Стохастическая оценка параметров ориентации антенного комплекса по результатам измерений бесплатформенной инерциальной системы

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.

1. Методы спутникового и наземного позиционирования. Перспективы развития технологий обработки сигналов / Под ред. Дардари Д., Фаллетти Э., Луизе М.; пер. с англ. Е. Б. Махияновой. М.: Техносфера, 2012. 528 с.

2. Зайцев Д. В. Многопозиционные радиолокационные системы. Методы и алгоритмы обработки информации в условиях помех. М.: Радиотехника, 2007. 96 с.

3. Коновалов А. А. Основы траекторной обработки радиолокационной информации. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 164 с.

4. Красильщиков М. Н., Себряков Г. Г. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных манёвренных летательных аппаратов / Под. ред. М. Н. Красильщикова, Г. Г. Себрякова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 556 с.

5. Соколов С. В., Погорелов В. А., Шаталов А. Б. Решение задачи автономной начальной ориентации БИНС на возмущённом основании с использованием параметров Родрига–Гамильтона // Известия вузов. Авиационная техника. 2019. № 1. С. 4–12.

6. Соколов С. В., Погорелов В. А. Нелинейная динамическая оценка углов ориентации подвижного объекта по распределённым спутниковым измерениям // Измерительная техника. 2019. № 4. С. 30–36. DOI:10.32446/0368-1025it.2019-3-30-36

7. Кинкулькин И. Е. Глобальные навигационные спутниковые системы. Алгоритмы функционирования аппаратуры потребления: монография. М.: Радиотехника, 2018. 328 с. DOI:10.18127.B9785931081755

8. Розенберг И. Н., Соколов С. В., Уманский В. И., Погорелов В. А. Теоретические основы тесной интеграции инерциально-спутниковых навигационных систем. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2018. 312 с.

9. Соколов С. В., Погорелов В. А. Стохастическая оценка, управление и идентификация в высокоточных навигационных системах. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2016. 264 с.

10. Соколов С. В., Погорелов В. А. Основы синтеза многоструктурных бесплатформенных навигационных систем. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 190 с.

11. Емельянцев Г. И., Степанов А. П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации / Под общей ред. акад. РАН В. Г. Пешехонова. СПб.: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2016. 394 с.

12. Vaknin E., Klein I., Gyroscopy and Navigation, 2016, vol. 7, no. 2, pp. 145–151. DOI:10.1134/S2075108716020115

13. Thomas Brunner, Sébastien Changey, Emmanuel Pecheur, Jean-Philippe Lauff enburger, Michel Basset, Evaluation of attitude estimation algorithms using absolute magnetic reference data: Methodology and results. Proceedings of the Position, Location and Navigation Symposium – PLANS 2014, Monterey, United States May 5–8, 2014, pp. 212–218. DOI: 10.1109/PLANS.2014.6851378

14. Лукасевич В. И., Погорелов В. А., Соколов С. В. Алгоритм оценки параметров вращения распределенной антенны по спутниковым измерениям // Радиотехника. 2015. № 6. С.122–132.

15. Соколов С. В., Погорелов В. А., Лукасевич В. И. Нелинейная стохастическая фильтрация параметров углового движения распределенной антенны по спутниковым измерениям // Датчики и системы. 2015. № 5. С. 8–17.

16. Blanch J., Walter T., Enge P., Proceedings of the IEEE (Special Centennial Issue), 2012, vol. 13. pp. 1821–830. DOI:10.1109/JPROC.2012.2190154

17. Ezzaldeen E., Knedlik S. and Loff eld O., Sensors, 2012, vol. 12.5, pp. 5310–5327. DOI:10.3390/s120505310

18. Jahromi A. J., Broumandan A., Nielsen J., Lachapelle G., International Journal of Navigation and Observation, 2012, vol. 2012, Article ID127072, pp. 1–16. DOI:10.1155/2012/127072

19. Baziar A. R., Moazedi M., Mosavi M. R., Journal of Wireless Personal Communications, 2015, vol. 83, no. 3, pp. 1955–1970. DOI:10.1007/s11277-015-2497-9

20. Bhatti J., Humphreys T. E., Journal of the Institute of Navigation, 2017, vol. 64(1), pp. 51–66. DOI:10.1002/navi.183

21. Psiaki M. L., O’Hanlon B. W., Powell S. P., Bhatti J. A., GPS World, 2014, vol. 25, no. 11, pp. 36–44.

22. Salychev O. S., Verifi ed approaches to inertial navigation, Мoscow, BMSTU Press Publ., 2017, 368 p.

23. Salychev O. S., Applied inertial navigation: problems and solutions, Мoscow, BMSTU Press Publ., 2004, 304 p.

24. Матвеев В. В., Распопов В. Я. Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации на МЭМС датчиках. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017, 225 с.

25. Челноков Ю. Н. Кватернионные модели и методы динамики, навигации и управления движением. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011, 560 с.

26. Синицын И. Н. Фильтры Калмана и Пугачёва. М.: Логос, 2006, 640 с.

27. Соколов С. В., Ковалев С. М., Кучеренко П. А., Смирнов Ю. А. Методы идентификации нечетких и стохастических систем. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2018, 432 с