Ин таҳқиқот ҳадаф дорад барои ҳавопаймоҳои бесарнишини баландпарвоз, ки муддати тӯлонӣ вазифа иҷро мекунанд, ҳамаи параметрҳои асосии хатои меъмории ду-меҳварии RINS/CNS-ро, ки низоми навигатсияи инерсиалии бо модулятсияи гардишӣ ва низоми навигатсияи осмониро дар як платформа муттаҳид мекунад, дар як раванди ягонаи калибркунӣ муайян намояд. Дар система воҳиди ченкунии инерсиалӣ (IMU) дар механизми индексатсия/gimbal-и ду-меҳварӣ ҷойгир карда мешавад; камерае, ки барои иктишоф истифода мешавад, ҳамзамон ҳамчун сенсори ситора арзёбӣ мегардад. Бо ин роҳ кам кардани эҳтиёҷ ба ситорапаймои алоҳида ва таҷҳизоти иловагии калибркунӣ пешбинӣ шудааст.

Навоварии асосии кор танҳо калибр кардани қиматҳои bias-и гироскоп ва акселерометр нест. Муҳаққиқон дар як вектори ҳолати хато bias, омили миқёс ва хатогиҳои меҳвари салибӣ/насби IMU; ғайриортогоналии меҳварҳои gimbal; хатогиҳои кунҷии encoder-и меҳварҳои дохилӣ ва берунӣ; параметрҳои самтгирии берунии камера (EOP); параметрҳои дохилӣ (IOP), аз ҷумла масофаи фокусӣ, нуқтаи асосӣ ва skew; инчунин параметрҳои дисторсияи радиалӣ/тангенсиалии линзаи Brown–Conrady-ро якҷоя баҳогузорӣ мекунанд.

Барои ин модели 47-андозаи ҳолати хато ва сохтори Extended Kalman Filter, ки ба боқимондаҳои пикселии тасвири ситора такя мекунад, таҳия шудааст. Маълумоти IMU бо 100 Hz паҳн мешавад, дар ҳоле ки навсозиҳои ситора-пиксел бо 2 Hz истифода мешаванд. Масири калибркунӣ ба ҷойи он ки гурӯҳҳои гуногуни хатоҳоро ҳамзамон ва тасодуфӣ барангезад, тавре тарҳрезӣ шудааст, ки мушоҳидапазирии параметрҳои муайянро дар сегментҳои муайян афзоиш диҳад.

Се механизми асосии ҷудокунии хато истифода мешавад: ҷудо кардани хатои encoder-и дохилӣ бо симметрияи тоқ/ҷуфт (odd/even) ҳангоми сканҳои симметрии меҳвари дохилӣ; тағйир додани базаи Jacobian-и ченкунӣ бо мавқеъҳои гуногуни истинодии меҳвари берунӣ; ва ҷудо кардани хатои encoder-и берунӣ аз дигар ҷузъҳои quasi-DC тавассути тамғаи басомад ба ҳаракати секунҷашакли меҳвари берунӣ.

Дар симулятсияи холис қисми зиёди параметрҳои IMU, gimbal ва камера дар сегменти ҳаракате, ки барои онҳо иттилоот медиҳад, ҳамгаро шудаанд ва дар анҷоми кор сатҳи хато умуман тақрибан аз %5 кам мондааст. Дар санҷиши HIL/semi-physical, вақте маълумоти воқеии IMU ва encoder-и gimbal истифода шуд, натиҷаҳо пурғавғотар гардиданд; муҳаққиқон сатҳи ниҳоии хаторо умуман тақрибан дар доираи %6–16 гузориш кардаанд.

Аммо санҷиши HIL парвози воқеии UAV-и баландпарвоз нест. Гарчанде маълумоти IMU ва gimbal аз таҷҳизоти ҷисмонӣ гирифта шудааст, ченкуниҳои ситора аз каталоги ситораҳои SAO бо истифода аз маҳдудиятҳои воқеии самтгирӣ ва майдони назар ба таври синтетикӣ сохта шудаанд. Аз ин рӯ, кор қобилияти татбиқи лабораторӣ/нимҷисмонии усулро дастгирӣ мекунад, вале санҷиши пурраи парвозиро бо тасвири воқеии осмон, ларзиши парвоз, градиентҳои ҳароратӣ ва хатои дарозмуддати навигатсия ҳанӯз нишон намедиҳад.

