creexpCrede Experto: транспорт, общество, образование, языкCrede Experto: transport, society, education, language2312-1327Иркутский филиал ФГБОУ ВО «МГТУ ГА»10.51955/23121327_2022_1_101creexp-201Research ArticleАВИОНИКА, АВИАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОСИСТЕМЫ, ПИЛОТАЖНО НАВИГАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ И МЕТОДЫ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИAvionics, aircraft electrical systems, aircraft navigation complexes and methods for their exploitationЭкспериментальное исследование законов распределения выходных сигналов микроэлектромеханических навигационных датчиков беспилотного летательного аппаратаExperimental study of the distribution laws of output signals of microelectromechanical navigation sensors of an unmanned aerial vehiclehttps://orcid.org/0000-0002-6287-2571СанькоАндрей АнатольевичSankoAndrei A.

кандидат технических наук, доцент,

ул. Уборевича, 77

Минск, 220044

 

candidate of technical sciences, associate professor

77, Uborevich St., Minsk, 220044

min.777.144@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2725-6412ШейниковАлексей АлексеевичSheynikovAliaksey A.

кандидат технических наук,

пр-т Независимости, 220

Минск, 220057

 

candidate of technical sciences,

220, Indepedence Ave, Minsk, 220057

af.varb.ao@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7520-9579ТугановГафур ШокировичTuganovGafur Sh.

заместитель начальника кафедры авиационного оборудования

ул. Амира Темура, 11

Чирчик, 702100

 

11, Amir Temur St., Chirchik, 702100

gafurtuganov8080@mail.ruБелорусская государственная академия авиацииБеларусьBelarusian State Aviation AcademyBelarusВоенная академия Республики БеларусьБеларусьMilitary academy of the Republic of BelarusBelarusВысшего военного авиационного училища Республики УзбекистанУзбекистанdeputy head of the aviation equipment department of higher military aviation school of the Republic of UzbekistanUzbekistan20221002202601№ 1 (2022)101112Copyright © Санько А.А., Шейников А.А., Туганов Г.Ш., 20262026Санько А.А., Шейников А.А., Туганов Г.Ш.Sanko A.A., Sheynikov A.A., Tuganov G.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ce.if-mstuca.ru/jour/article/view/201

В статье представлены результаты исследований законов распределения выходных сигналов микроэлектромеханических датчиков, используемых для бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), устанавливаемых на беспилотные летательные аппараты (БЛА) малой массы. В качестве объекта исследования был использован датчик GY-91 (датчик), выполненный по микроэлектромеханической технологии и имеющий инерциально-измерительный блок, состоящий из трех ортогонально расположенных: измерителя угловой скорости, акселерометра, магнитометра и одноканального барометра. Приводятся формулы аппроксимации среднеквадратических отклонений показаний перегрузки, угла тангажа и угловой скорости от различных условий испытаний. Полученные зависимости рекомендуется использовать при выполнении калибровки акселерометров и датчиков угловых скоростей. Даются рекомендации по использованию различных методов фильтрации в зависимости от законов распределения выходных параметров датчика. Рассматриваются различные фильтры, используемые для датчиков БИНС, такие как: фильтр Калмана, медианный фильтр, АВ-фильтр и комплементарный фильтр. Проведен сравнительный анализ алгоритмов фильтрации выходных сигналов микроэлектромеханических датчиков по значению коэффициента сигнал/шум для БЛА самолетного типа при различных оборотах его винта. Даются рекомендации по использованию полученных результатов исследований для алгоритмического обеспечения навигационных систем БЛА малой массы.

The article presents the results of studies of distribution laws of output signals of microelectromechanical sensors used for platformless inertial navigation systems (INS) installed on lightweight unmanned aerial vehicles (UAV). As object of study, the GY-91 sensor was used which is made with the use of microelectromechanical technology and has an inertial measuring unit consisting of three elements located orthogonally: a turn meter, an accelerometer, a magnetometer and a single-channel barometer. Formulas for approximating the mean square deviations of overload, pitch angle and angular velocity indications for various test conditions are given. It is recommended to use the obtained dependences when calibrating accelerometers and angular velocity sensors. Recommendations on the use of different filtering methods depending on the distribution laws of the output parameters of the sensor are given. Various filters used for platformless INS sensors, such as the Kalman filter, the median filter, the AB filter and the complementary filter, are considered. A comparative analysis of algorithms for filtering the output signals of microelectromechanical sensors according to the value of signal-to-noise ratio for an aircraft-type UAV at different propeller speeds was performed. Recommendations are given on the use of the obtained research results for the algorithmic support of lightweight UAV navigation systems. 

