АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ МЕТОД КОРРЕКТИРОВКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ КОМПЛЕКСИРОВАННОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Аннотация: В данной статье рассмотрены разные методы определения параметров движения объекта. Описываются принципы работы различных навигационных систем, их преимущества и недостатки. Рассматривается принцип работы комплексированной системы. Особое внимание уделено коррекции погрешностей, рассматривается замкнутый способ, непосредственно адоптированный под комплексированную систему.

Ключевые слова: навигационная система, одометр, приемник Глонасс, дрейф гироскопа, управляющий сигнал.

Долгое время расширение области применения навигационных систем сдерживалось их высокой стоимостью, а также сложностью глобального развертывания внешних сегментов этих систем.

Существует два способа определения местоположения объекта, это системы инерциальной и спутниковой навигации. Принцип инерциальной навигации сводится к решению задач счисления пути при помощи двукратного интегрирования ускорения объекта, измеренного установленными на нем чувствительными элементами – акселерометрами. По способам размещения акселерометров и обработки их показаний системы разделяют на платформенные и бесплатформенные.

Глобальные навигационные системы (Глонасс) реализуют принципиально иной метод навигации. В его основе лежит вычисление координат точки пересечения трех сфер, центры и радиусы которых известны. Центрами сфер служат навигационные искусственные спутники Земли. В точке пересечения сфер располагается рассматриваемый подвижный объект, оснащенный приемником сигналов спутников. Координаты приемника и подлежат определению.  Оба способа определения координат имеют свои преимущества и недостатки. Инерциальные системы накапливают погрешности с течением времени. Данные погрешности обусловлены дрейфом гироскопов. Очевидным преимуществом данных систем является их полная независимость от внешних факторов, все вычисления осуществляются на борту подвижного объекта. По сравнению с инерциальными навигационными системами, спутниковые системы обеспечивают весьма высокую долговременную точность, то есть их погрешностям не свойственно накапливаться с течением времени. Существенным препятствием на пути повсеместного распространения спутниковых навигационных средств оказывает их не автономность .

Несмотря на успехи, достигнутые в области создания интегрированных навигационных систем, проблема построения универсальной системы, характеристики которой были бы в равной мере приемлемыми для любых объектов-носителей, остается нерешенной. По этой причине целесообразна разработка специализированных систем, конструкция и алгоритмическое обеспечение которых учитывали бы особенности динамики определенного класса подвижных объектов и позволяли бы использовать те или иные дополнительные источники информации о параметрах движения. При решении задач навигации наземных транспортных средств, в целях повышения точности определения скорости и координат в качестве такого дополнительного устройства может применяться одометр – устройство, измеряющее путь, пройденный транспортным средством, или его приращение за некоторый интервал времени. Погрешности ИНС определяются точностью используемых чувствительных элементов. Выбор датчиков, как правило, предопределяется условиями работы системы – в первую очередь, требуемой длительностью автономного счисления координат. Важным параметром при этом оказывается смещение нуля (дрейф) гироскопа. Использование системы на наземных объектах значительно упрощает задачу, поскольку можно, с помощью одометра, получать дополнительную информацию о скорости движения транспортного средства. Поэтому исчезает потребность измерять эту скорость инерциальными методами.

Попытки объединить две системы и заставить их работать попеременно делались и ранее. Однако высокая стоимость получившегося устройства мешала его внедрению. Основной задачей на данный момент является создание комплексированной системы, с менее точными датчиками первичной информации и создание оригинального алгоритма обработки информации, обеспечивающего заданную точность. Использование менее точных, а значит дешевых, датчиков позволит существенно удешевить систему.

Идеология работы системы предполагает попеременное включение ИНС или Глонасс. В начале определение пути осуществляется с помощью спутниковой навигации. Для приема сигнала со спутника необходима ясная погода, отсутствие преград для прохождения сигнала. Понятно, что в обычных, бытовых условиях это не всегда выполняется. Преградами для прохождения сигнала могут служить высокие дома или тоннели, которых в каждом городе хватает. Как только пропадает сигнал со спутника, в работу включается ИНС. Совместная работа помогает избавиться от недостатков этих двух систем при их отдельной работе. Описанная схема может быть реализована только в том случае, если при произвольном движении удается выделить в выходных величинах инерциальной скорости eV и nV .

Именно потребность извлечения погрешностей вынуждает применять внешние источники информации о скорости. Если мы имеем восточную и северную составляющие скорости объекта благодаря показаниям приемника Глонасс, тогда с точностью до собственных погрешностей спутниковой системы:

ГлeeeV-V=V

ГлnnnV-V=V

Суть замкнутого способа коррекции погрешностей заключается в следующем, демпфирующий управляющий сигнал –V1K вводится в блок вычисления скорости навигационного алгоритма. Сигнал V2K, повышающий собственную частоту системы, суммируется с рассчитанной абсолютной угловой скоростью географического трехгранника 𝜔𝐿 и подается на датчики момента гироскопов (рис. 1) .

При этом одноканальные уравнения ошибок (на примере восточного канала) примут вид: ВНEV– скорость, полученная с внешних источников информации (например с одометра), NG– гироскоп северного канала, EA– акселерометр восточного канала

Рис. 1. Замкнутый способ коррекции погрешностей.

Дифференцируя первое уравнение и подставляя в его правую часть второе, получим закон изменения погрешности EV: