Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7385
(13) U
(46) 2011.06.30
(51) МПК
G 01C 23/00 (2006.01)
(54) ИНТЕГРИРОВАННАЯ ИНЕРЦИАЛЬНО-СПУТНИКОВАЯ
НАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
МНОГОГИПОТЕЗНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
(21) Номер заявки: u 20100933
(22) 2010.11.08
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Военная академия Республики Бе-
ларусь" (BY)
(72) Авторы: Шабан Сергей Александро-
вич; Солонар Андрей Сергеевич; Мо-
роз Андрей Николаевич; Сидорович
Олег Викторович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение обра-
зования "Военная академия Республи-
ки Беларусь" (BY)
(57)
Интегрированная инерциально-спутниковая навигационная система с использованием
многогипотезной фильтрации, содержащая многоканальный радиоприемник, вход которо-
го через усилитель связан с антенной, а его выходы подключены к первой группе входов
вычислителя местоположения спутников, блок начальной установки альманаха данных о
спутниках, подключенный выходами к второй группе входов вычислителя местоположе-
ния спутников, таймер, подключенный выходом к синхронизирующему входу вычислите-
ля местоположения спутников, а его выходы соединены с входами блока выделения
радиовидимых спутников, подключенного выходами к входам блока выбора рабочего со-
звездия спутников, выходы которого соединены с входами блока вычисления местополо-
жения пользователя, а также измеритель проекций абсолютной угловой скорости и
Фиг. 1
BY7385U2011.06.30

2. BY 7385 U 2011.06.30
2
измеритель проекций вектора кажущегося ускорения, подключенные соответственно че-
рез корректор угловой скорости и корректор кажущегося ускорения к вычислителю нави-
гационных параметров, вычислитель начальных данных, входы с первого по третий
которого соединены с одноименными входами корректора угловой скорости и выходами
измерителя проекций абсолютной угловой скорости, входы с четвертого по шестой со-
единены соответственно с выходами измерителя проекций вектора кажущегося ускорения
и с входами с первого по третий корректора кажущегося ускорения, отличающаяся тем,
что в нее дополнительно введены блок взвешивания, блок вычисления вероятностей, ве-
совой сумматор и три комплексных фильтра, выходы с первого по шестой блока взвеши-
вания соединены с двумя первыми входами каждого комплексного фильтра, входы с
первого по шестой блока взвешивания соединены с одноименными входами весового
сумматора, а также вторым и третьим выходами трех комплексных фильтров, входы с
седьмого по девятый блока взвешивания соединены с первой группой выходов блока вы-
числения вероятностей, вторая группа выходов которого соединена с седьмого по девятый
входами весового сумматора, первый выход каждого комплексного фильтра соединен с
одним из трех входов блока вычисления вероятностей, вторая группа входов вычислителя
начальных данных соединена с входами с четвертого по шестой корректора угловой ско-
рости и подключена к выходам с тринадцатого по пятнадцатый весового сумматора, а тре-
тья группа из трех входов соединена с первыми тремя выходами блока вычисления
местоположения пользователя, шесть выходов блока вычисления местоположения поль-
зователя связаны с седьмыми входами комплексных фильтров, при этом выходы вычисли-
теля начальных данных с четвертого по девятый связаны с шестыми входами
комплексных фильтров и с входами с седьмого по двенадцатый вычислителя навигацион-
ных параметров, а выходы с первого по третий непосредственно связаны с пятыми входа-
ми комплексных фильтров, вход три которых соединен с тремя первыми входами
вычислителя навигационных параметров, девять выходов которого соединены с выходами
системы непосредственно, и подключен к трем выходам корректора угловой скорости,
четвертый вход комплексных фильтров соединен с тремя вторыми входами вычислителя
навигационных параметров и подключен к трем выходам корректора кажущегося ускоре-
ния, а восьмой вход связан с выходом таймера, при этом выходы весового сумматора с
первого по третий соединены со второй группой входов блока выбора рабочего созвездия
спутников, выходы с шестнадцатого по восемнадцатый подключены соответственно к
входам с четвертого по шестой корректора кажущегося ускорения, а выходы с четвертого
по двенадцатый соединены с выходами системы непосредственно.
(56)
1. Патент Российской Федерации 2087867, МПК G 01С 23/00, 1993.
2. Патент Российской Федерации 2277696, МПК G 01C 23/00 (2006.01), G 01S 5/14
(2006.01) // Бюл. № 16. - 10.06.2006 (прототип).
3. Li X.R., Jilkov V.P. A Survey of Maneuvering Target Tracking - Part V:Multiple-Model
Methods // IEEE Trans. Aerospace and Electronic Systems. - Nov 26. - 2003. - 58 р.
4. Singer A.R. Estimating Optimal Tracking Filter Performance for Manned Maneuvering
Targets // IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems. - July, 1970, Vol. AES-6, No. 4. -
Р. 473-483.
Полезная модель относится к устройствам навигационной техники и может быть ис-
пользована при проектировании комплексированных инерциально-спутниковых навига-
ционных систем различных подвижных объектов.

