ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ШУМОВ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ НА ТОЧНОСТЬ ВЫСТАВКИ ГИРОПЛАТФОРМЫ

В настоящей стaтье рассматриваются особенности решения задачи автономной начальной выставки платформенной инерциальной навигационной системы при влиянии шумов инерциальных датчиков (гироскопов и акселерометров). Известный классический алгоритм начальной выставки, включающий этапы грубой выставки, горизонтирования и гирокомпасирования, имеет обширное применение и достаточно подробно описан в технической литературе. Его ключевым недостатком являются значительные временные затраты на проведения всех этих этапов. В связи с этим с целью увеличения быстродействия проведения начальной выставки при заданном уровне точности предлагается применение нового алгоритма, совмещающего в себе упомянутые выше этапы и основанного на применении методов многофакторной оптимизации. На основе показаний не менее трех гироскопов и не менее трех акселерометров осуществляется оптимизация пространственного положения гироплатформы путем физического ее приведения в требуемое начальное положение. Алгоритм построен на базе метода градиентного спуска с переменным шагом. Проведено имитационное моделирование двухэтапного алгоритма и оптимизационного в невозмущенном режиме и при воздействии типовых для инерциальных датчиков шумов, как основных источником ошибок при начальной выставке. Представлены типовые шумы, их отображения в частотной и временной областях, их отличительные особенности. Значительный выигрыш в быстродействии оптимизационного алгоритма открывает широкие перспективы для его применения, поскольку арсенал соответствующих методов многогранен, однако сильная зависимость точности выставки от типовых шумов требует разработки дополнительных механизмов для их подавления.

1. Делэйе Ф. Бортовая инерциальная система координат SpaceNaute® для европейской ракеты-носителя «Ариан-6» на основе волнового твердотельного гироскопа // Гироскопия и навигация. 2018. Т. 26. № 4. С. 3–13.

2. Михайлов Н.В. Автономная навигация космических аппаратов при помощи спутниковых радионавигационных систем. СПб.: Политехника, 2014. 362 с.

3. Марарескул Д.И. Способ повышения доступности навигационного обеспечения высокоорбитальных космических аппаратов по ГЛОНАСС // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. Академика М.Ф. Решетнева. 2013. № 6 (52). С. 82–88.

4. Шмидт Дж.Т. Эксплуатация навигационных систем на основе GPS в сложных условиях окружающей среды // Гироскопия и навигация. 2019. Т. 27. № 1 (104). С. 3–21.

5. Пешехонов В.Г. Высокоточная навигация без использования информации глобальных навигационных спутниковых систем // Гироскопия и навигация. 2022. Т. 30. № 1 (116). C. 3–11.

6. Сравнение эффектов структурных повреждений в матрицах КМОП и ПЗС, применяемых в звездных датчиках, на примере cmv4000 и ФППЗ «ЛЕВ-4» / Е.В. Белинская, А.А. Кобелева, П.С. Сметанин, Я.Д. Эльяшев, М.Е. Черняк // Cовременные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 6. С. 119–130.

7. Особенности измерения координат звезд оптико-электронными приборами с различными угловыми разрешениями / Г.А. Аванесов, Р.В. Бессонов, П.С. Сметанин, О.В. Филиппова, Я.Д. Эльяшев // Cовременные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 6. С. 103–112.

8. О возможности автономного определения орбиты космического аппарата / М.Е. Прохоров, А.И. За¬харов, А.О. Жуков, А.И. Гладышев, И.В. Кузнецова // Cовременные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 6. С. 267–273.

9. Современные датчики звездной ориентации / М.Е. Прохоров, А.И. Захаров, А.В. Миронов, Ф.Н. Ни¬колаев, М.С. Тучин // Физика космоса; Тр. XXXVIII Международной студенческой научной конферен¬ции. 2009. С. 170–186.

10. Проектирование бесплатформенных инерциальных навигационных систем / Б.С. Алешин, А.В. Тю¬вин А.И. Черноморский, В.Е. Плеханов. М.: МАИ-Принт, 2009. 396 с.

