УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЖКХ (УЭЭП)
Войти на сайт | Регистрация
УДК 621.37
Об анализе погрешностей интегрированной навигационной системы и методах их оценивания
Фокин Леонид Алексеевич, м.н.с. Управления научной и инновационной деятельности, Южно-Уральский государственный университет, ezfm@yandex.ru
Ширяев Владимир Иванович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой систем управления, Южно-Уральский государственный университет, vis@prima.susu.ac.ru
Подивилова Елена Олеговна, аспирант, Южно-Уральский государственный университет, podivilova_elena@mail.ru
Аннотация
Анализируются погрешности измерительной информации астро-инерциально-спутниковой навигационной системы, рассматриваются подходы к описанию погрешностей и методы их оценивания, соответствующие предложенному описанию. Анализ проводится на основе научно-технической информации, эмпирических данных и выводов, изложенных в некоторых отечественных и зарубежных публикациях за последние 15 лет.
Ключевые слова
погрешность, фильтр Калмана, минимаксный фильтр, бесплатформенная инерциальная навигационная система, спутниковая навигационная система, астронавигационная система, астрокорректор
Литература
1. Калман, Р.Э. Идентификация систем с шумами / Р. Э. Калман // Успехи математических наук. – 1985. – Т. 40, Вып. 4(244). – С. 27–41.
2. Браммер, К. Фильтр Калмана-Бьюси. Детерминированное наблюдение и стохастическая фильтрация / К. Браммер, Г. Зиффлинг. – М.: Наука, 1982. – 200 с.
3. Степанов, О.А. Фильтр Калмана: история и современность (К 80-летию Рудольфа Калмана) / О.А. Степанов // Гироскопия и навигация. – 2010. – № 2(69). – С. 107–120.
4. Степанов, О.А. Рекуррентное оценивание и фильтрация: предыстория и современное состояние / О.А. Степанов // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2010. – № 12. – С. 10–16.
5. Савинов, Г.Ф. О некоторых особенностях алгоритма оптимальной фильтрации Калмана-Бьюси / Г. Ф. Савинов // Авиакосмическое приборостроение. – 2007. – № 6. – С. 22–29.
6. Горбачев, А.Ю. Критерии оценки алгоритмов оптимальной фильтрации / А.Ю. Горбачев // Авиакосмическое приборостроение. – 2008. – № 6. – С. 19–23.
7. Krener, A. Kalman-Bucy and minimax filtering / A. Krener // IEEE Transactions on Automatic Control. – 1980. – Vol. 25, № 2. – P. 291–292.
8. Schweppe, F.C. Recursive state estimation: Unknown but bounded errors and system inputs / F. C. Schweppe // IEEE Transactions on Automatic Control. – 1968. – № 13(1). – P. 22–28.
9. Эльясберг, П.Е. Определение движения по результатам измерений / П. Е. Эльясберг. – М.: Наука, 1976. – 416 с.
10. Кац, И.Я. Минимаксная многошаговая фильтрация в статистически неопределенных ситуациях / И.Я. Кац, А.Б. Куржанский // Автоматика и телемеханика. – 1978. – № 11. – С. 79–87.
11. Черноусько, Ф.Л. Оценивание фазового состояния динамических систем. Метод эллипсоидов / Ф.Л. Черноусько. – М.: Наука, 1988. – 320 с.
12. Ширяев, В. И. Синтез управления линейными системами при неполной информации / В.И. Ширяев // Изв. РАН. Техническая кибернетика. – 1994. – № 3. – С. 229-237.
13. Matasov, A.I. Estimators for uncertain dynamic systems / A.I. Matasov. – Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1998. – 424 p.
14. Филимонов, Н.Б. Идентификация состояния и внешней среды дискретных динамических объектов методом полиэдрального программирования / Н.Б. Филимонов // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2003. – № 2. –С. 11–15.
15. Кунцевич, В.М. Управление в условиях неопределенности / В.М. Кунцевич. – Киев: Наукова думка, 2006. – 264 с.
16. Овсеевич, А.И. К вопросу о сопоставлении вероятностного и гарантированнго подходов к прогнозу фазового состояния динамических систем / А.И. Овсеевич, А.М. Шматков // Изв. РАН. Теория и системы управления. – 1997. – № 4. – С. 11–16.