3. BY 7385 U 2011.06.30
3
Известна система [1], которая содержит радиоприемник, соединенный через усили-
тель с антенной, а выходами подключенный к вычислителю местоположения навигацион-
ных спутников, подключенному другими входами к блоку начальной установки альманаха
данных об орбитах спутников, а выходы этого вычислителя соединены с входами блока
выделения радиовидимых спутников. Выходы этого блока подключены к входам блока
выделения рабочего созвездия спутников, соединенного выходами с входами блока вы-
числителя местоположения потребителя. В систему входят измеритель проекций абсо-
лютной угловой скорости, состоящий из трех ортогонально установленных лазерных
гироскопов, измеритель проекций кажущегося ускорения, включающий три акселеромет-
ра, установленных по соответствующим осям лазерных гироскопов. Указанные измерите-
ли через блоки коррекции подключены к вычислителю навигационных параметров,
выходы которого связаны через третий блок коррекции с выходами системы и с выходами
дисплея, при этом часть выходов системы подключена к входам блока выделения радио-
видимых спутников, а часть выходов вычислителя навигационных параметров подключе-
на к первой группе входов анализатора достоверности информации, другая группа входов
которого соединена с выходами блока вычисления местоположения потребителя. Выходы
анализатора через блок ключей связаны с входами навигационного фильтра, первая груп-
па выходов которого соединена соответственно с входами двух блоков коррекции, а вто-
рая группа выходов подключена к входам третьего блока коррекции.
Эта система довольно точно решает задачу навигации, но при этом требует ввода
начальных данных о широте, долготе, высоте местоположения подвижного объекта, а
также ориентации относительно меридиана - азимуте, а также не обеспечивает формиро-
вание выходных сигналов, пропорциональных параметрам движения, полученным на ос-
нове только инерциальной навигации.
Наиболее близкой к предлагаемой системе по технической сущности является система
[2], которая содержит многоканальный радиоприемник, вход которого через усилитель
связан с антенной, а его выходы подключены к первой группе входов вычислителя место-
положения спутников, блок начальной установки альманаха данных о спутниках, под-
ключенный выходами к второй группе входов вычислителя местоположения спутников,
таймер, подключенный выходом к синхронизирующему входу вычислителя местополо-
жения спутников, а его выходы соединены с входами блока выделения радиовидимых
спутников, подключенного выходами к входам блока выбора рабочего созвездия спутни-
ков, выходы которого соединены с входами блока вычисления местоположения пользова-
теля, а также измеритель проекций абсолютной угловой скорости и измеритель проекций
вектора кажущегося ускорения, подключенные соответственно через корректор угловой
скорости и корректор кажущегося ускорения к вычислителю навигационных параметров,
блок комплексирования информации и вычислитель начальных данных, входы с первого
по третий которого соединены с одноименными входами корректора угловой скорости и
выходами измерителя проекций абсолютной угловой скорости, входы с четвертого по ше-
стой соединены соответственно с выходами измерителя проекций вектора кажущегося
ускорения и с входами с первого по третий корректора кажущегося ускорения, при этом
вторая группа входов соединена с входами с четвертого по шестой корректора угловой
скорости и подключена к выходам с тринадцатого по пятнадцатый блока комплексирова-
ния информации, а третьей группой из трех входов соединен с входами с семнадцатого по
девятнадцатый блока комплексирования информации и подключен к выходам с первого
по третий блока вычисления местоположения пользователя, остальные выходы которого с
четвертого по шестой связаны с входами с двадцатого по двадцать второй блока комплек-
сирования информации непосредственно, при этом выходы вычислителя начальных дан-
ных с четвертого по девятый связаны с группой входов из шести вычислителя
навигационных параметров и с входами с десятого по пятнадцатый блока комплексирова-
ния информации, а выходы с первого по третий непосредственно связаны с входами с

