Офіційний веб сайт

Перспективна інтегрована навігація безпілотних авіаційних систем

м43

Представлено Національним авіаційним університетом.

Автори: Мухіна М.П., д.т.н.,  Ільницька С.І., к.т.н.

Метою роботи є розроблення теоретичних і практичних основ перспективної інтегрованої навігації за рахунок підвищення ефективності безплатформенної інерціальної навігаційної системи (БІНС) та впровадження її корекції від кореляційно-екстремальної навігаційної системи (КЕНС).

Авторами визначено принципову можливість ефективного комплексування навігаційних даних від КЕНС як альтернативи до супутникових систем. Створено наукові основи вибору класу КЕНС у складі інтегрованого навігаційного комплексу та розроблено метод створення уніфікованого картографічного еталону, що дозволив підвищити точність навігаційного рішення та мінімізувати обчислювальні витрати у режимах реального часу.

Сформовано базові концептуальні засади методів оптимального оцінювання вектору стану навігаційних параметрів інтегрованого навігаційного комплексу, що на відміну від існуючих ґрунтуються на розділенні на нелінійну частину (КЕНС) із використанням алгоритмів точкової фільтрації та лінеаризовану частину (БІНС) із розширеним фільтром Калмана.

Удосконалено методи калібрування датчиків БІНС, введено розрахунок нев'язки вимірювань для оцінки адекватності калібрування, додатково для ДКШ введено аналіз стаціонарності похибки зміщення нуля.

Реалізовано експериментальний зразок інтегрованої навігаційної системи, що дозволяє проводити дослідження методів комплексної обробки за реальними даними. Ефективність інтегрованої системи у 2,2 рази вища ніж у зарубіжного аналога.

Результати дослідження впроваджено на ДПВО "Київприлад", ДП "Антонов", ДП "Оризон-Навігація"та у навчально-науковий процес Національного авіаційного університету.

 

Кількість публікацій: 67, в т.ч. за тематикою роботи навчальний посібник, 30 статей (5 – у зарубіжних виданнях), 36 тез доповідей. Загальна кількість посилань на публікації авторів складає 9 (згідно з базою даних SCOPUS), h-індекс = 2 та 18 (згідно з базою даних Google Scholar), h-індекс = 5. Отримано 8 патентів України на корисну модель.

Надіслати коментар

Коментарі

Дронь М.М.

Аналіз факторів, які впливають на склад і можливості сучасного навігаційного комплексу безпілотних авіаційних систем, засвідчив, що науково-технічна проблема створення перспективних засобів навігації в умовах радіомовчання є актуальною і нагальною. У випадку втрати сигналу супутника, навігаційний розв’язок отримується з інерціального блоку, який проте має власні похибки, що зростають у часі. Тому авторами запропоновано використання кореляційно-екстремальної навігації, що має серед інших одну важливу перевагу, а саме, автономність та завадозахищенність, оскільки вимагає лише завчасного картографічного забезпечення.
Розроблена методологія як кореляційно-екстремальної навігації, так і подальшого покращення точності датчиків інерціальної системи навігації, їх впровадження для створення сучасних інформаційно-керуючих комплексах безпілотних апаратів дозволить підвищити точність навігаційного розв'язку в умовах ризику.
Наукова праця має наукову новизну, зокрема у систематизаціїя моделей і методів алгоритмічного забезпечення високоточної автономної навігації безпілотних авіаційних систем, обладнаних комплексованим блоком вимірювання параметрів руху, що включає БІНС, рельєфні та оптичні датчики; у методі калібрування та виставки датчиків БІНС, у подальшому розвитку математичних моделей помилок комплексованого блоку вимірювання параметрів руху.
Практична цінність підтверджується впровадженням на таких підприємствах, як ДП «Орізон-Навігація», ДП ВО «Київприлад», ДП «Антонов». Частка отриманих наукових та практичних результатів використовується в лекційних курсах Національного авіаційного університету.
Підтримую роботу "Перспективна інтегрована навігація безпілотних авіаційних систем" авторів Мухіної М.П., Ільницької С.І. на конкурсі зі здобуття щорічної премії Президента України для молодих учених.

Професор кафедри проектування та конструкцій ЛА ДНУ ім.Олеся Гончара,д.т.н., професор, Засл.діяч науки і техніки України
Дронь М.М.
тел.050-480-65-66
nord@mail.dnu.dp.ua

Старинський О. В.

У зв’язку з широким використанням безпілотних авіаційних систем (БАС) у різних напрямках людської діяльності (а особливо при вирішенні прикладних задач у військовій сфері) вельми актуальним стає питання власної розробки їх пілотажно-навігаційного комплексу, ядром якого є система навігації.

