[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2375680C1 - Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis - Google Patents

Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis Download PDF

Info

Publication number
RU2375680C1
RU2375680C1 RU2008129019/28A RU2008129019A RU2375680C1 RU 2375680 C1 RU2375680 C1 RU 2375680C1 RU 2008129019/28 A RU2008129019/28 A RU 2008129019/28A RU 2008129019 A RU2008129019 A RU 2008129019A RU 2375680 C1 RU2375680 C1 RU 2375680C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
navigation
block
orientation
input
output
Prior art date
Application number
RU2008129019/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Александрович Блажнов (RU)
Борис Александрович Блажнов
Геннадий Иванович Емельянцев (RU)
Геннадий Иванович Емельянцев
Александр Николаевич Коротков (RU)
Александр Николаевич Коротков
Леонид Петрович Несенюк (RU)
Леонид Петрович Несенюк
Алексей Петрович Степанов (RU)
Алексей Петрович Степанов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор", Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" filed Critical Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority to RU2008129019/28A priority Critical patent/RU2375680C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2375680C1 publication Critical patent/RU2375680C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: physics; navigation.
SUBSTANCE: invention relates to navigation instrument making. The set problem is solved by that, conditions are created in which substantial connection appears and is used on a section of a ballistic trajectory between error models of inertial measurement modules when solving the problem of orientation and navigation. This connection appears and can be used in providing the following conditions: presence of fast rotation around a longitudinal axis and coning motion of precession of the control object about the centre of mass or only rotation of the object around a longitudinal axis on a ballistic trajectory; placing a unit of accelerometres of inertial measurement modules and a reception antenna for the satellite navigation system at a certain distance (basically on a transverse axis) from the centre of mass of the control object; solving the problem of orientation and navigation in the inertial measurement modules at the point of placing the unit of accelerometres at high frequency - approximately an order higher than frequency of rotation of the control object (due to necessity of generation of dynamic components in navigation parametres without distortions); formation of measured values of primary navigation parametres in the reception apparatus of the satellite navigation system where the reception antenna is placed using tracking measuring devices with bandwidth greater than the frequency of rotation of the control object. Also values of primary navigation parametres are calculated in the computer of the inertial measurement modules and these values are also used in the feedback in the reception apparatus of the satellite navigation system for narrowing the frequency band in tracking systems of carrier frequency and code delay.
EFFECT: increased accuracy and noise immunity of integrated systems of orientation and navigation (ISON), which have inertial measurement modules (IMM) on "rough" micromechanical gyroscopes and a miniature reception apparatus of satellite navigation systems (RA SNS), in generating orientation parametres of control objects (CO) on a section of its ballistic trajectory for a long period of time, ie provision for stationary character and limited level of errors of integrated systems of orientation and navigation in solving the problem of orientation of a control object on a ballistic trajectory, as well as high level of noise immunity.
6 dwg

Description

Изобретение относится к области навигационного приборостроения.The invention relates to the field of navigation instrumentation.

Как известно, исходя из необходимости обеспечения высоких эксплуатационных характеристик (массо-габаритных характеристик - МГХ, надежности, времени готовности и т.д), основу перспективного бортового навигационного оборудования для подвижных объектов различного назначения будут составлять бескарданные инерциальные навигационные системы (БИНС) или инерциальные измерительные модули (БИИМ). Это одна из основных тенденций развития навигационного оборудования для современных подвижных объектов различного назначения. Для малогабаритных БИИМ среднего и низкого уровня точности, предназначенных для использования на малоразмерных динамичных объектах управления (ОУ), часть движения которых происходит по баллистической траектории, предпочтительным является использование в измерительных блоках (ИБ) БИИМ в качестве гироскопов датчиков угловой скорости (ДУС).As you know, based on the need to ensure high operational characteristics (mass and dimensional characteristics - MGH, reliability, availability, etc.), the basis of promising on-board navigation equipment for moving objects for various purposes will be frameless inertial navigation systems (SINS) or inertial measuring modules (BIIM). This is one of the main trends in the development of navigation equipment for modern mobile objects for various purposes. For small-sized BIIM of medium and low level of accuracy, intended for use on small-sized dynamic control objects (OS), part of the movement of which occurs along a ballistic trajectory, it is preferable to use BIIIM as gyroscopes of angular velocity sensors (DLS) in measuring blocks (IS).

Особенностью требований, предъявляемых к ИБ БИИМ для их применения на ОУ рассматриваемого класса, следует считать прежде всего высокие требования по надежности и обеспечение его работоспособности вне герметичного корпуса в условиях воздействия радиационного излучения и значительного градиента температуры на достаточно длительном интервале времени. Кроме того, для данных ОУ характерны значительные динамические диапазоны (в которых требуется от ИБ БИИМ обеспечение соответствующих точностных характеристик): по угловой скорости - до 1000…2000 град/с, по линейному ускорению - до 150…200 g. А также выдерживать пусковые нагрузки - до 30000 g (Гай Э. "Наводящиеся снаряды с инерциальной навигационной системой на микромеханических датчиках, интегрированной с GPS". - Материалы V Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. //Гироскопия и навигация. -1998. -№3(22), с.72…81).The peculiarity of the requirements for BIIIM IS for their application on the op-amp of the class under consideration should be considered, first of all, high requirements for reliability and ensuring its operability outside a sealed enclosure under the influence of radiation and a significant temperature gradient over a sufficiently long time interval. In addition, these OSs are characterized by significant dynamic ranges (in which they are required to provide appropriate accuracy characteristics): angular velocity - up to 1000 ... 2000 deg / s, linear acceleration - up to 150 ... 200 g. And also withstand starting loads - up to 30,000 g (Guy E. Guidance missiles with an inertial navigation system based on micromechanical sensors integrated with GPS. - Materials of the V St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. // Gyroscopy and navigation. -1998 .-№3 (22), p. 72 ... 81).

К современным малогабаритным ДУС, которые могут быть использованы в составе ИБ БИИМ для его применения в условиях ОУ рассматриваемого класса, относятся прежде всего волоконно-оптические (ВОГ) и микромеханические (ММГ) гироскопы (Гай Э. "Наводящиеся снаряды с инерциальной навигационной системой на микромеханических датчиках, интегрированной с GPS". - Материалы V Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. //Гироскопия и навигация.-1998. -№3 (22), с.72…81. Лобанов B.C., Тарасенко Н.В. "Использование корректируемой БИНС на основе волоконно-оптических гироскопов и кварцевых акселерометров для управления движением межпланетных космических аппаратов". Материалы XIII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. //Гироскопия и навигация. -2006. -№3(54), с.88).The modern small-sized DUS that can be used as part of the BIIM IS for its use in the op-amp of the class under consideration include, first of all, fiber-optic (FOG) and micromechanical (MMG) gyroscopes (Guy E. "Guided projectiles with inertial navigation system on micromechanical sensors integrated with GPS ". - Materials of the V St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. // Gyroscopy and Navigation.-1998. -№3 (22), p.72 ... 81. Lobanov BC, Tarasenko N.V. "Use of adjustments SINS based on fiber-optic gyroscopes and quartz accelerometers for controlling the motion of interplanetary spacecraft. Proceedings of the XIII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. // Gyroscopy and Navigation. -2006. -№3 (54), p.88 )

Выполнение современных требований по точности решения задач ориентации и навигации подвижных объектов посредством использования БИИМ в автономном режиме работы на длительном интервале времени является сложной проблемой, решение которой требует значительных финансовых и временных затрат. Поэтому, исходя из критерия стоимости, как показывает мировой опыт, решение данной проблемы принято искать на путях интеграции информации бескарданных инерциальных модулей с приемной аппаратурой (ПА) спутниковых навигационных систем (СНС). То есть на путях построения интегрированных систем ориентации и навигации (ИСОН) на базе БИИМ, информационно и конструктивно интегрированных с ПА СНС (Гай Э. "Наводящиеся снаряды с инерциальной навигационной системой на микромеханических датчиках, интегрированной с GPS".Fulfillment of modern requirements for the accuracy of solving the problems of orientation and navigation of moving objects through the use of BIIM in stand-alone operation over a long period of time is a complex problem, the solution of which requires significant financial and time costs. Therefore, based on the cost criterion, as world experience shows, it is customary to look for a solution to this problem by ways of integrating information from gimballess inertial modules with receiving equipment (PA) of satellite navigation systems (SNA). That is, on the paths to building integrated orientation and navigation systems (ISON) based on the BIIM, informationally and structurally integrated with the SNA PA (Guy E. Guided Shells with an Inertial Navigation System on Micromechanical Sensors Integrated with GPS ".

- Материалы V Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. //Гироскопия и навигация. -1998.-№3(22), С.72…81. Дишель В.Д., Быков А.К. и др. "Анализ результатов первого летного испытания интегрированной инерциально-спутниковой системы навигации, ориентации и тракторного контроля ракеты-носителя и разгонного блока при выведении космического аппарата «Амос-2» на геостационарную орбиту". Материалы XI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. //Гироскопия и навигация. -2004. -№3(46), с.80. LINS-2510. INS/GPS Internal Navigation System with embedded Global Positioning System, проспект фирмы Litton (США).- Materials of the V St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. // Gyroscopy and navigation. -1998.-No. 3 (22), S. 72 ... 81. Dichelle V.D., Bykov A.K. et al. "Analysis of the results of the first flight test of the integrated inertial-satellite navigation, orientation and tractor control system of the launch vehicle and upper stage during the launch of the Amos-2 spacecraft into geostationary orbit." Proceedings of the XI St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. // Gyroscopy and navigation. 2004. -№3 (46), p. 80. LINS-2510. INS / GPS Internal Navigation System with embedded Global Positioning System, prospectus from Litton (USA).

Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. "Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов”/ под общ. редакц. акад. РАН В.Г.Пешехонова/. -СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 389 с.). При этом преследуется цель обеспечения не только начальной выставки, калибровки чувствительных элементов (ЧЭ) и периодической коррекции выходных данных БИИМ для повышения информационной автономности системы, но и решение задачи повышения помехоустойчивости ПА СНС и контроля целостности спутниковой системы.Anuchin O.N., Emelyantsev G.I. “Integrated orientation and navigation systems for marine moving objects” / under the general editorship of the academician of the RAS V.G. Peshekhonov /. -SPb .: Central Research Institute "Elektropribor", 2003. - 389 p.). The aim is not to provide not only the initial exhibition, calibration of sensitive elements (SE) and periodic correction of the output data of the BIIM to increase the information autonomy of the system, but also the solution to the problem of increasing the noise immunity of the PA SNA and monitoring the integrity of the satellite system.

