Разработка теории и способов демпфирования шулеровских колебаний и повышения точности бесплатформенных инерциальных навигационных систем

• Автор: Наумов, Сергей Геннадиевич
• Шифр специальности: 05.11.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ПАТЕНТНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ВОПРОСАМ ДЕМПФИРОВАНИЯ БИНС. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Анализ технических решений по БИНС
1.2. Анализ теории демпфирования автономных систем
1.3. Анализ теории демпфирования при интеграции БИНС с системами и приборами неинерциальной природы
1.4. Определение тенденций развития способов демпфирования
БИНС
1.5. Постановка задачи исследования
2. ПОСТРОЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ И МАЕТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОТЫ БИНС
2.1. Физическая модель БИНС и принципы ее реализации
2.2. Дифференциальные уравнения движения БИНС. Алгоритмы работы БИНС
2.3. Введение в БИНС автономного демпфирования
2.4. Введение демпфирования при интеграции БИНС с приборами и
системами неинерциальной природы
2.5. Выводы ПО ГЛАВЕ
3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОТЫ И СВОЙСТВ БИНС
3.1. Уравнения ошибок БИНС без демпфирования и с
демпфированием
3.2. Изучение свойств БИНС с введенными устройствами автономного демпфирования на подвижном объекте

3.3. Изучение свойств БИНС с введением демпфирования и фильтром
Калмана при установке на подвижном объекте
3.4. Выводы по главе
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ БИНС
4.1. Математическое моделирование процесса функционирования БИНС по уравнениям ее идеальной работы
4.2. Математическое моделирование процесса функционирования автономной БИНС С УЧЕТОМ погрешностей датчиков без демпфирования
4.3. Математическое моделирование процесса функционирования БИНС с учетом погрешностей датчиков с введенным демпфированием, в том числе с фильтром Калмана
4.4. Выводы по главе
5. АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ СПОСОБОВ ДЕМПФИРОВАНИЯ
5.1. Получение натурных записей движения навигационной системы
5.2. Обработка результатов
5.3. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение
В настоящее время бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС) находят широкое применение на различных подвижных объектах (ПО) для определения параметров ориентации и навигации. БИНС отличаются автономностью работы, высокой надежностью, удобством эксплуатации, малыми габаритами и массой.
Однако автономной работе БИНС свойственно наличие медленно меняющихся и периодических ошибок, вызванных тем, что в рабочем режиме после выставки вертикаль моделируется при настройке на период Шулера дифференциальными уравнениями без демпфирования. Это обусловлено методом счисления пути и погрешностями гироскопов и акселерометров. Скорости вычисляются интегрированием ускорений, и постоянная ошибка определения ускорений преобразуется в непрерывно нарастающие ошибки скоростей. Такая же ситуация складывается с ошибками при определении углов ориентации. Кроме того, имеется неустойчивость вертикального канала. Неточность задания начальных условий на момент включения БИНС, а также некомпенсированные собственные погрешности векторных измерителей угловой скорости (гироскопов) и кажущегося ускорения (акселерометров) вызывают незатухающие колебания с периодом Шулера [17; 24; 25; 28; 37; 65; 70; 71; 75] (при котором обеспечивается инвариантность систем к действию горизонтальных линейных ускорений). Из-за формируемой по сигналам акселерометров интегральной коррекции с настройкой на частоту Шулера изменение ошибок происходит с периодом колебаний Шулера (84,4 мин). Эти колебания создают погрешности в показаниях ориентации, скорости и координат. Кроме того, из-за многочисленных малых погрешностей измерений амплитуда этих колебаний со временем увеличивается. В связи с погрешностями гироскопов возникают ошибки направления при измерении

1.4. Определение тенденций развития способов демпфирования БИНС
Наибольшее распространение получили способы демпфирования БИНС, построенные на интеграции с другими датчиками неинерциальной природы. Перспективными являются способы устранения или уменьшения колебаний с периодом Шулера в БИНС путем применения информации от GPS-приемников. Чтобы обеспечить необходимую точность управления движением, обычно требуется внешняя коррекция инерциальных систем, так как она позволяет исключить дрейф инерциальных датчиков и дает возможность использовать менее точные и, следовательно, менее дорогие инерциальные датчики [9]. Благодаря относительно низкой стоимости и большой области применения GPS широко используется для коррекции ИНС.
Тенденция резкого уменьшения размеров и стоимости инерциальных датчиков вместе с возможностью использования информации от СНС определяют перспективу дальнейшего развития БИНС. Сочетание инерциальных измерителей и спутниковой навигации является идеальным для реализации достоинств составных частей и исключения их недостатков. Долговременная точность такой комбинированной навигационной системы определяется СНС. В свою очередь, инерциалыгая система обеспечивает:
- повышение точности за счет сглаживания флюктуаций в выходных данных СНС;
- повышение параметрической надежности за счет исключения сбоев в информации СНС и сохранения необходимой точности навигационного определения при кратковременных перерывах в приеме данных от необходимого числа навигационных спутников;
- расширение номенклатуры выходных параметров интегрированной системы за счет измерения углов ориентации и их производных;