4. BY 7385 U 2011.06.30
4
седьмого по девятый блока комплексирования информации, первая группа входов с пер-
вого по шестой которого соединена с одноименными входами вычислителя навигацион-
ных параметров, девять выходов которого соединены с одноименными выходами системы
непосредственно, и подключена соответственно к трем выходам корректора угловой ско-
рости и трем выходам корректора кажущегося ускорения, а шестнадцатый вход связан с
выходом таймера, при этом выходы блока комплексирования информации с первого по
третий соединены с второй группой входов блока выбора рабочего созвездия спутников,
выходы с шестнадцатого по восемнадцатый подключены соответственно к входам с чет-
вертого по шестой корректора кажущегося ускорения, а выходы с четвертого по девятна-
дцатый соединены с выходами системы с десятого по восемнадцатый непосредственно.
Данная система обладает автономностью по сравнению с системой [1], что позволяет
довольно точно решать задачу навигации на основе только инерциальных измерений.
Указанная система имеет расширенный состав выходных сигналов по сравнению с систе-
мой [1], что позволяет использовать ее в пилотажно-навигационных комплексах летатель-
ных аппаратов. Недостатком существующей системы является значительный рост ошибок
в условиях интенсивного маневрирования потребителя, которые в определенных условиях
могут превысить ширину дискриминационной характеристики и привести к срыву сопро-
вождения.
Задачей настоящей полезной модели является повышение устойчивости работы инер-
циально-спутниковой навигационной системы.
Техническим результатом осуществления полезной модели является повышение
устойчивости работы в условиях интенсивного маневрирования потребителя.
Для решения поставленной задачи предложена интегрированная инерциально-
спутниковая навигационная система с использованием многогипотезной фильтрации, со-
держащая многоканальный радиоприемник, вход которого через усилитель связан с ан-
тенной, а его выходы подключены к первой группе входов вычислителя местоположения
спутников, блок начальной установки альманаха данных о спутниках, подключенный вы-
ходами к второй группе входов вычислителя местоположения спутников, таймер, под-
ключенный выходом к синхронизирующему входу вычислителя местоположения
спутников, а его выходы соединены с входами блока выделения радиовидимых спутни-
ков, подключенного выходами к входам блока выбора рабочего созвездия спутников, вы-
ходы которого соединены с входами блока вычисления местоположения пользователя, а
также измеритель проекций абсолютной угловой скорости и измеритель проекций вектора
кажущегося ускорения, подключенные соответственно через корректор угловой скорости
и корректор кажущегося ускорения к вычислителю навигационных параметров, вычисли-
тель начальных данных, входы с первого по третий которого соединены с одноименными
входами корректора угловой скорости и выходами измерителя проекций абсолютной уг-
ловой скорости, входы с четвертого по шестой соединены соответственно с выходами из-
мерителя проекций вектора кажущегося ускорения и с входами с первого по третий
корректора кажущегося ускорения, в которую дополнительно введены блок взвешивания,
блок вычисления вероятностей, весовой сумматор и три комплексных фильтра, выходы с
первого по шестой блока взвешивания соединены с двумя первыми входами каждого ком-
плексного фильтра, входы с первого по шестой блока взвешивания соединены с одно-
именными входами весового сумматора, а также вторым и третьим выходами трех
комплексных фильтров, входы с седьмого по девятый блока взвешивания соединены с
первой группой выходов блока вычисления вероятностей, вторая группа выходов которо-
го соединена с седьмого по девятый входами весового сумматора, первый выход каждого
комплексного фильтра соединен с одним из трех входов блока вычисления вероятностей,
вторая группа входов вычислителя начальных данных соединена с входами с четвертого
по шестой корректора угловой скорости и подключена к выходам с тринадцатого по пят-
надцатый весового сумматора, а третья группа из трех входов соединена с первыми тремя

