Разработка и моделирование системы управления движением автономного необитаемого подводного аппарата в базовой системе координат тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат наук Гурман, Дмитрий Александрович

• Гурман, Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Гурман, Дмитрий Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 АЛГОРИТМЫ НАВИГАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Постановка задачи

1.2 Основные источники навигационной информации

1.2.1 Спутниковые навигационные системы

1.2.2 Инерциальные навигационные системы

1.2.3 Лаги

1.2.4 Гидроакустическая навигационная система

1.3 Комплексирование навигационной информации

1.3.1 Комплексирование на уровне первичной обработки информации

1.3.2 Комплексирование на уровне вторичной обработки информации

1.3.3 Алгоритмы комплексирования навигационной информации АНПА

1.3.4 Алгоритмы комплексной обработки информации АНПА с применением акустических систем

1.4 Математическая модель движения АНПА

1.5 Алгоритмы управления движением АНПА

1.6 Выводы

Глава 2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ И УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ АНПА

2.1 Постановка задачи

2.2 Алгоритмы оценивания координат и управления ПА

2.3 Алгоритмы оценивания координат и управления АНПА в дискретном времени

2.4 Исследование алгоритмов оценивания параметров движения АНПА

2.4.1 Исследование для случаев наблюдений доплеровского лага и ИНС

2.4.2 Исследование СКО при различных параметрах подводных воздействий и погрешностей навигационных приборов

2.4.3 Определение СКО при временном пропадании наблюдений навигационных приборов

2.5 Анализ установившихся погрешностей оценок определения координат с помощью фильтра Калмана

2.6 Поточечная коррекция оценивания координат АНПА с использованием единичных наблюдений

2.7 Алгоритм SLAM с линейным фильтром Калмана

2.8 Оценка выигрыша эффективности оптимального управления в базовой системе координат

2.9 Выводы

Глава 3 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА

3.1 Постановка задачи

3.2 Структура программного комплекса

3.3 Особенности программной реализации алгоритмического комплекса

3.3.1 Визуализатор ЗБ-обстановки

3.3.2 Блок контроля исполнения миссии

3.3.3 Блок автоматического управления движением АНПА

3.3.4 Блок навигации

3.3.5 Блок комплексирования

3.3.6 Блок навигации по рельефу дна

3.3.7 Блок SLAM

3.4 Алгоритмы имитации органов активного управления движением АНПА

3.5 Взаимодействие устройств в составе АНПА

3.6 Интерфейс программного комплекса

3.7 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Приложение А Полный вид уравнений, описывающих динамику АНПА

Приложение Б Формат структур передачи данных

Приложение В Акт об использовании результатов диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и моделирование системы управления движением автономного необитаемого подводного аппарата в базовой системе координат»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

В последние годы для исследования мирового океана и проведения разнообразных подводных работ все шире используются автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА). При выполнении ряда миссий АНПА должны проходить под водой значительные расстояния с малыми отклонениями от заданной траектории движения при отсутствии радиотехнических средств определения абсолютных координат.

В связи с этим для обеспечения необходимой точности навигационных систем применяется комплексирование различных автономных датчиков ускорений и скорости. Управление АНПА обычно осуществляется на основе определения рассогласования между оценками и заданными значениями параметров движения в связанной с АНПА системе координат (СК) с последующим использованием пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора. При прямолинейном характере движения такой подход позволил создать высокоэффективные системы автоматического управления движением (САУД).

Однако для сложных криволинейных заданных траекторий движения такой подход приводит к значительным трудностям. Эти трудности связаны с тем, что траектория движения задается в базовой СК, и для управления АНПА в связанной СК необходимо разбить заданную траекторию движения на приближенно прямолинейные участки. Переход на очередной участок представляет собой сложный маневр, требующий задания определенных коэффициентов ПИД-регулятора. Понятно, что при сложной траектории движения и большем числе аппроксимирующих отрезков прямых требуется длительная подготовка миссии и большой объем памяти бортового вычислительного устройства. Ситуация становится еще более сложной, если необходимо внести изменения в заданную траекторию движения в ходе выполнения миссии.

Одним из возможных способов решения возникшей задачи является преобразование уравнений движения и определение управляющих воздействий в базовой СК. Однако в настоящее время известны лишь отдельные научные работы, в которых такой способ применяется для управления подводными кораблями и морскими подвижными комплексами. При этом удается повысить точность САУД в режимах динамического позиционирования и при движении по заданному маршруту. Вместе с тем применительно к задачам управления АНПА в пространстве трех измерений с учетом специфики навигационных систем и особенностей элементов и устройств системы управления АНПА такая задача не рассматривалась. Поэтому поставленная в диссертации задача разработки и исследования САУД АНПА в базовой СК представляется актуальной.

Цели и задачи работы

Целью работы является поиск возможностей снижения погрешностей системы управления АНПА. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи.

1. Провести анализ известных методов и алгоритмов определения местоположения и управления АНПА различных типов.

2. Преобразовать математические модели движения АНПА в трехмерном пространстве из связанной в базовую СК.

3. На основе линеаризации и дискретизации по времени разработать алгоритмы квазиоптимального оценивания параметров и управления движением АНПА в базовой трехмерной СК.

4. Рассмотреть возможности нахождения аналитических оценок погрешностей местоположения АНПА при использовании навигационных датчиков различных типов.

5. Оценить перспективы использования изображений донных объектов для повышения точности движения АНПА по заданному маршруту.

6. Провести сравнительный анализ эффективности разработанных алгоритмов оценивания и управления с помощью численного моделирования на электронно-вычислительной машине (ЭВМ) для различных заданных траекторий.

7. Разработать программный комплекс, позволяющий проводить исследования и практическую реализацию алгоритмов оценивания параметров и управления движением АНПА, учитывающий гидродинамические модели, модели движительно-двигательного рулевого комплекса (ДДРК), а также особенности навигационных средств.

Методы исследований

Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, теории оптимальной фильтрации и оптимального управления, теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна

В диссертации получены следующие новые научные результаты.

1. Разработаны математические модели движения АНПА в трехмерном пространстве в базовой СК. Показано, что предложенные модели на основе их линеаризации и дискретизации по времени можно применить для разработки алгоритмов оптимального оценивания и управления движением АНПА.

2. Синтезированы алгоритмы оптимального и квазиоптимального оценивания параметров и управления движением АНПА, которые могут непосредственно использоваться для заданных почти произвольных криволинейных траекторий движения.

3. Проведено исследование алгоритмов оценивания параметров движения АНПА по заданным траекториям для нескольких вариантов использования навигационных приборов с разными точностными характеристиками, которое позволило создать весьма представительные семейства зависимостей дисперсий ошибок оценивания от параметров навигационных приборов и условий движения.

