В.В. Матвеев1, А.В. Каликанов2, Д.С. Стрельцов3, А.Н. Хомячкова4

1,2,3,4 ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» (г. Тула, Россия)

1 matweew.valery@yandex.ru, 2 kalikanov.aleksei@mail.ru, 3 waydaytk@yandex.ru, 4 khoma05_19@mail.ru

Постановка проблемы. В системах ориентации низкого и среднего классов точности широко применяются МЭМС-датчики (микро-электромеханические гироскопы, акселерометры, магнитометры), позволяющие определять, как ориентацию объекта, так и его угловую скорость. Применение только гироскопических систем ориентации сопряжено с накоплением погрешностей при интегрировании кинематических уравнений, что ограничивает длительность автономной работы. Альтернативные безгироскопные системы на основе разнесенных акселерометров имеют низкую чувствительность к малым угловым скоростям и подвержены ошибкам установки датчиков. В связи с этим актуальной проблемой является разработка метода оценивания угловой скорости и ориентации подвижных объектов на основе безгироскопных измерений с использованием традиционной схемы размещения акселерометров и магнитометров.

Цель. Представить новый безгироскопный метод оценивания угловой скорости и ориентации подвижного объекта на основе совместной обработки акселерометрических и магнитометрических измерений, обеспечивающий компенсацию постоянных систематических погрешностей датчиков без их предварительной калибровки.

Результаты. Приведено математическое описание метода, являющегося развитием метода Tri-Axial Attitude Determination (TRIAD). Работоспособность метода подтверждена численным моделированием и экспериментальными исследованиями на стенде с модулем АНRS−AH527C. Установлено, что оценки угловой скорости, полученные при совместной обработке сигналов акселерометров и магнитометров, согласуются с измерениями гироскопов, а углы ориентации не имеют характерного для гироскопических систем дрейфа.

Практическая значимость. Разработанный метод может быть применен для начальной выставки бесплатформенных инерциальных навигационных систем, установленных на подверженном качке основании, позволяя выделить в сигналах прецизионных гироскопов угловую скорость суточного вращения Земли на фоне угловых колебаний основания, а также для комплексирования с триадой МЭМС-гироскопов для оценки их систематических погрешностей в условиях движения объекта.

Матвеев В.В., Каликанов А.В., Стрельцов Д.С., Хомячкова А.Н. Метод определения ориентации объекта по безгироскопным измерениям // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 9. С. 159−166. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202609-17

1. Aggarwa P., Syed Z., Noureldin A., El-Sheimy N. MEMS-based integrated navigation. Boston; London: Artech House. 2010.
2. Belkhiat D.E.C., Fourati H. Multisensor attitude estimation: fundamental concepts and applications. Boca Raton. CRC Press. 2016. 607 p.
3. Пешехонов В.Г. Перспективы развития гироскопии // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. № 2(109). С. 3−10. DOI: 10.17285/0869-7035.0028.
4. El-Sheimy N., Hou H., Niu X. Analysis and modeling of inertial sensors using allan variance // IEEE Transactions on Instrumen-tation and Measurement. 2008. V. 57. № 1. P. 140−149.
5. Девянин Е.А., Андреев В.Д., Демьяновский А.П. К теории инерциальных систем, не содержащих гироскопических чувстви-тельных элементов // Механика твердого тела. 1966. № 1. С. 14–19.
6. Li Jie, Wang Bo, Liu William, Du Ying. A practical design of gyroscope-free inertial measurement unit // ICCASM 2010 - 2010 International Conference on Computer Application and System Modeling Proceedings. 2010. 9. 10.1109/ICCASM.2010.5622988.
7. Матвеев В.В., Каликанов А.В., Стрельцов Д.С., Хомячкова А.Н. Начальная выставка бесплатформенной инерциальной навигационной системы на качающемся основании // Сб. материалов XXXIII Санкт-Петербургской междунар. конф. по интегрированным навигационным системам. СПб. 2026. С. 159–163.
8. Матвеев В.В, Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем: Учебное посо-бие. СПб: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». 2009. 280 с.
9. Savege P.G. Strapdown analytics. Strapdown Association. Pt. 1. Inc. Maple Plain. Minnesota. 2000. 817 p.
10. Bortz J.E. A new mathematical formulation for strapdown inertial navigation // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 1971. V. AES-7. № 1. Р. 61–66.