Задача навигации беспилотной сельскохозяйственной техники при помощи инерциальных датчиков, спутниковых систем и одометрии
17 июня 2026 года
Смольянов Д.И.
Диссертационная работа посвящена разработке методов интегрированной навигации беспилотной сельскохозяйственной техники на основе комплексирования данных бескарданной инерциальной навигационной системы (БИНС), одометрических датчиков, датчика угла поворота (ДУП) колеса или рамной конструкции объекта, а также глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).
Актуальность исследования обусловлена возрастающей потребностью в создании систем автономного управления сельскохозяйственной техникой (тракторы, комбайны и другие мобильные машины), способных сохранять работоспособность в условиях ограниченной доступности спутниковых измерений и длительных интервалов автономной работы.
Задача навигации в системе «БИНС–одометр» хорошо известна и подробно исследована в научной литературе. В диссертации рассматривается её расширение под сочетание «БИНС–одометрия» за счёт привлечения измерений ДУП и использования кинематических ограничений движения наземных машин.
Основными результатами работы являются разработка математических моделей и алгоритмов оценивания параметров системы «БИНС–одометрия», а также исследование их наблюдаемости. В частности, доказана наблюдаемость постоянных ошибок одометра и датчика угла поворота без использования спутниковых навигационных измерений. Кроме того, разработаны модели и доказана наблюдаемость всех трёх угловых рассогласований (перекосов) между осями БИНС и корпусом объекта навигации как при использовании одометра и неголономных ограничений без привлечения ГНСС, так и в схеме, использующей решение ГНСС и неголономные ограничения без привлечения одометра. Полученные теоретические результаты подтверждены результатами имитационного моделирования и экспериментальной обработки данных натурных испытаний.
В первой главе диссертации рассматриваются модели одометрического навигационного счисления, широко применяемые в робототехнике и системах автономного управления мобильными объектами. Во второй главе разрабатываются методы интеграции БИНС с одометрическими измерениями и данными датчика угла поворота на основе кинематических моделей движения наземных машин. Третья глава посвящена анализу наблюдаемости разработанных алгоритмов, ковариационному анализу на имитационных данных и исследованию результатов обработки экспериментальных данных.