Методи та моделі підвищення ефективності морської навігації на основі інерціальних навігаційних систем в умовах невизначенності

Abstract

Макарчук Д.В. Методи та моделі підвищення ефективності морської навігації на основі інерціальних навігаційних систем в умовах невизначенності. – кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.13 " Навігація і управління рухом. – Льотна академія Національного авіаційного університету, Міністерство освіти та науки України, Кропивницький, 2019. У дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову задачу, яка полягала в синтезі методів та моделей підвищення ефективності морської навігації в умовах невизначенності, які забезпечать підвищення ефективності морської навігації в умовах невизначенності за рахунок урахування аномалій гравітаційного поля Землі і положення виска гіроплатформи. Наукова новизна отриманих в роботі результатів полягає в наступному: вперше синтезовано метод адаптивної обробки навігаційної інформації в умовах невизначенності основних помилок навігаційних систем в якому через механізми на основі рекурентних цільових нерівностей дискретизується вектор невизначених параметрів. Особливою рисою даного методу є те, що обробка навігаційної інформації забезпечується при завданні невизначених параметрів, які відрізняються одне від одного не тільки чисельними значеннями параметрів, але і структурою; удосконалено метод оцінки моделі мультиструктурного сигналу помилок навігаційних систем, який на відміну від існуючих відображає реальну ситуацію при формуванні сигналу помилок за рахунок введення співвідношення фільтра Калмана для кожної з моделей, що дають часткові оцінки і коваріації та обчислення апостеріорних ймовірностей цих моделей через нев’язки фільтрів; удосконалено модель опису аномального гравітаційного поля Землі, яка на відміну від існуючих одночасно врахувує збурення, що породжені як аномальним гравітаційним полем, так і інструментальними похибками чутливих елементів гіроскопів через введення випадкового ізотропного поля, заданого на нескінченній площині; набула подальшого розвитку модель урахування похибок навігаційних систем, що виникають в аномальному гравітаційному полі Землі за рахунок побудові вертикалі і інерціального тригранника та введенням додаткових механізмів оцінки похибок демпфірування. Макарчук Д.В. Методы и модели повышения эффективности морской навигации на основе инерциальных навигационных систем в условиях неопределенности. - квалификационная научная работа на правах рукописи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.13 "Навигация и управление движением". - Летная академия Национального авиационного университета, Министерство образования и науки Украины, Кропивницкий, 2019. В диссертационной работе решена актуальная научная задача, которая заключалась в синтезе методов и моделей повышения эффективности морской навигации в условиях неопределенности, которые обеспечат повышение эффективности морской навигации в условиях неопределенности за счет учета аномалий гравитационного поля Земли и положения отвеса гироплатформы. Научная новизна полученных в работе результатов заключается в следующем: впервые синтезирован метод адаптивной обработки навигационной информации в условиях неопределенности основных ошибок навигационных систем в котором через механизмы на основе рекуррентных целевых неравенств дискретизируется вектор неопределенных параметров. Особенностью данного метода является то, что обработка навигационной информации обеспечивается при задании неопределенных параметров, которые отличаются друг от друга не только численными значениями параметров, но и структурой; усовершенствован метод оценки модели мультиструктурного сигнала ошибок навигационных систем, который в отличие от существующих отражает реальную ситуацию при формировании сигнала ошибок за счет введения соотношение фильтра Калмана для каждой из моделей, дают частные оценки и ковариации и вычисления апостериорных вероятностей этих моделей из невязки фильтров; усовершенствована модель описания аномального гравитационного поля Земли, в отличие от существующих одновременно учитывает возмущения, порожденные как аномальным гравитационным полем, так и инструментальными погрешностями чувствительных элементов гироскопов из-за введения случайного изотропного поля, заданного на бесконечной плоскости; получила дальнейшее развитие модель учета погрешностей навигационных систем, возникающих в аномальном гравитационном поле Земли за счет построении вертикали и инерциального трехгранника и введением дополнительных механизмов оценки погрешностей демпфирования. Makarchuk D.V. Methods and models of increasing the efficiency of naval navigation on the basis of inertial navigation systems under uncertainty. Dissertation for obtaining the scientific degree of the candidate of technical sciences (doctor of philosophy) in specialty 05.22.13 "Navigation and traffic control" (05 - technical sciences). - Aircraft Academy of the National Aviation University, Ministry of Education and Science of Ukraine, Kropivnitsky, 2019. In the dissertation work the actual scientific problem was solved, which consisted in the synthesis of methods and models of increasing the efficiency of naval navigation in conditions of uncertainty, which will provide an increase in the efficiency of naval navigation in conditions of uncertainty by taking into account the anomalies of the gravitational field of the Earth and the position of the temple of the gyroplotform. It is established that the optimal filtration of the navigation information processing is provided with the organization of the following calculation model: on the basis of the received measurement of the correction signal of the navigation system, we calculate the a posterior density, and then determine the optimal estimation of the state vector of the navigation system, which we then use to obtain the error estimation of the vector of navigational parameters produced on each step of measuring navigation parameters. The obtained relations express the connection between the errors of the inertial system in the development of the coordinates, and the course of the object, on the one hand, and the errors of constructing the vertical and the inertial triangular on the other. Also obtained equation of error of construction of a vertical, taking into account mistakes horizontally platform with accelerometers, implementing a system of coordinates and instrumental errors of accelerometers. An estimation of accuracy of the models of taking into account the anomalies of the gravitational field of the Earth in navigation systems, where the error of construction of the vertical, caused by the errors of the deviation of the temple is considered the main one. For given values of errors in determining the position of the temple at level 1; 2; 3 "gives an error in determining the construction of the vertical at 1.3, 2.3 and 3.3" respectively, which is 12-18% better than the current inertial systems. In order to evaluate the performance indicators of the proposed information support methodology, an simulation model of the operation of the next change was developed and implemented as part of the ARM layout of the aviation controller (flight manager) of the RCC. With this model, individual performance indicators were obtained. Estimated methodological errors in the development of geodetic coordinates, due to inaccurate consideration of the radii of curvature of the earth ellipsoid. It was established that when maneuvering a sea vessel at speed v = 10 - 20 m / s the value of these errors is not more than 0,5 "even at latitude 89 °.