Архив статей журнала
Статья посвящена актуальной теме имитации качки катамарана и программному обеспечению, алгоритмам позволяющим реализовать эту имитацию. Актуальность вытекает из необходимости тестировать навигационные устройства и их алгоритмы, строить большие тренажёрные комплексы имитации объектов надводного, воздушного и наземного базирования. Данная статья будет сосредоточена на описании программного и алгоритмического обеспечения для создания имитатора качки катамарана, находящегося на поверхности воды, при воздействии на него ветроволновых воздействий. Имитационный стенд для воспроизведения качки катамарана включает в себя платформу Стюарта, датчики, микроконтроллеры и персональный компьютер оператора. Верхняя часть платформы перемещается подобно палубе катамарана, а нижняя часть жёстко закреплена. Результаты экспериментов учитываются датчиками, закреплёнными на подвижной части, и обрабатываются микроконтроллером-прототипом навигационной системы. Считается, что навигационная система должна получать данные об объекте качки и возвращать оператору вектор состояния, содержащий угол и скорость крена, угол и скорость дифферента, высоту и скорость вертикальной качки. Применяемые математические модели описывают динамику катамарана и системы управления, уменьшающую амплитуду качки, внешние возмущения морской волны, формируемые по спектру Пирсона-Московица. Для получения траекторий качки катамарана реализован алгоритм Рунге-Кутта 4-го порядка с фиксированным шагом, а для фильтрации и восстановления полного вектора состояний катамарана реализован фильтр Калмана по схеме с «с задержкой». Разработано программное обеспечение для воспроизведения крена катамарана на имитационном стенде, фильтрации и восстановления вектора состояния, графического отображения результатов эксперимента в виде графиков, сохранения результатов в файлах. Для лучшей интерпретации результатов входные параметры графического интерфейса и алгоритмов имеют простые наглядные параметры: скорость и направление ветра, начальное состояние катамарана и служебные, а результаты представляются в виде графиков. В статье представлено подробное описание взаимосвязи модулей программ, применяемых математических алгоритмов, указаны входные и выходные параметры. Результаты имитации показывают достаточное качество воспроизведения качки катамарана. Однако были выявлены незначительные погрешности, связанные с механическими ограничениями применённой кинематической модели.
В настоящее время в навигационных системах робото-технических комплексов (РТК) используют разнородные датчики первичной информации, которые могут обеспечивать избыточность навигационных данных. Это позволяет повысить точность вычисления параметров движения, а так же позволяет определять их с большей надёжностью при условии выхода из строя одного или нескольких датчиков. В работе дан обзор и приводится классификация низкоуровневых математических методов обработки переопределённых параметров состояния систем навигации РТК. Отмечается, что задача комплексирования является подобластью задачи идентификации систем и поэтому имеет общие с ней подходы к построению решения. В подавляющем большинстве методов, построенных на оптимизационном подходе, в качестве критерия оптимальности используется квадратичная функция ошибок. Все математические методы объединения (комплексной обработки или комплексирования) каких-либо данных разделяют на низко-, средне- и высокоуровневые. В системах навигации наибольшее применение имеют низкоуровневые методы, такие как рекурсивные, нерекурсивные и методы на основе ковариаций. Нерекурсивные методы редко используются напрямую. Рекурсивные, как правило, построены по схеме фильтра Калмана. Не все методы устойчивы к негауссовости и корреляционной зависимости исходных данных, что часто встречается в системах навигации с переопределёнными данными. Кроме того, не все методы могут использоваться для решения проблемы релевантности данных, поступающих от навигационных приборов. Отмечается, что для методов комплексирования ключевым является подход объединения данных в информационном пространстве, понимаемом, как обратное к ковариационному, поскольку подавляющая часть методов, включая байесовские, сводятся к нему. В связи с этим, наибольший интерес представляют методы на основе ковариаций. Однако, для решения проблемы релевантности данных в системах навигации, являющихся системами реального времени, существующие методы плохо приспособлены, поскольку требуют при каждом такте объединения данных решения трудоёмкой в вычислительном плане оптимизационной задачи. Таким образом, существует проблема разработки новых подходов к решению этой задачи.