка основ инерциальной навигации относится к 1930-ым годам. Первые работающие системы появились в начала 1950-х годов в США и СССР.

Инерциальная навигация - это метод определения координат и параметров движения объектов, а также управления их движением, основанный на свойствах инерции тел. ИНС делят на платформенные и бесплатформенные. В платформенных ИНС основой является гиростабилизированная платформа (ГСП). В бесплатформенных инерциальных навигационных системах (БИНС) используются датчики линейного ускорения (акселерометры) и гироскопы, жестко связанные с корпусом прибора. Функции платформы моделируются математически вычислительной системой.

Наиболее распространенными в использовании являются БИНС. Это обусловлено тем, что они имеют значительно меньший вес и габариты, по сравнению с платформенными ИНС. К преимуществам БИНС также можно отнести возможность работать при значительных

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1

перегрузках. БИНС дают полную информацию о навигационных параметрах движения -углах курса, тангажа (дифферента), крена, ускорения, скорости движения и координатах объекта [1]. Практически это осуществляется при помощи акселерометров, гироскопов и электронных вычислительных машин (ЭВМ).

Акселерометры в БИНС предназначены для измерения ускорения движения объекта (например, ЛА). Принцип его работы построен на аксиоме о том, что инертная масса всегда находится под действием как силы инерции, так и силы тяготения [2].

Под гироскопом в общем случае понимают твердое тело любой формы, которое совершает вращательные движения [3]. Гироскопы в БИНС необходимы для воспроизведения на объекте системы отсчета и определения углов поворота и наклона объекта. Данные параметры используются для стабилизации и корректировки движения объекта. При использовании гироскопов высокой точности БИНС способны обеспечить точность определения координат с погрешностью не более 0,1° [4]. Зачастую БИНС конструируются на основе волокнисто-оптических гироскопов (ВОГ), принцип действия которых основан на вихревом (вращательном) эффекте Саньяка. Повышенный интерес к ВОГ объясняется тем, что они обладают высокой точностью, малыми массой и габаритами, относительно низкой стоимостью, простотой технологии, небольшим потреблением энергии, быстротой включения в работу, достаточной помехоустойчивостью к внешним воздействиям

[5].

Наиболее популярно использование БИНС в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). Здесь навигационная система представлена в виде инерциального измерительного блока (ИИБ) [6]. ИИБ в конкретной задаче обеспечивает полет средней дальности (100-1000 км). Основные параметры, на которые обращают внимание при проектировании БПЛА на основе ИИБ:

1) широкий диапазон гироскопических измерений;

2) невысокая чувствительность акселерометра;

3) возможность интеграции с другими устройствами (радарами, приемниками и т.д.);

4) частота дискретизации при оцифровке (должна быть не менее 1 кГц);

5) элементная база комплектации прибора.

Данные требования должны соблюдаться для максимального исключения ошибок, связанных с дискретизацией, задержкой времени получения информации от приборов, начальной настройкой оборудования и др. Также возможна коррекция с помощью использования неавтономных навигационных систем, таких как спутниковые системы навигации.

Библиографические ссылки

1. Titterton D., Weston J. Strapdown inertial navigation technology. - 2nd edition. - The Institution of Engineering and Technology, 2011. - 576 p.

2. Мелешко В. В., Нестеренко О. И. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы. Учебное пособие. - Кировоград: ПОЛИМЕД - Сервис, 2011. - 164 с.

3. Магнус К. Гироскоп: теория и применение. - М.: Мир, 1974. - 526 с.

4. Павловский М. А. Теория гироскопов: Учебник для вузов. - Киев: Вища школа, 1986. -303 с.

5. Шереметьев А. Г. Волокнисто-оптический гироскоп. - М.: Радио и связь, 1987. - 152 с.

6. Автономная навигация беспилотных летательных аппаратов [Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://lasercomponents.ru/blog/avtonomnaya-navigacziya-bespilotnyh-letatelnyh-apparatov/ / (дата обращения: 6.04.2022).

© Назаров И. В., 2022