Некоторые методы и алгоритмы определения ориентации при помощи инерциальных и спутниковых навигационных систем

10 марта 2010 года
Козлов А.В.
(Предзащита диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Диссертационная работа выполнена под руководством д.ф.-м.н. профессора Н.А. Парусникова и к.ф.-м.н. Н.Б. Вавиловой. Рецензент - д.ф.-м.н. профессор Ю.В. Болотин.)

Определение ориентации в пространстве для подвижных и неподвижных объектов, таких как речные, морские и воздушные суда, автомобили, другие подвижные объекты, строительные конструкции, большие механизмы (краны, пусковые комплексы и т.п.) уже много лет является актуальной технической задачей. Наиболее востребованной и практически значимой является, как правило, оценка ориентации объектов относительно поверхности Земли (отклонение от плоскости горизонта, от географической вертикали, от заданного курса и пр.), а также ориентации двух объектов друг относительно друга (например, при начальной выставке какого-либо маневренного объекта перед его пуском с несущего его самолета, ориентации воздушного судна относительно палубы корабля при взлете и посадке и т.д.) Требования к точности определения углов ориентации в различных системах отличаются на порядки - от десятка градусов (к примеру, для солнечных батарей) до первых десятков угловых секунд (в гравиметрии).

В диссертационной работе решены две задачи определения ориентации, возникающие в современных навигационных комплексах:

Разработаны алгоритмы определения взаимной ориентации двух БИНС, расположенных на одном носителе. Учтены различные варианты информационного обмена между ними, включая наличие запаздывания.
Подобраны легко реализуемые классы движений носителя вокруг центра масс, обеспечивающие высокую обусловленность задачи оценки. Работоспособность алгоритмов продемонстрирована путем полунатурного моделирования.
Построен алгоритм определения ориентации объекта по фазовым спутниковым измерениям от нескольких разнесенных антенн. В алгоритме учтены нелинейные соотношения, задаваемые геометрическим расположением антенн друг относительно друга, наличие целочисленной фазовой неопределенности в измерениях, а также их кореллированность и неравноточность. Оценка строится в виде последовательных приближений, первое из которых основано на новом подходе в использовании метода наименьших квадратов, учитывающем структурные особенности задачи.
Введены конструктивные интегральные характеристики влияния движения навигационных спутников на соотношение между ошибкой оценки и уровнем шумов в измерениях, аналогичные уже существующим в спутниковой навигации "факторам ухудшения точности".
Разработанный алгоритм реализован в программном обеспечении. Результаты обработки серий реальных и модельных измерений подтвердили работоспособность алгоритма. Исследована зависимость качества оценки от исходных параметров задачи.

По теме диссертации сделан ряд докладов на конференциях и семинарах, имеются публикации в научных изданиях.