17. Оценивание состояния динамической системы в условиях неопределённости / В.И. Ширяев, В.И. Долбенков, Е.Д. Ильин, Е.О. Подивилова // Экстремальная робототехника: сб. докл. междунар. науч.-техн. конф. – СПб.: Политехника-сервис. – 2011. – C. 234–243.
18. Levine, S.E. Stars in the USNO-B1 catalog with proper motions between 1.0 and 5.0 arcseconds per year / S.E. Levine // The Astronomical Journal. – 2005. – Vol. 130. – P. 319–336.
19. Liebe, C.C. Accuracy performance of the star trackers – A tutorial / C.C. Liebe // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. – 2002. – Vol. 38, № 2. – P. 587–599.
20. Eisenman, A.R. Realization of a faster, cheaper, better star tracker for the new millennium / A.R. Eisenman, C.C. Liebe, J.L. Jorgensen, G.B. Jensen // IEEE Aerospace Conference Proceedings. – 1997. – Vol. 2. – P. 327–336.
21. Изв. вузов. Приборостроение. Тематический выпуск: Задачи навигации и ориентации космических аппаратов по бортовым астроизмерениям. – 2003. – Т. 46, № 4. – 89 с.
22. El-Rabbany, A. Introduction to GPS. The global positioning system / A. El-Rabbany. – Norwood, MA: Artech House, Inc., 2002. – 196 p.
23. Dousa, J. The impact of errors in predicted GPS orbits on zenith troposphere delay estimation / J. Dousa // GPS Solutions. – 2008. – Vol. 14, № 3. – P. 229–239.
24. Grewal, M.S. Global positioning systems, inertial navigation, and integration / M.S. Grewal, L.R. Weill, A.P. Andrews. – New-York: John Wiley & Sons, Inc, 2001. – 392 p.
25. Kwon, J.H. Gravity requirements for compensation of ultra-precise inertial navigation / J.H. Kwon, K. Jekeli // The Journal of Navigation. – 2005. – Vol. 58. – P. 479–492.
26. Dorota, A. et al. Gravity modeling for high-accuracy GPS/INS integration / A. Dorota // Navigation. – 1998. – Vol. 45, № 3. – P. 209–220.
27. Eisenman, A.R. The advancing state-of-the-art in second generation star trackers / A.R. Eisenman, C.C. Liebe // IEEE Aerospace Conference Proceedings: Aspen, Colorado, US, 21–28 Mar, 1998. – IEEE, 1998. – Vol. 1. – P. 111–118.
28. Sandau. R. Small satellites for earth observation: Selected contributions / R. Sandau, H.-P. Roeser, A. Valenzuela. – New-York: Springer, 2008. – 406 p.
29. Predictive centroiding for single and multiple FOVs star trackers / M.A. Samaan, D. Mortari, T.C. Pollock, L.J. Junkins // AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting: San-Antonio, Texas, 27–31 January, 2002. – San-Antonio, 2002. – P. 341–349.
30. Tamazin, M. Benefits of combined GPS/GLONASS processing for high sensitivity receivers / M. Tamazin // Ms. of Science Degree Thesis. – Calgary: University of Alberta, 2011. – 164 p.
31. Spangenberg, M. Safe navigation for vehicles / M. Spangenberg // PhD Degree Thesis. – Toulouse: University of Toulouse, 2009. – 211 p.
32. Kaplan, E.D. Understanding GPS: Principles and applications, 2nd ed. / E.D. Kaplan, C.J. Hegarty. – Boston: Artech House, 2006. – 723 p.
33. Яценков, В.С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS Navstar и ГЛОНАСС / В.С. Яценков. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 272 с.
34. A GPS velocity sensor: How accurate can it be? – A first look / L. Serrano, D. Kim, R.B. Langley, K. Itani, M. Ueno // Proceedings of ION National Technical Meeting: 26–28 January 2004, San-Diego, California, USA. – ION, 2004. – P. 875–885.
35. Titterton, D. Strapdown inertial navigation technology / D. Titterton, J. Weston. – New-York: IEEE, 2004. – 558 p.
36. Алешин, Б.С. Ориентация и навигация подвижных объектов / Б.С. Алешин, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморский. – М.: Физматлит, 2006. – 424 с.
