Метод восстановления оценки параметров движения беспилотного летательного аппарата при идентификации факта помехового воздействия на бортовой приемник спутниковых навигационных сигналов

Rok vydání: 2021
Předmět:
DOI: 10.24412/2410-9916-2021-4-72-98
Popis: Актуальность: навигационные задачи на подавляющем числе малых беспилотных летательных аппаратов (БЛА), решаются за счет комплексирования сигналов спутниковой радионавигационной системы (СРНС) и инерциальной навигационной системы. Эффективным методом противодействия БЛА является создание зон локального подавления сигналов навигационных спутников, что искажает оценку параметров движения БЛА, выполняемую бортовым вычислителем в режиме реального времени, и как следствие, отклоняет фактическую траекторию полета от заданной. Известные работы, описывающие алгоритмы функционирования БЛА в условиях помеховой обстановки, не рассматривают промежуток времени между фактическим началом помехового воздействия на приемник СРНС и идентификацией этого факта бортовым вычислителем, что не позволяет обеспечить требуемую для эксплуатации БЛА точность удержания заданной траектории полета при преодолении зон помехового воздействия. Целью работы является повышение точности оценки параметров движения при преодолении зон помехового воздействия за счёт исключения недостоверных данных бортового модуля СРНС из контура системы навигации за промежуток времени между фактическим началом помехового воздействия и идентификацией данного факта бортовым вычислителем. Используемые методы: решение поставленной задачи осуществлено за счет буферизации вектора невязки, который является разностью между оцененным состоянием параметров движения БЛА с помощью математической модели и параметрами, полученными от бортового модуля СРНС. При выполнении полетного задания в условиях достоверных сигналов навигационных спутников, предложенный метод выполняет буферизацию вектора невязки в режиме скользящего окна. После идентификации факта помехового воздействия, данные модуля СРНС не используются, а буферизированное значение вектора невязки вычитается из оценки вектора пространства состояний, тем самым исключая недостоверные данные СРНС и восстанавливая точность оценки параметров движения БЛА. В дальнейшем, до выхода из зоны помехового воздействия, используется инерциальный метод счисления пути для обновления параметров движения БЛА. Новизна: элементом новизны в данной работе является процедура буферизации вектора невязки для исключения недостоверных данных бортового модуля СРНС после идентификации факта помехового воздействия за промежуток времени, необходимый бортовому вычислителю для идентификации факта помехового воздействия. Результат: использование предложенного метода в системе навигации БЛА «Альбатрос СКФУ» позволило обеспечить точность позиционирования БЛА при преодолении зон помехового воздействия не хуже 3,337 м для северного и 0,869 м для восточного направлений после идентификации факта помехового воздействия, что уменьшило погрешность на 55,757 м и 5,273 м соответственно. Практическая значимость: решение задачи с учетом указанных особенностей позволило уменьшить ошибку позиционирования малых БЛА и обеспечить её инвариантность для временного промежутка, необходимого бортовому вычислителю для определения факта помехового воздействия. Представленный метод реализован на языке программирования Си в соответствии с стандартом С11 и подходит для применения во встраиваемых системах, которые отличаются низкими вычислительными ресурсами, а также объемами постоянной и оперативной памяти.
Relevance. Navigation tasks on the overwhelming number of small unmanned aerial vehicles (UAVs) are solved by combining signals from a satellite radio navigation system (SRNS) and an inertial navigation system. An effective method for countering UAVs is the creation of zones of local suppression of signals from navigation satellites, which distorts the assessment of UAV motion parameters performed by the on-board computer in real time, and as a result, deviates the actual flight path from the specified one. Known works describing the algorithms for the operation of UAVs in a jamming environment do not consider the time interval between the actual onset of jamming on the SRNS receiver and the identification of this fact by an on-board computer, which does not allow ensuring the accuracy of maintaining a given flight path required for UAV operation when overcoming jamming zones. The aim of the work is to increase the accuracy of the estimation of motion parameters when overcoming the zones of interference by eliminating inaccurate data of the on-board module of the SRNS from the navigation system contour for the time interval between the actual start of the interference and the identification of this fact by the on-board computer. Methods. The problem was solved by buffering the residual vector, which is the difference between the estimated state of the UAV motion parameters using a mathematical model and the parameters obtained from the onboard module of the SRNS. When performing a flight task under conditions of reliable signals from navigation satellites, the proposed method buffers the residual vector in a sliding window mode. After identifying the fact of interference, the data of the SRNS module are not used, and the buffered value of the residual vector is subtracted from the estimate of the state space vector, thereby eliminating unreliable SRNS data and restoring the accuracy of the estimation of the UAV motion parameters. In the future, before leaving the zone of interference, the inertial dead reckoning method is used to update the parameters of the UAV movement. Novelty. Element of novelty in this work is the procedure for buffering the residual vector to exclude inaccurate data of the on-board SRNS module after identifying the fact of interference for the time period necessary for the on-board computer to identify the fact of interference. Result. The use of the proposed method in the navigation system of the UAV "Albatros NCFU" made it possible to ensure the accuracy of positioning of the UAV when overcoming interference zones no worse than 3.337 m for the northern and 0.869 m for the eastern directions after identifying the fact of interference, which reduced the error by 55.757 m and 5.273 m respectively. Practical relevance. The solution of the problem, taking into account the specified features, made it possible to reduce the positioning error of small UAVs and ensure its invariance for the time interval required by the onboard computer to determine the fact of interference. The presented method is implemented in the C programming language in accordance with the C11 standard and is suitable for use in embedded systems that are characterized by low computing resources, RAM and ROM.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: