Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации + CD

Книга является обобщением результатов проводимых авторами многолетних исследований по вопросам разработки интегрированных инерциально-спутниковых систем ориентации и навигации (ИСОН), являющихся информационной основой современных систем управления движением различных подвижных объектов.
Авторы постарались представить в книге наиболее интересные аспекты и проблемы при создании современных ИСОН, содержащих бескарданные инерциальные измерительные модули (БИИМ) и приёмную аппаратуру (ПА) спутниковых навигационных систем (СНС). Так, приводятся дискретные рекуррентные алгоритмы функционирования и модели погрешностей как БИИМ, использующих различные типы гироскопов, и ПА СНС, так и ИСОН в целом для их имитационного моделирования в пакете MATLAB (Simulink).
Основное внимание уделено результатам исследований ИСОН для высокоманевренных объектов, включая летательные аппараты с быстрым вращением вокруг продольной оси. Принципиальной особенностью построения ИСОН для таких объектов как в авиации, ракетной технике, так и в морской практике является более глубокая интеграция данных инерциального модуля и ПА СНС. При этом значительное внимание уделяется проблеме повышения помехоустойчивости ПА СНС с опорой на данные инерциального модуля на микромеханических датчиках (ММД) в рамках построения ИСОН по сильносвязанной схеме.
Значительное внимание уделено проблеме использования фазовых измерений СНС, оценке их неоднозначности при решении в ИСОН задачи ориентации. В частности, рассматривается одна из возможных схем построения малогабаритного СНС-компаса как ИСОН с антенной базой в пределах длины волны несущей частоты. Приведены результаты стендовых и объектовых испытаний экспериментальных и макетных образцов таких систем.
Анализируются результаты исследований по построению ИСОН для космических аппаратов дистанционного зондирования Земли, использующих БИИМ как на волоконно-оптических гироскопах (ВОГ), так и на электростатических гироскопах разработки ЦНИИ «Электроприбор», а также астродатчики и ПА СНС.
Рассматривается использование ИСОН с прецизионным инерциальным модулем и мультиантенной ПА СНС для решения задачи определения уклонений отвесной линии в высоких широтах.
На CD, являющемся приложением к книге, представлено программное обеспечение в пакете MATLAB(Simulink) для имитационного моделирования алгоритмов работы ИСОН с БИИМ на гироскопах типа ВОГ или ММД и мультиантенной ПА СНС.
Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами навигации и управления движением подвижных объектов, а также для преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов соответствующих специальностей.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект №14-29-00160).

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Перечень основных обозначений, символов и сокращений
Глава 1. СТРУКТУРА ПОСТРОЕНИЯ И АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ
1.1. Назначение, решаемые задачи и структура построения ИСОН
1.2. Интерфейсы
1.2.1. Внутрисистемные интерфейсы БИИМ
1.2.2. Интерфейсы взаимодействия БИНС и ИСОН с внешними устройствами
1.3. Режимы работы, инвариантные и неинвариантные методы обработки навигационной информации в ИСОН
1.4. Алгоритмы функционирования БИИМ
1.4.1. Общие сведения
1.4.2 Алгоритмы решения задачи ориентации
1.4.3 Алгоритмы преобразования вектора кажущегося ускорения и решения задачи навигации
1.5. Особенности построения дискретных алгоритмов БИИМ
1.5.1. Задача ориентации
1.5.1.1. Алгоритмы вычисления вектора Эйлера и кватерниона
1.5.1.2. Рекуррентный дискретный алгоритм задачи ориентации
1.5.1.3. О вычислительных дрейфах в БИИМ на датчиках угловой скорости
1.5.2. Задача первого интегрирования показаний акселерометров в осях сопровождающего трёхгранника
1.5.2.1. Традиционные алгоритмы
1.5.2.2. Инвариантные алгоритмы
1.5.3. Задача навигации
1.6. Особенности построения современной приёмной аппаратуры СНС
1.6.1. Назначение, структура построения и состав ПА СНС
1.6.1.1. Антенные устройства
1.6.1.2. Радиоприёмник
1.6.1.3. Опорный генератор и синтезатор частот
1.6.1.4. Многоканальный коррелятор
1.6.2. Тенденции развития ПА СНС
1.7. Методы и алгоритмы обработки информации в приёмной аппаратуре СНС
1.7.1. Первичная обработка навигационной информации ?