4. Установлены возможности и рассчитаны конкретные зависимости снижения дисперсий ошибок местоопределения при использовании дополнительной информации о положении неподвижных донных объектов.

5. На основе математического моделирования установлено, что наибольший выигрыш в точности управления по сравнению с известными САУД АНПА наблюдается для траекторий, имеющих участки с резкими изменениями направления движения.

6. Разработан программный комплекс на языке С++ с использованием среды Visual Studio 2008, предназначенный для исследования и разработки перспективных САУД АНПА различных типов, конкретизировано для АНПА типа Клавесин.

Практическая ценность

Разработанный программный комплекс, позволяющий имитировать случайные внешние воздействия, навигационные датчики, а также двигательно-движительный рулевой комплекс АНПА, предоставляет разработчикам САУД возможность исследования и оптимизации алгоритмов управления движением различных АНПА. В приложении к диссертации имеется акт об использовании результатов диссертационной работы в производственной деятельности ФНПЦ ОАО «НПО «Марс».

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих НТК:

• Шестая Всероссийская научно-практическая конференция (с участием стран СНГ) (Ульяновск, УлГТУ, 2009 г.);

• Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» (Ульяновск, УлГТУ, 2009 г.);

• Научно-техническая конференция «Интегрированные автоматизирован-ные системы управления» (Ульяновск, ФНПЦ ОАО «НПО «Марс», 2011 г.);

• ЬХУ1 научная сессия, посвященная Дню Радио (Москва, 2011 г.);

• Седьмая Всероссийская научно-практическая конференция (с участием стран СНГ) (Ульяновск, УлГТУ, 2011 г.);

• XIV Международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (Москва, 2012 г.);

• Восьмая Всероссийская научно-практическая конференция (с участием стран СНГ) (Ульяновск, УлГТУ, 2013 г.);

• ежегодные конференции профессорско-преподавательского состава Ульяновского государственного технического университета (20092013 гг.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе две в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и приложений. Работа содержит 122 страницы машинописного текста, 36 рисунков и 3 таблицы.

Содержание работы

В первой главе приведен обзор литературы по моделированию систем управления движением АНПА, рассмотрены основные источники навигационной информации и их математические модели наблюдений, основные алгоритмы и сравнительный анализ различных видов комплексирования навигационной информации, а также представлены математические модели движения АНПА.

Во второй главе разработаны алгоритмы оптимального оценивания параметров и управления движением АНПА в базовой трехмерной CK, произведено исследование алгоритмов оценивания параметров движения АНПА, проанализировано применение алгоритма одновременной локализации и картографирования (SLAM) с использованием фильтра Калмана, проведена оценка эффективности алгоритма оптимального управления АНПА в базовой CK.

Третья глава посвящена особенностям практической реализации программного комплекса на языке С++ с использованием среды Visual Studio 2008, предназначенного для исследования и разработки перспективных систем автоматического управления движением АНПА.

Глава 1 АЛГОРИТМЫ НАВИГАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Постановка задачи

Для разработки алгоритмов комплексироваиия навигационной информации и управления движением АНПА необходимо рассмотреть современные навигационные средства, физические принципы их работы, сделать выводы о возможностях их комплексироваиия, а также провести обзор известных методов и алгоритмов управления АНПА.

Для решения поставленной задачи в п. 1.2 рассмотрены основные источники навигационной информации АНПА, их точность и математические модели наблюдений. В п. 1.3 представлены основные современные схемы комплексироваиия навигационной информации. В п. 1.4 приведена математическая модель движения АНПА. В п. 1.5 рассмотрены алгоритмы управления движением АНПА.

1.2 Основные источники навигационной информации

В настоящее время для проведения глубоководных работ научного и прикладного значения все шире используются АНПА. Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук имеет большой опыт создания и использования подводных робототехнических средств и комплексов для решения различных задач [3, 4, 5, 31].

АНПА представляет собой автоматический подвижный самоходный объект, который может погружаться в заданный район океана на глубину до 6 км, двигаться по заданной траектории, выполнять заданные работы и возвращаться после выполнения программы на судно или базу. АНПА работает под водой без связующего кабеля. Время непрерывной работы АНПА под водой зависит от технических характеристик аппарата и может доходить до нескольких десятков

часов. Модульная технология АНПА позволяет легко модернизировать аппарат под конкретную задачу.

Навигационные комплексы современных АНПА состоят из бортовых автономных, гидроакустических и спутниковых систем навигации. Наиболее характерные сведения зарубежной печати об использовании средств подводной навигации при работе с АНПА представлены в статье [98].

1.2.1 Спутниковые навигационные системы

Наиболее современным источником информации о местоположении, скорости, путевого угла подвижного объекта являются глобальные спутниковые навигационные системы (СНС).

В работе [61] рассматривается принцип работы СНС, который заключается в приеме сигналов, излучаемых искусственными спутниками земли (ИСЗ). Местоположение и составляющие скоростей объекта вычисляются на основе псевдодальностей и радиальных псевдоскоростей, определяемых до каждого видимого спутника. Каждый спутник оснащен бортовым эталоном времени и частоты, позволяющим обеспечить взаимную синхронизацию. Расхождение со шкалой времени наземных приемников компенсируется за счет избыточности наблюдаемых навигационных космических аппаратов (НКА).

Высокая точность определения местоположения потребителей обусловлена многими факторами, включая взаимное расположение спутников и параметры их навигационных сигналов. Структура космического сегмента обеспечивает для потребителей постоянную видимость требуемого числа спутников [63].

Суммарная погрешность определения псевдодальностей складывается из различных составляющих:

• эфемеридные и частотно-временные погрешности;

• погрешности, вызванные интерференцией и многолучевостью;

• погрешности, вызванные прохождением радиоволн через тропосферу и ионосферу;

• погрешности, вызванные электромагнитными помехами;

• погрешности, вносимые аппаратно-программным комплексом потребителя.

Эфемеридные и частотно-временные погрешности вызваны неточностью определения орбиты спутника, а также неучтенным расхождением шкалы бортовой шкалы времени НКА со временем системы. В [62] приведены уровни максимальных ионосферных ошибок. Суммарное среднеквадратическое отклонение (СКО) ошибки определения псевдодальности в системе GPS составляет около 8,1 м [61].

Типовые значения погрешностей системы GPS в различных режимах работы приведены в таблице 1 [47].

