автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Математическое, алгоритмическое и аппаратное обеспечение блока чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной навигационной системы

На правах рукописи -

Варабин Денис Александрович

Математическое, алгоритмическое и аппаратное обеспечение блока чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной навигационной системы

Специальность 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ФЕВ 2015

005559177

Ковров, 2015

005559177

Работа выполнена в ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт «Сигнал» (ОАО «ВНИИ «Сигнал»)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты

Ведущая организация

Новоселов Борис Васильевич

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, Заслуженный изобретатель РСФСР, Заслуженный конструктор РФ.

Потехин Дмитрий Станиславович

доктор технических наук, доцент, Ковровская государственная технологическая академия имени Василия Алексеевича Дегтярева Никифоров Михаил Борисович кандидат технических наук, доцент Рязанский государственный радиотехнический институт

Государственный научный центр Российской Федерации ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», г. Санкт-Петербург

Защита состоится 14 апреля 2015 г. в 14.00 на заседании диссертационного Совета Д212.010.03 при Балтийском государственном техническом университете «ВОНМЕХ» им. Д.Ф.Устинова по адресу: 190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1, аудитория_

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Балтийского государственного технического университета «ВОНМЕХ» им. Д.Ф.Устинова и на сайте http://www.voenmeh.ru/science/dissertations

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

2 в Зои4арЯ го-г^г.

Петров Юрий Витальевич

кандидат технических наук, доцент БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова

Актуальность темы исследования

Развитие современных транспортных средств и комплексов

требует создания новых и модернизации существующих систем

ориентации, навигации, топопривязки для повышения их точностных и

сокращения временных характеристик. Одним из вариантов подобной

модернизации является применение малогабаритных

многофункциональных высокоточных систем ориентации для

измерительных (навигация, топопривязка) и управляющих

(стабилизация)систем.

Активное развитие робототехнических наземных средств и комплексов невозможно без высокоточных систем навигации и ориентации. Позиционирование робота в пространстве осуществляется с помощью системы ориентации. Чем точнее работает эта система, тем эффективнее робот выполняет свою задачу. Особенно сильно ощущается эта зависимость при движении в автономном режиме, когда робот перемещается без участия человека, руководствуясь только собственным математическим аппаратом и информацией от размещенных на нем датчиков.

Наиболее перспективным решением является использование в качестве систем ориентации бесппатформенных инициальных навигационных систем (БИНС), обеспечивающих повышение точности гирокомпасирования, снижение времени готовности гиросистемы, снижение энергопотребления и массогабаритных характеристик гироскопических систем, увеличение

эксплуатационного ресурса, по сравнению с классическими системами

ориентации.

Можно выделить два основных фактора, определяющих

конечные характеристики БИНС:

. используемый математический аппарат для реализации

алгоритмов работы БИНС;

• точностные характеристики датчиков, входящих в состав блока чувствительных элементов (БЧЭ). На протяжении многих лет создание эффективных алгоритмов работы БИНС являлось одной из основных проблем при создании таких систем, так как технические возможности встраиваемых вычислителей были ниже требуемых для реализации алгоритмов БИНС. Поэтому главным критерием эффективности алгоритмов была минимизация загрузки вычислителя БИНС при условии обеспечения требуемой точности вычисления параметров систем ориентации.

В последние годы благодаря прогрессу в вычислительной технике, с одной стороны, и разработке экономичных в вычислительном плане алгоритмов работы БИНС, с другой стороны, был достигнут баланс ме>вду требуемыми и имеющимися вычислительными ресурсами вычислителей БИНС.

Таким образом, сегодня можно говорить о наличии вполне устоявшихся подходов к синтезу алгоритмов работы БИНС, которые привели к разработке эффективных алгоритмов, прошедших детальное исследование и апробацию в реальных условиях.

Вторым фактором, определяющим конечные характеристики БИНС, является точность информации, получаемой с датчиков БЧЭ. Информация в БИНС формируется на основании показаний таких чувствительных элементов, как:

• акселерометры, измеряющие удельную силу, действующую на их чувствительную массу;

• датчики угловой скорости.

