priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-7-609-616pribor-392Research ArticleПРИБОРЫ НАВИГАЦИИNAVIGATION DEVICESМетоды решения задач астронавигации с применением цифровых оптических камерMethods for solving astronavigation problems using digital optical camerasКондрашкинГ. В.KondrashkinG. V.

Георгий Викторович Кондрашкин — аспирант; Инновационный технологический центр; инженер

Москва

Georgiy V. Kondrashkin — Post-Graduate Student;  Innovation Technological Center; Engineer

Moscow

yaegor93@mail.ruБолотновА. С.BolotnovA. S.

Альберт Сергеевич Болотнов — аспирант; Инновационный технологический центр; инженер

Москва

Albert S. Bolotnov — Post-Graduate Student; Innovation Technological Center; Engineer

Moscow

bolotnovalbert@mail.ruШкатовМ. Ю.ShkatovM. Yu.

Михаил Юрьевич Шкатов — канд. техн. наук, доцент; Инновационный технологический центр; научный сотрудник

Москва

Michail Yu. Shkatov — PhD, Associate Professor; Innovation Technological Center; Researcher

Moscow

shkatovmikhail@gmail.comМосковский государственный технический университет им. Н. Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202509082025687609616Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/392

Рассматриваются два метода определения навигационных параметров с помощью астронавигационной системы, астродатчик которой представляет собой цифровую камеру с широким полем зрения. Первый метод, применяемый в морской астрономии, представляет собой традиционный разностно-высотно-азимутальный метод решения навигационной задачи по наблюдению группы светил и видимого горизонта. Второй метод, применяемый в астроинерциальных навигационных системах, основан на измерении ориентации астродатчика в инерциальной (экваториальной) системе координат и ее взаимосвязи с геоцентрической и местной географической системами координат. Отмечено, что использование цифровой камеры высокого разрешения в роли звездного датчика астроинерциальных навигационных систем позволяет реализовать оба метода определения навигационных параметров. Подчеркнуто, что природа возникновения погрешностей определения ориентации двумя рассматриваемыми методами различна, вследствие чего их совместное использование повышает точность решения навигационной задачи. Представлена схема алгоритма комплексного применения данных об ориентации относительно горизонта по показаниям инерциальных датчиков и датчика видимого горизонта. Выполнено моделирование по моделям погрешностей инерциальных датчиков и датчиков видимого горизонта, результаты которого показали высокую эффективность приведенного алгоритма.

Two methods of determining navigation parameters using an astronavigation system with a star tracker, which is a digital camera with a wide field of view, are considered. The first method used in marine astronomy is a traditional difference-altitude-azimuth method for solving the navigation problem of observing a group of stars and the visible horizon. The second method, used in, is based on measuring the orientation of a star tracker in an inertial (equatorial) coordinate system and its relationship to geocentric and local geographic coordinate systems. It is noted that the use of a high-resolution digital camera as a star sensor for astroinertial navigation systems makes it possible to implement both methods for determining navigation parameters. It is emphasized that the nature of the errors in determining orientation by the two methods under consideration is different, so that their combined application increases the accuracy of solving the navigation problem. A scheme of an algorithm for the integrated application of orientation data relative to the horizon based on the readings of inertial sensors and a visible horizon sensor is presented. Results of digital simulation.

