А.О. Марков – ст. науч. сотрудник, ООО «СТЦ» (Санкт-Петербург)

E-mail: alex.o.markov@gmail.com

С.Ф. Бурдаков – д.т.н, профессор,

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

E-mail: burdakov.s@yandex.ru

Постановка проблемы. Интегрированные бесплатформенные инерциальные и спутниковые навигационные системы (СНС) базируются на комплексировании априорных и эмпирических навигационных данных сопровождаемого объекта. Априорные данные представляют собой прогноз положения, поступательной скорости и ориентации объекта согласно его динамической модели по информации от акселерометров и гироскопов, а эмпирические являются косвенными измерениями положения и скорости. В случае беспилотного летательного аппарата (БЛА) инерциальный измерительный модуль, как правило, представляет собой жестко закрепленный на объекте МЭМС-сенсор. Измерения положения и скорости объекта формируются СНС приемником по данным от внешних навигационных источников. При комплексировании данных фильтром Калмана достигается высокая точность оценивания вектора состояния, однако точность прогноза навигационных параметров значительно ограничена характеристиками МЭМС-датчиков, что приводит к необходимости выполнения коррекций по СНС частой 1 Гц.

Цель. Повысить помехоустойчивость и автономность средств навигации БЛА.

Результаты. Рассмотрена задача определения ориентации малогабаритного БЛА с фиксированным крылом в условиях  отсутствия внешних источников измерений, таких как локальная или спутниковая навигационная система. Оценивание ориентации построено по принципу калмановской фильтрации с использованием инерциальных данных и косвенных измерений вектора состояния объекта, выполняемых автономно. С целью повышения точности оценивания углов крена и тангажа предложен новый способ компенсации собственных ускорений БЛА при совершении маневров, а также введена дополнительная коррекция через канал оценивания высоты. Проведен сравнительный анализ результатов фильтрационной обработки данных, полученных в ходе летных испытаний маневренного БЛА. 

Практическая значимость. Разработанная система определения ориентации может быть использована в качестве автономного источника данных по крену и тангажу БЛА, а предложенный метод компенсации собственной динамики является перспективными для решения задачи автономной навигации.

1. Farrell J.A. Aided Navigation: GPS with High Rate Sensors. NY: McGraw-Hill. 2008.
2. Кулакова В.И., Сохарев А.Ю. Навигационная система для сопровождения траектории движения антенны на малогабаритном БЛА // Успехи современной радиоэлектроники. 2017. № 10. С. 5–14.
3. Lewis F.L., Xie L., Popa D. Optimal and Robust Estimation. FL: Taylor & Francis. 2008.
4. Биард Р.У., МакЛэйн Т.У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. М.: Техносфера. 2015.
5. Thornton C.L. Triangular Covariance Factorization for Kalman Filtering. CA: Jet Propulsion Laboratory. 1976.