37. Park, M. Error and performance analysis of MEMS-based inertial sensors with a low-cost GPS receiver / M. Park, Y. Gao // Sensors. – 2008. – Vol. 8. – P. 2240–2261.
38. Arden, D. The MEMS/GPS strapdown navigator: Defense R&D Canada contract report (CR 2007-094) / D. Arden. – Ottawa: DRDC, 2007. – 36 p.
39. Dual-axis iMEMS accelerometer ADXL103/ ADXL203 Data Sheet. Rev. D. – Analog Devices, 2011. – D03757-0-9/11(D). – 16 p.
2. Браммер, К. Фильтр Калмана-Бьюси. Детерминированное наблюдение и стохастическая фильтрация / К. Браммер, Г. Зиффлинг. – М.: Наука, 1982. – 200 с.
3. Степанов, О.А. Фильтр Калмана: история и современность (К 80-летию Рудольфа Калмана) / О.А. Степанов // Гироскопия и навигация. – 2010. – № 2(69). – С. 107–120.
4. Степанов, О.А. Рекуррентное оценивание и фильтрация: предыстория и современное состояние / О.А. Степанов // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2010. – № 12. – С. 10–16.
5. Савинов, Г.Ф. О некоторых особенностях алгоритма оптимальной фильтрации Калмана-Бьюси / Г. Ф. Савинов // Авиакосмическое приборостроение. – 2007. – № 6. – С. 22–29.
6. Горбачев, А.Ю. Критерии оценки алгоритмов оптимальной фильтрации / А.Ю. Горбачев // Авиакосмическое приборостроение. – 2008. – № 6. – С. 19–23.
7. Krener, A. Kalman-Bucy and minimax filtering / A. Krener // IEEE Transactions on Automatic Control. – 1980. – Vol. 25, № 2. – P. 291–292.
8. Schweppe, F.C. Recursive state estimation: Unknown but bounded errors and system inputs / F. C. Schweppe // IEEE Transactions on Automatic Control. – 1968. – № 13(1). – P. 22–28.
9. Эльясберг, П.Е. Определение движения по результатам измерений / П. Е. Эльясберг. – М.: Наука, 1976. – 416 с.
10. Кац, И.Я. Минимаксная многошаговая фильтрация в статистически неопределенных ситуациях / И.Я. Кац, А.Б. Куржанский // Автоматика и телемеханика. – 1978. – № 11. – С. 79–87.
11. Черноусько, Ф.Л. Оценивание фазового состояния динамических систем. Метод эллипсоидов / Ф.Л. Черноусько. – М.: Наука, 1988. – 320 с.
12. Ширяев, В. И. Синтез управления линейными системами при неполной информации / В.И. Ширяев // Изв. РАН. Техническая кибернетика. – 1994. – № 3. – С. 229-237.
13. Matasov, A.I. Estimators for uncertain dynamic systems / A.I. Matasov. – Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1998. – 424 p.
14. Филимонов, Н.Б. Идентификация состояния и внешней среды дискретных динамических объектов методом полиэдрального программирования / Н.Б. Филимонов // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2003. – № 2. –С. 11–15.
15. Кунцевич, В.М. Управление в условиях неопределенности / В.М. Кунцевич. – Киев: Наукова думка, 2006. – 264 с.
16. Овсеевич, А.И. К вопросу о сопоставлении вероятностного и гарантированнго подходов к прогнозу фазового состояния динамических систем / А.И. Овсеевич, А.М. Шматков // Изв. РАН. Теория и системы управления. – 1997. – № 4. – С. 11–16.
17. Оценивание состояния динамической системы в условиях неопределённости / В.И. Ширяев, В.И. Долбенков, Е.Д. Ильин, Е.О. Подивилова // Экстремальная робототехника: сб. докл. междунар. науч.-техн. конф. – СПб.: Политехника-сервис. – 2011. – C. 234–243.
18. Levine, S.E. Stars in the USNO-B1 catalog with proper motions between 1.0 and 5.0 arcseconds per year / S.E. Levine // The Astronomical Journal. – 2005. – Vol. 130. – P. 319–336.
19. Liebe, C.C. Accuracy performance of the star trackers – A tutorial / C.C. Liebe // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. – 2002. – Vol. 38, № 2. – P. 587–599.