1.7.1.1. Алгоритмы поиска и обнаружения навигационных спутников
1.7.1.2. Особенности функционирования следящих систем ПА СНС
1.7.2. Вторичная обработка навигационной информации
1.7.2.1. Внутренний контроль целостности СНС
1.7.2.2 Определение навигационных параметров
Глава 2. МОДЕЛИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ
2.1. Модели погрешностей бескарданных инерциальных измерительных модулей
2.1.1. Общие положения
2.1.2. БИИМ на датчиках угловой скорости
2.1.2.1. Модель погрешностей БИИМ в классической форме
2.1.2.2. Модель погрешностей БИИМ в аналоговой форме
2.1.3. БИИМ на позиционных гироскопах
2.2. Модели погрешностей СНС. Погрешности первичных навигационных измерений
2.2.1. Погрешности определения псевдодальностей и псевдоскоростей
2.2.2. Погрешности фазовых измерений
2.3. Модели погрешностей СНС. Погрешности решения задач навигации и ориентации
2.3.1 Погрешности решения навигационной задачи
2.3.2. Погрешности решения задачи ориентации
2.4. Модели погрешностей ИСОН
2.4.1. Режим точной начальной выставки и калибровки
2.4.2. Обсервационный режим работы
2.4.3. Автономный режим работы
2.4.4. Режим взаимодействия с потребителями на конечном интервале времени
Глава 3. МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ БИИМ И АНАЛИЗ ИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ
3.1. Общие положения
3.2. Модели погрешностей измерительного блока БИИМ и методы их определения
3.2.1. Модели дрейфов гироскопов и погрешностей акселерометров
3.2.2. Калибровка погрешностей ИБ БИИМ с использованием данных об угловом положении платформы стенда
3.2.3. Особенности калибровки ИБ БИИМ на микромеханических датчиках
3.2.4. Калибровка погрешностей ИБ БИИМ по навигационному решению
3.3. Модели аномалий гравитацонного поля Земли
3.4. Приближенные аналитические решения для погрешностей ИСОН в решении задач ориентации и навигации
3.4.1. Автономный режим работы
3.4.2. Обсервационный режим работы
3.5. О наблюдаемости «восточного» дрейфа ИБ БИИМ в условиях специального маневрирования объекта
3.6. Аналитические решения для погрешностей БИИМ быстровращающихся по крену объектов на конечном интервале времени
Глава 4. СОВРЕМЕННЫЕ ТИПЫ ИСОН. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ, АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ И АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ
4.1. ИСОН с высоким уровнем интеграции для высокоманевренных подвижных объектов
4.1.1. Имитационная модель функционирования ИСОН
4.1.1.1. Имитационные модели движения орбитальной группировки навигационных спутников и объекта
4.1.1.2. Дискретные рекуррентные алгоритмы основных функциональных задач БИИМ
4.1.1.3. Задача совместной обработки данных БИИМ и ПА СНС с использованием алгоритмов обобщенного фильтра Калмана
4.1.2. Особенности построения ИСОН для высокоманевренных объектов, движущихся на начальном участке по баллистической траектории вне пределов атмосферы
4.1.3. Результаты моделирования алгоритмов работы ИСОН в пакете Matlab (Simulink)
4.1.4. Результаты стендовых и объектовых испытаний экспериментального образца системы
4.2. СНС-компас как интегрированная инерциально-спутниковая система
4.2.1. Современное состояние разработок в морской практике. Особенности фазовых измерений
4.2.2. СНС-компас ИСОН-1 с автономным режимом работы для морских судов
4.2.2.1. Структура построения и особенности алгоритмического обеспечения
4.2.2.2. Описание конструкции и программного обеспечения системы. Особенности конструкции
4.2.2.3. Результаты автомобильных и мореходных испытаний.
4.2.3. СНС-компас для малоразмерных подвижных объектов
4.2.3.1. Исходные положения
4.2.3.2. Особенности конструкции и алгоритмического обеспечения
4.2.3.3. Результаты испытаний
4.3. ИСОН для летательных аппаратов с быстрым вращением вокруг продольной оси
4.3.1. Исходные положения
4.3.2. Формирование разностных измерений с привлечением информации о магнитном поле Земли
4.3.3. Формирование разностных фазовых измерений с использованием данных СНС
4.3.4. Расчётная модель погрешностей системы
4.3.5. Результаты стендовых испытаний макетного образца системы
4.4. ИСОН для малоразмерных орбитальных космических аппаратов
4.4.1. Постановка задачи. Структура построения и режимы работы ИСОН
4.4.2. Имитационная модель функционирования ИСОН для орбитального КА
4.4.3. Модель погрешностей БИИМ, аналитические решения
4.4.4. Задача совместной обработки данных БИИМ и СИУП. Результаты моделирования в пакете Matlab (Simulink)
4.4.5. Задача совместной обработки данных БИИМ и ПА СНС. Результаты моделирования в пакете Matlab(Simulink)
4.5. ИСОН на основе БИИМ на ЭСГ для орбитальных космических аппаратов
4.5.1. Исходные положения
4.5.2. Состав и структура построения БИСО на ЭСГ
4.5.3. Особенности математического обеспечения БИСО на ЭСГ
4.5.4. Измерения и расчетная модель погрешностей для режима калибровки БИСО
4.5.5. Результаты лётных испытаний БИСО на ЭСГ
4.5.6. Структура построения и алгоритмы работы ИСОН на основе БИИМ на ЭСГ и блоке ВОГ
4.5.7. Особенности совместной обработки данных ЭСГ и блока ВОГ в ИСОН
4.5.8. Результаты имитационного моделирования алгоритмов работы ИСОН
4.6. ИСОН с прецизионным инерциальным модулем и мультиантенной ПА СНС для определения уклонений отвесной линии
4.6.1. Общие положения
4.6.2. Определение УОЛ в высоких широтах
Литература