11. Липтон А. Выставка инерциальных систем на подвижном основании. М.: Наука, 1971. 168 с.

12. Ривкин С.С., Ивановский Р.И., Костров А.В. Статистическая оптимизация навигационных систем. Л.: Судостроение, 1976. 280 с.

13. Андреев А.Г., Ермаков В.С., Северов В.С. и др. Способ начальной выставки инерциальной навигационной системы. Патент РФ. № 2215994 С1. МПК G 01 C 21/18; заявитель и патентообладатель ОАО ПНППК. № 2002113869/28.

14. Наумченко В.П. Подход к построению алгоритма начальной выставки инерциальных навигационных систем // Сборник тезисов работ XLVIII Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения». 2022. С. 173–174.

15. Оптимизация процесса начальной выставки инерциальных навигационных систем / В.П. Наумченко, П.А. Илюшин, Д.Г. Пикунов, А.В. Соловьев // Молодежь. Техника. Космос: Общерос. молодежн. науч.-техн. конф. В 4 т. 2022. Т. 2. С. 186–189.

16. Наумченко В.П. Современный подход построения алгоритма начальной выставки инерциальных навигационных систем платформенного класса // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2022. № 9. С. 51–59.

17. Бельский Л.Н., Водичева Л.В., Парышева Ю.В. Бесплатформенная инерциальная навигационная система для средств выведения: точность начальной выставки и периодическая калибровка // Юбилейная XXV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. 2018. С. 260–263.

18. Емельянцев Г.И., Степанов А.П., Блажнов Б.А. О начальной выставке корабельной БИНС в условиях качки // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. № 3 (110). С. 3–17.

19. Илюшин П.А., Наумченко В.П., Соловьев А.В. Анализ шумовых характеристик бесплатформенного инерциального блока космического назначения // Тезисы докладов XXII Научно-технической конференции, посвященной 60-летию полета Ю.А. Гагарина, 75-летию ракетно-космической отрасли и основанию ПАО «РКК «Энергия», г. Королев. Сборник тезисов докладов. 2021. C. 261–263.

20. Типы ошибок в инерциальных навигационных системах и методы их аппроксимации / М.А. Литвин, А.А. Малюгина, А.Б. Миллер, А.Н. Степанов, Д.Е. Чикрин // Информационные процессы. 2014. Т. 14. № 4. С 326–339.

21. Петрова Н.А., В.М. Полушкин. Виды погрешностей микромеханических датчиков и методы их анализа // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1.

22. IEEE Standard Specification Fprmat Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber Optic Gyros, 2003. 77 p.

23. О возможностях выбора метода оценки дрейфовых характеристик волновых твердотельных гироскопов ГЕ 006 на основе экспериментального подтверждения / А.С. Новоселов, С.А. Москалев, А.А. Пан¬ко, А.В. Поспелов, Н.В., Недопекин О.Н. Лузгина // Надежность и качество сложных систем. 2021. № 2. С. 53–61.

24. Тюменцев Ю.В., Чернышев А.В. Обучение нейронных сетей прямого распространения: Учебное пособие. М.: Изд-во МАИ, 2012. 48 с.

25. Наумченко В.П. Построение алгоритма гирокомпасирования на основе методов одномерной безусловной оптимизации при помощи гирокомпаса аналитического типа с ДУС // Сб. тезисов работ Международной молодежной научной конференции XLVII «Гагаринские чтения». 2021. С. 319–320.

26. Голованов В.А. Гироскопическое ориентирование. Учебное пособие. СПб.: СПГГИ, 2004. 92 с.

27. Артиллерийские гирокомпасы. Курс лекций. СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2010. 104 с.

28. Гирокомпас с квазигармонической автокомпенсационной подставкой / А.М. Боронахин, В.Б. Дао, В.Ч. Ле, Э. Ндайишимийе // Известия СПБГЭТУ ЛЭТИ. 2018. № 5. С. 82–88.