5. BY 7385 U 2011.06.30
5
выходами блока вычисления местоположения пользователя, шесть выходов блока вычис-
ления местоположения пользователя связаны с седьмыми входами комплексных филь-
тров, при этом выходы вычислителя начальных данных с четвертого по девятый связаны с
шестыми входами комплексных фильтров и с входами с седьмого по двенадцатый вычис-
лителя навигационных параметров, а выходы с первого по третий непосредственно связа-
ны с пятыми входами комплексных фильтров, вход три которых соединен с тремя
первыми входами вычислителя навигационных параметров, девять выходов которого со-
единены с выходами системы непосредственно, и подключен к трем выходам корректора
угловой скорости, четвертый вход комплексных фильтров соединен с тремя вторыми вхо-
дами вычислителя навигационных параметров и подключен к трем выходам корректора
кажущегося ускорения, а восьмой вход связан с выходом таймера, при этом выходы весо-
вого сумматора с первого по третий соединены со второй группой входов блока выбора
рабочего созвездия спутников, выходы с шестнадцатого по восемнадцатый подключены
соответственно к входам с четвертого по шестой корректора кажущегося ускорения, а вы-
ходы с четвертого по двенадцатый соединены с выходами системы непосредственно.
На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой системы. В соответствии с фиг. 1 си-
стема содержит:
1 - многоканальный радиоприемник (РП);
2 - усилитель (УС);
3 - антенна;
4 - вычислитель местоположения спутников (ВМС);
5 - блок начальной установки альманаха данных о спутниках (БНУАДС);
6 - таймер;
7 - блок выделения радиовидимых спутников (БВРВС);
8 - блок выбора рабочего созвездия спутников (БВРСС);
9 - блок вычисления местоположения пользователя (БВМП);
10 - вычислитель начальных данных (ВНД);
11 - измеритель проекций абсолютной угловой скорости (ИПАУС);
12 - измеритель проекций вектора кажущегося ускорения (ИПВКУ);
13 - корректор угловой скорости (КУС);
14 - корректор кажущегося ускорения (ККУ);
15 - вычислитель навигационных параметров (ВНП);
16 - блок взвешивания (БВ);
17 - блок вычисления вероятностей (БВВ);
18 - весовой сумматор (ВС);
19, 20, 21 - первый, второй и третий комплексные фильтры (КФ1, КФ2, КФ3).
Согласно прототипу, в качестве измерителей трех проекций абсолютной угловой ско-
рости и кажущегося ускорения могут быть использованы, например, три одноосных ла-
зерных гироскопа и три акселерометра, оси которых образуют единую ортогональную
систему координат, связанную с носителем системы.
Все блоки системы за исключением БВ, БВВ, ВС, КФ1, КФ2 и КФ3 реализуют алго-
ритмы прототипа. Данные блоки реализуются с помощью алгоритмов, представленных
ниже.
Предлагаемая интегрированная инерциально-спутниковая навигационная система с
использованием многогипотезной фильтрации работает следующим образом.
Исходной информацией являются сигналы с трех связанных с корпусом пользователя
и установленных ортогонально друг другу гироскопов и акселерометров, входящих в со-
став измерителей проекций абсолютной угловой скорости и вектора кажущегося ускоре-
ния соответственно.