Однако разработанные на данный момент математические методы не позволяют оптимально учитывать и компенсировать имеющиеся в исходной измерительной информации ошибки и «выбросы» - кратковременные существенные искажения измеренного сигнала, не совпадающие с реальными, обусловленные

инструментальными шумами измерителей, импульсными помехами и погрешностями квантования сигналов, а также сбоями и отказами

чувствительных элементов.

Между тем известно, что ошибки чувствительных элементов со временем приводят к накоплению ошибок определения координат, скоростей и ориентации объекта. Чем выше порядок точности алгоритма, тем более он чувствителен к высокочастотным шумам и

«выбросам» измерителей.

Наиболее оптимальным вариантом улучшения точности БЧЭ

является не улучшение чувствительных элементов, ведущее к увеличению стоимости сложности системы в целом, а применение математического аппарата, способного на системном уровне учитывать особенности примененных датчиков.

Таким образом, возникает актуальная задача повышения точности вычислений БИНС путем создания надлежащей структурной схемы БЧЭ, оценивания и коррекции ошибок измерителей и датчиков

БЧЭ.

гугрпрнь разработанности темы

Исследованием и созданием БИНС для наземных самоходных объектов на базе волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) занимаются как отечественные, так и зарубежные фирмы. Среди зарубежных фирм необходимо отметить: Ixsea (Франция), Sagem (Франция), Litef (Германия), Northop Grumman (США), Novatel (США и Канада). Отечественные фирмы представляют: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», ОАО «ПНППК» (г. Пермь), ЗАО «НПК «Электрооптика» (г. Москва), ООО «НПК «Оптолинк» (г. Москва), ООО «Текнол» (г. Москва), ООО «НПО «Прогресс» (г. Курск).

Важным свойством подобных БИНС является помехоустойчивость методов обработки данных с первичных датчиков

БЧЭ. Основной метод, применяемый данными фирмами, как правило, представляет собой различные виды фильтрации (скользящее среднее, медианные фильтры, фильтры Калмана и др.). Однако существенные отклонения математического ожидания измеряемых величин от реального значения, вызванного наличием «выбросов», обуславливают необходимость разработки и использования дополнительных методов обработки входных данных. Предлагаемый в диссертационной работе метод объединяет в себе свойства предварительной фильтрации сигналов первичных датчиков БИНС и позволяет устранять промахи («выбросы»), содержащиеся в исходных данных. Одним из достоинств разрабатываемого БЧЭ является наличие цифрового выхода, что в отличие от БЧЭ с аналоговым выходом исключает появление дополнительных ошибок, вызванных воздействием помех на выходные сигналы БЧЭ.

Цель диссертационного исследования состоит в разработке математической, программной, алгоритмической и аппаратной частей блока БЧЭ, входящего в состав БИНС, для высокоточного получения и обработки сигналов датчиков ускорения и угловой скорости, с целью улучшения точностных и временных характеристик БИНС в целом.

Задачи диссертационного исследования:

1. Разработать структурную схему блока чувствительных элементов, состоящего из узлов - акселерометров, датчиков угловой скорости, блоков аналого-цифровых преобразователей (АЦП), вычислителей, источников питания, интерфейсов ввода-вывода, которая обеспечит увеличение точности данных, получаемых с БЧЭ и частоту выдачи информации.

2. Провести анализ сигналов, получаемых с датчиков БЧЭ;

3. Разработать методику и алгоритм предварительной обработки сигналов датчиков БЧЭ на основе помехоустойчивого метода статистической обработки данных для условий однозадачности и ограниченных вычислительных ресурсов;

4. Разработать структурную схему программных модулей для вычислителей, входящих в состав БЧЭ, обеспечивающую одновременность съема информации с датчиков БЧЭ и высокую

точность обработки данных

5. Разработать методику калибровки и настройки БЧЭ;

6. На основе разработанных структурных схем и методик создать программное обеспечение для вычислителей БЧЭ;

7. Экспериментально проверить полученные результаты и подтвердить эффективность используемого математического аппарата.

Мятппологичег.кую и теоретическую основу данного диссертационного исследования составляют теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования выполнялись на основе теории вероятностей, теории многомасштабного анализа, математической и прикладной статистики, компьютерного моделирования. В экспериментальных исследованиях использовался численный эксперимент.

