А.Р. Абдрашитов1

1 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет) (г. Долгопрудный, Россия)

1 artur.abdrashitov@phystech.edu

Постановка проблемы. При использовании групп беспилотных летательных аппаратов (БпЛА) необходима высокоточная и надежная относительная навигация для предотвращения столкновений, поддержания формации и выполнения целевых задач. Обеспечение высокоточной относительной навигации возможно путем комплексирования показаний инерциальной навигационной системы, приемников глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) и радиодальномеров. Однако радиодальномеры уязвимы для различного рода помех, включая аддитивные шумы, нелинейное распространение сигналов и межпользовательскую интерференцию. Так как на борту БпЛА всегда присутствуют жесткие энергетические ограничения, то актуальны новые подходы к повышению помехоустойчивости без увеличения мощности излучения радиодальномеров.

Цель. Представить подход к повышению помехоустойчивости радиодальномеров в составе систем относительной навигации групп БпЛА с использованием байесовских оценок показаний радиодальномеров.

Результаты. Представлена тесносвязанная с радиодальномером (ТСР) схема комплексирования данных с использованием байесовских оценок показаний радиодальномеров. Выполнен сравнительный анализ общепринятой слабосвязанной с радиодальномером (ССР) и ТСР-схемы относительной навигации на примере группы из двух БпЛА. Разработана имитационная модель и проведено моделирование работы ТСР- и ССР-схемы. Установлено, что при ОСШ ниже -7 дБ среднеквадратичная погрешность ТСР-схемы на 0,25 меньше, чем у ССР-схемы.

Практическая значимость. Представленные результаты демонстрируют принципиальную возможность применения ТСР-схемы для повышения устойчивости относительной навигации к помехам и обосновывают целесообразность дальнейшей проработки предлагаемого подхода.

1. Абросимов В. К., Гончаренко В. И. Мониторинг чрезвычайной ситуации группой разнотипных беспилотных летательных аппаратов. Наукоемкие технологии. 2016. Т. 17. № 9. С. 39-47.
2. Mikheev N.A., Polyakov S.A., Ryakhova E.A., Timofeev V.A. An approach to constructing an intellectual distributed decision support system when managing a group of self-controlling robotic agents under the conditions of distabilizing physicians // Informatio-measuring and Control Systems. 2021. V. 26. № 2. Р. 64−71. DOI: 10.18127/j20700814-202102-07.
3. Abdrashitov A.R. Survey of Relative Navigation Methods for Multi-Agent Unmanned Aerial Vehicle Systems // Mekhatronika. Avtomatizatsiya. Upravlenie. 2023. V. 24. № 7. P. 364-373. DOI: 10.17587/mau.24.364-373.
4. Gross J.N., Gu Y., Rhudy M.B. Robust UAV relative navigation with DGPS, INS, and peer-to-peer radio ranging // IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. 2015. V. 12. № 3. Р. 935-944. DOI: 10.1109/TASE.2014.2383357.
5. Sun Y. Autonomous Integrity Monitoring for Relative Navigation of Multiple Unmanned Aerial Vehicles. Remote Sensing // 2021. V. 13. № 8. Р. 1483. DOI: 10.3390/rs13081483.
6. Xiong J., Cheong J.W., Xiong Z., Dempster A. G., Tian S., Wang R. Adaptive hybrid robust filter for multi-sensor relative navigation system //. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2021. DOI: 10.1109/TITS.2021.3098739.
7. Xiong J., Cheong J.W., Xiong Z., Dempster A. G., List M., Wöske F., Rievers B. Carrier-phase-based multi-vehicle cooperative positioning using V2V sensors // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2020. V. 69. № 9. Р. 9528-9541. DOI: 10.1109/TVT.2020.3004832.
8. Shizhuang W., Xingqun Z., Yawei Z., Cheng C., Jiawen S. Highly reliable relative navigation for multi-UAV formation flight in urban environments // Chinese Journal of Aeronautics. 2021. V. 34. № 7. Р. 257-270. DOI: 10.1016/j.cja.2020.05.022.
9. Rydstrom M., Reggiani L., Strom E.G., Svensson A. Suboptimal soft range estimators with applications in UWB sensor networks // IEEE Transactions on Signal Processing. 2008. V. 56. № 10. Р. 4856-4866. DOI: 10.1109/TSP.2008.928960.
10. Mazuelas S., Conti A., Allen J.C., Win M.Z. Soft range information for network localization // IEEE Transactions on Signal Processing. 2018. V. 66. № 12. Р. 3155-3168. DOI: 10.1109/TSP.2018.2795537.
11. Flury M., Merz R., Le Boudec J.Y. Synchronization for impulse-radio UWB with energy-detection and multi-user interference: Algorithms and application to IEEE 802.15. 4a // IEEE Transactions on Signal Processing. 2011. V. 59. № 11. С. 5458-5472. DOI: 10.1109/TSP.2011.2163400.
12. Lee J.Y., Kim H.S., Choi K.H., Lim J., Chun S., Lee H.K. Adaptive GPS/INS integration for relative navigation // Gps Solutions. 2016. V. 20. Р. 63-75. DOI: 10.1007/s10291-015-0446-4.
13. Hach R. Symmetric double side two way ranging // IEEE 802.15 WPAN Documents, 15-05-0334-r00. IEEE Computer Society: New York, NY. USA. 2005.
14. IEEE P802.15 Working Group for Wireless Personal Area Networks (WPANs). Title Application of IEEE Std 802.15.4. 2014.
15. Titterton D. H., Weston J. L. Strapdown Inertial Navigation Technology. 2nd ed. Lon-don, U.K.: Institution of Electrical Engineers. 2004.
16. Georgy J., Noureldin A., Korenberg M.J., Bayoumi M.M. Modeling the stochastic drift of a MEMS-based gyroscope in gyro/odometer/GPS integrated navigation // IEEE Transactions on Intelligent transportation systems. 2010. V. 11. № 4. Р. 856-872. DOI: 10.1109/TITS.2010.2052805.