Статья

Название статьи КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ГРУБЫХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ И МОБИЛЬНОГО GPS НАВИГАТОРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
Автор И.В. Щербань, Д.С. Конев, С.А. Толмачев
Рубрика РАЗДЕЛ III. ВСТРАИВАЕМЫЕ СИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЭМС-ДАТЧИКОВ
Месяц, год 03, 2015
Индекс УДК 621.3.089.2, 681.518.3
DOI
Аннотация Рассмотрен метод комплексирования выходных данных мобильных спутниковых навигаторов наземных транспортных средств (ТС) и измерений автономных грубых инерциальных микроэлектромеханических (МЭМС) датчиков. Интеграция спутниковой и инерциальной навигационных систем (НС) выполнена на уровне тесносвязанных систем. Традиционные методы тесной интеграции изначально имеют методические ошибки, обусловленные допущением о малости отклонений погрешностей измерений инерциальных датчиков от их модельных значений и, соответственно, применением процедур линеаризации к этим модельным уравнениям. На практике же оказывается, что работу МЭМС датчиков на длительных временных интервалах и в различных условиях эксплуатации недопустимо описывать с помощью линейных моделей уравнений ошибок. Априорно неизвестный рост погрешностей линеаризации предопределяет известные проблемы со сходимостью стохастических фильтров. Например, в условиях деградации наблюдаемого спутникового созвездия время установления оценок может достигать десятков минут. Подобные временные провалы в навигационных измерениях для НС транспортных средств, используемых в реальном времени, недопустимы. Разработан метод комплексирования измерений грубых инерциальных датчиков и выходных данных мобильных спутниковых навигаторов ТС, основанный на нелинейной фильтрации в пространстве состояний. Метод обеспечивает устойчивое непрерывное оценивание полного вектора состояния наземного ТС с достаточной точностью в условиях деградации видимого спутникового созвездия. Кроме того, метод работоспособен при полном отсутствии спутниковой информации в течение временных интервалов длительностью не более 1 минуты. Процедура начальной коррекции по полному созвездию спутников, обязательная для традиционных тесносвязанных схем интеграции, не требуется вовсе. Для реализации синтезированного подхода требуются принципиально меньшие вычислительные затраты в сравнении с традиционными методами тесной интеграции. Так, для непрерывного оценивания и регистрации параметров ТС с дискретностью 0,02с достаточным является использование вычислителя с производительностью всего 1,25 DMIPS/MГц. Ограничением предложенного метода является допущение о том, что ТС движется только по автомобильным дорогам, координаты которых отражены в цифровых навигационных картах.

Скачать в PDF

Ключевые слова Транспортное средство; интегрированная инерциально-спутниковая навигационная система; тесная интеграция; нелинейная фильтрация.
Библиографический список 1. Голован А.А., Парусников Н.А. Математические основы навигационных систем. Ч. 1. Математические модели инерциальной навигации. – М.: МГУ, 2010. – 126 с.
2. Stentz T., Kelly A., Herman H., Rander P., Amidi O. Integrated Air/Ground Vehicle System for Semi-Autonomous Off-Road Navigation. – Carnegie Mellon University. – AUVSI Symposium, July 10, 2002. – P. 1-17.
3. Cannon M., Lachapelle G., Nayak R., Salychev O., Voronov V. Low Cost INS/GPS Integration: Concepts and Testing // The Journal of Navigation. – Royal Institute of Navigation. – 2001. – № 1 (54). – P. 9-13.
4. Saurabh G. Performance evaluation of low cost MEMS-based IMU integrated with GPS for land vehicle navigation. – Department of Geomatics Engineering, Calgary, Canada, 2006.
5. Демидов О.В. Задача тесной интеграции систем ГЛОНАСС и GPS с ИНС разных классов точности: Дисс. на соиск. степ. к.ф.-м.н. – М.: МГУ, 2009. – 139 c.
6. Фомичев А.А., Колчев А.Б., Ларионов П.В., Пугачев Р.В., Успенский Б.В. Комплексирование информации в интегрированной навигационной системе при неполном рабочем созвездии спутников // Гироскопия и навигация. – 2007. – № 1 (56). – С. 3-15.
7. Аникин А.А. Разработка и моделирование систем комплексирования разнородных наблюдений: Дисс. на соиск. степ. к.т.н. – Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2006. – 144 с.
8. Hide C., Moore T., Smith M. Adaptive Kalman filtering for low-cost INS/GPS // Journal of Navigation. – 2003. – № 1. – Р. 143-152.
9. Salycheva A. Medium accuracy INS/GPS integration in various GPS environments. Department of Geomatics Engineering Calgary, Canada, 2004.
10. Grewal M., Andrews A. Application of Kalman Filtering to GPS, INS, and Navigation: Notes / Kalman Filtering Consulting Associates. – Anaheim, CA. – 2000.
11. Hide C., Moore T., Smith M. Adaptive Kalman filtering for low-cost INS/GPS // Journal of Navigation. – 2003. – Vol. 56, № 1. – P. 143-152.
12. Щербань И.В., Щербань О.Г., Конев Д.С. Обобщенная модель подвижного объекта для реализации тесной интеграции разнородных навигационных систем // Автоматизация и современные технологии. – 2013. – № 2. – С. 24-29.
13. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. – М: Радиотехника, 2010. – 800 с.
14. Щербань И.В., Щербань О.Г., Конев Д.С. Эффективный вычислительный алгоритм слабосвязанной инерциально-спутниковой навигационной системы транспортного средства // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2015. – Т.16, № 2. – С. 133-139.
15. Thang N., Trinh C., Tan T. Application of Street Tracking Algorithm in a feedback configuration for an integrated INS/GPS navigation system // Lecture Notes in Electrical Engineering. – 2014. – Vol. 282 LNEE. – P. 279-288.
16. He R., Prentice S., Roy N. The belief roadmap: Efficient planning in linear POMDPs by factoring the covariance // Springer Tracts in Advanced Robotics. – 2010. – № 66 (STAR). – Р. 293-305.
17. Russel F. Berg. Estimation and prediction for maneuvering target trajectories // IEEE Transactions on Automatic Control. – 1983. – Vol. AC-28, № 3.
18. LSM303DLHC, http://www.st.com/web/en/resource/technical/ document/datasheet/ DM00027543.pdf.
19. L3G4200D, http://www.st.com/web/en/resource/technical/ document/datasheet/ CD00265057.pdf.
20. Распопов В.Я. Микромеханические приборы. – М.: Машиностроение, 2007. – 400 с.
21. Распопов В.Я., Матвеев В.В., Малютин Д.М. и др. Информационно-управляющие системы на микрогироскопах вращающихся по крену летательных аппаратов // Датчики и системы. – 2007. – № 4. – С. 8-11.
22. Распопов В.Я., Матвеев В.В. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. – СПб.: ГНЦ РФ ОАО Концерн ЦНИИ «Электроприбор», 2009. – 280 с.
23. Woodman O. An introduction to inertial navigation // Technical Report. – 2007. – № 696. – P. 1-37.
24. Приемник спутниковых сигналов "Геос 3(М)". http://www.premier-electric.com/ii/geostar.pdf.
25. Nassar S. Improving the Inertial Navigation System (INS) Error Model for INS and INS/DGPS Applications: Diss. Subm. PHD / Calgary: Alberta. – 2003. – 178 p.

Comments are closed.