Научная новизна диссертационного исследование

. Разработана методика и алгоритм предварительной обработки данных датчиков БЧЭ, основанные на оптимизации помехоустойчивого метода статистической обработки данных с применением байесовской статистики д.т.н. И.Е. Тарасова и адаптации его под ограниченные вычислительные ресурсы;

• Разработана и обоснована структурная схема БЧЭ на основе исходных данных (элементного состава и требований к устройству);

• Разработана и обоснована структурная схема программных модулей для вычислителей, входящих в состав БЧЭ.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждается экспериментальными методами и апробацией результатов исследований в практике.

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

• структурная схема построения БЧЭ;

• методика и алгоритм предварительной обработки данных датчиков БЧЭ;

• структурная схема программных модулей для вычислителей, входящих в состав БЧЭ;

• методика технологической калибровки БЧЭ.

Практическая значимость

Созданные на основе разработанных в данной диссертации методов, алгоритмов и структурной схемы БЧЭ БИНС на базе ВОГ могут найти применение при разработке и модернизации существующих систем топопривязки и навигации для наземных подвижных объектов.

Получившая широкое распространение наземная робототехника также не может обойтись без применения в ней высокоточных навигационных систем с применением БИНС.

Апробация результатов диссертационного исследования

Результаты диссертационного исследования использованы в научно-исследовательской работе «Разработка гироскопической

системы на базе высокоточного волоконно-оптического гироскопа для навигационных систем управления наземных подвижных объектов», проводимой ОАО «ВНИИ «Сигнал», г. Ковров.

Полученный в ходе выполнения НИР образец БИНС применен в научно-исследовательской работе «Исследования по созданию экспериментального образца многофункционального

робототехнического комплекса», проводимой ОАО «ВНИИ «Сигнал», г. Ковров.

Полученные результаты диссертационной работы были использованы на предприятии ОАО «ЗиД», г.Ковров.

В результате выполнения диссертационной работы было получено 3 акта внедрения результатов диссертационного исследования.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 9 печатных работ, из них 6 - в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованных источников. Основной текст работы содержит 120 страниц, 54 рисунка и 12 таблиц. Список использованных источников включает 25 наименований.

Основное содержание работы

Ro введении обоснована актуальность темы диссертации, показана степень разработанности темы, сформулирована цель и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность, приведены результаты реализации работы.

r первой главе приведен обзор существующей структуры бесплатформенной инерциальной навигационной системы, которая изображена на рис. 1

Блок чувствительных элементов Блок обработки инерциальной информации

__

Спутниковая навигационная система

Рисунок 1 - Обобщенная структура БИНС.

Блок чувствительных элементов состоит из непосредственно датчиков - блоков акселерометров и датчиков угловой скорости, а также из модуля встроенной электроники.

Блок обработки инерциальной информации является основным вычислительным устройством, которое выполняет следующие функции:

• получение посредством интерфейсов ввода-вывода данных от блока чувствительных элементов и устройств выдачи дополнительной информации (например, спутниковой навигационной системы);

• расчет в процессорном модуле основных навигационных параметров (положение объекта в пространстве, его скорость, координаты и др.) и передача их конечному потребителю посредством интерфейсов ввода-вывода.

Данное диссертационное исследование посвящено отдельной части БИНС, а именно блоку чувствительных элементов (БЧЭ). Как правило, модуль встроенной электроники выдает на блок обработки инерциальной информации аналоговые сигналы, проведя их фильтрацию. Такое решение усложняет блок обработки инерциальной информации, накладывая на него решение задач оцифровывания полученных сигналов и проведения предварительной обработки данных.

Блок акселерометров

Блок датчиков угловой скорости

'1

¿5

Л 1

£

Процессорный модуль

Интерфейсы ввода-вывода

В первой главе приведен анализ современного состояния отечественных и зарубежных образцов БИНС. Анализ показывает, что получаемые с датчиков БЧЭ сигналы, как правило, подвергаются минимальной обработке перед поступлением в блок обработки инерциальной информации, что в свою очередь грозит использованием в навигационных алгоритмах искаженных входных данных. Поэтому возникает необходимость предварительной обработки информации с датчиков БЧЭ перед поступлением ее в блок обработки инерциальной информации.

В первой главе приведено описание метода предварительной обработки данных на основе байесовской статистики и его сравнение с другими существующими методами предварительной обработки данных, показывающее его преимущество. Однако рассматриваемый в главе метод весьма ресурсоемок, что не позволяет использовать его на вычислителях, применяемых в составе БЧЭ.

Поэтому возникает задача разработки методики и алгоритма предварительной обработки данных с датчиков БЧЭ с учетом требований к вычислителям, применяемым в БЧЭ.

Для высокоточного получения информации с аналоговых акселерометров, входящих в состав БЧЭ, требуется применение современных АЦП, имеющих высокую точность оцифровки входного сигнала. Это, в свою очередь, требует разработки новых методик калибровки АЦП и синхронного получения информации с нескольких АЦП.

В главе представлен анализ современных отечественных вычислительных устройств, применимых для решения задач диссертационного исследования. В результате этого анализа делается вывод, что наиболее оптимальным является применение микроконтроллеров серии 1986ВЕ9х.

Во второй главе разработаны структурные схемы и методики обработки сигналов первичных датчиков, калибровки и настройки БЧЭ, проанализирован сигнал датчиков линейного ускорения. При детальном рассмотрении видно, что в нем присутствуют случайные постоянные шумы, обусловленные наличием помех в измерительном тракте. Однако было замечено, что в ряде случаев в сигнале появляются кратковременные возмущения, называемые «выбросами». Это хорошо видно на графике измерений аналогового сигнала линейного ускорения БЧЭ, находящегося в неподвижном положении (рис. 2), частота съема информации 200 Гц.

Усг.орли» в

« осе 7------—-----------------------------•

Рис. 2 - График сигнала ускорения за 25 с.

При детальном анализе «выбросов» обнаруживается их деление на 2 типа:

•быстро протекающие одиночные - имеющие ширину 1-50 отсчетов измерения (рис. 3);

• медленно протекающие множественные - от 50 до 100 отсчетов измерения (рис. 4).

Ускорение.g 0,005

Рис. 3 - График быстро протекающего выброса

Ускорение, д п по«; 4—

Рис. 4 - График медленно протекающего выброса

Как правило, такие «выбросы» фильтруются непосредственно в блоке обработки инерциальной информации традиционными методами фильтрации. Подобное решение не является оптимальным с точки зрения эффективности фильтрации.

Поэтому возникает необходимость разработать блок БЧЭ, имеющий следующие особенности:

1. Цифровая выдача измеряемых данных, позволяющая представлять БЧЭ в качестве интеллектуального датчика (включающего в себя несколько чувствительных элементов), что в свою очередь позволяет более универсально использовать БЧЭ в

различных типах БИНС;

2. Применение более эффективного (для задач обработки данных, содержащих «выбросы») математического аппарата предварительной обработки данных на основе статистической обработки данных.

В связи с этим решен ряд задач:

1. Разработана структурная схема блока чувствительных элементов, состоящего из узлов - акселерометров, датчиков угловой скорости, блоков АЦП, вычислителей, источников питания, интерфейсов ввода-вывода, обеспечивающая одновременность съема информации с датчиков БЧЭ и высокую точность обработки данных.

2. Разработана методика и алгоритм предварительной обработки данных датчиков БЧЭ на основе помехоустойчивого метода статистической обработки данных, в условиях ограниченных вычислительных ресурсов;

3. Разработана структурная схема программных модулей для вычислителей, входящих в состав БЧЭ, обеспечивающая одновременность съема информации с датчиков БЧЭ и высокую точность обработки данных

4. Разработана методика калибровки и настройки БЧЭ;

5. На основе разработанных структурных схем и методик создано программное обеспечение для вычислителей БЧЭ;

Решая задачу разработки структурной схемы БЧЭ, необходимо определить основной компонентный состав БЧЭ. Как было отмечено в первой главе, БЧЭ состоит из следующих чувствительных элементов - трех датчиков линейного ускорения - акселерометров и трех датчиков угловой скорости (реже - одного трехосного). А так как датчики линейного ускорения имеют аналоговый выход, то в состав БЧЭ необходимо включить АЦП и блоки согласования аналоговых сигналов. Также необходимо включить в состав БЧЭ блоки для работы с цифровыми датчиками угловой скорости. Ввиду того, что рассматриваемые в первой главе датчики угловой скорости имеют, в основном, цифровой последовательный интерфейс РБ-485/422, то это позволяет объединять несколько датчиков в шину.

