Синтез оптимальных программ идентификации составляющих уходов ДНГ в составе БИНС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.03, кандидат технических наук Махмуд Аль-Хусейн Гассан

• Махмуд Аль-Хусейн Гассан
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Махмуд Аль-Хусейн Гассан

Введение.

1. Математическая модель измерений для идентификации ДНГ БИНС.

1.1. Общие требования к идентификации БИНС. Постановка задач исследования.

1.2. Инструментальные погрешности ДНГ и испытательного

• оборудования.

1.3. Математическая модель измерений для идентификации ДНГ БИНС.

1.3.1. Системы координат.

1.3.2. Уравнения измерений ДНГ в режиме ДУС с учетом ошибок выставки и инструментальных погрешностей испытательного стенда.

Выводы.

2. Уравнения состояния и наблюдений для идентификации ДНГ БИНС.

2.1. Векторно-матричные уравнения процессов идентификации

ДНГ БИНС.

2.2. Условия наблюдаемости составляющих ухода ДНГ и инструментальных погрешностей испытательного стенда.

Выводы.

3. Синтез оптимальных программ идентификации ДНГ БИНС и исследования их точностных характеристик.

3.1. Критерий и условия синтеза оптимальных программ идентификации ДНГ БИНС.

0 стр.

3.2. Синтез оптимальных программ идентификации ДНГ БИНС Ф инвариантных к ошибкам выставки и инструментальным погрешностям испытательного стенда.

3.3. Исследования точностных характеристик синтезированных программ идентификации.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез оптимальных программ идентификации составляющих уходов ДНГ в составе БИНС»

Актуальность работы вытекает из разработки оптимальных программ идентификации параметров ДНГ БИНС, без предъявления высоких требований к испытательному стенду.

Цель диссертационной работы

Цель работы заключается в разработке оптимальных программ идентификации параметров ДНГ БИНС, не предъявляя высокие требования к стенду. Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

1. Разработка математической модели процессов идентификации составляющих уходов ДНГ БИНС;

2. Исследования условий идентификации составляющих уходов ДНГ БИНС, инструментальных погрешностей испытательного стенда, и условий инвариантности;

3. Синтез оптимальных программ идентификации ДНГ БИНС инвариантных к ошибкам выставки и инструментальным погрешностям испытательного стенда;

4. Исследование точностных характеристик синтезируемых программ идентификации.

Методы исследования

В работы использовались методы теории гироскопических устройств, теории ИНС, теории динамических систем и теории оценивания динамических систем. При расчетах и моделирований применялись пакеты прикладных программ МаЙаЬ и МаЙгса<1

Научная новизна

В диссертационной работе получены новые научные результаты теоретического и прикладного характера:

1. Представлено описание процессов автономной идентификации составляющих уходов ДНГ БИНС по методу пространства состояний (векторно-матричной форме), что позволяет применить методы современной теории динамических систем для синтеза оптимальных программ идентификации.

2. Применен частотный критерий идентифицируемости, который в случае последовательного применения позволил получить достаточные условия идентифицируемости вектора состояния, а также определены условия инвариантности относительно перекоса осей стенда, азимутальной выставки и горизонтирования наружной оси стенда.

3. Получена полная совокупность достаточных условий идентифицируемости составляющих уходов ДНГ и инструментальных погрешностей стенда на основе различной степени учета информационных свойств матриц наблюдений в зависимости от азимутальной выставки стенда.

4. Применение критерия максимального подавления влияния измерительного шума на результаты идентификации составляющих уходов ДНГ БИНС позволило получить 6 оптимальных (субоптимальных) программ идентификации составляющих уходов ДНГ БИНС обладающих различной степенью избыточности в зависимости от различной степени учета информационных свойств матриц измерений. Синтезированные оптимальные программы идентификации составляющих ухода ДНГ обладают свойствами инвариантности относительно ошибок выставки и инструментальных погрешностей стенда. 5. Исследованы точностные характеристики синтезированных программ идентификации, и выделена наиболее полно удовлетворяющая предъявленным требованиям (выполнение критерия максимального подавления влияния измерительного шума и рациональная трудоемкость процесса идентификации), программа идентификации имеющая минимальное число измерительных положений. Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в следующем: Предлагаемые программы оптимальной идентификации параметров ДНГ БИНС могут быть использованы:

• в процессе автономных испытаний чувствительных элементов ИНС;

• при идентификации параметров ИНС на аэродромной испытательной базе;

• в процессе проведения предполетной идентификации параметров ИНС.