Аз нигоҳи Туркия: Дар таҳқиқоти баландпарвозии UAV, платформаҳои дарозмуддати парвоз, навигатсияи бидуни GNSS, низоми иктишофи электро-оптикӣ ва навигатсияи инерсиалӣ дар Туркия чунин равиши муттаҳидаи калибркунӣ метавонад аз ҷиҳати методӣ арзёбӣ шавад. Хусусан истифодаи камераи вазифавӣ ҳамзамон ҳамчун сенсори истинодии осмонӣ метавонад такрори сенсорҳо ва массаро дар платформа кам кунад. Аммо масири калибркунӣ, сифати IMU, намоёнии ситораҳо ва бузургии хатогиҳо дар ин таҳқиқот ба конфигуратсияи муайяни симулятсия/HIL тааллуқ доранд; барои вазифаҳои воқеӣ дар фазои ҳавоии Туркия санҷиши дубора бо шароити атмосфера, оптикаи камера, сохтори gimbal, ларзиши парвоз, ҳамоҳангсозии вақт ва намоёнии воқеии ситораҳо зарур аст.

Чаро RINS ва CNS якҷоя истифода мешаванд?

Низоми навигатсияи инерсиалии strapdown аз он сабаб муҳим аст, ки бе гирифтани сигнали беруна мавқеъ, суръат ва самтгириро ҳисоб карда метавонад; ин махсусан дар вазифаҳое муҳим аст, ки GNSS халалдор ё дастнорас аст. Аммо bias, омили миқёс ё хатогиҳои хеле хурди ҳамоҳангии меҳварҳо дар гироскоп ва акселерометр бо мурури вақт интеграл шуда, боиси афзоиши хатои навигатсия мегарданд.

Rotational-Modulation Inertial Navigation System (RINS) бо чархонидани идорашавандаи IMU ҳадаф дорад хатогиҳои доимӣ ё сусттағйирёбандаи сенсорро ба шаклҳои синусоидалӣ интиқол диҳад ва таъсири миёнаи онҳоро бо мурури вақт кам кунад.

Celestial Navigation System (CNS) метавонад самтҳои ситораҳоро ҳамчун истиноди мутлақи самтгирӣ истифода барад. Ҳамин тавр, хатогиҳои самтгирии низоми инерсиалӣ, ки бо вақт меафзоянд, тавассути ченкуниҳои осмонӣ маҳдуд карда мешаванд.

Равиши таҳқиқот ин ду механизмро муттаҳид мекунад, то на танҳо навигатсия анҷом диҳад, балки ҳамон ҳаракатҳоро барои калибркунии худи низоми сенсор низ истифода барад.

Меъмории ҷисмонии система чӣ гуна аст?

Расми 1 дар саҳифаи 5-и кори манбаъ сохтори асосии системаро нишон медиҳад. Дар як платформаи механикии умумӣ:

• меҳвари дохилии gimbal,
• меҳвари берунии gimbal,
• IMU,
• линзаи оптикӣ/камера

якҷоя ҷойгир шудаанд.

Gimbal-и дохилӣ номиналӣ дар атрофи меҳвари \(+X_b\)-и бадан бо кунҷи \(\alpha\), ва gimbal-и берунӣ дар атрофи меҳвари \(+Z_b\) бо кунҷи \(\beta\) ҳаракат мекунад.

Расми 2 дар ҳамон саҳифа табдилоти байни низоми координатаҳои Замин/nav, низоми бадан ва низомҳои сенсор/gimbal-ро нишон медиҳад. Ин занҷири координатӣ аҳамияти муҳим дорад, зеро хатогиҳои encoder, ортогоналии gimbal, насби IMU ва boresight-и камера то расидани самти ситора ба мавқеи пешбинишудаи пиксел метавонанд дар як занҷири табдилот бо ҳам омехта шаванд.

Хатогиҳои gimbal чӣ гуна моделсозӣ мешаванд?

Дар низоми механикии воқеӣ наметавон фарз кард, ки ду меҳвари gimbal ба таври комил ба ҳам перпендикуляранд ё меҳварҳои IMU бо меҳварҳои механикии гардиш комилан мувофиқат мекунанд.

Таҳқиқот геометрияи gimbal-ро бо чор параметри хурди ортогоналӣ ифода мекунад:

\[ \theta_x,\;\theta_y,\;\theta_z,\;\phi \]

Илова бар ин, хатогиҳои кунҷӣ дар ченкуниҳои encoder-и дохилӣ ва берунӣ:

\[ \delta\alpha,\qquad\delta\beta \]

таъриф шудаанд.

