РАЗВИТИЕ И СОВРЕМЕННОСТЬ

Навигация в условиях подавления спутниковых сигналов с использованием инерциальных систем, визуальной одометрии и радиомаяков с оценкой наблюдаемости и дрейфа

Авторы

  • Тяньи Гуань Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29

Как цитировать

ГОСТ Гуань Т. Навигация в условиях подавления спутниковых сигналов с использованием инерциальных систем, визуальной одометрии и радиомаяков с оценкой наблюдаемости и дрейфа // Академический исследовательский журнал. 2025. Т. 3. № 10. С. 59-76. DOI: 10.25726/j6134-5147-0497-l
APA Гуань, Т. (2025). Навигация в условиях подавления спутниковых сигналов с использованием инерциальных систем, визуальной одометрии и радиомаяков с оценкой наблюдаемости и дрейфа. Академический исследовательский журнал, 3(10), 59-76. https://doi.org/10.25726/j6134-5147-0497-l

Аннотация

Работа посвящена созданию комплексной навигационной системы для мобильных платформ, работающих в помещениях и городских условиях, где спутниковые сигналы недоступны либо преднамеренно искажены. Цель исследования состоит в разработке алгоритма глубокой интеграции инерциальных измерений визуальной одометрии и данных от радиомаяков с одновременной оценкой наблюдаемости и параметров дрейфа датчиков и в экспериментальной проверке полученного решения. В качестве материалов используются результаты численного моделирования траекторий движущегося объекта, а также данные натурных экспериментов на роботизированной платформе оборудованной инерциальным модулем стереокамерой и системой из стационарных сверхширокополосных радиомаяков на закрытом испытательном полигоне со сложной конфигурацией маршрутов. Методология основана на расширенном фильтре Калмана с пятнадцатимерным вектором состояния, включающим координаты скорости ориентацию и квазистационарные ошибки акселерометров и гироскопов при этом проводится формальный анализ наблюдаемости путем исследования ранга матрицы и изучается влияние траекторий и геометрии маяков на возможность идентификации дрейфа. Результаты моделирования и экспериментов показывают, что чисто инерциальная система приводит к лавинообразному росту ошибки позиционирования, тогда как добавление визуальной одометрии и радиомаяков экспоненциально снижает среднеквадратическую ошибку абсолютного положения вплоть до десятых долей метра по всей протяженности трассы. Показано, что комплексная конфигурация обеспечивает высокую точность оценки смещений инерциальных датчиков с относительной ошибкой порядка нескольких процентов, что заметно замедляет накопление погрешности при временной потере внешних измерений и обеспечивает мягкую деградацию точности при отказах отдельных подсистем. Дополнительно продемонстрирована критическая зависимость точности от геометрического фактора расположения радиомаяков и сформулированы инженерные рекомендации по их размещению для достижения заданного уровня допустимой ошибки. Научная новизна работы заключается в одновременном количественном учете наблюдаемости параметров дрейфа и влияния геометрии инфраструктуры что позволяет задать обоснованные требования к маневрам платформы и конфигурации датчиков еще на этапе проектирования системы. Намечены направления дальнейших исследований, включающие применение более общих нелинейных фильтров анализ работы в условиях негауссовых шумов и разработку адаптивных процедур изменения весов измерений в зависимости от текущей информационной ценности сигналов.

Ключевые слова

автономная навигация без спутников инерциальные навигационные системы визуальная одометрия радиомаяки UWB расширенный фильтр Калмана

Финансирование

Авторы не заявили о внешнем финансировании исследования.

Библиографические ссылки

Бабокин М.И., Костюк Е.А., Бадак Л.А., Стёпин В.Г. Космические РСА интерферометры детальной оценки рельефа местности с одновременным формированием парных сигналов // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2022. № 1 (45). С. 5-13.

Бахолдин В.С., Леконцев Д.А. Метод обработки сигналов в фазометрической радионавигационной системе // Навигация и гидрография. 2022. № 67. С. 28-36.

Берг А.Г., Кавинский В.В., Никулин А.С., Желтов С.Ю. Повышение помехозащищенности и надежности навигации с использованием методов интеграции данных инерциальных и спутниковых систем // Труды ГосНИИАС. Серия: Вопросы авионики. 2022. № 3 (58). С. 21-31.

Блинов И.Ю., Арсланбеков И.Р. Определение значения уровня входного сигнала навигационного приемника по блокированию для обеспечения возможности обработки сигналов с высоким энергетическим уровнем // Радионавигация и время: труды СЗРЦ Концерна ВКО Алмаз Антей . 2023. № 13 (21). С. 61-66.

Боев С.Ф., Тимошенко А.В., Разиньков С.Н., Шевцов В.А. Отождествление воздушных объектовпри обнаружении и сопровождении всеатмосферным радиолокатором // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2022. № 1. С. 50-59.

Горшков П.С., Патрикеев А.П., Полякова А.А., Чернодаров А.В. Инерциально спутниковая навигация в сложной помеховой обстановке с использованием МЭМС датчиков // Труды международного симпозиума Надежность и качество . 2024. Т. 1. С. 22-28.

Драницына Е.В., Соколов А.И. Вращение инерциального измерительного модуля как способ повышения точности бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Аналитический обзор // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31. № 4 (123). С. 22-43.

Ерохин В.В., Лежанкин Б.В., Болелов Э.А., Урбанский Д.Ю. Оценка параметров многопозиционной системы наблюдения на основе адаптивного фильтра Калмана // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2024. № 46. С. 9-19.

Ефремова Е.С., Солдаткина К.В. Алгоритмы повышения помехоустойчивости измерительных каналов системы воздушных сигналов одновинтового вертолета с неподвижным приемником потока // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2024. Т. 80. № 2. С. 132-139.

Жестерев А.Е., Ипатов В.П. Оптимальное измерение запаздывания эхосигнала спутникового высотомера при дискретных зависимых наблюдениях // Новости навигации. 2022. № 2. С. 30-35.

Завгородний А.С. О применении метода разделения сигналов глобальных навигационных спутниковых систем // Альманах современной метрологии. 2024. № 3 (39). С. 18-25.

Иванов А.В., Москвитин С.П., Иванов А.А., Лежнева Н.А. Определение аномальных измерений псевдодальности до навигационного космического аппарата в аппаратуре приема сигналов спутниковой радионавигационной системы // Радиотехника и электроника. 2024. Т. 69. № 8. С. 727-740.

Калихман Д.М., Туркин В.А. Методика контроля блоков чувствительных элементов с неортогональной ориентацией измерительных осей // Гироскопия и навигация. 2023. Т. 31. № 4 (123). С. 44-63.

Маслов И.С., Столяров В.Д. Исследование инерциальных модулей для построения пилотажнонавигационных систем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 12. С. 80-84.

Наумченко В.П., Илюшин П.А., Пикунов Д.Г., Соловьёв А.В. Оптимизационный подход к начальной выставке платформенной инерциальной системы при воздействии шумов // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 2. С. 158-168.

Выпуск

Раздел

РАЗВИТИЕ И СОВРЕМЕННОСТЬ

Метрики

339 просмотров
0 скачиваний
Хотите опубликоваться?
Подать статью