Таблица 1 - Погрешности GPS и ее дифференциального режима

Источники погрешностей определения псевдодальностей С/А-код S/A-код вкл. С/А-код S/A-код выкл. Р-код Дифф. GPS

Погрешности часов спутника 2 2 2 0

Погрешности эфемерид 4 4 4 0

Ионосферные задержки 8 8 1 0

Тропосферные задержки 3 3 3 0

«Шум» схемы приемника 0,5 0,5 0,3 0,5

Многолучевость сигналов 1,5 1,5 1 1,5

Ограниченный доступ S/A 32 0 0 0

Суммарная погрешность определения псевдодальностей 33 10 6 1,6

Средний горизонтальный геометрический фактор HDOP 1,5 1,5 1,5 1,5

Средняя погрешность определения координат, 95% 100 30 18 5

Средний вертикальный геометрический фактор VDOP 2,2 2,2 2,2 2,2

Средняя погрешность определения высоты, 95% 145 44 26 7

Примечания: 1. Погрешности псевдодальностей приведены для значения 1а. 2. Все значения даны в метрах.

Модели наблюдений координат и скоростей изменения этих координат от СНС можно записать в следующем виде:

где К8з(0 ~ прямоугольные координаты и составляющие

скорости движения морского подвижного объекта (МПО) в базовой СК; п (7), \ (0> пуХ8з (0 > пу2ёз (0 ~ белые шумы со спектральными плотностями Л^ , Л^ , Му и А^ отражающие погрешности измерения соответствующих координат и скоростей.

1.2.2 Инерциальные навигационные системы

Инерциальная навигационная система (ИНС) осуществляет выработку информации о курсе, координатах, скорости движения и параметрах угловой ориентации судна в непрерывном режиме [23].

Особенно высокоточные системы необходимы для использования на подводных лодках, где длительное время может отсутствовать навигационная информация от других источников.

Различают два вида инерциальных систем - системы с гиростабилизиро-ванной платформой и бесплатформенные инерциальные системы (БИНС). Особенностью первого типа систем является непрерывное удержание ориентации чувствительных элементов в инерциальной СК. Это достигается при помощи гироскопической стабилизации, использованию специальных карданных подвесов [53]. Преимущества этих систем заключаются в том, что оси акселерометров постоянно ориентированы перпендикулярно воздействию силы тяжести, что позволяет уменьшить их динамический диапазон, увеличить точность и чувствительность. Такие системы обладают высокой сложностью

конструкции и высокой стоимостью. Чувствительные элементы БИНС связываются непосредственно с корпусом подвижного объекта. Отсутствие стабилизированной платформы приводит к значительному упрощению конструкции, снижению себестоимости и габаритов изделия.

Задача любой ИНС состоит в получении информации о траекторном и угловом движении объекта. В состав ИНС входят измерительные датчики (акселерометры, гироскопы) и вычислитель, реализующий алгоритм вычисления координат (линейных и угловых). В основе принципа функционирования ИНС лежит использование законов Ньютона [7, 90].

Алгоритм БИНС, описанный в [21] дает способ получения координат и вектора скорости по измерениям датчиков ускорения (акселерометров) и датчиков угловой скорости (гироскопов). В состав БИНС входят 3 акселерометра и 3 гироскопа, образующих инерциальный измерительный блок (ИИБ). Оси чувствительности каждой триады датчиков ортогональны и совпадают с осями собственной системы координат объекта.

Описанный алгоритм основан на приближенных методах численного решения дифференциальных уравнений и поэтому имеет собственную погрешность. В связи с этим его не рекомендуется использовать в автономных высокоточных БИНС. Однако при работе в составе инерциально-спутниковой навигационной системы (ИСНС), алгоритм показывает высокую эффективность.

В [83] приведены значения параметров модели ошибок типового ИИБ.

В работах [7, 85, 87] линеаризованная модель ошибок ИНС используется при синтезе алгоритмов комплексирования навигационной аппаратуры потребителей (НАЛ) спутниковых радионавигационных систем (СРНС) и ИНС и показывает общие принципы получения моделей ошибок ИНС.

При использовании для синтеза оптимальных ИСНС теории оптимальной фильтрации для описания моделей смещения нулей, ошибок масштабных коэффициентов акселерометров и гироскопов обычно выбирают модели в виде случайных констант [26, 90] или экспоненциально-коррелированных процессов

первого порядка [26, 99]. Для описания ошибок углов ориентации используются модели второго порядка [68, 70, 71, 99].

Математическая модель инерциальных измерителей БИНС на волоконно-оптических гироскопах (ВОГ) имеет следующий вид [24, 45]:

8сох со X "л 8/х / пх

8соу = + Ака + 8А1 • <°> + п4У — / •> пу

дсо2 ПсЬ / ^ гя

+

Ака + 5А1

л Пах

л + Пау

л Па,

где

и

Пах»ПауУПш

векторы шумов ВОГ и акселерометров;

5А^,дА1 - матрицы углов перекосов ВОГ и акселерометров;

Ака,Ака - диагональные матрицы ошибок масштабных коэффициентов ВОГ и акселерометров;

сот,/т - смещения нулей ВОГ и акселерометров; со,,/, - калибровочные сигналы.

1.2.3 Лаги

Лаги предназначены для измерения скорости корабля. В зависимости от функциональных возможностей различают абсолютный и относительный, однокоординатный и двухкоординатный лаги. Относительный лаг измеряет скорость движения подводного аппарата относительно жидкости, абсолютный -относительно дна. Однокоординатный лаг имеет возможность измерения только продольной скорости движения, двухкоординатный - продольной и поперечной.

По физическим принципам построения можно выделить индукционный, гидродинамический, радиодоплеровский, гидроакустический и другие типы лагов. В основе принципа действия индукционного лага лежит закон электромагнитной индукции (закон Фарадея).

Погрешность такого лага [42] обычно составляет 1-2% от измеряемой скорости. Ошибки прежде всего связаны с неоднородностью состава водной среды, а так же с инструментальными погрешностями лага.

Принцип действия гидродинамического лага основан на измерении разности динамического и статического давления жидкости. Недостатком гидродинамического лага является измерение скорости только в одном направлении движения подводного аппарата, причем измерение идет только начиная с достаточно высоких скоростей, около 2 узлов, в то время как индукционный - начиная с 0,1 узла.

Радиодоплеровские лаги находят применение на судах, не имеющих постоянного контакта с жидкостью (на воздушной подушке, на подводных крыльях). Их принцип действия основан на измерение доплеровского сдвига частоты.

Особенность гидроакустического лага (ГАЛ), по отношению к выше рассмотренным - измерение скорости корабля относительно дна. Принцип их действия основан на измерении доплеровского сдвига частоты гидроакустической волны, отраженной от морского дна.