6. BY 7385 U 2011.06.30
6
Сигналы с гироскопов и акселерометров поступают в вычислитель начальных данных
и через корректоры угловой скорости и кажущегося ускорения на вход трех комплексных
фильтров, а также в вычислитель навигационных параметров.
В вычислитель начальных данных поступают также сигналы, пропорциональные ши-
роте, высоте и долготе пользователя из блока вычисления местоположения пользователя,
а также сигналы ошибок измерений проекций абсолютной угловой скорости из весового
сумматора для их запоминания в энергонезависимой памяти блока. В начальный момент
времени эти сигналы отсутствуют.
В ВНД осуществляется подготовка начальных данных для комплексных фильтров и
ВНП по алгоритму аналогичному [2].
В КУС осуществляется учет ошибок измерений угловой скорости вращения путем
суммирования сигналов, пришедших с ИПВКУ, с сигналами, пропорциональными ошиб-
кам гироскопов, оцениваемым в комплексных фильтрах.
В ККУ осуществляется учет ошибок измерений кажущегося ускорения путем сумми-
рования сигналов, пришедших с ИПВКУ, с сигналами, пропорциональными ошибкам ак-
селерометров, оцениваемым в комплексных фильтрах.
В ВНП по сигналам, поступающим из корректоров угловой скорости и кажущегося
ускорения, с учетом начальных данных, поступивших из ВНД, осуществляется оператив-
ное вычисление навигационных параметров: углов ориентации относительно географиче-
ского меридиана ψ и плоскости местного горизонта θ, γ; северной VN, вертикальной Vh и
восточной VE составляющих относительной скорости поступательного движения, а также
географических координат ϕ, h, λ,. Указанные параметры выдаются во внешние системы.
Порядок вычисления выходных сигналов ВНД аналогичен [2].
Принимаемые антенной сигналы от навигационных спутников через усилитель посту-
пают на многоканальный радиоприемник, который после их обработки выдает информа-
цию о спутниках в вычислитель местоположения спутников. ВМС по данным об орбитах
спутников, выдаваемым блоком БНУАДС информации из радиоприемника и по сигналу
таймера, вычисляет местоположение спутников, из совокупности которых затем будет
выбрана группа, обеспечивая наилучшую точность навигационного решения.
Это осуществляется в блоке выбора рабочего созвездия спутников, на входы которого,
помимо спутниковой информации из БВРВС, поступают сигналы, пропорциональные гео-
графическим координатам пользователя из весового сумматора, полученным на основе
инерциальных данных и соответствующим их результирующей оценке на выходе весово-
го сумматора. С учетом этих сигналов в БВРСС осуществляется рациональный выбор ра-
бочего созвездия спутников при количестве радиовидимых спутников, большем четырех,
повышающий достоверность и точность последующих навигационных решений.
Далее информация о спутниках, включенных в рабочее созвездие, поступает в блок
вычисления местоположения пользователя, в котором вырабатываются сигналы, пропор-
циональные географическим координатам пользователя и его скорости. Все указанные
сигналы поступают в комплексные фильтры для коррекции навигационных параметров.
Кроме того, значения широты, высоты и долготы поступают в ВНД для начальной вы-
ставки при включении системы.
Комплексирование инерциальной и спутниковой информации осуществляется в филь-
трах комплексной обработки, блоке взвешивания, блоке вычисления вероятностей и весо-
вом сумматоре. На вход комплексных фильтров поступают сигналы скорректированной
угловой скорости вращения из КУС, скорректированного кажущегося ускорения из ККУ,
а также сигналы из блока БВМП о местоположении и скорости пользователя и сигнал се-
кундной метки от таймера для синхронизации инерциальной и спутниковой информации.
После включения системы в комплексные фильтры одноразово поступают также сигналы
из ВНД о местоположении ϕ0, h0, λ0, ориентации ψ0, θ0, γ0 пользователя и ошибках гиро-

