Москва
Sergey V. Sokolov
Moscow
Москва
Vadim A. Pogorelov
Moscow
Серпухов, Московская обл.
Andrei B. Shatalov
Serpukhov, Moscow region
Рассмотрена задача высокоточного определения пространственной ориентации антенн радиотехнических комплексов, размещённых на высотных мачтах различных конструкций. Установлено, что применяемые в настоящее время методы, основанные на измерениях спутниковых навигационных систем и автономных измерениях бесплатформенных инерциальных систем ориентации, не обеспечивают требуемой точности решения поставленной задачи. Показано, что низкая точность существующих методов обусловлена как слабой помехоустойчивостью алгоритмов обработки информации, так и отсутствием возможности учёта динамических свойств параметров ориентации, измеряемых в условиях помех высокой интенсивности, свойства которых, как правило, не учитываются. Предложен динамический алгоритм оценки стохастических параметров ориентации антенны радиотехнического комплекса, инвариантный к характеру движения основания мачты и обеспечивающий устойчивость и требуемую точность оценивания при общих предположениях о характере помех чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной системы ориентации. В качестве наблюдаемого вектора состояния – вектора параметров ориентации антенны, использован вектор параметров Родрига–Гамильтона, а в качестве вектора наблюдения за ним – вектор измерений датчиков угловой скорости бесплатформенной инерциальной системы. В приборный состав бесплатформенной инерциальной системы входят три акселерометра и три датчика угловой скорости, расположенные ортогонально в центре масс антенны. На основании полученных нелинейных стохастических уравнений динамики изменения вектора параметров текущей ориентации бесплатформенной инерциальной системы ориентации на подвижном основании и уравнений их наблюдения – стохастической модели сигналов измерения чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной системы ориентации, построен нелинейный (обобщённый) фильтр Калмана, обеспечивающий искомое решение задачи оценки параметров текущей ориентации антенны на возмущённом основании. Приведены результаты проведённого численного эксперимента, сделан вывод о возможности применения фильтра для решения задачи оперативной ориентации антенн радиотехнических комплексов с использованием средне- и высокоточных бесплатформенных инерциальных систем ориентации и без коррекции в течение длительного времени.
When solving the problem of high-precision spatial orientation of antennas of radio engineering complexes placed on high-rise masts of various designs, one of the main tasks is to increase the accuracy of their angular orientation in the conditions of inevitable disturbances of the mast base (due to wind disturbances, operation of various units, etc.) and interference of measurement of antenna orientation parameters by various measuring systems. Currently used methods based on measurements of satellite navigation systems and autonomous measurements of attitude and heading reference system do not provide the required accuracy for solving the problem of antenna orientation, located on a highly dynamic mobile base. This circumstance is due both to the weak noise immunity of algorithms of information processing and the inability of accounting for the dynamic properties of orientation parameters measured also in the presence of noise of high intensity, whose properties also usually are not taken into account. In this regard, the article considers a dynamic algorithm for estimating the stochastic parameters of the antenna orientation of the radio engineering complexes, invariant to the nature of the movement of the mast base and providing stability and the required accuracy of the evaluation under the most general assumptions about the nature of interference of the sensing elements attitude and heading reference system. As the observed state vector – the vector of antenna orientation parameters, the vector of Rodriguez–Hamilton parameters is used, and as the vector of observation of it – the vector of measurements of angular velocity sensors of a strapdown inertial system, which consists of three accelerometers and three angular velocity sensors located orthogonally in the center of mass of the antenna. Based on the nonlinear stochastic equations of dynamics of change of the vector of parameters of the current orientation attitude and heading reference system on the moving base and stochastic models of the measuring signals sensing elements attitude and heading reference system, a non-linear (generalized) Kalman filter, providing the desired solution of the problem of estimation of the parameters of the current orientation of the antenna on the perturbed basis, was built. The results of the numerical experiment allow us to conclude that it can be used to solve the problem of operational orientation of radio engineering complexes antennas placed on masts, using medium-and high-precision attitude and heading reference system without correction for a long time.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.