Во многих гидроакустических лагах, обеспечивающих измерение двух составляющих скорости, используются четырехлучевые антенны с попарной обработкой сигналов [8, 44].

Основными погрешностями при определении скорости с помощью ГАЛ являются: флуктуационная погрешность измерения средней частоты доплеровского спектра, погрешность знания скорости распространения звука в воде, погрешность знания угла наклона гидроакустического луча, погрешность, вызванная неточной ориентацией акустических антенн [1].

В работе [39] отмечается, что одними из самых совершенных устройств, входящих в состав навигационных комплексов большинства необитаемых подводных аппаратов (НПА), являются гидроакустические лаги «RD Instruments» производства канадской компании «Teledyne», установившей свои лаги на более чем 90% мирового флота АНПА и более чем на 100 телеуправляемых подводных аппаратов (ТПА).

Модели наблюдений абсолютной скорости судна, полученные с помощью ГА Л представляются в виде:

= ^(0 + ^(0,

где Ух(0, К, (7) - составляющие скорости судна в базовой системе координат; пух(*)> пу2(0 ~ белые шумы со спектральными плотностями ИУх и отражающие ошибки измерения скорости судна.

1.2.4 Гидроакустическая навигационная система

Гидроакустические навигационные системы (ГАНС) по принципу действия разделяются на системы с длинной базой (ДБ), определяющие дальности от системы донных маяков-ответчиков до АНПА, и системы с ультракороткой базой (УКБ), основанные на определении дальности относительно приемного устройства ГАНС на судне.

Определение координат НПА с помощью ГАНС УКБ сводится к измерению времени запаздывания прихода сигнала маяка в точку приема относительно момента его излучения и определению направления прихода этого сигнала. Чувствительными элементами приемных антенн ГАНС являются пьезокерамические гидрофоны. Используются различные конфигурации приемных антенн: линейные, круговые, круговые с разнесенными элементами [44].

Данные об известных системах приведены в таблице 2 [103].

Основными ошибками ГАНС являются [95]: ошибки, обусловленные шумами судна, реверберацией, наличием подводных объектов между приемником и передатчиком; ошибки в определении дистанции и угла места НПА, обусловленные рефракцией акустического луча вследствие неравномерного вертикального распределения скорости звука; ошибки в определении углов курса, крена и дифферента судна.

Таблица 2 - Характеристики известных ГАНС УКБ

Погреш- Погреш-

Производитель Наименование ГАНС Дистанция, M ность (la) определения угла ность (1<у) определения Рабочая частота, кГц Предельная глубина,

места, наклонной м

град дальности

Kongsberg HPR410 1500 2.86 5% 20-32 152

Simrad

Kongsberg HiPAP500 4000 0.12 <20 см 21-24.5 152

Simrad

Nautronix NasPOS USBL 4500 0.143 0.25% N/A 61

Nautronix ATSII 2000 0.143 0.25% 15-18 61

ORE LXT N/A 0.5 1 м 22-30 152

ORE Track Point II N/A 0.1@50dB SNR 0.5@50 dBSNR 4.5-30 152

Sonardyne Fusion 7000 0.0572 0.1% 18-36 100

Link Quest 15 ООН A 1500 0.25 0.2 м 31-43.2 3000

Link Quest 5000HA 5000 0.25 0.4 м 14.2-19.8 3000

Link Quest 10000HA 104 0.25 0.50% 7.5-12.5 3000

IXSEA PAPS 4000 0.12 0.20% 20-30 152

IXSEA Posidonia 6000 0.171 0.30% 12-18 152

1.3 Комплексирование навигационной информации

Современные АННА оснащены множеством навигационных приборов. Уже более 40 лет назад рассматривались вопросы комплексирования СРНС с другими измерителями.

В работе [60] дан обзор основных принципов, направлений, методов и способов комплексирования СРНС и других измерителей, проанализированы полученные результаты и указаны наиболее вероятные направления дальнейших работ. Но сложность в том, что задача синтеза пока может решаться только отдельно на уровнях первичной и вторичной обработки информации, деление на которые по существу является условным. Под первичной обработкой информации (ПОИ) понимают поиск, обнаружение, селекцию, преобразование и обработку (в режиме слежения) сигналов навигационных и специальных измерителей с целью определения соответствующих радионавигационных параметров, например,

псевдодальностей и приращения псевдодальностей или псевдоскоростей. Под вторичной обработкой информации (ВОИ) понимают выполняемую в ЭВМ обработку выходных данных самих измерителей, результаты которой используются для определения и уточнения координат и скорости движения, углов ориентации ПО и источников погрешностей измерителей. В отличие от комплексирования на уровне первичной обработки информации, комплексирование на уровне вторичной обработке информации мало затрагивает сами измерители.

1.3.1 Комплексирование на уровне первичной обработки информации

Существенного улучшения работоспособности НАП СРНС можно достичь за счет комплексной ПОИ.

Развитие методов синтеза и анализа динамических систем во временной области, связанное с именами Понтрягина Л.С., Стратоновича Р.Л., Тихонова В.И., Калмана Р., Ярлыкова М.С. и др., привело к их интенсивному использованию в радионавигации. В частности, наиболее употребительными оказались методы марковской теории оптимального нелинейного оценивания (МТОНО). Для решения задач синтеза систем комплексной обработки информации методы МТОНО были впервые применены М.С. Ярлыковым.

Работы [80, 81] посвящены синтезу оптимальных алгоритмов совместного непосредственного оценивания задержки фазы и частоты при приеме сигнала СРНС.

В работе [82] синтезированы также алгоритмы комплексной ПОИ сигналов СРНС с привлечением данных от ИНС, радио- и баровысотомеров. Использована несколько иная схема обработки данных ИНС, при которой измерения скорости вводятся в уравнение вектора состояния в качестве управляющих воздействий.

В работах [96, 97] рассматриваются вопросы обеспечения связи алгоритмов ПОИ для оценки параметров полезных радиосигналов с алгоритмами ВОИ. Эти алгоритмы помимо повышения точности должны обеспечивать также

возможности автономного контроля целостности СРНС (наличие сигнала) с количественной оценкой характеристик точности и помехоустойчивости.

В работе [42] рассмотрена условная классификация интегрированных инерциально-спутниковых систем по степени внутренней взаимосвязи. Структурно такие системы состоят из модуля спутникового приемника (СНС), бесплатформенного инерциального измерительного модуля (БИИМ), и совместного модуля, обеспечивающего взаимную интеграцию. От принципа построения последнего модуля как раз и зависит степень интегрированное™ системы. При совместной работе СНС и БИИМ определяются параметры модели дрейфа БИИМ по данным СНС. В то же время, используя информацию от БИИМ, удается существенно сгладить оценки местоположения объекта. На рисунке 1.1 показана схема системы с низким уровнем интеграции.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гурман, Дмитрий Александрович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамович, Б.Г. Судовые измерители скорости / Б. Г. Абрамович // Методические указания для индивидуальных занятий по курсу «технических средств судовождения». - Владивосток: Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского, 2005. - 44 с.