Особенностью построения ИСОН для ОУ, часть траектории полета которых является баллистической траекторией, является тот факт, что для решения с требуемой точностью задачи ориентации ОУ на участке баллистической траектории использование данных стандартной ПА СНС для интеграции с БИИМ неэффективно. Обусловлено это тем, что на баллистической траектории отсутствует связь между моделями погрешностей БИИМ в решении задач ориентации и навигации, т.к. в этих условиях значение вектора кажущегося ускорения, измеряемого акселерометрами ИБ БИИМ, практически равно нулю (если не учитывать торможение в верхних слоях атмосферы) (Эльясберг П.Е. "Введение в теорию полета ИСЗ". - М.: Наука, 1965. - 540 с.).A feature of constructing an ISON for an OS, part of the flight path of which is a ballistic path, is the fact that, to solve the required accuracy of the task of orienting the OS on a ballistic path, using standard PA SNA data for integration with BIIM is inefficient. This is due to the fact that on the ballistic trajectory there is no connection between the error models of the BIIM in solving the problems of orientation and navigation, because under these conditions, the value of the apparent acceleration vector measured by the ISBIEM accelerometers is practically zero (if braking in the upper atmosphere is not taken into account) (Elyasberg PE "Introduction to the satellite’s theory of flight." - M .: Nauka, 1965. - 540 from.).

И, следовательно, отсутствует возможность в оценке погрешностей БИИМ в решении задачи ориентации (отсутствует их наблюдаемость) при использовании данных стандартной ПА СНС по навигационным параметрам.And, therefore, there is no possibility in estimating the biomath errors in solving the orientation problem (they are not observable) when using data from the standard PA SNA for navigation parameters.

Классическое решение данной задачи требует применения либо прецизионного БИИМ, либо использования в составе ИСОН или системы индикации углового положения, построенной на астродатчиках (Волынцев А.А., Дудько Л.А., Казаков Б.А. и др. "Опыт создания высокоточных поплавковых приборов, применяемых в системах угловой ориентации и стабилизации космических аппаратов и станций". Материалы X Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор». - 2003, с.226-234. Аванесов Г.А. и др. "Звездные координаторы систем ориентации космических аппаратов" // Изв. вузов. Приборостроение. - 2003, в.4, с.66-70), или мультиантенной ПА СНС, использующей фазовые измерения на несущей частоте (Шебшаевич Б.В. и др. "Бортовое синхронизирующее координатно-временное устройство для космических аппаратов. Результаты испытаний и моделирования". //12th Saint-Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems/. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор». - 2005, p.103-108).The classical solution to this problem requires the use of either a precision BIIM, or the use of an angular position indication system built on astronomical sensors (Volintsev A.A., Dudko L.A., Kazakov B.A. et al. "Experience in creating high-precision float sensors) instruments used in the systems of angular orientation and stabilization of spacecraft and stations. Materials of the X St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg: Central Research Institute Elektropribor. - 2003, p.226-234. G. Avanesov and "Star Co RADIATORS OF SPACE AIMS ORIENTATION SYSTEMS "// Izv. Universities. Instrument Making. - 2003, v.4, p.66-70), or multi-antenna PA SNA using phase measurements at the carrier frequency (B. Shebshaevich et al." On-board synchronizing coordinate-time device for spacecraft. Test and simulation results. // 12 th Saint-Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems /. - St. Petersburg: Central Research Institute "Elektropribor". - 2005, p.103-108).

Применение БИИМ на прецизионных лазерных гироскопах или ВОГ ведет к значительной стоимости (порядка 100…200 тыс. долл. США), существенным МГХ и энергопотреблению (LINS-2510. INS/GPS Internal Navigation System with embedded Global Positioning System, проспект фирмы Litton (США)).The use of BIIM on precision laser gyroscopes or FOG leads to a significant cost (about 100 ... 200 thousand US dollars), significant MHC and energy consumption (LINS-2510. INS / GPS Internal Navigation System with embedded Global Positioning System, prospectus from Litton (USA )).

Использование астродатчиков и мультиантенной ПА СНС в динамических условиях движения ОУ рассматриваемого класса при имеющих место ограничениях на их МГХ в ближайшее время не представляется возможным.The use of astro sensors and multi-antenna PA SNA in the dynamic conditions of the OA movement of the considered class under the existing restrictions on their MHC in the near future is not possible.

Известная схема (Гай Э. "Наводящиеся снаряды с инерциальной навигационной системой на микромеханических датчиках, интегрированной с GPS".Known scheme (Guy E. "Guided missiles with an inertial navigation system based on micromechanical sensors integrated with GPS".

- Материалы V Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. //Гироскопия и навигация. -1998. -№3(22), C.72…81) построения ИСОН, выбранная в качестве аналога, состоит из ИБ БИИМ, включающего блок микромеханических гироскопов и блок микромеханических акселерометров с обеспечивающей электроникой, стандартной миниатюрной ПА СНС и вычислителя, обеспечивающего как обработку данных ИБ БИИМ, так и интеграцию выходных данных БИИМ и ПА СНС. Недостатком данной схемы построения ИСОН является невозможность обеспечения, используя в составе ИБ БИИМ «грубые» гироскопы типа ММГ, решения задачи ориентации ОУ на баллистическом участке траектории с высокой точностью (погрешности параметров ориентации не должны быть более 1°) в течение длительного (порядка 10…20 мин) времени.- Materials of the V St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. // Gyroscopy and navigation. -1998. No. 3 (22), C.72 ... 81) of the construction of the ISON, selected as an analogue, consists of the ISBIIM, including a block of micromechanical gyroscopes and a block of micromechanical accelerometers with providing electronics, a standard miniature PA SNA and a computer that provides information processing BIIM, and integration of the output of BIIM and PA SNA. The disadvantage of this ISON construction scheme is the impossibility of providing, using the “coarse” gyroscopes of the MMG type, as part of the ISB BIIM, solving the problem of OA orientation on the ballistic section of the trajectory with high accuracy (errors in orientation parameters should not be more than 1 °) for a long time (about 10 ... 20 min) time.

В рассмотренных патентах (Diesel, John W. Integrated inertial/GPS navigation System. Патент США №6417802 от 09.07.2002. Perlmutter, Michael S. и др. "Способ повышения эффективности повторного обнаружения и захвата сигнала спутника в интегрированной GPS/INS навигационной системе". Патент США №6640189 от 28.10.2003. Белов В.Д., Гунбин Т.А. и др. "Комплексная инерциально-спутниковая навигационная система". Патент РФ №2087867 от 20.08.1997. Волжин А.С., Вязьмикин А.А. и др. "Инерциально-спутниковая навигационная система". Патент РФ №2233431 С1 от 27.07.2004. Мезенцев А.П., Ачильдиев В.М. и др. "Универсальный навигационный прибор управления движением на основе микромеханических чувствительных элементов и унифицированная интегрированная бесплатформенная инерциальная навигационная система для этого прибора". Патент РФ №2263282 С1 от 27.10.2005.) также отсутствует решение рассматриваемой задачи.In the considered patents (Diesel, John W. Integrated inertial / GPS navigation System. US Patent No. 6417802 of July 9, 2002. Perlmutter, Michael S. et al. "A way to improve the efficiency of re-detection and capture of a satellite signal in an integrated GPS / INS navigation system ". US Patent No. 6640189 of 10/28/2003. Belov V.D., Gunbin T.A. et al." Integrated inertial-satellite navigation system. "RF Patent No. 2087867 of 08/20/1997. Volzhin AS, Vyazmikin A.A. et al. “Inertial-satellite navigation system.” RF Patent No. 2233431 C1 dated July 27, 2004. Mezentsev A.P., Achildiev V.M. et al. “Universal Navigation Ave. boron traffic control based micromechanical sensing elements and integrated unified strapdown inertial navigation system for the machine. "Russian Patent №2263282 C1 of 27.10.2005.) and the solution of the problem is absent.

Известен "Интегрированный комплекс для навигации и управления морских судов", описанный в патенте РФ №2117253 от 10.08.1998 г., выбранный в качестве прототипа.The well-known "Integrated complex for navigation and control of marine vessels" described in the patent of the Russian Federation No. 2117253 of 08/10/1998, selected as a prototype.

Данная интегрированная система включает БИИМ, который содержит ИБ, состоящий из блока гироскопов (БГ) и блока акселерометров (БА), вычислительного устройства (ВУ), которое, в свою очередь, содержит блок выработки параметров ориентации (БВПО), блок преобразования приращений кажущейся скорости (БППКС), блок выработки параметров поступательного движения (БВППД), блок комплексной обработки информации (БКОИ), блок преобразования данных (БПД) СНС и блок БПДИК интегрированной системы, а также ПА СНС с антенной (А).This integrated system includes a BIIM, which contains an IS consisting of a block of gyroscopes (BG) and a block of accelerometers (BA), a computing device (WU), which, in turn, contains a block for generating orientation parameters (BVPO), a unit for converting apparent speed increments (BPPKS), a block for the development of parameters of translational motion (BVPPD), a unit for complex information processing (BKOI), a data conversion unit (BPD) of the SNA and a block of the BPDIC of the integrated system, as well as a PA SNA with an antenna (A).

Выходными данными ИСОН являются текущие значения параметров ориентации (кватернион и углы курса, тангажа и крена) и навигационные параметры (составляющие вектора линейной скорости и координаты местоположения) объекта управления.The output data of ISON are the current values of the orientation parameters (quaternion and heading, pitch and roll angles) and navigation parameters (components of the linear velocity vector and location coordinates) of the control object.

Функционирование рассматриваемой ИСОН осуществляется следующим образом. Выходные данные ИБ БИИМ, представляющие собой приращения вектора угла поворота

Figure 00000001
на частоте опроса гироскопов в проекциях на связанные с ИБ БИИМ оси xbybzb (здесь
Figure 00000002
- вектор угловой скорости ОУ относительно инерциального пространства в проекциях на связанные с ИБ оси xbybzb), поступают на один из входов блока БВПО, назначением которого является выработка параметров ориентации ИБ БИИМ и объекта:
Figure 00000003
- кватерниона углового положения и углов K, ψ, θ - курса, тангажа и крена, характеризующих положение связанных с ИБ БИИМ xbybzb и объектом x0y0z0 осей относительно навигационных географических осей ENH. На второй вход блока БВПО поступают расчетные значения вектора угловой скорости вращения навигационного трехгранника ENH с одного из выходов блока БВППД через блок БКОИ. На вход блока БВПО поступают также оценки погрешностей параметров ориентации и оценки погрешностей гироскопов, вычисляемые в блоке БКОИ.The functioning of the considered IZON is as follows. The output of IB BIIM, which are increments of the rotation angle vector
Figure 00000001
at the frequency of interrogation of gyroscopes in projections on the axis x b y b z b associated with the ISB BIIM (here
Figure 00000002
- the angular velocity vector of the OS relative to the inertial space in the projections onto the axis x b y b z b associated with IS, is fed to one of the inputs of the BVPO block, the purpose of which is to develop orientation parameters of the BI BIIM and the object:
Figure 00000003
- the quaternion of the angular position and angles K, ψ, θ - of the course, pitch and roll characterizing the position of the axes associated with the BIIM information security system x b y b z b and x 0 y 0 z 0 object relative to the navigational geographic axes ENH. At the second input of the BVPO block, the calculated values of the vector of the angular rotation speed of the navigation trihedron ENH come from one of the outputs of the BVPD block through the BKOI block. The input of the BVPO block also receives the error estimates of the orientation parameters and the error estimates of the gyroscopes, calculated in the BKOI block.