Защищаемые положения

• Математическая модель процессов идентификации составляющих уходов ДНГ БИНС;

• Результаты исследования условий идентификации составляющих уходов ДНГ БИНС, инструментальных погрешностей испытательного стенда, и условий инвариантности;

• Методика и результаты синтеза оптимальных программ идентификации ДНГ БИНС инвариантных к ошибкам выставки и инструментальным погрешностям испытательного стенда;

• Результаты исследования точностных характеристик синтезируемых программ идентификации.

Реализация результатов работы

Полученные в диссертационной работы предназначенные для применения при разработке пакетов программ идентификации параметров БИНС.

Апробация работы и публикации

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на трех научно-технических конференциях и на заседаниях кафедры «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации» МГТУ им. Баумана, и изложены в 5 статьях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Она изложена на 125 страницах, содержит 38 иллюстраций и 15 таблиц. Список литературы включает 54 наименований.

Заключение диссертации по теме «Приборы навигации», Махмуд Аль-Хусейн Гассан

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе включены следующие научные исследования и лолучены основные результаты:

1. Разработана рациональная математическая модель процесса идентификации БИНС на ДНГ, учитывающая кроме составляющих ухода ДНГ Бесплатформенной инерциальной навигационной системы, ошибки выставки ДНГ и инструментальные погрешности испытательного стенда включая ошибки ориентации испытательного стенда в азимуте и в горизонтальной плоскости.

2. Математическая модель процесса идентификации представлена в векторно-матричном виде для уравнений измерения ДНГ в квазистатическом режиме измерений и с помощью процедуры последовательного синтеза достигнуто построения оптимальных программ идентификации параметров ДНГ БИНС для автономных испытаний ДНГ.

3. Изложенные условия идентифицируемости инструментальных погрешностей БИНС на ДНГ и испытательного стенда. Инструментальные погрешности БИНС определяются инструментальными погрешностями ДНГ, ошибками выставки БИНС на стенде, а инструментальные погрешности стенда представляются ошибками начальной ориентации и перекосом осей стенда. Найденные условия идентифицируемости инструментальных погрешностей БИНС и стенда, позволяют синтезировать оптимальные программы идентификации.

4. Показано условие инвариантности для идентификации составляющих уходов ДНГ БИНС относительно азимутальной выставки, инструментальных погрешностей стенда и перекоса осей стенда;.

5: Получена полная совокупность достаточных условий идентифицируемости составляющих уходов ДНГ и инструментальных погрешностей стенда на основе различной степени учета информационных свойств матриц наблюдений в зависимости от азимутальной выставки стенда, и углов поворота осей испытательного стенда вокруг наружной и внутренней осей.

6. Применение критерия максимального подавления влияния измерительного шума на результаты идентификации составляющих уходов ДНГ БИНС позволило получить 6 оптимальных (субоптимальных) программ идентификации обладающих различной степенью избыточности в зависимости от различной степени учета информационных свойств матриц измерений.

7. Синтезированные программы обладают свойствами инвариантности относительно ошибок выставки и инструментальных погрешностей стенда.

8. Проведен анализ точностных характеристик синтезируемых оптимальных программ идентификации, и сравнения точности и длительности найденных программ идентификации.

9. Выделена наиболее полно удовлетворяющая предъявленным требованиям программа идентификации.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы при построении оптимальных программ идентификации ДНГ в состав БИНС при автономных и предполетных испытаниях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Махмуд Аль-Хусейн Гассан, 2005 год

1. Анучин О. Н., Емельянцев Р. И. Бесплатформенные инерциальные системы навигации и ориентации (БИНС и БИСО): Учебное пособие.- СПб.: ИТМР, 1995.-110 с.