2. Авиационные системы радиоуправления. Принципы построения систем радиоуправления. Основы синтеза и анализа / под ред. А. И. Канащенкова и В. И. Меркулова. - М. : Радиотехника, 2003. - Т. 1. - 192 с.

3. Автономные необитаемые подводные аппараты / под общ. ред. ак. М. Д. Агеева. - Владивосток : Дальнаука, 2000. - 272 с.

4. Агеев, М. Д. Актуальные вопросы создания и использования автономных необитаемых подводных аппаратов / М. Д. Агеев, Л. В. Киселев, Н. И. Рылов // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2003. - № 2. -С. 22-28.

5. Агеев, М. Д. Актуальные вопросы создания и использования автономных необитаемых подводных аппаратов / М. Д. Агеев, Л. В. Киселев, Н. И. Рылов // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2003. - № 6. -С. 23-28.

6. Алямовский, А. А. 8оШ\Уогк8. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский, А. А Собачкин, К. В. Одинцов. - СПб. : «БХВ-Петербург», 2005. - 1022 с.

7. Бабич, О. А. Обработка информации в навигационных комплексах / О. А. Бабич. - М. : Машиностроение, 1991. - 512 с.

8. Бородин, В. И. Гидроакустические навигационные средства / В. И. Бородин, Г. Е. Смирнов , Н. А. Толстякова, Г.В. Яковлев. - Л. : Судостроение, 1983.-262с.

9. Васильев, К. К. Анализ установившихся погрешностей определения координат движущегося объекта / К. К. Васильев, Д. А. Гурман // Труды

РНТОРЭС им. А. С. Попова. Серия : Научная сессия, посвященная Дню Радио. Вып. ЬХУ1. - Москва, 2011. - С. 392-393.

10. Васильев, К. К. Моделирование алгоритмов навигации и управления для автономных необитаемых подводных аппаратов / К. К. Васильев, Д. А. Гурман // Автоматизация процессов управления. - 2013. - № 3 (33). - С. 27-31.

11. Васильев, К. К. Анализ методов оценивания координат автономного подвижного объекта в условиях ограниченной видимости / К. К. Васильев, Д. А. Гурман, М. Н. Служивый // Труды РНТОРЭС им. А. С. Попова. Серия : Цифровая обработка сигналов и ее применение. Вып. Х1У-1. - Москва, 2012. - С. 49-52.

12. Васильев, А. В. Управляемость судов: Учеб. пособие / А. В. Васильев. - Л. : Судостроение, 1989. - 328 с.

13. Васильев, А. Н. Цифровые алгоритмы оптимального управления движением корабля / А. Н. Васильев // Вестник УлГТУ. - 2001. - № 4. - С. 16-22.

14. Васильев, К. К. Оптимальное стохастическое управления движением корабля / К. К. Васильев // Вестник УлГТУ. - 2000. - № 3. - С. 27-37.

15. Васильев, К. К. Теория автоматического управления (следящие системы): Учебное пособие. 2-е изд. / К. К. Васильев. - Ульяновск : УлГТУ, 2001. -97 с.

16. Васильев, К. К. Математическая модель движения корабля / К. К. Васильев, А. Н. Васильев // «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем»: Тез. докл. 3-й всероссийской научно-практической конференции - Ульяновск : УлГТУ, 3-4 декабря 2001. - С. 98-100.

17. Веремеенко, К. К. Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / К. К. Веремеенко , М. Н. Красильщиков, К. А. Сыпало и др. - М. : ФИЗМАЛИТ, 2003.-280 с.

18. Войткунский, Я. И. Судовые движители и управляемость: Справочник по теории корабля / Я. И. Войткунский, Р. Я. Першиц, И. А. Титов. - Л. : Судостроение, 1973. - 512 с.

19. Воронов, А. А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость / А. А. Воронов. - М. : Наука, 1979. - 336 с.

20. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС / под ред. В. Н. Харисова, А. И. Перова, В. А. Болдина. - М. : ИПРЖР, 1998. - 400 с.

21. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. Изд. 4-е, перераб. и доп. - М. : Радиотехника, 2010. -800 с.

22. Гурман, Д. А. Оценка выигрыша эффективности оптимального управления в базовой системе координат / К. К. Васильев, Д. А. Гурман // Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем : Труды Восьмой Всероссийской научно-практической конференции (с участием стран СНГ). - Ульяновск : УлГТУ, 2013. - С. 73-75.

23. Дмитриев, С. П. Высокоточная морская навигация / С. П. Дмитриев. -СПб : Судостроение, 1991.-224 с.

24. Дмитриев, С. П. Задачи навигации и управления при стабилизации судна на траектории / С. П. Дмитриев., А. Е. Пелевин. - СПб. : ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2004. - 160 с.

25. Дмитриев, С. П. Исследование способов комплексирования данных при построении инерциально-спутниковых систем / С. П., Дмитриев, О. А. Степанов, Д. А Кошаев / Сборник статей и докладов под ред. В. Г Пешехонова. -СПб. : ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2001. - 235 с.

26. Дмитриев, С. П. Неинвариантные алгоритмы обработки информации инерциальных навигационных систем / С. П. Дмитриев, О. А. Степанов / Сборник статей и докладов под ред. В. Г. Пешехонова. - СПб. : ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2001. - 235 с.

27. Дыда, А. А. Синтез системы с переменной структурой для управления движением подводного робота / А. А. Дыда, А. В. Лебедев, В. Ф. Филаретов // Изв. РАН. Теория и системы управления. - 2000. - № 1. - С. 155-162.

28. Зубов, В. И. Теория оптимального управления судном и другими подвижными объектами / В. И. Зубов. Л. : Судостроение, 1966 - 352 с.

29. Иванов, В. А. Теория оптимальных систем автоматического управления / В. А. Иванов, Н. В. Фалдин. - М. : Наука, 1981 - 336 с.

30. Изерман, Р. Цифровые системы управления / Р. Изерман. - М. : Мир, 1984.-541 с.

31. Инзарцев, А. В. Применение автономного необитаемого подводного аппарата для научных исследований в Арктике / А. В. Инзарцев, А. В. Каморный, О. Ю. Львов, Ю. В. Матвиенко, Н. И. Рылов // Подводные исследования и робототехника. - 2007. - № 2. - С. 5-14.