Выходные данные блока БА БИИМ, представляющие собой приращения векторов кажущихся линейной скорости и линейного перемещения

Figure 00000004
Figure 00000005
на частоте опроса акселерометров в точке их размещения и в проекциях на связанные с ИБ БИИМ оси xbybzb (здесь
Figure 00000006
- вектор кажущегося ускорения в проекциях на связанные с ИБ оси xbybzb), поступают через блок БППКС на один из входов блока БВППД, назначением которого является выработка составляющих вектора линейной скорости
Figure 00000007
в проекциях на навигационные оси ENH и координат
Figure 00000008
(составляющих радиус-вектора в проекциях на гринвичские оси и геодезических сферических координат φ, λ, h) ОУ в точке размещения акселерометров. На вход блока БВППД поступают также оценки погрешностей навигационных параметров и оценки погрешностей акселерометров, вычисляемые в блоке БКОИ.The output of the BA BIIM block, which is an increment of the apparent linear velocity and linear displacement vectors
Figure 00000004
Figure 00000005
at the polling frequency of the accelerometers at the point of their placement and in projections onto the x b y b z b axes associated with the IS BIIM (here
Figure 00000006
- the vector of the apparent acceleration in the projections onto the axis x b y b z b associated with the information security system, is transmitted through the BPCS block to one of the inputs of the BVPPD block, the purpose of which is to develop the components of the linear velocity vector
Figure 00000007
in projections on the navigational axis ENH and coordinates
Figure 00000008
(components of the radius vector in projections onto the Greenwich axes and geodetic spherical coordinates φ, λ, h) of the op-amp at the location of the accelerometers. The input of the BVPPD block also receives the error estimates of the navigation parameters and the error estimates of the accelerometers calculated in the BKOI block.

Информация от приемной антенны СНС поступает в ПА СНС, содержащую радиоприемное устройство (РПУ), N независимых приемо-измерительных каналов - ПИК, и блок решения навигационной задачи (БРНЗ), на выходе которой имеем текущие значения составляющих вектора линейной скорости

Figure 00000009
в проекциях на навигационные оси ENH и координат
Figure 00000010
(составляющих радиус-вектора в проекциях на гринвичские оси и геодезических сферических координат φснс, λснс, hснс) объекта управления. Выходные данные ПА СНС через блок БПД СНС поступают на один из входов блока БКОИ, на второй вход которого поступают данные БИИМ из блока БВППД.Information from the SNA receiving antenna is fed to the SNA PA containing a radio receiving device (RPU), N independent receiving and measuring channels — PIK, and a navigation task solution block (BRNZ), at the output of which we have the current values of the linear velocity vector components
Figure 00000009
in projections on the navigational axis ENH and coordinates
Figure 00000010
(components of the radius vector in the projections on the Greenwich axis and geodetic spherical coordinates φ sns , λ sns , h sns ) of the control object. The output data of the PA SNA through the BPD block of the SNA are fed to one of the inputs of the BKOI block, the second input of which receives BIIM data from the BVPPD block.

Следует заметить, что в состав систем слежения за несущей частотой (ССН) и слежения за задержкой кода (ССЗ) стандартной ПА СНС входят дискриминатор, широкополосный фильтр (ФШ) и управляемый генератор (УГ).It should be noted that the carrier frequency tracking (CCH) and code delay tracking (CVD) systems of the standard SNA PA include a discriminator, a broadband filter (FS) and a controlled oscillator (UG).

Оценки, выработанные в блоке БКОИ, поступают в обратную связь для коррекции погрешностей БИИМ в выработке параметров ориентации и компенсации погрешностей гироскопов, коррекции погрешностей БИИМ в выработке навигационных параметров и погрешностей акселерометров.The estimates developed in the BKOI block are fed into feedback for correcting the biometric errors in the development of orientation parameters and compensating for gyro errors, for correcting the biometric errors in the development of navigation parameters and accelerometer errors.

Недостатком схемы построения ИСОН, выбранной в качестве прототипа, является ее ограниченная помехоустойчивость и невозможность обеспечения, используя в составе ИБ БИИМ «грубые» гироскопы типа ММГ, решения задачи ориентации ОУ на баллистическом участке траектории с высокой точностью.The disadvantage of the ISON construction scheme, selected as a prototype, is its limited noise immunity and the impossibility of providing, using the “coarse” gyroscopes of the MMG type as part of the ISB BIIM, solving the problem of OA orientation on the ballistic section of the trajectory with high accuracy.

Если же использовать в составе ИБ БИИМ более точные гироскопы типа ВОГ, то это приведет к значительному увеличению массо-габаритных характеристик и стоимости ИСОН.If, however, more accurate gyroscopes of the VOG type are used as part of the BIIIM IS, then this will lead to a significant increase in the mass-dimensional characteristics and cost of the ISON.

Задачей изобретения является повышение точности и помехоустойчивости ИСОН, содержащей БИИМ на «грубых» гироскопах типа ММГ и миниатюрную ПА СНС, в выработке параметров ориентации ОУ на участке баллистической траектории его движения в течение длительного времени, т.е. обеспечение стационарного характера и ограниченного уровня погрешностей ИСОН в решении задачи ориентации ОУ на баллистической траектории, а также высокого уровня помехоустойчивости.The objective of the invention is to improve the accuracy and noise immunity of the ISON, containing BIIM on "coarse" gyroscopes of the type MMG and miniature PA SNA, in the development of parameters for the orientation of the op-amp in the section of the ballistic trajectory of its movement for a long time, i.e. providing a stationary nature and a limited level of errors in the ISON in solving the problem of orientation of the op-amp on a ballistic trajectory, as well as a high level of noise immunity.

Поставленная задача решается тем, что создаются условия, в которых появляется и используется существенная связь на участке баллистической траектории между моделями погрешностей БИИМ в решении задач ориентации и навигации. Данная связь появляется и может быть использована при обеспечении следующих условий:The problem is solved by the fact that conditions are created in which a significant connection appears on the ballistic trajectory between the error models of the BIIM in solving orientation and navigation problems. This connection appears and can be used to provide the following conditions:

- наличия быстрого вращения вокруг продольной оси и конического движения прецессии ОУ относительно центра масс (ц.м.) или только вращения объекта вокруг продольной оси на баллистической траектории;- the presence of rapid rotation around the longitudinal axis and the conical movement of the OS precession relative to the center of mass (ts.m.) or only rotation of the object around the longitudinal axis on a ballistic trajectory;

- размещения блока акселерометров БИИМ и приемной антенны СНС на некотором отстоянии от ц.м. ОУ в основном по поперечной оси (отстояние от оси вращения);- placing the block of accelerometers BIIM and the receiving antenna of the SNA at a certain distance from the m OS mainly on the transverse axis (distance from the axis of rotation);

- решения задач ориентации и навигации в БИИМ в точке размещения блока акселерометров на высокой частоте - примерно на порядок больше частоты вращения ОУ (из-за необходимости выработки без искажений динамических составляющих в навигационных параметрах);- solving the problems of orientation and navigation in the BIIM at the point of placement of the block of accelerometers at a high frequency - about an order of magnitude higher than the speed of the op-amp (due to the need to develop dynamic components in the navigation parameters without distortion);

- формирования измеренных значений первичных навигационных параметров (расстояний и радиальных скоростей для наблюдаемых HCi) в ПА СНС в точке размещения приемной антенны следящими измерителями с полосой пропускания примерно на порядок больше частоты вращения ОУ.- the formation of the measured values of the primary navigation parameters (distances and radial velocities for the observed HC i ) in the SNA PA at the location of the receiving antenna by tracking meters with a passband approximately an order of magnitude greater than the speed of the op-amp.

Реализация данных условий и представляет собой основное отличие предлагаемого устройства от прототипа, что требует внесения соответствующих изменений как в блоки БИИМ, так и блоки ПА СНС. Кроме того, в вычислителе БИИМ формируются расчетные значения первичных навигационных параметров (расстояний и радиальных скоростей для наблюдаемых HCi), которые также используются в обратной связи в ПА СНС для сужения полосы пропускания в системах слежения за несущей частотой (ССН) и задержкой кода (ССЗ).The implementation of these conditions is the main difference between the proposed device and the prototype, which requires the introduction of appropriate changes in both the BIIM blocks and PA SNA blocks. In addition, the calculated values of the primary navigation parameters (distances and radial velocities for the observed HC i ) are generated in the BIIM calculator, which are also used in feedback in the SNA PA to narrow the passband in tracking systems for the carrier frequency (SSN) and code delay (CVD) )

Перечень чертежей.The list of drawings.

На фиг.1 и 2 изображена структурная схема предлагаемой ИСОН.Figure 1 and 2 shows a structural diagram of the proposed IZON.

На фиг.3 и 4 изображены результаты моделирования погрешностей ИСОН, из которых следует, что при соблюдении условий, приведенных выше, обеспечивается стационарный характер и ограниченный уровень погрешностей ИСОН в решении задачи ориентации ОУ при движении по баллистической траектории.Figures 3 and 4 show the results of modeling the errors of ISON, from which it follows that, subject to the conditions given above, a stationary character and a limited level of errors of ISON in solving the problem of orientation of the OS when moving along a ballistic trajectory are ensured.