В качестве вычислительных устройств, по предварительным оценкам, в составе БЧЭ необходимо применение двух микроконтроллеров серии 1986ВЕ9х.

Во второй главе разработана структурная схема БЧЭ, содержащая все описанные выше компоненты.

Как было отмечено в первой главе, в БЧЭ предлагается применять микроконтроллеры серии 1986ВЕ9х. Однако в методе

статистической обработки данных, рассмотренном в первой главе, в качестве аппаратной реализации предполагается использовать ПЛИС.

Микроконтроллер, в отличие от ПЛИС, однозадачен и имеет сравнительно низкую вычислительную мощность. Поэтому возникает задача создания собственной методики предварительной обработки данных на основе метода статистической обработки данных.

Проведя апробацию алгоритма статистической обработки данных, описанного в первой главе на микроконтроллере серии 1986ВЕ91х, выяснилось, что общее время вычисления одного выходного значения составляет более 10 мин, что неприемлемо для решения задач построения БЧЭ. Требуемое время обработки одного значения - не

более 20 мс.

Поэтому при использовании однозадачного микроконтроллера эффективным решением является создание собственной методики предварительной обработки данных. Методика и написанный по ней

алгоритм представлены во второй главе.

Суть методики сводится к разделению алгоритма вычисления наиболее вероятного значения на 2 части - грубый и точный расчёт. Грубый расчет имеет двумерный цикл, но в виду большого шага перебора количество шагов минимально. Точный расчёт уже имеет в своем составе одномерный цикл, что позволяет производить более точные вычисления за небольшое количество шагов. Необходимо также отметить, что точный расчет представляет собой поиск максимума на отрезке. Поэтому наиболее оптимальным, с точки зрения ресурсозатратности, является применение метода золотого сечения.

В ходе проведенного эксперимента было вычислено время обработки одного входного значения по разработанной методике для разных типов линейки ядер Cortex М для микроконтроллеров,

рассмотренных в главе 1.

Результаты эксперимента представлены во второй главе.

На основе разработанной структурной схемы БЧЭ и методики создана структурная схема программных модулей блока для вычислителей блока БЧЭ,

Кроме этого, во второй главе приводится методика калибровки БЧЭ. Она сводится к калибровке аналоговых измерительных трактов. К таким трактам относятся каналы измерения линейного ускорения и каналы измерения температуры акселерометров.

В третьей главе приведена программная и аппаратная реализация БЧЭ и его составных частей. Решенные во второй главе задачи диссертационного исследования, основные из которых -разработка структурно схемы и программных модулей БЧЭ, методики предварительной обработки данных и калибровки, были внедрены в ОАО «ВНИИ «Сигнал» в рамках ОКР «Разработка гироскопической системы на базе высокоточного волоконно-оптического гироскопа для навигационных систем управления наземных подвижных объектов». Основной задачей ОКР являлось создание малогабаритной высокоточной системы ориентации нового поколения для измерительных систем (навигации, топопривязки) и управляющих систем (стабилизации, наведения, прицеливания) наземных подвижных объектов для объектов специального применения, с использованием отечественной элементной базы. Поэтому одной из частей ОКР было непосредственно создание БЧЭ.

В рамках ОКР «Разработка гироскопической системы на базе высокоточного ВОГ для навигационных систем управления наземных подвижных объектов» были определены следующие требования к БЧЭ:

• В качестве чувствительных элементов использовать три ВОГ ОИУС-ЮОО ПНСК40-018-05 (производства НПК «Оптолинк», г. Зеленоград) и три линейных кварцевых акселерометра АК-15 (производства ЗАО «Авиаприбор», г. Москва);

• Применение только отечественной элементной базы;

• Структурная схема построения, обеспечивающая быстрое и синхронное считывание информации сдатчиков БЧЭ.

