Автокомпенсація інструментальних похибок акселерометрів автономної інерціальної навігаційної системи крейсерського рухомого об’єкту
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Лесюк М.П. Автокомпенсація інструментальних похибок акселерометрів автономної інерціальної навігаційної системи крейсерського рухомого об’єкту. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 173 «Авіоніка» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Підготовка здійснювалася на кафедрі систем керування літальними апаратами Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Дисертаційна робота присвячена розробці методу автокомпенсації інструментальних похибок акселерометрів автономної безплатформної інерціальної навігаційної системи крейсерського рухомого об’єкта, що забезпечує підвищення точності інерціального визначення горизонтальних проекцій лінійної швидкості та координат за умов тривалої автономної роботи. Тематика дослідження пов’язана з підвищенням точності автономних інерціальних навігаційних систем, у яких навігаційна задача розв’язується виключно за результатами вимірювання проекцій лінійного прискорення та кутової швидкості, а накопичення навігаційних похибок зумовлене інструментальними похибками первинних датчиків. Особливу увагу приділено адитивним та квазіадитивним похибкам горизонтальних акселерометрів, що в умовах крейсерського руху – коли об’єкт більшу частину траєкторії рухається паралельно площині горизонту та практично не маневрує – лінійно інтегруються у похибки швидкості та квадратично у похибки координат, істотно обмежуючи можливу тривалість автономної навігації. Для сучасних крейсерських рухомих об’єктів особливо актуальним є забезпечення високої точності навігаційних систем в умовах радіоелектронної протидії, навмисного придушення супутникових радіонавігаційних сигналів та обмеженої доступності зовнішніх коригувальних вимірювань. У таких умовах просте підвищення класу точності акселерометрів або перехід до комплексованих систем не забезпечує потрібного поєднання автономності, вартості та точності. Це зумовлює необхідність розробки спеціальних методів зменшення впливу інструментальних похибок, які не вимагають їхнього прямого оцінювання та корекції. В роботі розглядається підхід, у межах якого автокомпенсація інструментальних похибок реалізується за рахунок модуляційних рухів горизонтальних акселерометрів, що перетворюють сталі похибки у періодичні складові з нульовим середнім значенням у навігаційній системі координат. Для обґрунтування та синтезу такого методу використовуються сучасні засоби математичного моделювання, побудова детальних математичних моделей інструментальних похибок та їхнього впливу на навігаційні похибки, а також розробка алгоритмів обробки вимірювань, придатних до реалізації в реальному навігаційному обладнанні. Метою дисертаційної роботи є зменшення навігаційних похибок автономної безплатформної інерціальної навігаційної системи крейсерського рухомого об’єкта шляхом застосування методу автокомпенсації інструментальних похибок горизонтальних акселерометрів за допомогою модуляційного обертання. У першому розділі проведено всебічний огляд існуючих методів зменшення впливу інструментальних похибок акселерометрів на точність автономних і комплексованих безплатформних інерціальних навігаційних систем крейсерських рухомих об’єктів. Розглядаються сучасні підходи до підвищення точності інерціальної навігації, зокрема використання високоточних датчиків, комплексованих систем та методів ротаційної модуляції, аналізуються їхні переваги й обмеження, обґрунтовується доцільність розвитку саме автономної безплатформної інерціальної навігаційної системи з автокомпенсацією інструментальних похибок акселерометрів. Другий розділ присвячено розгляду впливу інструментальних похибок навігаційних акселерометрів на точність автономної безплатформної інерціальної навігаційної системи крейсерського рухомого об’єкта на етапах початкового виставлення та навігації. На основі аналізу отриманих виразів формулюються узагальнені вимоги до інструментальних похибок акселерометрів. У третьому розділі розроблені математичні моделі методу автокомпенсації інструментальних похибок горизонтальних акселерометрів у складі безплатформної інерціальної навігаційної системи шляхом їх модуляційного обертання. Подається опис реалізації модуляційного обертання та особливості застосування для крейсерських рухомих об’єктів. Розроблені математичні моделі похибок методу автокомпенсації інструментальних похибок акселерометрів. Проводиться аналіз залишкових навігаційних похибок, що зумовлені неточностями реалізації модуляційних рухів, похибками кутових датчиків, неортогональністю осей чутливості акселерометрів. У четвертому розділі описані експериментальні стенди та методики дослідження ефективності методу автокомпенсації інструментальних похибок акселерометрів. Наведено результати експериментальних досліджень модуляційного обертання, а також порівняння експериментальних даних із результатами математичного моделювання. П'ятий розділ присвячено побудові