На фиг.5 и 6 изображены погрешности (угл. мин) ИСОН по параметрам ориентации Δψ(1), ΔК(2) при отсутствии отстояния блока акселерометров БИИМ от центра масс ОУ и при наличии отстояния блока акселерометров БИИМ от центра масс ОУ соответственно.Figures 5 and 6 show the errors (angular min.) Of the EAS by the orientation parameters Δψ (1), ΔK (2) in the absence of a distance of the BIIM accelerometer block from the OS mass center and if there is a distance of the BIIM accelerometer block from the OS mass center, respectively.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:In figure 1, the following notation:

БИИМ - бескарданный инерциальный измерительный модуль;BIIM - gimballess inertial measuring module;

ПА СНС - приемная аппаратура спутниковых навигационных систем;PA SNA - receiving equipment for satellite navigation systems;

1 - блок гироскопов (БГ);1 - block gyroscopes (BG);

2 - блок акселерометров (БА);2 - block of accelerometers (BA);

3 - блок выработки параметров ориентации (БВПО);3 - block generating orientation parameters (BVPO);

4 - блок выработки параметров поступательного движения (БВППД);4 - block development of the parameters of the translational motion (BVPPD);

5 - блок пересчета данных интегрированной системы (БПД);5 - data conversion unit of the integrated system (BAP);

6 - блок формирования разностных измерений (БФРИ);6 - a block for the formation of difference measurements (BFRI);

7 - блок комплексной обработки информации (БКОИ);7 - block integrated information processing (BKOI);

8 - антенное устройство (АУ);8 - antenna device (AU);

9 - радиоприемное устройство (РПУ);9 - radio receiving device (RPU);

10 - блок выделения радионавигационных параметров и специальной информации (БВРНПиСИ);10 - block allocation of radio navigation parameters and special information (BVRNPiSI);

11 - блок решения навигационных задач (БРНЗ).11 - block solving navigation problems (BRNZ).

На фиг.2 приняты следующие обозначения:In figure 2, the following notation:

ССН - система слежения за несущей частотой;CCH - tracking system for the carrier frequency;

Ωi - доплеровское смещение несущей частоты i-го НСi, определяемое по данным БИИМ;Ω i - Doppler shift of the carrier frequency of the i-th NS i , determined according to the BIIM;

Ui - сигнал управления коммутаторами, переключающими полосы ССН и ССЗ при переходе к режиму поддержки от БИИМ;Ui is the control signal for switches switching the CCH and CVD bands when switching to the support mode from the BIIM;

12 - система слежения за задержкой кода (ССЗ);12 - code delay tracking system (CVD);

13 - схема выделения специальной информации - значения эфемерид HC1 (СВСИ);13 is a diagram of the allocation of special information - the values of the ephemeris HC 1 (SHSI);

14 - дискриминатор (Дискр.);14 - discriminator (Disc.);

15 - широкополосный фильтр в составе ССН (ФШ);15 - broadband filter in the composition of the CCH (FSH);

16 - узкополосный фильтр в составе ССН (ФУ);16 - narrow-band filter in the composition of the CCH (FU);

17 - коммутатор (Коммутатор);17 - switch (Switch);

18 - управляемый генератор ССН и управляемый генератор ССЗ (УГ).18 - controlled generator CCH and controlled generator CVD (UG).

Отличие от прототипа заключается в том, что дополнительно введен блок формирования разностных измерений 6 (БФРИ). Введена дополнительная обратная связь от блока 6 (БФРИ) к блоку 11 (БРНЗ) ПА СНС, обеспечивающая поступление расчетных значений (вычисляемых по данным БИИМ и эфемеридной информации НСi) первичных навигационных параметров (расстояний и радиальных скоростей для наблюдаемых HCi) в ПА СНС. Введена также дополнительная обратная связь от блока 7 (БКОИ) к блоку 11 (БРНЗ), обеспечивающая поступление оценок погрешностей ПА СНС, вычисляемых в блоке 7 (БКОИ), в ПА СНС.The difference from the prototype lies in the fact that an additional block for the formation of difference measurements 6 (BFRI) is additionally introduced. Additional feedback has been introduced from block 6 (BFRI) to block 11 (BRNZ) of the PA SNA, providing the input of calculated values (calculated from the BIIM and ephemeris information of NS i ) of primary navigation parameters (distances and radial velocities for the observed HC i ) in PA SNA . Additional feedback has also been introduced from block 7 (BKOI) to block 11 (BRNZ), which ensures that the PA SNA error estimates calculated in block 7 (BKOI) arrive in the PA SNA.

Для повышения помехоустойчивости ПА СНС введена дополнительная обратная связь от блока 11 (БРНЗ) к блоку 10 (БВРНПиСИ), обеспечивающая поступление расчетных данных (доплеровское смещение несущей частоты i-го HCi, определяемое по данным БИИМ) и управляющих сигналов в контур ССН каждого ПИК. При этом в ССН каждого ПИК блока 10 (БВРНПиСИ) (фиг.2) введены дополнительно блоки 16 (ФУ), 17 (Коммутатор) и сумматор. Фильтр 16 (ФУ), имеющий узкую полосу, включается в петлю ССН вместо широкополосного фильтра 15 (ФШ) коммутатором 17 после получения информационной поддержки от БИИМ, что повышает помехоустойчивость ПА СНС.To increase the noise immunity of the SNA PA, additional feedback was introduced from block 11 (BRNZ) to block 10 (BVRNPiSI), which provides the input of calculated data (Doppler shift of the carrier frequency of the ith HC i determined by the BIIM data) and control signals to the SSN circuit of each PIC . At the same time, in the SSN of each PIK of block 10 (BVRNPiSI) (Fig. 2), additional blocks 16 (FU), 17 (Switch) and an adder are introduced. The filter 16 (FU), having a narrow band, is included in the SSN loop instead of the broadband filter 15 (FS) by the switch 17 after receiving information support from the BIIM, which increases the noise immunity of the SNA PA.

Кроме того, введена дополнительная связь выхода блока 5 (БПД) интегрированной системы с входом блока 6 (БФРИ), обеспечивающая пересчет навигационных данных БИИМ от точки размещения блока 2 (БА) на объекте к точке размещения блока 8 (АУ) ПА СНС.In addition, an additional connection was introduced between the output of unit 5 (BAP) of the integrated system and the input of unit 6 (BFRI), which recalculates the BIIM navigation data from the location of block 2 (BA) on the object to the location of block 8 (AU) of the SNA PA.

Отличительным является также то, что блок 2 (БА) и блок 8 (АУ) должны быть установлены на максимальном расстоянии от ц.м. ОУ по поперечной оси.Distinctive is also that block 2 (BA) and block 8 (AU) should be installed at the maximum distance from the square meter. Shelter along the transverse axis.

Алгоритмическое обеспечение блоков 3 (БВПО), 4 (БВППД) аналогично алгоритмам работы аналогичных блоков прототипа. Отличие заключается в том, что частота решения задач в блоках 3 (БВПО), 4 (БВППД) должна быть примерно на порядок больше частоты вращения ОУ (из-за необходимости выработки без искажений динамических составляющих в навигационных параметрах) в точке размещения блока акселерометров.Algorithmic support of blocks 3 (BVPO), 4 (BVPPD) is similar to the algorithms of operation of similar blocks of the prototype. The difference lies in the fact that the frequency of solving problems in blocks 3 (BVPO), 4 (BVPPD) should be approximately an order of magnitude higher than the speed of the op-amp (due to the need to develop dynamic components in the navigation parameters without distortion) at the location of the accelerometer block.

В блоке 6 (БФРИ) разностные измерения в отличие от прототипа формируются на уровне первичных навигационных параметров (расстояний и радиальных скоростей для наблюдаемых HCi), а также осуществляется их линеаризация.In block 6 (BFRI), difference measurements, in contrast to the prototype, are formed at the level of the primary navigation parameters (distances and radial velocities for the observed HC i ), and they are also linearized.

Полоса пропускания следящих систем должна быть больше частоты вращения ОУ (из-за необходимости выработки без искажений динамических составляющих в первичных навигационных параметрах для каждого НСi).The bandwidth of the tracking systems should be greater than the speed of the op-amp (due to the need to develop dynamic components in the primary navigation parameters without distortion for each NS i ).

Информация от блока 8 (АУ) ПА СНС через блоки 9 (РПУ) и 10 (БВРНПиСИ) поступает в блок 11 (БРНЗ), на выходе которого имеем текущие откорректированные «измеренные» значения ρi_z и

Figure 00000011
первичных навигационных параметров (расстояний и радиальных скоростей от ОУ до каждого из наблюдаемых НСi) в точке размещения приемной антенны на частоте не ниже 5÷30 Гц (из-за необходимости измерения динамических составляющих, обусловленных вращением вокруг продольной оси и возможным коническим движением ОУ относительно его ц.м.). На выходе блока БРНЗ формируются также из эфемеридной информации откорректированные значения
Figure 00000012
(j=1, 2, 3) декартовых координат и составляющих вектора абсолютной линейной скорости HCi в проекциях на гринвичские оси для каждого наблюдаемого HCi, синхронизированные с данными ρi_z и
Figure 00000011
.Information from block 8 (AU) of the PA SNA through blocks 9 (RPU) and 10 (BVRNPiSI) enters block 11 (BRNZ), at the output of which we have the current corrected “measured” values ρ i_z and
Figure 00000011
primary navigation parameters (distances and radial speeds from the op-amp to each of the observed NS i ) at the location of the receiving antenna at a frequency of at least 5 ÷ 30 Hz (due to the need to measure dynamic components due to rotation around the longitudinal axis and possible conical movement of the op-amp with his c.m.). At the output of the BRNZ block, the corrected values are also formed from ephemeris information
Figure 00000012
(j = 1, 2, 3) Cartesian coordinates and components of the absolute linear velocity vector HC i in projections onto the Greenwich axes for each observable HC i , synchronized with the data ρ i_z and
Figure 00000011
.

Выходные данные ρi_z,

Figure 00000011
и
Figure 00000012
(j=1, 2, 3) ПА СНС поступают на один из входов блока 6 (БФРИ). На второй вход блока 6 (БФРИ) поступают данные БИИМ о декартовых координатах ej_pr и составляющих
Figure 00000013
(j=1, 2, 3) вектора абсолютной линейной скорости объекта в проекциях на гринвичские оси, по которым с использованием данных
Figure 00000012
(j=1, 2, 3) формируются расчетные значения
Figure 00000014
и
Figure 00000015
первичных навигационных параметров для наблюдаемых HCi и разностные измерения
Figure 00000016
,
Figure 00000017
.Output data ρ i_z ,
Figure 00000011
and
Figure 00000012
(j = 1, 2, 3) PA SNS arrive at one of the inputs of block 6 (BFRI). The second input of block 6 (BFRI) receives data from the BIIM on the Cartesian coordinates e j_pr and the components
Figure 00000013
(j = 1, 2, 3) of the absolute linear velocity vector of the object in projections onto the Greenwich axes, along which using data
Figure 00000012
(j = 1, 2, 3) calculated values are formed
Figure 00000014
and
Figure 00000015
primary navigation parameters for observed HC i and differential measurements
Figure 00000016
,
Figure 00000017
.

С выхода блока 6 (БФРИ) измерения

Figure 00000018
,
Figure 00000019
поступают на вход блока 7 (БКОИ). Оценки, выработанные в блоке 7 (БКОИ), поступают в обратную связь для коррекции погрешностей БИИМ в выработке параметров ориентации и компенсации погрешностей гироскопов (на вход блока 3 (БВПО)), коррекции погрешностей БИИМ в выработке навигационных параметров и погрешностей акселерометров (на вход блока 4 (БВППД)), а также коррекции погрешностей ПА СНС (на вход блока 11 (БРНЗ)).From the output of block 6 (BFRI) measurements
Figure 00000018
,
Figure 00000019
arrive at the input of block 7 (BKOI). The estimates developed in block 7 (BKOI) are fed into feedback for correcting biometric errors in the generation of orientation parameters and compensating for gyro errors (at the input of block 3 (BVPO)), for correcting biometric errors in generating navigation parameters and accelerometer errors (at the input of the block 4 (BVPPD)), as well as error correction for the PA SNA (at the input of block 11 (BRNZ)).

Существо предлагаемого решения сводится к следующему.The essence of the proposed solution is as follows.

Если ИБ БИИМ разместить на ОУ в точке m с некоторым отстоянием

Figure 00000020
в осях связанного с ОУ трехгранника xoyozo от его ц.м., то вектор
Figure 00000021
кажущегося ускорения в точке m при допущении, что объект является абсолютно жестким и обладает вектором угловой скорости
Figure 00000022
(из-за вращения вокруг продольной оси и возможного конического вращения относительно ц.м.), может быть представлен в виде (Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. "Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов”/ под общ. редакц. акад. РАН В.Г.Пешехонова/. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 389 с.):If IB BIIM is placed on the OS at point m with some distance
Figure 00000020
in the axes of the trihedron x o y o z o associated with the op-amp, from its c.m., then the vector
Figure 00000021
apparent acceleration at point m under the assumption that the object is absolutely rigid and has an angular velocity vector
Figure 00000022
(due to rotation around the longitudinal axis and possible conical rotation relative to the meter), it can be represented as (Anuchin ON, Emelyantsev GI "Integrated orientation and navigation systems for marine moving objects” / under general Ed., Acad. RAS V.G. Peshekhonova /. - SPb .: Central Research Institute "Elektropribor", 2003. - 389 p.):

Figure 00000023
Figure 00000023

где

Figure 00000024
- значение вектора кажущегося ускорения в ц.м. ОУ (на участке баллистической траектории его значение равно нулю).Where
Figure 00000024
- the value of the vector of apparent acceleration in m OS (in the section of the ballistic trajectory its value is zero).

Пусть

Figure 00000025
- есть значения вектора кажущегося ускорения точки установки акселерометров ИБ БИИМ в проекциях на оси объекта, тогда проекции вектора кажущегося ускорения точки m на оси географического сопровождающего трехгранника ENH будут равны:Let be
Figure 00000025
- there are values of the vector of the apparent acceleration of the installation point of the ISBIEM accelerometers in projections on the axis of the object, then the projections of the vector of the apparent acceleration of the point m on the axis of the geographic accompanying ENH trihedral will be equal to:

Figure 00000026
Figure 00000026

где

Figure 00000027
- матрица ориентации, характеризующая положение связанных с ОУ осей относительно осей географического сопровождающего трехгранника.Where
Figure 00000027
- an orientation matrix characterizing the position of the axes associated with the OC relative to the axes of the geographic accompanying trihedron.

Из выражения (1) следует, что при соответствующем отстоянии ИБ БИИМ от ц.м. ОУ, т.е. при

Figure 00000028
≠0 в условиях быстрого вращения объекта и (или) конического движения
Figure 00000029
≠0.From the expression (1) it follows that, with a corresponding distance of the IS BIII from the square meter OS, i.e. at
Figure 00000028
≠ 0 under conditions of rapid rotation of the object and (or) conical movement
Figure 00000029
≠ 0.

Покажем, что данное условие

Figure 00000029
≠0 приводит к наличию связи на баллистической траектории между моделями погрешностей БИИМ в решении задач ориентации и навигации, что является необходимым условием для положительного решения рассматриваемой проблемы.We show that this condition
Figure 00000029
≠ 0 leads to the presence of a relationship on the ballistic trajectory between the error models of BIIM in solving problems of orientation and navigation, which is a necessary condition for a positive solution to the problem under consideration.

В соответствии с алгоритмом задачи преобразования сигналов акселерометров на навигационные оси ENH согласно выражению (2) вариации вектора кажущегося ускорения в осях географического сопровождающего трехгранника будут равныIn accordance with the algorithm for the task of converting accelerometer signals to navigation axes ENH according to expression (2), the variations in the apparent acceleration vector in the axes of the geographic accompanying trihedron will be equal

Figure 00000030
Figure 00000030

где

Figure 00000031
- вектор инструментальных погрешностей акселерометров в осях объекта. Учитывая, что Δ
Figure 00000032
Figure 00000033
=-δ
Figure 00000034
, где δ
Figure 00000034
- кососимметрическая матрица, соответствующая вектору
Figure 00000035
погрешностей задачи ориентации (Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. "Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов”/ под общ. редакц. акад. РАН В.Г.Пешехонова/. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 389 с.), получимWhere
Figure 00000031
- vector of instrumental errors of accelerometers in the axes of the object. Given that Δ
Figure 00000032
Figure 00000033
= -δ
Figure 00000034
where δ
Figure 00000034
- skew-symmetric matrix corresponding to the vector
Figure 00000035
errors of the orientation problem (Anuchin ON, Emelyantsev GI "Integrated orientation and navigation systems for marine moving objects" / under the general editorship of the academician of the RAS V.G. Peshekhonov /. - St. Petersburg: Central Research Institute "Electropribor" , 2003. - 389 p.), We obtain

Figure 00000036
или
Figure 00000037
Figure 00000036
or
Figure 00000037

где

Figure 00000038
- вектор погрешностей задачи ориентации.Where
Figure 00000038
is the vector of errors of the orientation problem.

Варьируя алгоритм выработки БИИМ составляющих вектора линейной скорости точки m объекта в осях географического трехгранникаVarying the algorithm for the development of the BIIM components of the linear velocity vector of the point m of the object in the axes of the geographic trihedron

Figure 00000039
Figure 00000039

где

Figure 00000040
,
Figure 00000041
- расчетные значения ускорения силы тяжести и кориолисова ускорения, будем иметь с учетом соотношения (4)Where
Figure 00000040
,
Figure 00000041
- the calculated values of the acceleration of gravity and Coriolis acceleration, we will have, taking into account the ratio (4)

Figure 00000042
Figure 00000042

где

Figure 00000043
,
Figure 00000044
- погрешности формирования соответственно оценок кориолисова ускорения и ускорения силы тяжести, включая и аномалии гравитационного поля Земли.Where
Figure 00000043
,
Figure 00000044
- errors in the formation of Coriolis acceleration and gravity acceleration estimates, respectively, including the anomalies of the Earth's gravitational field.

Из уравнения (5) следует, что погрешности

Figure 00000045
БИИМ в выработке вектора линейной скорости ОУ в точке размещения блока акселерометров в проекциях на навигационные оси в условиях баллистической траектории при
Figure 00000046
≠0 будут зависеть также и от вектора
Figure 00000047
погрешностей БИИМ в выработке параметров ориентации объекта.From equation (5) it follows that the errors
Figure 00000045
BIIM in the development of the linear velocity vector of the op-amp at the point of placement of the block of accelerometers in projections on the navigational axes under conditions of a ballistic trajectory at
Figure 00000046
≠ 0 will also depend on the vector
Figure 00000047
errors BIIM in the development of orientation parameters of the object.

Следовательно, если БИИМ (при соответствующем выборе динамических характеристик инерциальных элементов и частоты решения задач ориентации и навигации) будет обеспечивать измерение динамических составляющих в векторе линейной скорости, обусловленных быстрым вращением ОУ вокруг продольной оси и его коническим движением при соответствующем отстоянии его ИБ от ц.м. объекта, то из разностных измерений с опорой на данные ПА СНС (где также должна содержаться информация о вращении ОУ) путем наблюдения за погрешностью

Figure 00000045
БИИМ на конечном интервале времени можно найти оценки искомых погрешностей
Figure 00000048
БИИМ в выработке параметров ориентации объекта, движущегося по баллистической траектории.Therefore, if BIIM (with an appropriate choice of the dynamic characteristics of inertial elements and the frequency of solving problems of orientation and navigation) will provide a measurement of the dynamic components in the linear velocity vector, due to the rapid rotation of the op-amp around the longitudinal axis and its conical movement with the corresponding distance of its information security from the meter . object, then from the differential measurements based on the data of the PA SNA (which should also contain information about the rotation of the op-amp) by observing the error
Figure 00000045
BIIM on a finite time interval, you can find estimates of the desired errors
Figure 00000048
BIIM in the development of orientation parameters of an object moving along a ballistic trajectory.

Данная задача в наземных условиях (где всегда обеспечивается

Figure 00000046
≠0) для погрешностей выработки крена и тангажа решается без особых проблем.This task in ground conditions (where it is always provided
Figure 00000046
≠ 0) for roll and pitch errors, it is solved without any problems.

Для проведения данных исследований была разработана в пакете Matlab (Simulink) имитационная модель функционирования ИСОН, включающая:To conduct these studies, a simulation model of the functioning of the ISON was developed in the Matlab (Simulink) package, including:

- имитационную модель движения группировки (6-ти) навигационных спутников (НСi) по орбитам, близким к круговым, которая содержит формирование параметров поступательного движения ц.м. HCi, в геоцентрической гринвичской системе координат П3-90 (эфемеридной информации для каждого HCi) с учетом принятой модели гравитационного поля Земли;- a simulation model of the movement of a group of (6) navigation satellites (NS i ) in orbits close to circular, which contains the formation of the parameters of the translational motion of the c.m. HC i , in the geocentric Greenwich coordinate system P3-90 (ephemeris information for each HC i ), taking into account the accepted model of the Earth's gravitational field;

- имитационную модель движения объекта, которая содержит задание параметров как поступательного движения его ц.м. (ускорения, линейные скорости, географические и декартовые координаты в гринвичской системе координат П3-90), так и вращательного - относительно ц.м.;- a simulation model of the movement of the object, which contains the task of the parameters as the translational motion of its c.m. (accelerations, linear velocities, geographical and Cartesian coordinates in the Greenwich coordinate system P3-90), and rotational - relative to the meter;

- формирование выходных данных ИБ БИИМ (блока гироскопов типа ММГ и блока микромеханических акселерометров - ММА) на базе текущих истинных значений векторов угловой скорости и кажущегося ускорения точки размещения ИБ на объекте (восстановленных из модели движения ОУ) с использованием массивов реализаций выходных данных гироскопов и акселерометров, полученных при их стендовых испытаниях;- generation of the output data of the BI BIIM (the block of gyroscopes of the MMG type and the block of micromechanical accelerometers - MMA) based on the current true values of the angular velocity vectors and the apparent acceleration of the IS placement point on the object (reconstructed from the op-amp motion model) using arrays of implementations of the output data of gyroscopes and accelerometers received during their bench tests;

- дискретные рекуррентные алгоритмы основных функциональных задач БИИМ;- discrete recurrence algorithms of the main functional tasks of the BIIM;

- задачу фильтрации по совместной обработке с использованием алгоритмов обобщенного фильтра Калмана данных БИИМ и ПА СНС, включающую:- the filtering task for joint processing using the algorithms of the generalized Kalman filter of BIIM data and PA SNA, including:

- формирование разностных измерений на уровне откорректированных значений дальности и радиальной скорости для каждого HCi и их линеаризацию относительно текущих расчетных значений;- the formation of differential measurements at the level of the adjusted values of the range and radial velocity for each HC i and their linearization relative to the current calculated values;

- вычисление оценок погрешностей БИИМ и коррекцию в обратной связи на каждом шаге решения задачи фильтрации;- Calculation of error estimates of BIIM and correction in feedback at each step of solving the filtering problem;

- алгоритмы контроля погрешностей ИСОН в выработке кинематических параметров движения объекта, включающие запись их текущих значений в file.mat и построение графиков погрешностей.- ISON error control algorithms in the development of kinematic parameters of the object’s movement, including recording their current values in file.mat and plotting errors.

