ترازیابی اولیه سیستم ناوبری اینرسی با صفحه پایدار در مود پرواز به صورت فیزیکی از طریق فیدبک حالت

ظهیری پور, سید علی

doi:10.30699/jsst.2023.400119.1446

نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسنده

سید علی ظهیری پور

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

10.30699/jsst.2023.400119.1446

چکیده

در این مقاله روشی برای افزایش دقت فرایند ترازیابی اولیه سیستم‌های ناوبری اینرسی با صفحه پایدار، از طریق کنترل فیدبک حالت در مود پرواز ارائه شده است. در روش ارائه شده، کنترل‌کننده فیدبک حالت، با استفاده از زوایای انحراف صفحه‌پایدار و خطای سنسورها که به کمک فیلتر کالمن استخراج می‌شود، طراحی شده است. برای انجام این کار، ضمن بررسی وضعیت مشاهده‌پذیری سیستم، با اضافه‌کردن مانورهای پروازی مناسب و بیان معادلات انتشار خطای ناوبری، به فرم یک سیستم تکه‌ای ثابت با زمان، امکان تخمین زوایا و خطاهای سنسورها در فاز ترازیابی میسر شده و زمینه برای طراحی فیدبک حالت فراهم شده است. سپس با در نظر گرفتن معادلات حرکت صفحه پایدار و استفاده از اصل جداپذیری طراحی رؤیتگر و کنترل-کننده، یک کنترل‌کننده فیدبک حالت طراحی شده است. در انتها، نتایج شبیه‌سازی روش پیشنهادی، بیانگر افزایش دقت فرایند ترازیابی و به تبع آن افزایش دقت ناوبری، نسبت به روش متداول فیدبک خروجی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

سیستم‌های مکان‌یابی جهانی و ناوبری

عنوان مقاله [English]

Physical Initial Flight Alignment For Stabilized Platform Inertial Navigation system Using State Feedback

نویسنده [English]

Seyed Ali Zahiripour

Department of Electrical and Computer Engineering, University of Kashan, kashan. Iran

چکیده [English]

In this article, a method for increasing the accuracy of the initial alignment process of inertial navigation systems with a stable platform is presented through state feedback control in flight mode. In the presented method, the state feedback controller is designed by using the stable plate deviation angles and the sensor error which is extracted with the help of Kalman filter. To do this, while checking the observability of the system, by adding suitable flight maneuvers and expressing the equations of propagation of navigation error, in the form of a fixed piece system with time, it is possible to estimate the angles and errors of the sensors in the align phase. The groundwork is provided for the design of state feedback. Then, taking into account the stable platform motion equations and using the principle of separation of observer and controller design, a state feedback controller is designed. In the end, the simulation results of the proposed method show an increase in the accuracy of the alignment process and, consequently, an increase in the accuracy of the navigation, compared to the conventional output feedback method.

کلیدواژه‌ها [English]

Initial Alignment
Navigation Systems
Stable Platform
Estimation
State Feedback

مراجع

[1] J. Tang, H. Bian, H. Ma, and R. Wang, "One-step initial alignment algorithm for SINS in the ECI frame based on the inertial attitude measurement of the CNS," Sensors, vol. 22, no. 14, p. 5123, 2022.

[2] L. Chang, J. Li, and S. Chen, "Initial alignment by attitude estimation for strapdown inertial navigation systems," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 64, no. 3, pp. 784-794, 2014.

[3] R. Ghasrizadeh and A. Nikkhah, "improve coarse alignment in inertial navigation system By the method of Identification the Kalman filter matrix," Journal of Space Science and Technology, vol. 13, no. 4, pp. 81-90, 2020(in Persian).

[4] W. Zhao, L. Zhou, and G. Song, "A Study on Alignment of analytic Space Stable Inertial Navigation System," in 2019 26th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS), 2019, pp. 1-6: IEEE.

[5] S. Wang, Q. Xu, M. Liu, Y. Tang, and R. Lin, "Initial Alignment Algorithm for Platform Inertial Navigation System Based on Fuzzy Kalman Filter," in 2018 IEEE CSAA Guidance, Navigation and Control Conference (CGNCC), 2018, pp. 1-4: IEEE.