32. Инзарцев, А. В. Архитектурные конфигурации систем управления АНПА / А. В. Инзарцев, О. Ю. Львов, А. В. Сидоренко, Д. Б. Хмельков // Подводные исследования и робототехника. - 2006. - № 1. - С. 18-30.

33. Инзарцев, А. В. Интегрированная система технического зрения и управления АНПА для поиска и обследования протяженных кабельных линий / А. В. Инзарцев, А. М. Павин // Подводные исследования и робототехника. - 2007. - №4. - С. 15-20.

34. Исаева, Е. Г. Траекторное управление подвижным роботом / Е. Г. Исаева // Интеллектуальные системы управления и обработки информации : сб. тезисов докладов конференции молодых ученых, Вып. 5. Труды молодых ученых / глав. ред. д.т.н., проф. В.О. Никифоров. - СПб : СПбГУ ИТМО, 2010. - С. 8-9.

35. Киселев, Л. В. О некоторых нелинейных алгоритмах коррекции динамики АНПА / Л. В. Киселев // Морские технологии : Сб. статей ИМПТ (Владивосток). - 1996. - Вып. 1. - С. 37^9.

36. Киселев, Л. В. Организация пространственного движения автономного подводного аппарата при траекторном обследовании объектов, областей, физических полей: автореф. дисс. ... док. тех. наук : 05.13.01 / Киселев Лев Владимирович. - Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 1997. - 50 с.

37. Киселев, Л. В. Исследование динамических свойств автономного подводного робота на основе типологии процессов и моделей / Л. В. Киселев, А. В. Медведев // Подводные исследования и робототехника. - 2008. - № 1 (5). -С. 16-23.

38. Киселев, Л.В. Модели динамики и алгоритмы управления движением автономного подводного робота при траекторном обследовании аномальных физических полей / Л. В. Киселев, А. В. Медведев // Подводные исследования и робототехника. - 2011. - № 1.-С. 24-31.

39. Киселев, Л. В. Навигация, управление и ориентирование в подводном пространстве / Л. В. Киселев, Ю. В. Ваулин, А. В. Инзарцев, Ю. В. Матвиенко // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2004. - № 11. - С. 35-42.

40. Красовский, Н. Н. Теория управления движением. Линейные системы / Н. Н. Красовский. - М. : Наука, 1968. - 476 с.

41. Лемешко, Б. Ю. Статистический анализ одномерных наблюдений случайных величин: Программная система / Б. Ю. Лемешко. - Новосибирск : Изд-воНГТУ, 1995.- 125 с.

42. Лукомский, Ю. А. Навигация и управление движением судов: Учебник / Ю. А. Лукомский, В. Г. Пешехонов, Д. А. Схороходов. - СПб. : Элмор, 2002. -360 с.

43. Лукомский, Ю. А. Управление морскими подвижными объектами / Ю. А. Лукомский, В. М. Корчанов. - СПб : Элмор, 1996. - 320 с

44. Матвиенко, Ю. В. Гидроакустический комплекс навигации подводного робота: дис. ... докт. тех. наук : 01.04.06 / Матвиенко Юрий Викторович. -Владивосток : ИПМТ ДВО РАН, 2004. - 271 с.

45. Маттис, А. В. Моделирование и оптимизация систем управления движением морских подвижных комплексов: дис. ... канд. тех. наук : 05.13.18 / Маттис Алексей Валерьевич. - Ульяновск : УлГТУ, 2010.- 152 с.

46. Наумов, Л. А. ЯСЕ - программная платформа для системы управления АНПА / Л. А. Наумов, А. И. Боровик, Н. В. Баль // Подводные исследования и робототехника. - 2011. - № 2. С. 18-25.

47. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии / под ред. Б. С. Алешина, К. К. Веремеенко, А. И. Черноморского. - М. : ФИЗМАЛИТ, 2006. - 424 с.

48. Пантов, Е. Н. Основы теории движения подводных аппаратов / Е. Н. Пантов, Н. Н. Махин, В. В. Шереметов - Л. : Судостроение, 1978. - 216 с.

49. Перов, А. И. Упрощенная аналитическая методика оценки потенциальной помехоустойчивости оптимальных следящих систем приемников спутниковой навигации / А. И. Перов, Е. А. Болденков, Д. А. Григоренко // Радиотехника. - 2003. - № 7. - С. 78-87.

50. Перов, А. И. Синтез комбинированного алгоритма комплексирования на первичном и вторичном уровнях в инерциально-спутниковой системе навигации / А. И. Перов, А. Ю. Шатилов // Радиотехника. Радиосистемы. - 2005. -№7.-С. 4-14.

51. Понырко, С. А. Адаптивные системы для исследования океана / С. А. Понырко, О. С. Попов, В. С. Ястребов. - СПб. : Судостроение, 1993. - 224 с.

52. Пупков, К. А. Методы классической и современной теории автоматического управления : Учебник в 5-и тт., 2-е изд., перераб. и доп. Т. 4. Теория оптимизации систем автоматического управления / К. А. Пупков, Н. Д. Егупов. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 744 с.

53. Развитие теории и практики автоматических систем ориентации, навигации и управления / под ред. Ривкина С. С., Бургонского А. С., Талайковой Н. Б. - Межвузовский сборник, Ленинград, 1987. - 128 с.

54. Ройтенберг, Я. Н. Автоматическое управление / Я. Н. Ройтенберг. -М. : Наука, 1978.-551 с.

55. Рютман, Ж. Характеристики нестабильности фазы и частоты сигналов высокостабильных генераторов: итоги развития за пятнадцать лет / Ж. Рютман // ТИИЕР, 1978. - Т. 66. - № 9. - С. 70-102.

56. Сахаров, В. В. Расчет оптимальных регуляторов судовых автоматических систем / В. В. Сахаров. - Л. : Судостроение, 1983. - 168 с.

57. Севрюк, А. Н. Программная платформа для построения событийно-ориентированной системы управления автономного необитаемого подводного аппарата / А. Н. Севрюк, Р. А. Сенин // Подводные исследования и робототехника. -2008. -№ 1.-С. 11-15.

58. Сейдж, Э. П. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении / Э. Сейдж, Дж. Меле. - М. : Связь, 1976. - 496 с.

59. Сейдж, Э. П. Оптимальное управление системами / Э. П. Сейдж, Ч. С. Уайт. - М. : Радио и связь, 1982. - 392 с.

60. Соловьев, Ю. А. Комплексирование глобальных спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS с другими навигационными измерителями / Ю. А. Соловьев // Радиотехника. - 1999. - № 1. - С. 15-20.

