Автономний метод докалібрування безплатформної інерціальної навігаційної системи у ході експлуатації

Abstract

На сучасному повітряному транспорті широко використовують безплатформні інерціальні навігаційні системи (БІНС). Термін експлуатації таких систем налічує десятиріччя. За цей час можливе погіршення характеристик таких систем, пов'язане з деградацією інерціальних датчиків – гіроскопів та акселерометрів. В цих умовах для підтримки необхідної точності БІНС протягом усього терміну експлуатації необхідно або періодично проводити регламентні роботи з бортовою системою, або безперервно адаптувати модель вимірювань датчиків, що використовується, в частині компенсації виникаючих похибок. Другий з вищевказаних напрямків, який назвемо докалібруванням, має перед першим ту перевагу, що проводиться самою системою автоматично і не вимагає ані додаткового обладнання, ані додаткових робіт з обслуговування. Відомий спосіб докалібрування БІНС заснований на комплексуванні інформації від БІНС та від приймача супутникових радіонавігаційних сигналів (СРС). Таке докалібрування, по-перше, істотно залежить від наявності та якості супутникової інформації, по-друге, можливе лише для інтегрованих навігаційних систем, в яких інерційна підсистема доповнена приймачем СРС. На відміну від відомого способу у цій статті вирішується завдання автономного докалібрування БІНС, яке здійснюється після кожного польоту. Рішення будується на основі лінеаризованої моделі помилок інерційної навігації за крайовими умовами вектора стану (на початку та наприкінці польоту). Зовнішня інформація, що використовується, складається тільки з початкових значень координат і поточних вимірювань баровисотоміра. В результаті рішення наприкінці польоту визначаються похибки гіроскопів та акселерометрів, а також помилка визначення в БІНС кінцевих значень широти та довготи. Похибки датчиків можуть бути використані у наступних вмиканнях системи, що забезпечує підвищення точності її роботи загалом. На типовій програмі імітаційного польоту проведено аналіз придатності та ефективності розробленої методики.

Strapdown inertial navigation systems (SINS) are widely used in modern air transport. The service life of such systems is decades. During this time, the characteristics of such systems may deteriorate due to the degradation of inertial sensors - gyroscopes and accelerometers. Under these conditions, in order to maintain the required accuracy of the SINS during the entire period of operation, it is necessary either to periodically carry out routine maintenance with the onboard system, or to continuously adapt the used sensor measurement model in terms of compensating for errors that arise. The second direction, which we will call calibration, has the advantage over the first one that it is carried out automatically by the system itself and does not require any additional equipment or additional maintenance work. The known method of SINS recalibration is based on the integration of information from the SINS and from the receiver of satellite radio navigation signals (SRNS). Such calibration, firstly, significantly depends on the availability and quality of satellite information, and secondly, it is possible only for integrated navigation systems in which the inertial subsystem is supplemented by a SRNS receiver. In contrast to the known method, this article solves the problem of autonomous SINS calibration, which is carried out after each flight. The solution is based on a linearized inertial navigation error model based on the boundary conditions of the state vector (at the beginning and end of the flight). The external information used consists only of the initial values of the coordinates and the current measurements of the baroaltimeter. As a result of the decision at the end of the flight, the errors of gyroscopes and accelerometers are determined, as well as the error in determining the final values of latitude and longitude in the SINS. Sensor errors can be used in subsequent system activations, which improves the accuracy of its operation as a whole. The analysis of the suitability and effectiveness of the developed methodology was carried out on a typical flight simulation program.