[6] S. SalehiAmiri, A. Nikkhah, and H. Nobahari, "Extracting the Non-ObservableStates in Alignment & Calibration Process for Gimballed Inertial Navigation Systems," Space Science and Technology, vol. 7, no. 3, pp. 1-8, 2014 (in Persian).

[7] Z. Ding, H. Zhou, S. Zhang, H. Yang, and H. Cai, "Initial self-alignment method for inertial platform on a stationary base," J. Astronaut, vol. 38, pp. 612-620, 2017.

[8] M.-A. Massoumnia and R. Rezaii-Far, "Stable platform initial alignment using state feedback controllers," in [Proceedings 1992] The First IEEE Conference on Control Applications, 1992, pp. 326-329: IEEE.

[9] T. Du, C. Tian, J. Yang, S. Wang, X. Liu, and L. Guo, "An autonomous initial alignment and observability analysis for SINS with bio-inspired polarized skylight sensors," IEEE Sensors Journal, vol. 20, no. 14, pp. 7941-7956, 2020.

[10] F. O. Silva, W. C. Leite Filho, and E. M. Hemerly, "Design of a stationary self-alignment algorithm for strapdown inertial navigation systems," IFAC-PapersOnLine, vol. 48, no. 9, pp. 55-60, 2015.

[11] M. Fathi, A. Mohammadi, and N. Ghahramani, "INS alignment improvement using rest heading and zero-velocity updates," Space Science and Technology, vol. 8, no. 4, pp. 45-51, 2016 (in Persian).

[12] S. Cao, H. Gao, and J. You, "In-Flight Alignment of Integrated SINS/GPS/Polarization/Geomagnetic Navigation System Based on Federal UKF," Sensors, vol. 22, no. 16, p. 5985, 2022.

[13] W. Chen, Z. Yang, S. Gu, Y. Wang, and Y. Tang, "Adaptive transfer alignment method based on the observability analysis for airborne pod strapdown inertial navigation system," Scientific Reports, vol. 12, no. 1, p. 946, 2022.

[14] Z. Lu et al., "A new in-flight alignment method with an application to the low-cost sins/gps integrated navigation system," Sensors, vol. 20, no. 2, p. 512, 2020.

[15] H. T. K. a. O. S. Salychev, "инертциальная навыгациая и оптимальная фильтерациая, машиностроение," М.: Машиностроение., 1982.

[16] V. Meleshko, "Инерциальные навигационные системы. Начальная выставка," K .: "Korniychuk, 1999.

[17] I. Y. Bar-Itzhack and B. Porat, "Azimuth observability enhancement during inertial navigation system in-flight alignment," Journal of Guidance and Control, vol. 3, no. 4, pp. 337-344, 1980.

[18] J. H. Dambeck, Observability and controllability analysis for a strapdown inertial navigation system. 3rd International Workshop on High Precision Navigation, University of Stuttgart, Bonn, 1995.

[19] I. Y. Bar-Itzhack and N. Berman, "Control theoretic approach to inertial navigation systems," Journal of Guidance, control, and Dynamics, vol. 11, no. 3, pp. 237-245, 1988.

[20] D. Goshen-Meskin and I. Bar-Itzhack, "Observability analysis of piece-wise constant systems. II. Application to inertial navigation in-flight alignment (military applications)," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic systems, vol. 28, no. 4, pp. 1068-1075, 1992.

[21] D. G. Luenberger, "Positive linear systems," Introduction to dynamic systems, 1979.

[22] G. Strang, "Orthogonal Projections and Least Squares," Linear Algebra and Its Applications, Second Edition, Academic Press, New York, New York, p. 138, 1980.

علوم و فناوری فضایی

ترازیابی اولیه سیستم ناوبری اینرسی با صفحه پایدار در مود پرواز به صورت فیزیکی از طریق فیدبک حالت

مراجع

مراجع

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 07 شهریور 1402

ترازیابی اولیه سیستم ناوبری اینرسی با صفحه پایدار در مود پرواز به صورت فیزیکی از طریق فیدبک حالت

مراجع

مراجع

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده انتشار آنلاین از تاریخ 07 شهریور 1402

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 07 شهریور 1402