61. Соловьев, Ю. А. Спутниковая навигация и ее приложения / Ю. А. Соловьев. -М. : Эко-Трендз, 2003. - 326 с.

62. Соловьев, Ю.А. Системы спутниковой навигации / Ю. А. Соловьев. -М. : Эко-Трендз, 2000. - 270 с.

63. Спутниковые радионавигационные системы. 4.1. Основы функционирования подсистем / под ред. В. Н. Харисова. - М. : Изд-во ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1997. - 367 с.

64. Сысун, В. И. Теория сигналов и цепей. Учебное пособие [Электронный ресурс] / В. И. Сысун. - Петрозаводск, 2003. - Режим доступа : http://dee.karelia.ru/files/circuit/main.htm (дата обращения: 09.11.2013).

65. Тетюев, Б. А. Системы автоматического управления движением судна по курсу / Б. А. Тетюев, С. Я. Березин. - Л. : Судостроение, 1990. - 254 с.

66. Тихонов, В. И. Марковские процессы / В. И. Тихонов, В. А. Миронов -М. : Сов. радио, 1977. - 488 с.

67. Тучин, Д. А. Кодовые измерения псевдодальности системы GPS. Модель ошибок и априорная оценка точности определения вектора положения / Д. А. Тучин. - М. : ИПМ, 2002. - 17 с.

68. Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / под ред. М. Н. Красилыцикова и Г. Г. Серебрякова. - М : ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 280 с.

69. Филаретов, В. Ф. Устройства и системы управления подводных роботов / В. Ф. Филаретов, А. В. Лебедев, Д. А. Юхимец. - М. : Наука, 2005. -270 с.

70. Харисов, В. Н. Синтез тесно связанного алгоритма инерциально-спутниковой навигации / В. Н. Харисов, А. П. Горев // Радиотехника. Радиосистемы. - 2000. - № 7. - С. 80-86.

71. Харисов, В. Н. Исследования характеристик алгоритма глубокой интеграции СРНС/ИНС / В. Н. Харисов, А. П. Горев // Радиотехника. Радиосистемы. - 2001. - № 7. - С. 56-63.

72. Цветов, М. А. Уравнения движения корабля. - Труды Ульяновского научного центра РАЕН / М. А. Цветов, А. М. Цветов. - Ульяновск: УНЦНЗИТ РАЕН, 2001.-Т. 3.-Вып. 1.-С. 119-122.

73. Цыпкин, Я. 3. Адаптация, обучение и самообучение в автоматических системах / Я. 3. Цыпкин. - М. : Наука, 1968. - 232 с.

74. Шатилов, А. Ю. Методика расчета помехоустойчивости комплексной ФАП в НАП СРНС/ИНС / А. Ю. Шатилов // Радиотехника. - 2009. - № 7. - С. 113-120.

75. Шатилов, А. Ю. Алгоритм комплексирования приемника СРНС и ИНС по разомкнутой схеме / А. Ю. Шатилов // Радиотехника. - 2008. - № 7. - С. 19-25.

76. Янушевский, Р. Т. Теория линейных оптимальных многосвязных систем управления / Р. Т. Янушевский. - М. : Наука, 1973. - 464 с.

77. Ярлыков, М. С. Анализ субоптимальных алгоритмов обработки сигналов интегрированной аппаратуры потребителей спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS / М. С. Ярлыков, А. Т. Кудинов // Радиотехника. - 1999. - №2. - С. 56-65.

78. Ярлыков, М. С. Статистическая теория радионавигации / М. С. Ярлыков. - М. : Радио и связь, 1985. - 344 с.

79. Ярлыков, М. С. Бортовая инерциально-спутниковая система для навигации и посадки самолетов / М. С. Ярлыков, Н. Д. Пригонюк; сборник статей и докладов под ред. В. Г. Пешехонова. - СПб. : ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2001.-С. 83-100.

80. Ярлыков, М. С. Совмещенная аппаратура потребителей спутниковой и гиперболической радионавигационных систем / М. С. Ярлыков, А. А. Базаров // Радиотехника. - 1992. - № 4. - С. 3-13.

81. Ярлыков, М. С. Помехоустойчивый навигационно-посадочный комплекс на основе спутниковой радионавигационной системы / М. С. Ярлыков, А. А. Базаров, С. С. Салямех // Радиотехника. - 1996. - № 12. - С. 3-11.

82. Ярлыков, М.С. Повышение качества функционирования спутниковых радионавигационных систем за счет использования информационной избыточности / М. С. Ярлыков, А. Т. Кудинов // Радиотехника. - 1998. - № 2. -С. 3-11.

83. Brown, А. К. Performance Test Results of an Integrated GPS/MEMS Inertial Navigation Package / A. K. Brown, Y. Lu. URL: http://www.navsys.eom/Papers/04090-01.pdf (дата обращения: 09.11.2013).

84. Bruner, С. P. LN-200G First SAASM Based Tactical Grade INS/GPS Navigator / C. P. Bruner // ION-GPS, 2000. - P. 2061-2069.

85. Farrell, J. A. The Global Positioning System and Inertial Navigation / J. A. Farrell, M. Barth. - NY : McGraw-Hill, 1999. - 340 p.

86. Fossen, Т. I. Marine Control Systems. Guidance, Navigation and Control of Ships, Rigs and Underwater Vehicles / Т. I. Fossen. - Marine Cybernetics, 2002. -570 p.

87. Grewal, M. S. Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration / M. S. Grewal, L. R. Weill, A. P. Andrews. - NY : John Wiley & Sons, 2001.-392 p.

88. Guidelines for the global positioning system. Receiver application module // Headquarters, Space and Missile Systems Center, NAVSTAR GPS Joint Program Office, 1998.-242 p.

89. Hesselbarth, A. Short-term Stability of GNSS Satellite Clocks and its Effects on Precise Point Positioning / A. Hesselbarth, L. Wanninger // Proc. of ION GNSS 2008, Savannah, GA. - P. 1855-1863.

90. Hong, S. Estimation of alignment errors in GPS/INS integration / S. Hong, Y. Chang // ION-GPS, 2002. - P. 527-534.

91. Ihle, I.-A. F. Observer design for synchronization of vessels with unreliable position measurements. Master thesis / I.-A. F. Ihle. - Norway, Trondheim : Norwegian University of science and technology, 2003. - 90 p.

92. Kitowski, Z. Control of motion of underwater robot under conditions of external disturbances / Z. Kitowski, J. Garus // ICAR 95. - Barcelona, 1995. - V. 1. -P. 278-282.