На основе обобщенной структурной схемы построения БЧЭ, разработанной во второй главе, а так же с учетом требований к аппаратному составу была создана структурная схема опытного образца БЧЭ, созданного в рамках описанной выше ОКР. Подробное описание структурной схемы приведено в третьей главе.

В третьей главе дано описание структурной схемы программных модулей опытного образца, основанных на разработках, приведенных во второй главе.

Таким образом, в данной главе рассмотрена аппаратная и программная составляющие БЧЭ, имеющие следующие особенности:

•Разработанные во второй главе методики обработки данных и калибровки реализованы программно с использованием языка СИ;

•Реализация программных модулей выполнена в соответствии со структурой, разработанной во второй главе;

•Реализовано сохранение настроечных коэффициентов в энергонезависимой памяти микроконтроллера, что позволяет производить настройку и калибровку БЧЭ единоразово;

•Обеспечен синхронный съем информации сдатчиков БЧЭ;

•Аппаратная часть построена полностью на перспективной отечественной элементной базе, что позволяет использовать БЧЭ в оборонной промышленности;

•Для отладки, настройки и реконфигурирования прибора предусмотрены технологический интерфейс и программная реализация работы блока в технологическом режиме.

Разработанный в третьей главе блок чувствительных элементов был изготовлен в ОАО «ВНИИ «Сигнал». Над ним был произведен ряд экспериментов.

В четвертой главе представлено описание экспериментов и полученные результаты. В ходе экспериментов были исследованы точностные и временные характеристики примененного математического аппарата БЧЭ. Исследовалась помехоустойчивость разработанной и примененной методики предварительной обработки данных сигналов линейного ускорения. Исследование показало эффективность новой методики, а именно снижение коридора ошибки, в зависимости от условий и режимов работы БИНС, в среднем, от 2 до 16 раз.

На графиках выходных сигналов БЧЭ визуально видно сглаживание и уменьшение шумов в выходной информации блока.

Была рассчитана частота выдачи информации от БЧЭ, она составила от 30 до 50 Гц в зависимости от тактовой частоты микроконтроллера, входящего в состав разработанного блока, что удовлетворяет требованиям, выдвигаемым к БЧЭ.

Внешний вид разработанного устройства представлен на рис. 5

•И

Рис. 5 - Внешний вид БЧЭ без защитного кожуха

В заключении представлены следующие основные результаты:

1. В ходе проведенного анализа современного состояния бесплатформенных инерциальных навигационных систем было установлено, что получаемые с датчиков сигналы, как правило, подвергаются минимальной обработке перед поступлением в блок обработки инерциальной информации, что в свою очередь грозит использованием в навигационных алгоритмах искаженных входных

данных, получаемых от БЧЭ.

2. В ходе проведенного анализа современного состояния отечественных вычислительных устройств, способных производить получение и первичную обработку данных с датчиков БЧЭ, было установлено, что наиболее перспективными для решения поставленных задач являются микроконтроллеры серии 1986ВЕ9х.

3. На основе анализа современного состояния бесплатформенных инерциальных навигационных систем и с учетом выявленных недостатков разработана структурная схема блока чувствительных элементов, обеспечивающая увеличение точности данных, получаемых с БЧЭ и частоту выдачи информации.

4. В ходе проведенного анализа сигналов, полученных с датчиков БЧЭ, установлено, что в нем присутствуют выбросы, наилучшим методом обработки которых, является рассмотренный в первой главе метод статистической обработки данных. Ввиду требований данного метода к многозадачности и большим вычислительным ресурсам на его основе разработана собственная методика и алгоритм предварительной обработки данных, ориентированная на однозадачный вычислитель, имеющий невысокую

вычислительную мощность.

5. Разработана структурная схема программных модулей для вычислителей, входящих в состав БЧЭ, обеспечивающая

одновременность съема информации с датчиков БЧЗ и высокую точность обработки данных.

6. В связи с тем, что для высокоточного получения информации с аналоговых акселерометров, входящих в состав БЧЭ, требуется применение современных АЦП, имеющих высокую разрядность, появляется задача разработки новых методик калибровки АЦП. В ходе решения данной задачи была разработана собственная методика калибровки и настройки аналоговых измерительных каналов БЧЭ.