2. Емельянцев Г. И., Каракашев В. А. К анализу ошибок связанной инерциальной навигационной системы // Изв. Вузов, Приборостроение. -1973. -№ 5. С 75-80.

3. Каракашев В. А. Обобщенные уравнения ошибок инерциальных навигационных систем // Изв. Вузов, Приборостроение. -1974. -№ 5.- С 65-69.

4. Анучин О. П., Емельянцев Г. И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / Под общей ред. академика РАН В: Г. Пешехонова. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. СПб.: ГНЦРФ-ЦПИИ «Электроприбор», 2003. -390с.

5. Анучин О. И., Комарова И. Э., Порфирьев Л. Ф. Бортовые системы навигации и ориентации искусственных спутников Земли; СПб.: ГШДРФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2004: -326 с.

6. Андреев В. Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы:- М.: Наука, 1966.-579 с.

7. Андреев В. Д. Теория инерциальной навигации. Корректируемые системы. М.: НаукаД967. - 647 с.

8. Бранец В. Н., Шмыгалевский Н. П. Введение: в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. - 280 с.9: Бромберг П. В. Теория инерциальных систем навигации. М.: Наука, 1979: - 294 с.

9. Степанов О. А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. СПб:: ГШДРФ-ЦНИИ

10. Электроприбор», 2003. 370 с. ■>" 11. Ривкин Б. С., Бермаи 3. М., Окон И. М. Определение параметровориентации объекта бесплатформенной инерциальной системой. СПб.:• ГНЦРФ-ЦНИИ «Электроприбор», 1996. -226 с.

11. Миллер Р. Б. Новый алгоритм определения параметров ориентации бесплатформенных систем // Аэрокосмическая техника. -1984. -№ 5, Т. 2.- С. 35-37.

12. Лурье А. И. Аналитическая механика. М.: Изд-во физ.-мат. лит., 1961.- 824 с.

13. Ишлинский А. Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация. -М.: Наука, 1976. 670 с.

14. Линник Ю. В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки• наблюдений. -М.: Физматгиз, 1962. -350 с.

15. Пешехонов В. Г. Ключевые задачи современной автономной навигации У- // Гироскопия и навигация. -1996. № 1. - С. 48-55.

16. Бабич О. А. Обработка информации в навигационных комплексах. -М.: Машиностроение, 1991.-511 с.

17. Справочник по теории автоматического управления / А. А. Красовский, А. Г. Александров, В. М. Артемьев и др. -М.: Наука, 1987. -712 с.

18. Кузовков И. Т. Салычев О. С. Инерциальная навигация и оптимальная ® фильтрация. М.: Машиностроение, 1982. - 216 с.

19. Эйхофф Л. Основы идентификации систем управления. М.: Мир, 1975.- 686 с.

20. Броксмейир И. Ф. Системы инерциальной навигации. Л.: Судостроение, 1967.-278 с.

21. Климов Д. М. Инерциальная навигация на море. М.: Наука, 1984. -116 с.

22. Сейдж Э., Меле Дж. Идентификация систем управления. М.: Наука, ф 1974.-246 с.

23. Липтон А. Выставка инерциальных систем на подвижном основании.-М.: Наука, 1971.-167 с.

24. Джанджгава Г. И., Будкин В. Л., Тихопаз В. И. Системы навигации, курсовертикали на базе динамически настраиваемых гироскопов. // Сб. Раменского приборостроительного конструкторского бюро. М.: Машиностроение, 2002. - С. 19-21.

25. Методы и устройства для испытаний триад акселерометров / С. Ф. Коновалов, Р. М. Новоселов, А. В. Полынков и др. // V Санкт-петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. СПб .Д 998. - С. 197-203.

26. Современные информационно-измерительные комплексы систем подземной навигации и ориентации / Л. И. Биндер, И. Е. Гутнер, А. П. Мезенцев, А. А. Молчанов // Гироскопия и навигация. 2003. - №1. -С. 110-123.