93. Kreye, C. Improvements of GNSS Receiver Performance Using Deeply Coupled INS Measurements / C. Kreye, B. Eissfeller, J. Winkel // ION-GPS, 2000. -P. 844-854.

94. Leader, D. Kalman Filter Estimation of Underwater Vehicle Position and Attitude Using a Doppler Velocity Aided Inertial Motion Unit / D. Leader // Requirements for the Degree of Ocean Engineering. - Massachusett's institute of technology, 1994. - 104 p.

95. Mandt, M. Integrating DGPS-USBL Measurements with Inertial Navigation in the HUGIN 3000 AUV / M. Mandt, K. Gade, B. Jalving // 8th Saint Petersburg Intern. Conf. on Integrated Navigation Systems, 28-30 May, 2001. - P. 173-181.

96. Misra, P. Augmentation of GPS/LAAS with GLONASS: Performance Assessment / P. Misra, M. Pratt, B. Burke // ION GPS, 1998. - P. 495-501.

97. Philips, R. Relative and Differential GPS / R. Phillips, G. Schmidt // System Implications and Innovative Applications of Satellite Navigation. AGARD Lecture Series 207. - 1996, pp. 5.1-5.22.

98. Romeo, J. Navigation is Key to AUV Missions / J. Romeo, G. Lester // Sea Technology. - 2001. - V. 42. - № 12. - P. 24-29.

99. Salychev, O. S. Low cost INS/GPS integration: Concepts and Testing / O. S. Salychev, V. V. Voronov, M. E. Cannon, G. Lachapelle // The Journal of Navigation. -2001.-V. 54.-№ l.-P. 119-134.

100. Salychev, O. S. Low cost INS/GPS integration: Concepts and Testing / O. S. Salychev, V. V. Voronov, M. E. Cannon, G. Lachapelle // The Journal of Navigation. -2003.

101. Understanding GPS: Principles and Applications / ed. E.D. Kaplan. - Artech House, Inc., Norwood, Massachusetts, 2006. - 723 p.

102. Yun, X. An Inertial Navigation System for Small Autonomous Underwater Vehicles / X. Yun, E. R. Bachmann, S. Arslan // Proceedings of the 2000 International Conference on Robotics and Automation. - San Fransisco, California, USA, 2000. -P. 1781-1786.

103. Zielinski, A. Precision Acoustic navigation for Remotely Operated Vehicles (ROV) / A. Zielinski, L. Zhou // Journal of Hydroacoustics. - 2005. - V. 8. -P. 255-264.

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Рисунок 1.1 - Структурная схема инерциально-спутниковой системы с

низким уровнем интеграции................................................................20

Рисунок 1.2 - Структурная схема инерциально-спутниковой системы с

высоким уровнем интеграции..............................................................21

Рисунок 1.3 - СФО оценки угловых координат в БИНС и ИСНС...........................23

Рисунок 1.4 - СФО оценки угловых координат в тесносвязанной ИСНС..............23

Рисунок 1.5 - СКО оценки угловых координат в глубокоинтегрированной

ИСНС......................................................................................................24

Рисунок 1.6 - Характеристики слабосвязанного алгоритма ИСНС при

пропадании сигнала СРНС (автономный режим)..............................25

Рисунок 1.7 - Характеристики аппаратуры LN-200G при долговременном

отсутствии сигналов СНС....................................................................26

Рисунок 1.8 - Слабосвязанная схема комплексирования СНС/ИНС.......................28

Рисунок 1.9 - Жесткосвязанная схема комплексирования СНС/ИНС....................29

Рисунок 1.10 - Глубоко интегрированная схема комплексирования СНС/ИНС ... 29 Рисунок 1.11 - Определение относительных координат акустической

системой.................................................................................................31

Рисунок 1.12 - Ошибки оценивания координат подводного аппарата...................33

Рисунок 2.1 - Обозначения углов перехода от связанной к базовой СК................40

Рисунок 2.2 - Графики зависимостей СКО ошибки оценивания координат от времени моделирования, при разных значениях СКО ошибки

наблюдения лага....................................................................................48

Рисунок 2.3 - Графики зависимостей СКО ошибки оценивания координат от времени моделирования, при разных значениях СКО ошибки

наблюдения ИНС..................................................................................49

Рисунок 2.4 - Графики зависимостей СКО ошибки оценивания координат от пройденного пути при разных значениях СКО ошибки наблюдения лага и ИНС.......................................................................50

Рисунок 2.5 - СКО оценивания координат при разных значениях дисперсии

наблюдения лага....................................................................................51

Рисунок 2.6 - СКО оценивания координат при разных значениях СКО

наблюдения ИНС..................................................................................52

Рисунок 2.7 - Ошибки оценивания координат при различных сочетаниях............54

Рисунок 2.8 - График установившихся значений относительных дисперсий

ошибок оценивания координаты.........................................................55

Рисунок 2.9 - График установившихся значений относительных дисперсий

ошибок оценивания скорости..............................................................56

Рисунок 2.10 - Обозначения компонент вектора состояния АНПА........................60

Рисунок 2.11 - График зависимостей ошибок оценивания координат от

пройденного расстояния, при использовании алгоритма SLAM.....62

Рисунок 2.12 - Примеры прохождения по заданной траектории для двух

алгоритмов.............................................................................................63

Рисунок 2.13 - Ошибки управления при разных алгоритмах...................................64

Рисунок 3.1 - Структурная схема программного комплекса....................................67

Рисунок 3.2 - Схема взаимодействия блока контроля исполнения миссии с

другими блоками программного комплекса......................................73

Рисунок 3.3 - Схема сигнальной конструкции отправки и выполнения команд

миссии....................................................................................................74

Рисунок 3.4 - Схема взаимодействия блока управления движением с

другими блоками программного комплекса......................................77

Рисунок 3.5 - Схема взаимодействия блоков управления движением,

навигации, комплексирования и SLAM.............................................78

Рисунок 3.6 - Схема взаимодействия блока навигации с другими блоками

программного комплекса.....................................................................79

Рисунок 3.7 - Схема взаимодействия блока комплексирования с другими

блоками программного комплекса......................................................81

Рисунок 3.8 - Схема взаимодействия блока навигации по рельефу дна с

другими блоками программного комплекса......................................83

Рисунок 3.9 - Схема взаимодействия блока SLAM с другими блоками.................84

Рисунок 3.10 - Общая структура системы управления АНПА................................87

Рисунок 3.11 - Главное окно моделирующего комплекса........................................88

Таблица 1 - Погрешности GPS и ее дифференциального режима...........................12

Таблица 2 - Характеристики известных ГАНС УКБ................................................18

Таблица 3 - Погрешности датчиков АНПА HUGIN 3000........................................32