Приведем алгоритм формирования в задаче совместной обработки данных БИИМ и ПА СНС разностных измерений:We present an algorithm for the formation of difference measurements in the problem of joint processing of the BIIM and PA SNA data:

Формирование измеренийMeasurement Formation

Figure 00000049
Figure 00000049

Figure 00000050
Figure 00000050

где

Figure 00000051
Figure 00000052
- расчетные текущие значения дальности и радиальной скорости до HCi, полученные по данным БИИМ и эфемеридной информации для НСi и приведенные к точке расположения антенны ПА СНС;
Figure 00000053
Figure 00000054
- их измеренные в ПА СНС значения.Where
Figure 00000051
Figure 00000052
- the calculated current values of the range and radial velocity to HC i , obtained according to the BIIM and ephemeris information for NS i and reduced to the location point of the antenna of the PA SNA;
Figure 00000053
Figure 00000054
- their values measured in the PA SNA.

Линеаризация измеренийMeasurement linearization

Figure 00000055
Figure 00000055

Figure 00000056
Figure 00000056

где для частных производных получим следующие выражения:where for partial derivatives we get the following expressions:

Figure 00000057
Figure 00000057

Figure 00000058
Figure 00000058

Figure 00000059
Figure 00000059

Δ

Figure 00000060
, Δ
Figure 00000061
(j=1, 2, 3) - погрешности БИИМ в выработке декартовых координат еj_pr и составляющих
Figure 00000062
(j=1, 2, 3) вектора абсолютной линейной скорости объекта впроекциях на гринвичские оси, которые были представлены через погрешности Δφ, Δλ, Δh выработки географических координат места и погрешности ΔVE, ΔVN, ΔVH в выработке составляющих вектора относительной линейной скорости объекта в проекциях на географические оси;Δ
Figure 00000060
, Δ
Figure 00000061
(j = 1, 2, 3) - biomath errors in the development of Cartesian coordinates e j_pr and components
Figure 00000062
(j = 1, 2, 3) of the absolute linear velocity vector of the object in the projections onto the Greenwich axes, which were represented through the errors Δφ, Δλ, Δh of the geographical coordinates of the place and the errors ΔV E , ΔV N , ΔV H in the development of the components of the relative linear velocity vector object in projections on geographic axes;

Figure 00000063
Figure 00000064
(j=1, 2, 3) - известные значения декартовых координат и составляющих вектора абсолютной линейной скорости HCi в проекциях на гринвичские оси;
Figure 00000063
Figure 00000064
(j = 1, 2, 3) are the known values of the Cartesian coordinates and the components of the absolute linear velocity vector HC i in projections on the Greenwich axes;

Figure 00000065
Figure 00000066
- смещения соответственно шкалы времени (в единицах дальности) и частоты опорного генератора (в единицах радиальной скорости) в ПА СНС относительно данных HCi;
Figure 00000065
Figure 00000066
- displacements, respectively, of the time scale (in units of range) and the frequency of the reference generator (in units of radial velocity) in the PA SNA relative to the data HC i ;

Figure 00000067
,
Figure 00000068
- шумы ПА СНС.
Figure 00000067
,
Figure 00000068
- the noise of the PA SNS.

Расчетная модель погрешностейCalculation model of errors

При формировании расчетной модели погрешностей ИСОН использовались следующие аппроксимации:In the formation of the computational model of ISON errors, the following approximations were used:

- смещения нулей гироскопов

Figure 00000069
(i = xb, уb, zb) и акселерометров
Figure 00000070
изменения систематических составляющих погрешностей масштабных коэффициентов ММГ ΔMgi и MMA ΔMai от запуска к запуску и их изменчивость в пуске - были аппроксимированы (из-за отсутствия достоверных данных об их спектральном составе) соответствующими винеровскими процессами;- displacements of zeros of gyroscopes
Figure 00000069
(i = xb, уb, zb) and accelerometers
Figure 00000070
changes in the systematic components of the errors in the scale factors MMG ΔM gi and MMA ΔM ai from start to start and their variability in start-up were approximated (due to the lack of reliable data on their spectral composition) by the corresponding Wiener processes;

- погрешности

Figure 00000071
Figure 00000072
ПА СНС были аппроксимированы соответствующими винеровскими процессами (в данном случае рассматривается общая постановка задачи оценивания величин
Figure 00000073
Figure 00000074
при отсутствии достоверной информации о характере их изменения. При конкретизации задачи оценивания величин
Figure 00000075
Figure 00000076
возможно описание их изменения полиномами времени, при этом задача оценивания сводится к задаче оценивания коэффициентов этих полиномов);- errors
Figure 00000071
Figure 00000072
PA SNAs were approximated by the corresponding Wiener processes (in this case, we consider the general formulation of the problem of estimating quantities
Figure 00000073
Figure 00000074
in the absence of reliable information about the nature of their change. When concretizing the problem of estimating quantities
Figure 00000075
Figure 00000076
a description of their change by time polynomials is possible, while the estimation problem is reduced to the problem of estimating the coefficients of these polynomials);

- шумы

Figure 00000077
Figure 00000078
ПА СНС аппроксимированы дискретными белыми шумами с известными дисперсиями на частоте 1/Tz;- noises
Figure 00000077
Figure 00000078
PA SNS are approximated by discrete white noises with known dispersions at a frequency of 1 / T z ;

В этом случае расчетная модель погрешностей ИСОН будет иметь видIn this case, the calculated model of errors of ISON will have the form

Figure 00000079
Figure 00000079

Figure 00000080
Figure 00000080

гдеWhere

Figure 00000081
Figure 00000081

- вектор состояния системы, здесь α, β, γ - погрешности (α - по курсу, β, γ - в моделировании вертикали места) задачи ориентации в построении географического трехгранника ENH (вычислении матрицы ориентации

Figure 00000082
);is the state vector of the system, here α, β, γ are the errors (α - along the course, β, γ - in the vertical modeling of the place) of the orientation problem in constructing the geographic trihedron ENH (calculation of the orientation matrix
Figure 00000082
);

Фk/k+1 - переходная на шаге Тz матрица состояния системы (9);Ф k / k + 1 is the transition matrix at the step T z the state matrix of system (9);

Гk+1 ≅ Фk+1·dT - матрица, определяющая влияние вектора входных шумов wk с ковариациями Qk;Г k + 1 ≅ Ф k + 1 · dT - matrix that determines the influence of the input noise vector w k with covariances Q k ;

Hk+1 - матрица измерений размерности 2×23 для каждого HCi, соответствующая уравнениям (7), (8) с учетом соотношений связи между погрешностями выработки декартовых и географических координат места и погрешностями в выработке составляющих вектора линейной скорости объекта в проекциях на гринвичские и географические оси; vk+l - шумы измерений.H k + 1 is a 2 × 23 measurement matrix for each HC i , corresponding to equations (7), (8) taking into account the relationship between the errors in the development of the Cartesian and geographical coordinates of the place and the errors in the development of the components of the linear velocity vector of the object in Greenwich projections and geographic axes; v k + l - measurement noise.

Результаты моделирования работы ИСОН в пакете Matlab(Simulink)The results of modeling the work of ISON in the Matlab package (Simulink)

Моделирование осуществлялось при следующих исходных данных:Modeling was carried out with the following initial data:

- характеристики Земли и гравитационного поля- characteristics of the Earth and the gravitational field

R=6378163 - средний экваториальный радиус Земли, (м);R = 6378163 - average equatorial radius of the Earth, (m);

Ue=7.2921151467·10-5 - угловая скорость суточного вращения Земли, (рад/с);U e = 7.2921151467 · 10 -5 is the angular velocity of the daily rotation of the Earth, (rad / s);

µg=3.98603·1014 - гравитационная постоянная Земли, (м32); ε=2.634·102552) и χ=6.773·103672) - коэффициенты разложения гравитационного потенциала (Эльясберг П.Е. Введение в теорию полета ИСЗ. - М.: Наука, 1965. - 540 с.);µ g = 3.98603 · 10 14 - gravitational constant of the Earth, (m 3 / s 2 ); ε = 2.634 · 10 25 (m 5 / s 2 ) and χ = 6.773 · 10 36 (m 7 / s 2 ) are the coefficients of the expansion of the gravitational potential (Elyasberg P.E. Introduction to satellite theory of flight. - M .: Nauka, 1965. - 540 p.);

Погрешности ММГ в проекциях на оси (i = xb, yb, zb) ИБ:MMG errors in projections on the axis (i = x b , y b , z b ) of the information security:

- ΔMgi - нестабильность масштабных коэффициентов - случайные величины с уровнем (1σ=0.006…0.01);- ΔM gi - instability of scale factors - random variables with a level (1σ = 0.006 ... 0.01);

-

Figure 00000083
- систематические составляющие дрейфов, которые характеризуют смещение нулей от пуска к пуску - случайные величины с уровнем (1σ=100 о/ч);-
Figure 00000083
- systematic components of drifts that characterize the shift of zeros from start to start - random variables with a level (1σ = 100 o / h);

-

Figure 00000083
- случайные составляющие дрейфов, которые характеризуют дрейф нуля в пуске - марковские процессы первого порядка σ1gi=30 о/ч, µgi=1/600 (с-1);-
Figure 00000083
- random components of drifts that characterize zero drift at start-up - first-order Markov processes σ1 gi = 30 r / h, µ gi = 1/600 (s -1 );

- флюктуационные составляющие дрейфов - дискретные белые шумы на рабочей частоте σ2gi=300 о/ч;- fluctuation components of drifts - discrete white noise at the operating frequency σ2 gi = 300 r / h;

Погрешности ММА в проекциях на оси (I = xb, yb, zb) ИБ:MMA errors in projections on the axis (I = x b , y b , z b ) of the information security:

- ΔMai - нестабильность масштабных коэффициентов линейных акселерометров - случайные величины с уровнем (1σ=0.01);- ΔMai — instability of the scale factors of linear accelerometers — random variables with a level (1σ = 0.01);

- Δ

Figure 00000084
i - смещение нулей линейных акселерометров - случайные величины с уровнем (1σ=0.1 м/с2);- Δ
Figure 00000084
i - displacement of zeros of linear accelerometers - random variables with a level (1σ = 0.1 m / s 2 );

- Δai - дрейфы нулей линейных акселерометров - марковские процессы первого порядка σ1ai=0.03 м/с2, (µai=0.01 (с-1);- Δa i - zero drifts of linear accelerometers - first-order Markov processes σ1 ai = 0.03 m / s 2 , (µ ai = 0.01 (s -1 );

- флюктуационные составляющие погрешностей акселерометров в проекциях на оси ИБ - дискретные белые шумы на рабочей частоте σ2ai;=0.4 м/с.- the fluctuation components of the errors of the accelerometers in the projections on the IB axis - discrete white noise at the operating frequency σ2 ai ; = 0.4 m / s.