7. BY 7385 U 2011.06.30
7
скопов ∆ωx0, ∆ωy0, ∆ωz0. Выходные сигналы формируются в соответствии со следующим
алгоритмом многогипотезной фильтрации:
1. Вычисляется априорная вероятность i-й ( M,1j,i = ) гипотезы модели движения по-
требителя :m )i(
k
( ) ,py/mPp
M
1j
)j(
1kji1k
)i(
k
)i(
1kk ∑
=
−−−
π== (1)
где πji - априорные вероятности перехода; )j(
1kp − - апостериорная вероятность j-й гипотезы.
2. Определяются условные вероятности перехода ij
1kp − из j-й модели движения потре-
бителя в i-ю с учетом апостериорных вероятностей гипотез (k-1)-го шага измерения как
( ) .p/py,m/mPp )i(
1kk
)j(
1kji1k
)i(
k
)j(
1k
ij
1k −−−−− π== (2)
3. Определяются взвешенные значения апостериорных условных оценок
)i(
1k1k −−
λ как
сумма условных оценок (k-1)-го шага фильтрации:
[ ] ,p€y,m/E
M
1j
ij
1k
)j(
1k1k1k
)i(
k1k
)i(
1k1k ∑=
−−−−−−− λ=λ=λ (3)
где E[•] - знак математического ожидания,
а также условные взвешенные значения матрицы ошибок фильтрации
( )( )∑ 



λ−λλ−λ+= −−−−−−−−−−λ−−λ
j
T
)j(
1k1k
)i(
1k1k
)j(
1k1k
)i(
1k1k
)j(
1k1k,
)i(
1k1k,
€DD .p ij
1k− (4)
4. Определяются экстраполированные условные оценки и матрицы ошибок фильтра-
ции:
;GF€ )i(
1k
)i(
1k
)i(
1k1k
)i(
1k
)i(
1kk −−−−−−
ω+λ=λ (5)
( ) ( )T)i(
1k
)i(
1k,
)i(
1k
T)i(
1k
)i(
1k1k,
)i(
1k
)i(
1kk,
GDGFDFD −−ω−−−−λ−−λ
+= , (6)
где [ ] )i(
1k,
)i(
1k
)i(
1k
)i(
1k D,F;E −ω−−− ω=ω - заданные для каждой из моделей входного воздействия
условные динамические матрицы пересчета и корреляционные матрицы случайного ма-
невра.
5. По результатам новых наблюдений yk определяется неувязка измерений
( ) ,n€Syy~ )i(
k
)i(
1kkkk
)i(
k −λ−= −
(7)
где [ ])i(
k
)i(
k nEn = .
6. Определяются условные результирующие оценки и ошибки фильтрации вектора со-
стояния:
( ) ( ) ( )
( )
1
)i(
)i(
1kk
)i(
k1)i(
n
T
)i(
)i(
1kk
)i(
k1)i(
1kk,
)i(
kk,
€cS
D
€cS
DD
−
−−−−
−λλ


















λ∂
λ∂








λ∂
λ∂
+= ; (8)
( )
( ) ( ) )i(
k
1)i(
n
T
)i(
)i(
1kk
)i(
kT)i()i(
kk,
)i(
1kk
)i(
kk
y~D
v
€cS
cD€€ −−
λ−








∂
λ∂
+λ=λ . (9)
7. Определяются коэффициенты правдоподобия для каждой гипотезы и апостериор-
ные вероятности гипотез:

8. BY 7385 U 2011.06.30
8
2
1
)i(
n
T
)i(
)i(
1kk
)i(
k
)i(
1kk,)i(
)i(
1kk
)i(
k
)i(
k
1
)i(
n
T
)i(
)i(
1kk
)i(
k
)i(
1kk,)i(
)i(
1kk
)i(
k
T)i(
k
)i(
k
D
€cS
D
€cS
2
y~D
€cS
D
€cS
)y~)(21(exp
L