Для підвищення точності та надійності навігаційних систем, а також для надання повного спектру необхідних параметрів виробники зазвичай рухаються у напрямку об’єднання різнорідних джерел інформації у єдиний інформаційний комплекс. Одним з найбільш привабливих варіантів інтеграції є поєднання бесплатформної інерціальної навігаційної системи (БІНС), супутникової навігаційної системи, магнітометрів, висотомірів, тощо.

Виходячи з цього, вважаю цікавим та перспективним додавання до складу такого комплексу кореляційно-екстремальної навігаційної системи на випадок зникнення або пошкодження сигналів супутникової навігації.

Наукова робота "Перспективна інтегрована навігація безпілотних авіаційних систем" авторів Мухіної М.П. та Ільницької С.І. виглядає закінченою науковою роботою, має наукову новизну та практичну цінність для промислових та наукових організацій, задіяних у розробці інтегрованих навігаційних систем. Також є в наявності наукові публікації у закордонних та українських фахових виданнях.

Враховуючи вищезазначене, вважаю, що автори даної наукової роботи Мухіна М.П. та Ільницька С.І. заслуговують на премію Президента України для молодих вчених у 2017 році.

Старинський О.В.
Інженер-конструктор І кат.
Відділ перспективних систем індикації
пілотажно-навігаційних параметрів
ДП "Антонов".
Тел. роб.: +38(044)454-34-38
E-mail: kroki2003@gmail.com

Hans de With, owner at GNSS expert.com

Unmanned aircrafts (UAV, UAS, RPAS, etc.) or drones, as they commonly called, offer huge potential for developing innovative civil applications in a wide variety of sectors that benefit European society, and will contribute to creating new businesses and jobs. According to Euroconsult’s latest report "Prospects for Remotely Piloted Aircraft System", the size of the professional RPAS (Remotely Piloted Aircraft Systems) manufacturing and services market is expected to grow significantly in the next ten years, from $1 billion in 2015 to $26 billion in 2025.

Taking into consideration this tendency I would say that R&D projects related to navigation and control of drones are of urgent importance nowadays. The Authors of the "Perspective integrated navigation of unmanned aviation systems" deal with theoretical and practical aspects of perspective integrated navigation for drones. They propose integration techniques of Global navigation satellite systems (GNSS) and strapdown inertial navigation system (SINS) with its possible correction from correlation-extreme navigation system (CENS). In addition to all theoretical methods, algorithms, and techniques the experimental sample of small integrated GNSS/INS has been developed and tested in real flight environment on UAV. For me it proves their experience and excellence in the proposed topic.

Therefore I truly recommend the Authors of the "Perspective integrated navigation of unmanned aviation systems" work for the Prize of the President of Ukraine in 2017.

Hans de With
Owner of GNSS Expert.com company
Antwerp Area, Belgium
E-mail: hans@gnssexpert.com
+32 499 580357

Alexandre Toutov

I2M Systems Inc. has been collaborating with Professor Mukhina for almost two years with the goal of using some of the discoveries outlined in presented work. Specifically, the CEN technologies that can be used in the GPS-deprived environments in the high latitudes.
After demonstrating the technologies based on the discoveries presented by the authors to various companies in Canada and the UK, it has been decided to start working on building the team of companies to participate in "All Domain Situational Awareness (W7714-16ADSA)" project solicited by the Canadian government in the Summer of 2016. This is the 5 year program with the emphasis on the Climate change which making the North more accessible, thereby increasing economic activity and international interest in the Arctic, which is likely to continue to rise in the coming decades. Such increased Arctic activity brings additional responsibilities for the Department of National Defence (DND) and other government departments in search and rescue, emergency response and environmental monitoring. A greater awareness of the potential challenges posed by foreign military and commercial activities in the Arctic region is also essential for Canada.
The team that currently working on utilizing the CEN technology presented by the authors, include QinetiQ Canada, Royal Military College of Canada, I2M Systems Inc., NAV Canada and others. In the recent team meeting at QinetiQ Canada Headquarters in Ottawa, we presented the main ideas of Dr. Mukhina discovery and provided some demonstrations. After the presentation it was concluded that the research Dr. Mukhina conducted during her tenure with the National Aviation University, the central part of the proposed article, is of a great interest to the other parties and will be used in the project for increasing the safety and support independence of the Canadian North.

Alexandre Toutov, Ph.D.
President and CEO
I2M Systems Inc.