ПА СНС:PA SNS:

- погрешности (систематические составляющие) измерений- errors (systematic components) of measurements

Figure 00000085
=10…20 (м);
Figure 00000085
= 10 ... 20 (m);

Figure 00000086
=0.1..0.2 (м/с);
Figure 00000086
= 0.1..0.2 (m / s);

- шумы измерений (1σ)- measurement noise (1σ)

Figure 00000087
=10 (м);
Figure 00000087
= 10 (m);

Figure 00000068
=0.1 (м/с);
Figure 00000068
= 0.1 (m / s);

БИИМBIIM

- отстояние блока акселерометров БИИМ от центра масс ОУ- the distance of the block of accelerometers BIIM from the center of mass of the OS

ρx0=0.1 м; ρу0=0.2 м; ρz0=0ρ x0 = 0.1 m; ρ у0 = 0.2 m; ρ z0 = 0

• погрешности начальной выставки БИИМ (t=0):• errors of the initial exhibition of BIIM (t = 0):

- по параметрам ориентации (α0, β0, γ0)-1°;- according to orientation parameters (α 0 , β 0 , γ 0 ) -1 °;

- по составляющим вектора линейной скорости - 0.1 м/с;- according to the components of the linear velocity vector - 0.1 m / s;

- по координатам - 30 м.- by coordinates - 30 m.

Рабочие частоты при моделированииOperating frequencies for simulation

dt=0.001 с - дискретность моделирования движения ОУ по траектории;dt = 0.001 s is the discreteness of modeling the OS movement along the trajectory;

dT=0.005 с - дискретность работы алгоритмов БИИМ;dT = 0.005 s - discreteness of operation of the BIIM algorithms;

Tz=0.1…0.2 с - дискретность поступления данных СНС.Tz = 0.1 ... 0.2 s is the discreteness of the arrival of SNA data.

Движение ОУ на участке баллистической траектории: начальные условия по параметрам движения с учетом вращения

Figure 00000088
вокруг продольной оси и конического вращения (ε - угол при вершине конуса, ωk - угловая скорость конического вращения; Kr, ψК, ψr, ψψ, θr, ψθ - амплитуда и фаза углового движения соответственно по курсу, тангажу и крену)OS movement in a section of a ballistic trajectory: initial conditions for motion parameters taking into account rotation
Figure 00000088
around the longitudinal axis and conical rotation (ε is the angle at the apex of the cone, ω k is the angular velocity of the conical rotation; K r , ψ K , ψ r , ψ ψ , θ r , ψ θ are the amplitude and phase of the angular motion, respectively, in the direction and pitch and roll)

φ0=60°; λ0=30°; ho=0.3·106 м; Vo=6000 м/с;φ 0 = 60 °; λ 0 = 30 °; ho = 0.3 · 10 6 m; Vo = 6000 m / s;

K(t)=Aor0+Krsin(ωkt+ψK); Aor0=40°; Kr=-ε; ψK=90°; ε=6°;K (t) = A or0 + K r sin (ω k t + ψ K ); A or0 = 40 °; K r = -ε; ψ K = 90 °; ε = 6 °;

ωk=0.5,…,1.0 (рад/с);ω k = 0.5, ..., 1.0 (rad / s);

ψ(t)=ψcm0rsin(ωkt+ψψ); ψcm0=40°; ψr=ε; ψψ=0°; θ0=0°;

Figure 00000089
=6,…,10 (рад/с);ψ (t) = ψ cm0 + ψ r sin (ω k t + ψ ψ ); ψ cm0 = 40 °; ψ r = ε; ψ ψ = 0 °; θ 0 = 0 °;
Figure 00000089
= 6, ..., 10 (rad / s);

На фиг.3, фиг.4 приведены значения кажущегося ускорения при движении ОУ по баллистической траектории и значения нормированных дисперсий погрешностей ориентации (из ковариационного канала фильтра Калмана).Figure 3, figure 4 shows the values of the apparent acceleration when the op-amp moves along a ballistic trajectory and the values of the normalized variances of orientation errors (from the covariance channel of the Kalman filter).

ЛитератураLiterature

1. Гай Э. Наводящиеся снаряды с инерциальной навигационной системой на микромеханических датчиках, интегрированной с GPS. - Материалы V Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. // Гироскопия и навигация. -1998. - №3 (22), с.72…81.1. Guy E. Guided missiles with an inertial navigation system based on micromechanical sensors integrated with GPS. - Materials of the V St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. // Gyroscopy and navigation. -1998. - No. 3 (22), p. 72 ... 81.

2. Лобанов B.C., Тарасенко Н.В. Использование корректируемой БИНС на основе волоконно-оптических гироскопов и кварцевых акселерометров для управления движением межпланетных космических аппаратов. Материалы XIII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. // Гироскопия и навигация. - 2006. - №3(54), с.88.2. Lobanov B.C., Tarasenko N.V. The use of corrected SINS based on fiber-optic gyroscopes and quartz accelerometers to control the movement of interplanetary spacecraft. Materials of the XIII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. // Gyroscopy and navigation. - 2006. - No. 3 (54), p. 88.

3. Дишель В.Д., Быков А.К. и др. Анализ результатов первого летного испытания интегрированной инерциально-спутниковой системы навигации, ориентации и тракторного контроля ракеты-носителя и разгонного блока при выведении космического аппарата «Амос-2» на геостационарную орбиту. Материалы XI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. // Гироскопия и навигация. - 2004. - №3(46), с.80.3. Dichelle V.D., Bykov A.K. et al. Analysis of the results of the first flight test of the integrated inertial-satellite navigation, orientation and tractor control system of the launch vehicle and upper stage during the launch of the Amos-2 spacecraft into geostationary orbit. Proceedings of the XI St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. // Gyroscopy and navigation. - 2004. - No. 3 (46), p. 80.

4. Волынцев А.А., Дудько Л.А., Казаков Б.А. и др. Опыт создания высокоточных поплавковых приборов, применяемых в системах угловой ориентации и стабилизации космических аппаратов и станций. Материалы X Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор». - 2003, с.226-234.4. Volintsev A.A., Dudko L.A., Kazakov B.A. and others. The experience of creating high-precision float devices used in systems of angular orientation and stabilization of spacecraft and stations. Materials of the X St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. SPb .: Central Research Institute "Elektribribor". - 2003, p.226-234.

5. Аванесов Г.А. и др. Звездные координаторы систем ориентации космических аппаратов // Изв. вузов. Приборостроение. - 2003, в.4, с.66-70.5. Avanesov G.A. et al. Star coordinators of spacecraft orientation systems // Izv. universities. Instrument making. - 2003, c. 4, p. 66-70.

6. Шебшаевич Б.В. и др. Бортовое синхронизирующее координатно-временное устройство для космических аппаратов. Результаты испытаний и моделирования. // 12th Saint-Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems /. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор». - 2005, p.103-108.6. Shebshaevich B.V. and other airborne synchronizing coordinate-time device for spacecraft. Test and simulation results. // 12 th Saint-Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems /. - St. Petersburg: Central Research Institute "Elektropribor". - 2005, p.103-108.

7. LINS-2510. INS/GPS Internal Navigation System with embedded Global Positioning System, проспект фирмы Litton (США).7. LINS-2510. INS / GPS Internal Navigation System with embedded Global Positioning System, prospectus from Litton (USA).

8. Бранец B.H., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. - 280 с.8. Branets B.H., Shmyglevsky I.P. Introduction to the theory of strapdown inertial navigation systems. - M .: Science. Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1992 .-- 280 s.

9. Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. - СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 1998. - 370 с.9. Stepanov O.A. Application of the theory of nonlinear filtering in problems of processing navigation information. - SPb .: SSC RF - Central Research Institute "Elektropribor", 1998. - 370 p.

10. Анучин О.Н., Гусинский В.З., Емельянцев Г.И. Интегрированный комплекс для навигации и управления морских судов. Патент РФ №2117253, 1998.10. Anuchin O.N., Gusinsky V.Z., Emelyantsev G.I. Integrated complex for navigation and control of marine vessels. RF patent No. 2117253, 1998.

11. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов/под общ. редакц. акад. РАН В.Г.Пешехонова /. - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 389 с.11. Anuchin O.N., Emelyantsev G.I. Integrated orientation and navigation systems for marine moving objects / under total. ed. Acad. RAS V.G. Peshekhonova. - St. Petersburg: Central Research Institute "Elektropribor", 2003. - 389 p.

12. Эльясберг П.Е. Введение в теорию полета ИСЗ. - М.: Наука, 1965. - 540 с.12. Elyasberg P.E. Introduction to satellite theory of flight. - M .: Nauka, 1965 .-- 540 p.

13. Diesel, John W. Integrated inertial / GPS navigation System. Патент США №6417802 от 09.07.2002.13. Diesel, John W. Integrated inertial / GPS navigation System. U.S. Patent No. 6417802 of July 9, 2002.

14. Perlmutter, Michael S. и др. Способ повышения эффективности повторного обнаружения и захвата сигнала спутника в интегрированной GPS/TNS навигационной системе. Патент США №6640189 от 28.10.2003.14. Perlmutter, Michael S. et al. A way to increase the efficiency of re-detecting and capturing a satellite signal in an integrated GPS / TNS navigation system. U.S. Patent No. 6640189 of 10/28/2003.

