Результаты лабораторных испытаний подводной навигационной системы для аппаратов экологического контроля

от

А.Н. Греков, С.Ю. Алексеев, В.Ю. Башкиров

 Институт природно-технических систем, РФ, г. Севастополь, ул. Ленина, 28

E-mail: oceanmhi@ya.ru 

DOI: 10.33075/2220-5861-2020-3-65-74

УДК 527 

Реферат:

   Актуальная  задача, которая стоит перед разработчиками беспилотных подводных аппаратов (БПА) (автономных необитаемых подводных аппаратов, телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов), – повышение точности определения выходных навигационных параметров: углов ориентации, линейных скоростей и координат местоположения. Системы определения курса (англ. AHRS – Attitude and Heading Reference Systems) и пространственного положения, которыми предполагаются оснастить БПА, не должны быть дорогими, но технологически пригодны для массового производства при приемлемой точности определения координат. На первом этапе исследований был разработан и изготовлен макетный образец навигационной платформы с программным обеспечением для него, на котором получены в лабораторных условиях экспериментальные данные с измерительных каналов, а затем проведена их предварительная обработка. Проведенный анализ существующих методов повышения точности определения выходных навигационных параметров беспилотных подводных аппаратов показал, что, несмотря на их динамичное развитие и постоянное совершенствование, остается высокой и нестабильной ошибка в вычислении координат при использовании MEMS датчиков. Применение дополнительного гидростатического блока наклона в навигационной платформе позволит скомпенсировать ошибки MEMS датчиков, которые требуют постоянной коррекции при их стабильной работе, к сожалению, лишь в небольшой промежуток времени. Выполнен анализ типовых ошибок MEMS датчиков. Детерминированная часть погрешности этих датчиков может быть устранена калибровкой, а для оценки стохастических погрешностей мы воспользовались вариацией Аллана. Полученные значения погрешностей будут использованы в дальнейшем для формирования фильтра Калмана результирующей системы.

Ключевые слова: инерциальная навигационная система, вариация Аллана, MEMS, гидростатический блок наклона.

Полный текст в формате PDF

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Groves P.D. Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems (GNSS Technology and Applications). Norwood, MA, USA: Artech House, 2008.
  2. Shen S.C., Chen C.J., Huang H. J., Pan C.T. Evaluation of MEMS inertial sensor module for underwater vehicle navigation application // 2010 International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering. Wuhan, 2010. P. 3807–3810. doi: 10.1109/MACE.2010.5535510
  3. Ko N.Y., Choi H.T., Lee C.M., Moon Y.S. Attitude estimation using depth measurement and AHRS data for underwater vehicle navigation // OCEANS 2016 – Shanghai Shanghai, 2016. P. 1–4. doi:10.1109/OCEANSAP.2016.7485508
  4. Huang H., Chen X., Zhang J. Weight Self-Adjustment Adams Implicit Filtering Algorithm for Attitude Estimation Applied to Underwater Gliders // in IEEE Access, 2016. Vol. 4. P. 5695–5709. doi:10.1109/ACCESS.2016.2606408
  5. Hartman R., Hawkinson W., Sweeney K. Tactical underwater navigation system (TUNS) // 2008 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium, Monterey, CA, 2008. P. 898–911. doi:10.1109/PLANS.2008.4570032
  6. Troni G., Whitcomb L.L. Experimental evaluation of a MEMS inertial measurements unit for Doppler navigation of underwater vehicles // 2012 Oceans, Hampton Roads, VA, 2012. P. 1–7. doi:10.1109/OCEANS.2012.6405003
  7. Zhang Q., Wan L., Pang Y. Fault-Tolerant GPS/DR Integrated Navigation System Based on Heuristic Reduction of MEMS Inertial Measurement Unit Drift // 2009 International Conference on Information Engineering and Computer Science, Wuhan, 2009. P. 1–4. doi:10.1109/ICIECS.2009.5366427
  8. Yuan D., Ma X., Liu Y., Zhang C. Dynamic initial alignment of the MEMS-based low-cost SINS for AUV based on unscented Kalman filter // OCEANS 2016 – Shanghai, Shanghai, 2016. P. 1–6. doi:10.1109/OCEANSAP.2016.7485669
  9. Krishnamurthy P., Khorrami F. A self-aligning underwater navigation system based on fusion of multiple sensors including DVL and IMU // 2013 9th Asian Control Conference (ASCC), Istanbul, 2013. P. 1–6. doi:10.1109/ASCC.2013.6606318
  10. Hasan A.M., Samsudin K., Ramli A.R., Azmir R.S., Ismaeel S.A. A review of navigation systems (integration and algorithms) // Australian journal of basic and applied sciences, 2009. Vol. 3(2). P. 943–959.
  11. 11. Marcel Ruizenaar, Elwin van der Hall, and Martin Weiss. Gyro bias estimation using a dual instrument configuration, in Proceedings of the EuroGNC 2013, 2nd CEAS Specialist Conference on Guidance, Navigation and Control, April.
  12. Греков А.Н., Греков Н.А., Алексеев С.Ю. Бесплатформенный навигационный комплекс с инерциальной системой ориентации на «грубых» чувствительных элементах и способ коррекции его инерциальных датчиков; Пат. 2548115 Россия, МПК G01С 23/00. № 2014151906/93; заявл. 18.12.14; опубл. 10.04.15, Бюл. № 10.
  13. Titterton D., Weston J. Strapdown Inertial Navigation Technology. Peter Peregrinus Ltd, 1997.
  14. Guerrier S. Improving accuracy with multiple sensors: Study of redundant MEMS-IMU GPS configurations, 2009.
  15. Pares M., Rosales J., Colomina I. Yet another IMU Simulator: Validation and Applications // Proceedings of Eurocow, 2008, Castelldefels, Spain, 2008.
  16. Hou H. Modeling Inertial Sensors Errors using Allan Variance // Master’s thesis, Geomatics Engineering, University of Calgary, 2004.
  17. El-Sheimy N., Hou H., Niu X. Analysis and Modeling of Inertial Sensors Using Allan Variance // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2008. Vol. 57.
  18. Xiang Z., Gebre-Egziabher D.D. Modeling and Bounding Low Cost Inertial Sensors Errors // Proceedings of the IEEE/ION PLANS 2008, Monterey, CA, USA, 2008.
  19. Waegli A., Skaloud J., Tome P., Bonnaz J.-M. Assessment of the Integration Strategy between GPS and Body-Worn MEMS Sensors with Application to Sports // Proceedings of the ION GNSS 2007, Fort Worth, TX, USA, 2007.
  20. Pares M. On the Development of an IMU Simulator // Master’s thesis, Universitat Politecnica de Catalunya, Spain, 2008.
  21. Сирая Т.Н. Статистическая интерпретация вариации Аллана как характеристики измерительных и навигационных устройств // Гироскопия и навигация. 2020. Т. 28. № 1(108). C. 3–18.
  22. IEEE Std 1554™ Recommended Practice for Inertial Sensor Test Equipment Instrumentation Data Acquisition and Analysis, Dec. 2005.

 

Loading