Математическое моделирование работы интегрированных бесплатформенных систем ориентации и навигации локального назначения

• Автор: Большаков, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.11.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО БЕСПЛАТФОРМЕННЫМ СИСТЕМАМ ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.И

1.1. Обзор научных трудов и изобретений по бесплатформенным системам

ОРИЕНТАЦИИ И НАВИГАЦИИ 1

1.2. Обзор по теории функционирования БСОН.

1.3. Анализ погрешностей БСОН

1.4. Постановка задачи диссертационного исследования.

2. ВЫБОР СХЕМЫ БСОН И ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЕЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ.

2.1. Описание объекта исследования.

2.2. Построение уравнений функционирования БСОН

2.3. Построение уравнений функционирования интегрированной БСОН
2.4. Введение коррекции в кватернионной форме в БСОН от
2.5. ВБ1ВОДЫ по главе 2
3. АНАЛИЗ УРАВНЕНИЙ ОШИБОК БСОН
3.1. ВЫВОД ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ОШИБОК БСОН В КВАТЕРНИОННОЙ ФОРМЕ
3.2. Вывод ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ОШИБОК БСОН В УГЛАХ ЭЙЛЕРАКРЫЛОВА.
3.3. Анализ устойчивости решений уравнений невозмущенного движения
3.4. Условия Шулера. Определение структуры азимутальной и горизонтальной КОРРЕКЦИИ ДЛЯ НАЧАЛЬНОЙ ВЫСТАВКИ И РАБОЧЕГО РЕЖИМА
3.5. Выводы ПО ГЛАВЕ 3.
4. ПРИМЕНЕНИЕ БСОН С КВАТЕРНИОННЫМИ УРАВНЕНИЯМИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ НА ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТАХ.
4.1. Интегрированная БСОН с кватернионными уравнениями
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО ИНКЛИНОМЕТРА.
4.2. Математическое моделирование процесса функционирования
БЕСГ1ЛАТФОРМЕННОГО ГИРОИНКЛИНОМЕТРА.
4.3. Интегрированная БСОН с кватернионными уравнениями функционирования для внутригрубной навигации.
4.4. Моделирование процесса функционирования интегрированной БСОН в составе внутритрубного диагностического снаряда.
4.5. Моделирование процесса функционирования интегрированной БСОН ПРИ расчете траектории автомобильной дороги
4.6. Выводы ПО ГЛАВЕ 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Построенные кватернионные корректируемые уравнения ориентации, записанные в осях горизонтного базиса, позволяют в простой форме задать горизонтальную коррекцию от акселерометров, а также произвести настройку этих уравнений на частоту Шулера, устраняющую баллистические погрешности от действия линейных ускорений. В данные уравнения вводится информация от датчиков неинерциального типа (магнитометры, одометры, GPS и т. На основании построенных алгоритмов разработана программа [] для моделирования процесса функционирования ИБСОН. Проведена ее апробация при позиционировании участка трассы газопровода Грязовсц-Торжок по показаниям внутри грубного инспектирующего снаряда СИТ- и GPS, а также при определении траектории дороги у р. Сторожовка Саратовской области по экспериментальным данным, полученным ЗАО «Газприборавтоматикасервис». При расчетах использованы прецизионные координаты реперных точек, полученные с помощью GPS-приемников. Построенные кватернионные корректируемые дифференциальные уравнения, вычислительные алгоритмы и программа внедрены в производство в ЗАО «Газприборавтоматикасервис». ИБСОН. Апробация работы. Основные положения и результаты по работе докладывались на IV конференции молодых ученых «Навигация и управление движением» (Санкт-Петербург, ), международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Тамбов, , Ташкент, , Ростов н/Д, , Кострома, ), на международной конференции «Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении» (Институт проблем точной механики и управления РАН, Саратов, ), на научных семинарах кафедры «Приборостроение» СГТУ (-), на X Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам (). Публикации. По результатам диссертации соискателем лично и в соавторстве опубликовано печатных работ, в том числе получены патент РФ на изобретение, а также свидетельство о регистрации программы в РОСПАТЕНТЕ. Обзор исследований по бесплатформенным системам ориентации и навигации. Среди инсрциальных систем ориентации и навигации летательных аппаратов, судов, подводных лодок и других подвижных объектов широкое применение нашли гироскопические системы ориентации и навигации []. Их принципиальным отличием является возможность автономного определения положения объекта без каких-либо связей с физическими полями Земли. В связи с возросшими требованиями, предъявляемыми к энергоэкономичности, массе, габаритам приборов в настоящее время все большее применение находят бесплатформенные системы ориентации и навигации (БСОН). К БСОН относят системы, чувствительные элементы которых установлены непосредственно на корпусе подвижного объекта, а положение относительно осей опорной системы координат вычисляется алгоритмически в бортовом компьютере []. Базовая структура автономной БСОН приведена на рис. Ее основу составляет измерительный блок, устанавливаемый непосредственно на корпусе объекта. Посредством инсрциальных чувствительных элементов он вырабатывает информацию о векторе кажущегося ускорения (блок акселерометров) и параметрах вращательного движения (блок гироскопов) места установки. В случае использования трехстепенного гироскопа - это параметры ориентации векторов их кинетических моментов, в случае использования датчиков угловой скорости (ДУС) - составляющих вектора угловой скорости или интегралов от них (так называемые квазикоординаты). Рис. По результатам данной информации в блоках определения ориентации и навигации по заложенным алгоритмам функционирования БСОІІ вырабатываются значения навигационных и динамических параметров места установки блока датчиков. Стандартным составом инерциальной БСОН считается 3 гироскопических и 3 акселерометрических датчика с ортогональным расположением осей чувствительности. В ряде случаев возможно и иное расположение измерителей, когда оси чувствительности пересекаются под углом, отличным от ° [4], []. К числу прецизионных бесплатформенных инерциальных систем ориентации (БИСО) относятся системы, описанные в [], []. БИСО, построенные по разомкнутой схеме, то есть без коррекции от сигналов акселерометров.