27. Лич. Б. Недорогие бесплатформенные инерциальные навигационные системы, интегрированные с GPS, для проведения летных испытаний. // Интегрированные интегрировано-спутниковые системы навигации. -СПб.: ГНЦРФ-ЦНИИ «Электроприбор», 2004. С. 144-161.

28. Салычев О. С. Волновое описание возмущений в задачах оценки ошибок инерциальных систем навигации. М.: Машиностроение, 1992. -216 с.

29. Салычев О. С. Скалярное оценивание многомерных динамических систем. М.: Машиностроение, 1987. - 215 с.

30. Кузовков Н. Т., Карабанов С. В. Салычев О. С. Непрерывные и дискретные системы управления и методы идентификации. М.: Машиностроение, 1978. - 221 с.

31. Бадер А., Косотонов В. М., Тихонов В. А. Алгоритмы комплексной обработки информации навигационных систем // Авиационное приборостроение. 2004#--№ 4. - С. 8-17.

32. Биндер Я. И., Падерина Т. В., Анучин О. Н. Калибровка датчиков угловой скорости с механическим носителем вектора кинетического момента в составе бесплатформенных инерциальных измерительных модулей // Гироскопия и навигация. -2003.-№3. С. 3-16.

33. Ригли У., Холлистер У., Денхард У. Теория, проектирование и испытания гироскопов: Перевод с английского / Под редакцией С. А. Харламова. -М.: Мир, 1972.-416 с.

34. Брозгуль Л. И. Динамически настраиваемые гироскопы. Моделипогрешностей для систем навигации. М.: Машиностроение, 1989. -232 с.

35. Пельпор Д. С. Гироскопические системы. Теория гироскопов и гироскопических стабилизаторов. -М.: Высшая школа, 1986. 423 с.

36. Пельпор Д. С., Матвеев В. А., Арсеньев В.Д. Динамически настраиваемые гироскопы. Теория и конструкция. М.: Машиностроение, 1988. -264 с.

37. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя: Перевод с английского / Под редакцией Я. 3. Цыпкина- М.: Наука. Главная редакция Физико-математической литературы, 1991. 432 с.

38. Эдварде А. бесплатформенные инерциальные системы // Вопросы ракетной техники. 1973. - № 3. - С. 47-77.

39. Лебедев Р. К. Стабилизация летательного аппарата бесплатформенной инерциальной системой. М.: Машиностроение, 1977. - 141 с.

40. Дмитроченко А. А., Лолатин В. И. Особенности алгоритмов бесплатформенных инерциальных навигационных систем // Вопросы управления космическими аппаратами / Под редакцией Б. Н. Петрова.- М.: Мир, 1975.-С. 95-117.

41. Ульяновская Т. А. Определение дрейфа динамически настаиваемого гироскопа, вызванного неравножесткостью его подвеса // Материалы VI конференции молодых ученых: Навигация и управление движением.- СПб.,2004. С. 58-64.

42. Богданов М. Б., Прохорцов А. В., Савельев В. В. Способ повышения точности бесплатформенной системы ориентации // Материалы VI конференции молодых ученых: Навигация и управление движением.- СПб.^2004. С. 58-64.

43. Махмуд Аль-хуссейн Г. Математическая модель процесса идентификации ИНС на ДНГ // Информатика и системы управления: Сборник трудов Молодых ученых, аспирантов и студентов» 2004.~№2. -С. 34.

44. Егоров Ю. Г., Махмуд Аль-хуссейн Г. Условия идентифицируемости инструментальных погрешностей БИНС на ДНГ // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Приборостроение. 2005. -№ 3. - С. 35-40.

45. Махмуд Аль-хуссейн Г. Синтез оптимальных программ идентификации БИНС на ДНГ// Информатика и системы управления: Сборник трудов Молодых ученых, аспирантов и студентов, М.^2005. - С. 21-23.

46. Махмуд Аль-хуссейн Г. Оценка точностных характеристик программ идентификации БИНС на ДНГ // Информатика и системы управления: Сборник трудов Молодых ученых, аспирантов и студентов, М.^ 2005. -С. 24-26.

47. Salychev О. Inertial system in navigation and geophysics. Moscow-Bauman MSTU Press, 1998. -352 p.