Экспериментальное исследование законов распределения выходных сигналов микроэлектромеханических навигационных датчиков беспилотного летательного аппарата

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.

1. Аванесов 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.

2. Брандт З. Статистические методы анализа наблюдений / под ред. В. Ф. Писаренко. М.: Мир, 1975. 312 с.

3. 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.

4. 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.

5. Иванов Ю. В. Исследование статистических характеристик микромеханических датчиков инерциального модуля // Датчики и системы. 2007. № 1. С. 25-26.

6. 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).

7. Коновалов А. А. Основы траекторной обработки радиолокационной информации: в 2 ч. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. Ч. 2. 180 с.

8. Малкин В. А. Адаптивные фильтры сглаживания сигналов датчиков в системах микроавионики // Приборы и методы измерений. 2012. № 1 (4). С. 11-15.

9. Мелешко В. В. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы: учебное пособие. Кировоград: ПОЛИМЕД-Сервис, 2011. 171 с.

10. 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.

11. Blair W. D. Fixed-gain two-stage estimators for tracking maneuvering targets. Naval Surface Warfare Center, 1992. 68 p.

12. 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.

13. Maluf N., Williams K. An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering. ARTECH HOUSE, INC, 2006. 304 p.

14. Shin E. H. Accuracy improvement of low cost INS/GPS for land applications: PHD Thesis. Calgary, Canada: The University of Calgary, 2001. 137 p.

15. Syed Z. Design and implementation issues of a portable navigation system: PHD Thesis. Calgary, Canada: The University of Calgary, 2009. 230 p.