+










λ∂




 λ∂










λ∂




 λ∂
π


























+










λ∂




 λ∂










λ∂




 λ∂
−
=
−
−λ
−
−
−
−λ
−
, (10)
,
Lp
Lp
p
j
)j(
k
)i(
1kk
)i(
k
)i(
1kk)i(
k
∑ −
−
= (11)
где • - знак определителя матрицы.
8. Вычисляются безусловные оценки вектора состояния и значения матрицы ошибок
фильтрации:
∑
=
λ=λ
M
1i
)i(
k
)i(
kkkk ,p€€ (12)
∑
=
λλ 









 λ−λ



 λ−λ+=
M
1i
)i(
k
T
)i(
kkkk
)i(
kkkk
)i(
kk,kk, .p€€€€DD
(13)
Теоретическое обоснование алгоритма многогипотезной фильтрации приводится в [3].
В блоке взвешивания реализованы выражения (3) и (4), в блоке вычисления вероятностей
реализованы выражения (1), (2) и (11), в фильтрах комплексной обработки информации
реализованы выражения (5)-(10), в весовом сумматоре реализованы выражения (12) и (13).
На фиг. 2 и 3 представлена динамика изменения сферических ошибок оценки коорди-
нат, скорости пользователя и апостериорных вероятностей гипотез для устройства-
прототипа и заявляемого устройства, полученные имитационным моделированием в среде
Matlab 6.5. В структуру устройства-прототипа закладывалась модель движения пользова-
теля по Зингеру [4], многогипотезное устройство было построено на основе трех гипотез
движения: пользователь неподвижен, движется с постоянной скоростью, движется по мо-
дели Зингера. На фиг. 2 приведены результаты моделирования при отсутствии интенсив-
ного маневрирования. На фиг. 3 показаны результаты моделирования, когда пользователь
двигался по следующей траектории: до 10-й секунды неподвижен, с 10-й секунды ско-
рость пользователя увеличивается на 0,3 м/с каждые 0,01 секунд, на 20-й секунде совер-
шается маневр, при котором ускорение скачком достигает значения 30 м/с2
. Обозначения
на фиг. 2 и 3 следующие:
εсф,X - сферическая ошибка оценки координат;
V,o€n~ε - сферическая ошибка оценки скорости;
)3(
k
)2(
k
)1(
k p,p,p - апостериорные вероятности 1-й, 2-й и 3-й гипотез.
Данное устройство комплексирования отличается от ранее предложенных использо-
ванием набора канальных фильтров, которые настроены на соответствующие гипотезы о
возможных моделях движения пользователя. Канальные фильтры могут отличаться друг
от друга как структурно, так и параметрически. Количество фильтров комплексной обра-
ботки определяется разработчиком в зависимости от количества принимаемых гипотез.

9. BY 7385 U 2011.06.30
9
Результирующая оценка формируется по результатам работы всех фильтров, которые бе-
руться с различным весом.
При соответствии априорных данных, заложенных в структуру комплексного фильтра,
построенного на основе уравнений расширенной фильтрации Калмана, модели задающего
воздействия, одноканальный измеритель будет давать более точную оценку по сравнению
с многогипотезным измерителем, выигрыш составит порядка 10 % при оценивании коор-
динат пользователя. Это объясняется влиянием ошибок, вносимых параллельными кана-
лами многогипотезного измерителя, вес которых достаточно близок, но не равен нулю.
Однако в процессе маневрирования пользователя структура одноканального ком-
плексного измерителя становится неоптимальной. Большое структурное или параметри-
ческое различие априорной информации и задающего воздействия неизбежно приводит к
большим ошибкам навигационных определений.
Таким образом, использование многогипотезной фильтрации для комплексирования
инерциальной и спутниковой информации повышает точность и устойчивость навигаци-
онных определений системы в условиях маневрирования пользователя.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.