навігаційного блока акселерометрів із застосуванням методу автокомпенсації їх похибок, опису конструктивних рішень та результатам експериментальних випробувань блока у складі автономної безплатформної інерціальної навігаційної системи крейсерського рухомого об’єкта. На основі отриманих результатів сформульовані висновки щодо використання розробленого блока в реальних системах та роботоздатності підходу для побудови таких блоків датчиків. Наукова новизна отриманих результатів 1. Розвинуто автокомпенсаційний метод підвищення точності гіроскопічних систем для зменшення впливу інструментальних адитивних похибок горизонтальних акселерометрів безплатформної інерціальної навігаційної системи на похибки визначення горизонтальних проєкцій лінійної швидкості та координат шляхом модуляційного обертання цих акселерометрів навколо вертикальної приладової осі, що дозволяє зменшити на один ступінь залежність похибок визначення горизонтальних проєкцій лінійної швидкості та координат від часу. 2. Вперше встановлено, що в безплатформній інерціальній навігаційній системі при застосуванні методу автокомпенсації: - збільшення швидкості модуляційного обертання акселерометрів додатково призводить до пропорційного зменшення похибок визначення горизонтальних лінійних швидкостей і координат рухомого об’єкту, що, відповідно, підвищує ефективність застосування методу; - не відбувається зменшення впливу мультиплікативних та випадкових похибок горизонтальних акселерометрів на вище вказані інструментальні похибки безплатформної інерціальної навігаційної системи. 3. Визначено вплив реальних технологічних похибок реалізації безплатформної інерціальної навігаційної системи із застосуванням методу автокомпенсації, таких як адитивні похибки акселерометрів, похибка вимірювання кута повороту платформи, похибки встановлення акселерометрів на платформу, похибки відхилення реальної осі обертання від вертикальної приладової осі безплатформної інерціальної навігаційної системи, на вище згадані інструментальні похибки. Показано шляхи усунення/зменшення цього впливу до допустимого рівня. Практичне значення роботи 1. Отримано аналітичні формули, що дозволяють при проєктуванні автономної безплатформної інерціальної навігаційної системи із застосуванням методу автокомпенсації: - при відомих значеннях адитивних похибок акселерометрів та частоти їх модуляційного обертання оцінити навігаційні похибки безплатформної інерціальної навігаційної системи (задача аналізу); - за наявними вимогами до навігаційних похибок безплатформної інерціальної навігаційної системи висунути вимоги до заданих точності акселерометрів та параметрів обертального руху платформи (задача синтезу). 2. Отримано інженерні формули, що дозволяють висунути вимоги до технологічних похибок реалізації безплатформної інерціальної навігаційної системи. 3. Дороблений, за результатами виконаних досліджень, тривісний блок навігаційних акселерометрів підприємства ДП СПБ «Арсенал», шляхом застосування обертальної платформи, на яку встановлено два горизонтальних акселерометра, і випробуваний у складі макету безплатформної інерціальної навігаційної системи із застосуванням розробленого методу автокомпенсації, підтвердив високу ефективність методу. Підтвердження ефективності було проведено на лабораторній базі підприємства з дозволу адміністрації підприємства та можливістю використання результатів досліджень, отриманих аспірантом у ході виконання практичної частини дослідження для включення до тексту дисертаційної роботи, про що свідчить лист в.о. директора підприємства Юр’єва Ю. Ю. від 9 лютого 2026 (№ 225/70 12/1) року на ім’я директора НН ІАТ Коробка І. В. Також, за результатами дисертаційних досліджень, було складено Акт про використання результатів досліджень дисертаційної роботи в ДП СПБ «Арсенал» (Додаток Д). Публікації. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковані у 1 науковій статті у фаховому виданні, включеному до переліку наукових фахових видань України категорії «А» яке індексуються в Scopus, у 2х наукових статтях у фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України категорії та «Б», у 2 тез доповідей на міжнародних науково–технічних конференціях.
Опис
Ключові слова
безплатформна інерціальна навігаційна система, математична модель, акселерометр, гіроскоп, літальний апарат, алгоритм навігації, похибки вимірювання, підвищення точності, метод корекції, автокомпенсація, чутливий елемент, обертальний рух, рухомий об’єкт, інструментальні похибки, алгоритмічні методи, strapdown inertial navigation system, mathematical model, accelerometer, gyroscope, aircraft, navigation algorithm, measurement errors, accuracy improvement, correction method, auto-compensation, sensitive element, rotational motion, moving object, instrumental errors, algorithmic methods
Бібліографічний опис
Лесюк, М. П. Автокомпенсація інструментальних похибок акселерометрів автономної інерціальної навігаційної системи крейсерського рухомого об’єкту : дис. … д-ра філософії : 173 Авіоніка / Лесюк Маркіян Павлович. - Київ, 2026. - 157 с.