д.ф-м.н., проф. Ларін В.Б.

На мою думку, розробка ефективної малогабаритної навігаційної системи для безпілотних літальних апаратів, що базується на принципі комплексування даних від різних складових датчиків та систем є актуальною задачею, яка і висвітлюється у науковій роботі "Перспективна інтегрована навігація безпілотних авіаційних систем".
Серед інших цікавих результатів слід відмітити наступні: удосконалені методи калібрування акселерометрів та датчиків кутової швидкості (ДКШ) типу MEMS з використанням QR-факторизації для підвищення точності обрахунків та аналізом стаціонарності похибки зміщення нуля ДКШ; удосконалений метод комплексної обробки даних в інтегрованій навігаційній системі системі з факторизацією відповідних коваріаційних матриць для підвищення точності обрахунків та збіжності алгоритмів калманівської фільтрації та використанням моделі еталонного магнітного поля Землі IGRF.
В цілому, дослідження виконані на високому науковому рівні. Також отримані наукові положення підтверджені авторами на заключному етапі дослідження при розробці експериментального зразка інтегрованої навігаційної системи та виконанні з його допомогою низки досліджень із використанням реальних даних, що поступали з ГНСС приймача, інерціального вимірювального модуля, магнітометра та висотоміра. Крім того, є низка публікацій в Українських фахових та зарубіжних наукових журналах.
Зважаючи на актуальність, важливість та практичну цінність цієї наукової роботи, вважаю, що її автори М.П. Мухіна та С.І. Ільницька заслуговують на щорічну премію Президента України для молодих вчених у 2017 році.

Провідний науковий співробітник
Відділ стійкості процесів
Інститут механіки ім. С. П. Тимошенка НАН України
д.ф-м.н., проф. Ларін В.Б.,
Роб. тел. +38(044)5967773
E-mail: vblarin@gmail.com

Рева О.М., професор кафедри дистанційного навчання НАУ, д.т.

Робота, що розглядається, набула особливої актуальності в умовах нав'язаної нашій державі гібридної війни. Відповідні дослідження мають бурхливий розвиток в розвинутих країнах світу, тому особливо привабливим науковим і практичним результатом авторів є досягнення ефективності розроблених інтегрованих навігаційних систем, яка у 2,2 рази перевищує показники кращих зарубіжнихї аналогів. Практичну значущість отриманих результатів підтверджує їх впровадження у провідних підприємствах України відповідного профілю. Широкий спектр публікацій авторів дозволив науковцям та зацікаленим фахівцям ознайомитись з ними.
Виходячи з наведеного, вважаю, що робота "Перспективна інтегрована навігація безпілотних авіаційних систем" заслуговує високої оцінки, а її автори варті шуканої премії Президента України для молодих учених.

Рева О.М., професор кафедри дистанційного навчання НАУ, д.т.н., проф.
ran54@meta.ua
050-109-35-25

Конін В. В., д. т. н.

Безпілотна літальна техніка є новітнім напрямком в авіації, що отримав бурхливого розвитку завдяки появі сучасної електроніки, матеріалів, інформаційних та комп’ютерних технологій. Використання безпілотних авіаційних систем (БАС) у різних сферах людського життя і діяльності постійно зростає. При створенні багатоцільових БАС одним із пріоритетних завдань є розробка їх пілотажно-навігаційного комплексу, і, зокрема, навігаційної системи, чому і присвячена наукова робота "Перспективна інтегрована навігація безпілотних авіаційних систем" авторів Мухіної М.П. та Ільницької С.І.
У роботі було отримано наукові результати, що мають бути відзначені. По-перше було модифіковано метод розрахунку навігаційних параметрів автономно безплатформною інерціальною навігаційною системою (БІНС), де використовується технологія отримання розв’язку у квадратурах, а оновлення орієнтації і перепроектування прискорення здійснюється в параметрах кватерніона. По-друге в роботі розв’язана задача комплексної обробки даних від ГНСС приймача, акселерометрів, датчиків кутової швидкості, магнітометрів та висотоміра з використанням калманівської фільтрації та математичної моделі еталонного магнітного поля Землі IGRF. Математичні виводи формул виконані авторами на високому науковому рівні з коректним використанням наявного математичного апарату. Результати моделювання порівнювались із результатами, отриманими експериментальним шляхом. Приведено перелік науково-технічних конференцій та наукових робіт, у яких було здійснено апробацію основних результатів наукової роботи. Це свідчить про достовірність приведених авторами результатів.