астронавигацияметодхарактеристики погрешностимоделированиевидимый горизонтинерциальная вертикальstellar navigationmethoderror characteristicsmodelingvisible horizoninertial verticalReferencesСкубко Р. А., Шкатов М. Ю. Мореходная астрономия. Книга вторая. СПб: ВМИ, 2004. 258 с.Skubko R.A., Shkatov M.Iu. Morekhodnaia astronomiia (The Nautical astronomу), Book 2, 2004, 258 р. (in Russ.)Титов Р. Ю., Файн Г. И. Мореходная астрономия: Учебник. М.: Транспорт, 1984. 252 с.Titov R.Yu., Fain G.I. Morekhodnaya astronomiya (Nautical Astronomy), Moscow, 1984, 252 р. (in Russ.)Красавцев Б. И. Мореходная астрономия. М.: Транспорт, 1978. 304 с.Krasavtsev B.I. Morekhodnaya astronomiya (Nautical Astronomy), Moscow, 1978, 304 р. (in Russ.)Нгуен В. В., Попов С. С. Применение метода наименьших квадратов и метода Лагранжа при обработке результатов эксперимента // Сб. избранных статей по материалам научных конференций ГНИИ „Нацразвитие“. 2020. С. 51–53.Nguyen V.V., Popov S.S. Sbornik izbrannykh statey po materialam nauchnykh konferentsiy GNII "Natsrazvitiye" (Collection of Selected Articles Based on the materials of Scientific Conferences of the State Research Institute "NatSrazvitie"), 2020, рр. 51–53. (in Russ.)Аванесов Г. А., Бессонов Р. В., Сметанин П. С. Первичная обработка информации в звездном датчике ориентации // Механика, управление и информатика. 2015. Т. 7. С. 159–174.Avanesov G.A., Bessonov R.V., Smetanin P.S. Mechanics, Control and Informatics, 2015, no. 2(7), pp. 159–174. (in Russ.)Аванесов Г. А., Бессонов Р. В., Куркина А. Н., Никитин А. В., Сазонов В. В. Оценка точности определения ориентации системы звездных датчиков по экспериментальным данным // Космические исследования. 2018. Т. 56, № 1. С. 47–61.Avanesov G.A., Bessonov R.V., Kurkina A.N., Nikitin A.V., Sazonov V.V. Cosmic Research, 2018, no. 1(56), pp. 38– 53. (in Russ.)Аванесов Г. А., Бессонов Р. В., Куркина А. Н., Мысник Е. А., Лискив А. С., Людомирский М. Б., Каютин И. С., Ямщиков Н. Е. Разработка автономной астроинерциальной системы // Механика, управление и информатика. 2013. Т. 13. С. 9–29.Avanesov G.A., Bessonov R.V., Kurkina А.N., Mysnik E.A., Liskiv А.S., Ludomirskiy M.B., Kayutin I.S., Yamshikov N.E. Mechanics, Control and Informatics, 2013, no. 1(13), pp. 9–29. (in Russ.)Аванесов Г. А., Бессонов Р. В., Куркина А. Н., Людомирский М. Б., Каютин И. С., Ямщиков Н. Е. Принципы построения астроинерциальной навигационной системы авиационного применения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т.10, № 2. С. 9–29.Avanesov G.A., Bessonov R.V., Kurkina A.N., Lyudomirsky M.B., Kayutin I.S., Yamshchikov N.E. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniia Zemli iz kosmosa, 2013, no. 2(10), pp. 9–29. (in Russ.)Salychev O. S. Verified Approaches to inertial navigation. M.: BMSTU Press, 2017. 368 p.Salychev O.S. Verified Approaches to inertial navigation, Moscow, 2017, 368 p.Матвеев В. В. Инерциальные навигационные системы. Учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 198 с.Matveev V.V. Inertsial'nyye navigatsionnyye sistemy (Inertial Navigation Systems), Tula, 2012, 198 р. (in Russ.)Акишин В. В. Методика оценки инструментальных ошибок БИНС в случае кратковременного и нерегулярного наличия корректирующей информации // Тр. Моск. ин-та электромеханики и автоматики (МИЭА). 2013. № 6. С. 36–45.Akishin V.V. Proceedings of the Moscow Institute of Electromechanics and Automation (MIEA), 2013, no. 6, pp. 36– 45. (in Russ.)Логинов М. Ю., Челноков Ю.Н. Аналитическое решение дифференциальных уравнений ошибок БИНС, функционирующей в нормальной географической системе координат, для случая неподвижного относительно Земли объекта // Математика. Механика. 2012. № 14. С. 120–123.Loginov M.Yu., Chelnokov Yu.N. Mathematics. Mechanics, 2012, no. 14, pp. 120–123. (in Russ.)Голован А. А., Мишин В. Ю., Молчанов А. В., Чиркин М. В. Метод анализа влияния погрешностей гироскопического канала бесплатформенной инерциальной навигационной системы на погрешности инерциального счисления // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2021. № 4. С. 130–141.Golovan A.A., Mishin V.Y., Chirkin M.V., Molchanov A.V. Journal of Computer and Systems Sciences International, 2021, no. 4(60), pp. 627–638.Dusha D., Boles W., Walker R. Fixed-wing estimation using computer vision based horizon detection // Proc. of the 12th Australian Intern. Aerospace Congress, Melbourne, Australia, 2007. 19 p.Dusha D., Boles W., Walker R. Proceeding 12th Australian International Aerospace Congress, Melbourne, Australia, 2007, 19 p.Малышева Ю. А. Комплексированная система ориентации и навигации с оптическим датчиком горизонта // Інформаційні системи, механіка та керування. 2012. № 8. С. 23–32.Malysheva Yu.A. Information Systems, Mechanics and Control, 2012, no. 8, pp. 23–32. (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.