7. На основе разработанных структурных схем и методик создан опытный образец БЧЭ. Для вычислителей, входящих в его состав, создано программное обеспечение, реализовано сохранение настроечных коэффициентов в энергонезависимой памяти микроконтроллера, что позволяет производить настройку и калибровку БЧЭ единоразово, обеспечен синхронный съем информации с датчиков БЧЭ. Аппаратная часть построена полностью на перспективной отечественной элементной базе, что позволяет использовать БЧЭ в оборонной промышлености. Для отладки, настройки и реконфигурирования прибора предусмотрены технологический интерфейс и программная реализация работы блока

в технологическом режиме.

8. На основании экспериментов с опытным образцом БЧЭ

было установлено:

снижение коридора ошибки, в зависимости от условий и

режимов работы БИНС, в среднем, от 2 до 16 раз;

• сглаживание и уменьшение шумов в выходной информации

блока;

• рассчитана частота выдачи информации от БЧЭ. Она составила от 30 до 50 Гц в зависимости от тактовой частоты микроконтроллера для каналов измерения линейного ускорения, что

удовлетворяет требованиям по частоте выдачи информации, предъявляемым к БЧЭ.

Издания, рекомендованные в ВАК:

1. Варабин, Д. А., Алгоритм предварительной обработки данных блока чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной навигационной системы. // Материалы четвертой Всероссийской научно-технической конференции «Информационно-измерительные и управляющие системы военной техники» Владимир, 2014 г.- М., Издательство РАРАН, 2014. с.19-22.

2. Варабин, Д.А., Разработка методики калибровки измерительных каналов блока чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной навигационной системы. II Материалы четвертой Всероссийской научно-технической конференции «Информационно-измерительные и управляющие системы военной техники» Владимир, 2014 г. - М., Издательство

РАРАН, 2014. с. 22-23

3. Варабин, Д.А., Оптимизация помехоустойчивого метода обработки данных на основе байесовской статистики для условий однозадачности и низких вычислительных ресурсов. // Механика и процессы управления. Том 3. Материалы ХХХХМ Всероссийского симпозиума, посвященного 90-летию со дня рождения академика В.П.

Макеева. - М.: РАН, 2014 с.101-107.

4. Варабин, Д.А., Структурная схема блока чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной навигационной системы. II Механика и процессы управления. Том 3. Материалы ХХХХМ Всероссийского симпозиума, посвященного 90-летию со дня роздения академика В.П. Макеева. - М.: РАН, 2014 с.93-100.

5. Варабин, Д.А., Программно-аппаратный робототехнический комплекс с возможностью автоматического режима движения. //

Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 11. 4.2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. с. 9-14.

6. Варабин, Д.А., Беспилотная робототехническая платформа. // Материалы третьей Всероссийской научно-технической конференции «Информационно-измерительные и управляющие системы военной техники» Владимир, 14 - 16 ноября 2012 г. - М., Издательство РАРАН, 2012. с. 177-180.

Другие издания:

1. Варабин, Д.А., Методика предварительной обработки данных датчиков навигационных систем робототехнических платформ. // Материалы научно-практической конференции "Робототехника и искусственный интеллект. Проблемы и перспективы" 30-31 октября 2014 г. - Брест, 2015. - с. 4-10

2. Denis Varabin, Dmitry Bagaev, Autonomous System "Car Robot" П IV International Conference "Problems of Cybernetics and Informatics" (РСГ2012), Baku, Azerbaijan, September 12-14, 2012, IEEE Catalog Number: CFP1291T-ART, ISBN: 978-1-4673-4502-6, 2012, c.221-222.

3. Варабин, Д.А., Беспилотное транспортное средство «автомобиль-робот». // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем: сборник научных трудов. Восьмой выпуск. - Ульяновск: УлГТУ, 2012. - с.180-184.

Подписано в печать 28.01.2015. Формат 60x84/16. Печать трафаретная. Бумага документная. Усл. Печ. Л. 1.0. Тираж ЮОэкз. Заказ №1. Балтийский государственный технический университет

Типография БГТУ. 190005. Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., д.1.