датчикигироскопакселерометрпогрешностизакон распределения.sensorsgyroscopeaccelerometererrorsdistribution law.ReferencesАванесов Г. А. Вопросы применения микромеханических гироскопов для космических проектов / Г. А. Аванесов, Р. В. Бессонов, С. А. Дятлов, А. Н. Куркина, В. В. Сазонов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 4. С. 51-63.Avanesov G. A., Bessonov R. V., Dyatlov S. A., Kurkina A. N., Sazonov V. V. (2013). Application of micromechanical gyroscopes for space projects. Modern problems of remote sensing of the Earth from space. T. 10. 4: 51-63. (In Russian).Брандт З. Статистические методы анализа наблюдений / под ред. В. Ф. Писаренко. М.: Мир, 1975. 312 с.Blair W. D. (1992). Fixed-gain two-stage estimators for tracking maneuvering targets. Naval Surface Warfare Center. 68 p.Голубев В. Д. Фильтрация случайных помех выходного сигнала для земановских лазерных гироскопов в процессе технологических испытаний / В. Д. Голубев, А. О. Синельников // Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. № 5. С. 98-103.Brandt Z., Pisarenko V. F (eds) (1975). Statistical methods of analysis of observations. Moscow: Mir. 312 p. (In Russian).Зинова В. В. Синтез и исследование алгоритмов фильтрации, применяемых на этапе вторичной обработки радиолокационной информации // Политехнический молодежный журнал. МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2018. № 8. С. 1-13.Golubev V. D., Sinelnikov A. O. (2018). Filtration of random noise in the output signal for Zeman laser gyroscopes in the process of technological tests. Bulletin of TulSU. Technical science. 5: 98-103. (In Russian).Иванов Ю. В. Исследование статистических характеристик микромеханических датчиков инерциального модуля // Датчики и системы. 2007. № 1. С. 25-26.Gray J. E., Murray W. J. (1993). A derivation of an analytic expression for the tracking index for the alpha-beta-gamma filter. IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems. 29: 1064-1065.Капля В. И. Калибровка трехосного акселерометра по данным ряда измерений различной ориентацией / В. И. Капля, И. В. Савицкий, Д. А. Мастиков // Электронный научный журнал Инженерный вестник Дона. 2018. № 2. [Электронный ресурс] – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2018/4963; (дата обращения: 10.10.21).Ivanov Yu.V. (2007). Investigation of the statistical characteristics of micromechanical sensors of the inertial module. Sensors and Systems. 1: 25-26. (In Russian).Коновалов А. А. Основы траекторной обработки радиолокационной информации: в 2 ч. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. Ч. 2. 180 с.Kaplya V. I., Savitsky I. V., Mastikov D. A. (2018). Calibration of a triaxial accelerometer according to a number of measurements with different orientations. Electronic scientific journal Engineering Bulletin of the Don. 2. [Electronic source] – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2018/4963; (accessed: 10.10.21). (In Russian).Малкин В. А. Адаптивные фильтры сглаживания сигналов датчиков в системах микроавионики // Приборы и методы измерений. 2012. № 1 (4). С. 11-15.Konovalov A. A. (2014). Fundamentals of trajectory processing of radar information: in 2 hours. St. Petersburg: Publishing house of ETU "LETI", Part 2. 180 p. (In Russian).Мелешко В. В. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы: учебное пособие. Кировоград: ПОЛИМЕД-Сервис, 2011. 171 с.Malkin V. A. (2012). Adaptive filters for smoothing sensor signals in microavionics systems. Instruments and measurement methods. 1 (4): 11-15. (In Russian).Николаев С. Г. Калибровка бесплатформенных инерциальных навигационных систем по выходным сигналам модели ошибок / С. Г. Николаев, Ю. В. Ившина // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2014. № 4. С. 95-105.Maluf N., Williams K. (2006). An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering. ARTECH HOUSE. 304 p.Blair W. D. Fixed-gain two-stage estimators for tracking maneuvering targets. Naval Surface Warfare Center, 1992. 68 p.Meleshko V., Nesterenko O. (2011). Strapdown inertial navigation systems. Tutorial. Kirovograd. POLYMED – Service. 171 p. (In Russian).Gray J. E., Murray, W. J. A derivation of an analytic expression for the tracking index for the alpha-beta-gamma filter. IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems. № 29. 1993. P. 1064-1065.Nikolayev S. G., Ivshina Y. U. (2014). Calibration of strapdown inertial navigation systems using output signals of error model. St. Petersburg Polytechnical University Journal. Computer Science. Telecommunication and Control Sys. 4: 95-105. (In Russian).Maluf N., Williams K. An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering. ARTECH HOUSE, INC, 2006. 304 p.Shin E. H. (2001). Accuracy improvement of low cost INS/GPS for land applications: PHD Thesis. Calgary, Canada: The University of Calgary. 137 p.Shin E. H. Accuracy improvement of low cost INS/GPS for land applications: PHD Thesis. Calgary, Canada: The University of Calgary, 2001. 137 p.Syed Z. (2009). Design and implementation issues of a portable navigation system: PHD Thesis. Calgary, Canada: The University of Calgary. 230 p.Syed Z. Design and implementation issues of a portable navigation system: PHD Thesis. Calgary, Canada: The University of Calgary, 2009. 230 p.Zinova V. V. (2018). Synthesis and research of filtering algorithms used at the stage of secondary processing of radar information. Polytechnic Youth Journal. MSTU them. N. E. Bauman. 8: 1-13. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.