З огляду на викладене, вважаю, що колектив авторів роботи "Перспективна інтегрована навігація безпілотних авіаційних систем" безумовно заслуговує присудження Державної премії Президента України для молодих вчених за 2017 рік.

Професор кафедри аеронавігаційних систем
Навчально-наукового інституту Аеронавігації
доктор технічних наук, професор НАУ,
Заслужений машинобудівник України,
почесний працівник космічної галузі
Конін Валерій Вікторович
Роб. тел. +38(044)4067826
E-mail: vkonin@mail.ru

Подольский В.П.

Авторами досліджено та обґрунтовано комплексування інерціальних навігаційних систем від кореляційно-екстремальної навігаційної системи, точність якої значною мірою залежить від точності картографічної інформації та точності вимірювання параметрів геофізичного поля. Така система не може виступати єдиним варіантом комплексування інерціальних навігаційних систем, проте може і повинна бути резервною системою навігації із додатковими функціями, зокрема, функціями картографування місцевості, розпізнавання наземних об'єктів, тощо.

Також перспективним представляється підхід до одночасного підвищення точності інерціальної системи за рахунок відповідного калібрування датчиків та використання сучасних методів обробки даних, починаючи від класичної калманівської фільтрації та закінчуючи перспективними методами точкової фільтрації.

Розроблені у роботі методики та алгоритми, зокрема методика створення уніфікованого картографічного еталону та підготовки передпольотних даних, алгоритми точкової фільтрації даних в оперативно-інформаційних керуючих комплексах, знайшли використання на ДП ВО "Київприлад". Робота має практичне значення та наукову новизну.

Підтримую роботу як таку, що гідна здобуття премії Президента України для молодих учених.

Подольский В.П.,

начальник конструкторсько-технологічного бюро ДП ВО "Київприлад"

тел. 456-52-76, e-mail: zamkb@i.ua

Сільвестров А.М.

Стрімкий прогрес у створенні безпілотних авіаційних систем різного призначення обумовлений двома основними чинниками:

- значним зростанням вартості і витрат на експлуатацію в мирний і військовий час пілотованої авіаційної техніки;

- розвитком елементної бази, здешевленням бортових обчислювачів і збільшенням їх продуктивності.

Проте прийнятий ICAO стандарт навігаційне забезпечення, який включає інтегрований комплекс на базі інерціальної навігаційної системи і супутникової навігаційної системи, є слабким місцем при реалізації на борту більшості безпілотних авіаційних систем.

У представленій роботі розглянуто задачу створення автономних перспективних систем навігації і наведення, що задовольняють сукупності вимог, зокрема глобальності, автономної точності, скритності і завадозахищеності, яка вирішується розробкою кореляційно-екстремальних систем навігації і наведення з комплексним використанням інформації про поверхневі і просторові геополя.

Запропоновані авторами практичні рекомендації ґрунтуються на розробленому ними науково-методичному апараті, який є достатньо чутливим для відповідних змін умов функціонування безпілотних авіаційних систем.

Виходячи з вище вказаного, робота "Перспективна інтегрована навігація безпілотних авіаційних систем" представляє інтерес та заслуговує високої оцінки, а її автори заслуговують здобуття премії Президента України для молодих учених.

Сільвестров А.М.,

професор кафедри теоретичної електротехніки Національного технічного університету України "КПІ ім. І.Сікорського", д.т.н., професор

тел. 204-82-39, e-mail: silvestrovanton@gmail.com

Філяшкін М.К.

Актуальність роботи "Перспективна інтегрована навігація безпілотних авіаційних систем" не викликає сумнівів, адже стрімкий розвиток світової безпілотної навігації та нових жорстких умов для її застосування потребує принципово нових підходів до побудови інформаційно-керуючих комплексів безпілотних авіаційних систем. Робота авторів Мухіної М.П. та Ільницької С.І. є, на мій погляд, першим комплексним дослідженням методологічних засад навігації безпілотних авіаційних систем, альтернативною до супутникової, що обумовлюється питаннями надійності використання систем, зокрема у військових цілях. Важливим вважаю розроблені методики підготовки та оцінювання інформативності картографічних даних, що збільшує області застосування вказаних систем навігації та усуненні обмежень за картографічним забезпеченням подібних систем.

к.т.н., проф., проф. кафедри Національного авіаційного університету,
Філяшкін М.К.
filnik@ukr.net
+38(044)408-85-55

Залишити новий коментар

Вміст цього поля є приватним і не буде доступний широкому загалу.
CAPTCHA
Для запобігання від спаму, щоб залишити коментар введіть будь ласка символи,які зображені нижче. Дякуємо за розуміня.