20. Eisenman, A.R. Realization of a faster, cheaper, better star tracker for the new millennium / A.R. Eisenman, C.C. Liebe, J.L. Jorgensen, G.B. Jensen // IEEE Aerospace Conference Proceedings. – 1997. – Vol. 2. – P. 327–336.
21. Изв. вузов. Приборостроение. Тематический выпуск: Задачи навигации и ориентации космических аппаратов по бортовым астроизмерениям. – 2003. – Т. 46, № 4. – 89 с.
22. El-Rabbany, A. Introduction to GPS. The global positioning system / A. El-Rabbany. – Norwood, MA: Artech House, Inc., 2002. – 196 p.
23. Dousa, J. The impact of errors in predicted GPS orbits on zenith troposphere delay estimation / J. Dousa // GPS Solutions. – 2008. – Vol. 14, № 3. – P. 229–239.
24. Grewal, M.S. Global positioning systems, inertial navigation, and integration / M.S. Grewal, L.R. Weill, A.P. Andrews. – New-York: John Wiley & Sons, Inc, 2001. – 392 p.
25. Kwon, J.H. Gravity requirements for compensation of ultra-precise inertial navigation / J.H. Kwon, K. Jekeli // The Journal of Navigation. – 2005. – Vol. 58. – P. 479–492.
26. Dorota, A. et al. Gravity modeling for high-accuracy GPS/INS integration / A. Dorota // Navigation. – 1998. – Vol. 45, № 3. – P. 209–220.
27. Eisenman, A.R. The advancing state-of-the-art in second generation star trackers / A.R. Eisenman, C.C. Liebe // IEEE Aerospace Conference Proceedings: Aspen, Colorado, US, 21–28 Mar, 1998. – IEEE, 1998. – Vol. 1. – P. 111–118.
28. Sandau. R. Small satellites for earth observation: Selected contributions / R. Sandau, H.-P. Roeser, A. Valenzuela. – New-York: Springer, 2008. – 406 p.
29. Predictive centroiding for single and multiple FOVs star trackers / M.A. Samaan, D. Mortari, T.C. Pollock, L.J. Junkins // AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting: San-Antonio, Texas, 27–31 January, 2002. – San-Antonio, 2002. – P. 341–349.
30. Tamazin, M. Benefits of combined GPS/GLONASS processing for high sensitivity receivers / M. Tamazin // Ms. of Science Degree Thesis. – Calgary: University of Alberta, 2011. – 164 p.
31. Spangenberg, M. Safe navigation for vehicles / M. Spangenberg // PhD Degree Thesis. – Toulouse: University of Toulouse, 2009. – 211 p.
32. Kaplan, E.D. Understanding GPS: Principles and applications, 2nd ed. / E.D. Kaplan, C.J. Hegarty. – Boston: Artech House, 2006. – 723 p.
33. Яценков, В.С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS Navstar и ГЛОНАСС / В.С. Яценков. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 272 с.
34. A GPS velocity sensor: How accurate can it be? – A first look / L. Serrano, D. Kim, R.B. Langley, K. Itani, M. Ueno // Proceedings of ION National Technical Meeting: 26–28 January 2004, San-Diego, California, USA. – ION, 2004. – P. 875–885.
35. Titterton, D. Strapdown inertial navigation technology / D. Titterton, J. Weston. – New-York: IEEE, 2004. – 558 p.
36. Алешин, Б.С. Ориентация и навигация подвижных объектов / Б.С. Алешин, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморский. – М.: Физматлит, 2006. – 424 с.
37. Park, M. Error and performance analysis of MEMS-based inertial sensors with a low-cost GPS receiver / M. Park, Y. Gao // Sensors. – 2008. – Vol. 8. – P. 2240–2261.
38. Arden, D. The MEMS/GPS strapdown navigator: Defense R&D Canada contract report (CR 2007-094) / D. Arden. – Ottawa: DRDC, 2007. – 36 p.
39. Dual-axis iMEMS accelerometer ADXL103/ ADXL203 Data Sheet. Rev. D. – Analog Devices, 2011. – D03757-0-9/11(D). – 16 p.
Источник
Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». – 2012. – Вып. 17. - № 35 (294). С. 127-134. (Статьи)