15. Белов В.Д., Гунбин Т.А. и др. Комплексная инерциально-спутниковая навигационная система. Патент РФ №2087867 от 20.08.1997.15. Belov V.D., Gunbin T.A. and others. Integrated inertial-satellite navigation system. RF patent №2087867 from 08.20.1997.

16. Волжин А.С, Вязьмикин А.А. и др. Инерциально-спутниковая навигационная система. Патент РФ №2233431 от 27.07.2004.16. Volzhin A.S., Vyazmikin A.A. et al. Inertial-satellite navigation system. RF patent No. 2233431 dated 07/27/2004.

17. Мезенцев А.П., Ачильдиев В.М. и др. Универсальный навигационный прибор управления движением на основе микромеханических чувствительных элементов и унифицированная интегрированная бесплатформенная инерциальная навигационная система для этого прибора. Патент РФ №2263282 от 27.10.2005.17. Mezentsev A.P., Achildiev V.M. etc. A universal navigation control device for motion control based on micromechanical sensitive elements and a unified integrated strapdown inertial navigation system for this device. RF patent No. 2263282 dated 10.27.2005.

Claims (1)

Интегрированная система ориентации и навигации для объектов, движущихся по баллистической траектории с вращением вокруг продольной оси, содержащая бескарданный инерциальный измерительный модуль (БИИМ), включающий блок гироскопов (БГ), связанный с блоком выработки параметров ориентации (БВПО), блок акселерометров (БА), связанный с блоком выработки параметров поступательного движения (БВППД), который, в свою очередь, связан с блоком пересчета данных интегрированной системы (БПД) и блоком комплексной обработки информации (БКОИ), а также приемную аппаратуру спутниковых навигационных систем ПА СНС, содержащую антенное устройство (АУ), связанное через радиоприемное устройство (РПУ) с блоком выделения радионавигационных параметров и специальной информации (БВРНПиСИ), состоящим из N независимых приемоизмерительных каналов (ПИК), и блок решения навигационных задач (БРНЗ), имеющий связи с БВРНПиСИ и БИИМ, при этом каждый ПИК блока БВРНПиСИ содержит систему слежения за несущей частотой (ССН), систему слежения за задержкой кода (ССЗ) и схему выделения специальной информации (СВСИ), причем ССН каждого ПИК включает дискриминатор, широкополосный фильтр (ФШ) и управляемый генератор (УГ), отличающаяся тем, что в состав БИИМ дополнительно введен блок формирования разностных измерений (БФРИ), первый вход которого соединен с одним из выходов блока БПД, второй вход соединен с первым выходом блока БРНЗ, первый выход блока БФРИ соединен с входом блока БКОИ, а второй выход соединен с одним из входов блока БРНЗ, второй выход которого соединен со вторым входом блока БВРНПиСИ, а в состав ССН каждого ПИК блока БВРНПиСИ дополнительно введены узкополосный фильтр (ФУ), коммутатор и сумматор, при этом вход ФУ подключен к выходу дискриминатора, выход ФУ подключен к первому входу коммутатора, второй вход коммутатора подключен к выходу ФШ, управляющий вход коммутатора подключен к управляющему выходу БРНЗ, выход коммутатора подключен к первому входу сумматора, второй вход сумматора подключен к второму информационному выходу БРНЗ, выход сумматора подключен к входу УГ, при этом блок БА БИИМ и блок АУ ПА СНС должны быть установлены на максимальном расстоянии от центра масс объекта управления (ОУ) по поперечной оси, при этом также полоса пропускания блоков БВПО, БВППД и БВРНПиСИ, БРНЗ должна быть больше частоты колебаний ОУ из-за вращения вокруг продольной оси. An integrated orientation and navigation system for objects moving along a ballistic trajectory with rotation around a longitudinal axis, containing a gimballess inertial measuring module (BIIM), including a block of gyroscopes (BG), connected to a block for generating orientation parameters (BVPO), a block of accelerometers (BA), associated with the block for the development of the parameters of translational motion (BVPPD), which, in turn, is associated with the block for the conversion of data of the integrated system (BPS) and the complex information processing unit (BKOI), as well as most of the satellite navigation systems PA SNA equipment containing an antenna device (AU) connected via a radio receiver (RPU) to a unit for extracting radio navigation parameters and special information (BVRNPiSI), consisting of N independent receiving and measuring channels (PIK), and a unit for solving navigation problems ( BRNZ), which has connections with BVRNPiSI and BIIM, with each PIK block BVRNPiSI contains a system for tracking the carrier frequency (SSN), a system for tracking the delay code (CVD) and the allocation of special information (SSSI), The SSN of each PIK includes a discriminator, a broadband filter (FS) and a controlled oscillator (UG), characterized in that the structure of the differential measurement measurements unit (BFRI) is additionally included in the BIIM, the first input of which is connected to one of the outputs of the BJP unit, the second input is connected with the first output of the BRNZ block, the first output of the BFRI block is connected to the input of the BKOI block, and the second output is connected to one of the inputs of the BRNZ block, the second output of which is connected to the second input of the BVRNPiSI block, and an additional input is added to the SSN of each BVRNPiSI block a narrow-band filter (ФУ), a switch and an adder, while the ФУ input is connected to the discriminator output, the ФУ output is connected to the first switch input, the second switch input is connected to the FS output, the switch control input is connected to the BRNZ control output, the switch output is connected to the first the adder input, the second adder input is connected to the second BRNZ information output, the adder output is connected to the UG input, while the BAIIM unit and the AU PA SNA unit should be installed at the maximum distance from the center of mass of the object pressure (OA) along the transverse axis, while also the passband of the BVPO, BVPPD and BVRNPiSI, BRNZ blocks should be higher than the OU oscillation frequency due to rotation around the longitudinal axis.
RU2008129019/28A 2008-07-03 2008-07-03 Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis RU2375680C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008129019/28A RU2375680C1 (en) 2008-07-03 2008-07-03 Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008129019/28A RU2375680C1 (en) 2008-07-03 2008-07-03 Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2375680C1 true RU2375680C1 (en) 2009-12-10

Family

ID=41489697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008129019/28A RU2375680C1 (en) 2008-07-03 2008-07-03 Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2375680C1 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461040C1 (en) * 2011-05-13 2012-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" Device for comprehensive control of sensors of mobile object
RU2462690C1 (en) * 2011-05-13 2012-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial satellite system for orientation and navigation
RU2492499C1 (en) * 2012-03-01 2013-09-10 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation
RU2519603C2 (en) * 2012-06-28 2014-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Method for measuring vector of angular speed of space vehicle, and device for its implementation
RU2544785C2 (en) * 2012-01-11 2015-03-20 Йена-Оптроник Гмбх Method to increase reliability of sensor systems
RU2561003C1 (en) * 2014-05-14 2015-08-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis
RU2565345C2 (en) * 2014-02-07 2015-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" Navigation system
RU2677099C1 (en) * 2017-12-18 2019-01-15 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for calibrating errors of cardanless inertial system on electrostatic gyroscopes under conditions of orbital flight
RU2678959C1 (en) * 2018-02-14 2019-02-04 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Cardanless inertial positioning system electrostatic gyroscopes errors calibration method under conditions of orbital space craft
RU2789116C1 (en) * 2021-11-19 2023-01-30 Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" Apparatus for controlling an engine and correcting the drift of a gyroscope

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461040C1 (en) * 2011-05-13 2012-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" Device for comprehensive control of sensors of mobile object
RU2462690C1 (en) * 2011-05-13 2012-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Integrated inertial satellite system for orientation and navigation
RU2544785C2 (en) * 2012-01-11 2015-03-20 Йена-Оптроник Гмбх Method to increase reliability of sensor systems
US9593951B2 (en) 2012-01-11 2017-03-14 Jena-Optronik Gmbh Method for increasing the reliability of sensor systems
RU2492499C1 (en) * 2012-03-01 2013-09-10 Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") Method of determining location of object with use of global navigation satellite systems and system for its implementation
RU2519603C2 (en) * 2012-06-28 2014-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") Method for measuring vector of angular speed of space vehicle, and device for its implementation
RU2565345C2 (en) * 2014-02-07 2015-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" Navigation system
RU2561003C1 (en) * 2014-05-14 2015-08-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis
RU2677099C1 (en) * 2017-12-18 2019-01-15 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for calibrating errors of cardanless inertial system on electrostatic gyroscopes under conditions of orbital flight
RU2678959C1 (en) * 2018-02-14 2019-02-04 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Cardanless inertial positioning system electrostatic gyroscopes errors calibration method under conditions of orbital space craft
RU2789116C1 (en) * 2021-11-19 2023-01-30 Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" Apparatus for controlling an engine and correcting the drift of a gyroscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2375680C1 (en) Integrated inertial-satellite orientation and navigation system for objects moving on ballistic trajectory with rotation around longitudinal axis
US7162367B2 (en) Self-contained/interruption-free positioning method and system thereof
Curey et al. Proposed IEEE inertial systems terminology standard and other inertial sensor standards
US6415223B1 (en) Interruption-free hand-held positioning method and system thereof
US6658354B2 (en) Interruption free navigator
EP2577343B1 (en) Determining spatial orientation and angular rate of change of orientation information of a body from multiple electromagnetic signals
EP0026626B1 (en) Autonomous navigation system
US20060287824A1 (en) Interruption free navigator
Dong MEMS inertial navigation systems for aircraft
Noureldin et al. Inertial navigation system
Giovanni Jr et al. Performance of a ring laser strapdown marine gyrocompass
RU2633703C1 (en) Integrated inertial-satellite systems of orientation and navigation
Reddy et al. Advanced navigation system for aircraft applications
Bose et al. Modern inertial sensors and systems
Bose et al. Fundamentals of navigation and inertial sensors
Emel’yantsev et al. Improving the accuracy of GPS compass for small-sized objects
Greenheck et al. Design and testing of a low-cost MEMS IMU cluster for smallsat applications
Spielvogel et al. Preliminary results with a low-cost fiber-optic gyrocompass system
Sokolov et al. Solving the autonomous initial navigation task for strapdown inertial navigation system on the perturbed basis using Rodriguez—Hamilton parameters
Dranitsyna IMU calibration using sins navigation solution: Selection of the rate table motion scenario
RU2561003C1 (en) Integrated orientation and navigation system for objects with fast rotation about longitudinal axis
Emel'Yantsev et al. Tightly-coupled GNSS-aided inertial system with modulation rotation of two-antenna measurement unit
Emel’yantsev et al. Improving information autonomy of marine SINS
Pogorelov et al. Solution to the problem of the close integration of satellite and inertial platform navigation systems
Xiangming et al. Gyrocompassing mode of the strapdown inertial navigation system