Кунҷҳои воқеии меҳвар:

\[ \tilde{\alpha}=\alpha+\delta\alpha \] \[ \tilde{\beta}=\beta+\delta\beta \]

ба ин шакл навишта мешаванд.

Дар натиҷаи хаттисозии дараҷаи якум муҳаққиқон се мушоҳидаи муҳим ба даст меоранд:

• \(\delta\alpha\) аз ҳама қавӣ бо сканҳои меҳвари дохилӣ барангехта мешавад.
• \(\delta\beta\) бе ҳаракати меҳвари берунӣ ба таври қавӣ мушоҳидапазир намешавад.
• Параметрҳои non-orthogonality-и gimbal дар ченкунӣ мисли халали quasi-DC рафтор мекунанд.

Модели хатои IMU чиро дар бар мегирад?

Модели ченкунии гироскоп дар манбаъ:

\[ \tilde{\omega}^{s} = (I+\Delta K_g)\omega^s + \Delta A_g\omega^s + \varepsilon^s + n_g \]

пешниҳод шудааст.

Барои акселерометр:

\[ \tilde{f}^{s} = (I+\Delta K_a)f^s + \Delta A_a f^s + \nabla^s + n_a \]

истифода мешавад.

Дар ин ҷо:

• \(\varepsilon^s\): bias-ҳои доимии гироскоп,
• \(\nabla^s\): bias-ҳои доимии акселерометр,
• \(\Delta K_g,\Delta K_a\): хатогиҳои омили миқёс,
• \(\Delta A_g,\Delta A_a\): хатогиҳои меҳвари салибӣ/насб,
• \(n_g,n_a\): ғавғои ченкунӣ мебошанд.

Чаро камера танҳо бо самтгирии берунӣ калибр карда намешавад?

Дар таҳқиқот камера ҳамчун сенсори оддии самтгирӣ баррасӣ намешавад. Геометрияи дохилии камера низ ба вектори ҳолати калибркунӣ ворид шудааст.

Гурӯҳи параметрҳои дохилӣ:

\[ \eta_{IOP} = [f_x,f_y,c_x,c_y,s,k_1,k_2,p_1,p_2]^T \]

таъриф шудааст.

Дар ин ҷо \(f_x,f_y\) масофаҳои фокусӣ бо воҳиди пиксел; \(c_x,c_y\) нуқтаи асосӣ; \(s\) pixel skew; \(k_1,k_2\) параметрҳои дисторсияи радиалӣ ва \(p_1,p_2\) параметрҳои дисторсияи тангенсиалӣ мебошанд.

Модели дисторсияи Brown–Conrady

Барои координатаҳои идеалии нормализатсияшудаи тасвир \(x,y\):

\[ r^2=x^2+y^2 \]

ва координатаҳои дисторсияшуда:

\[ x_d = x+x(k_1r^2+k_2r^4) +2p_1xy +p_2(r^2+2x^2) \] \[ y_d = y+y(k_1r^2+k_2r^4) +p_1(r^2+2y^2) +2p_2xy \]

моделсозӣ мешаванд.

Ин муодила мефаҳмонад, ки чаро дар сегменти S5 камера бояд на танҳо дар маркази тасвир, балки дар минтақаҳои канор ва кунҷ ҳам бо ситораҳо барангехта шавад. Вақте \(r\) хурд мемонад, махсусан иттилоот дар бораи параметрҳои дисторсияи радиалӣ заиф аст.

Як мушоҳидаи ситора чӣ гуна ба ҳамаи гурӯҳҳои хато пайваст мешавад?

Яке аз муодилаҳои асосии муттаҳидаи хато дар таҳқиқот хатои хурдро дар вектори воҳидии ситора ба чор ҷузъ ҷудо мекунад:

\[ \delta s^n \approx -[s^n\times]\phi^n - [s^n\times]C^n_b\delta\theta_{EOP} + C^n_b(\delta C^b_s)R_{BC}s^c + C^n_bR_{BC}J_i\delta\eta_{IOP} \]

Ин ифода нишон медиҳад, ки як боқимондаи пикселии ситора метавонад ҳамзамон:

• хатои самтгирии навигатсия/бадан,
• хатои EOP-и камера,
• хатогиҳои encoder ва non-orthogonality-и gimbal,
• хатогиҳои IOP ва дисторсияи линзаи камераро

дар бар гирад.

Аз ин рӯ, масъалаи асосӣ танҳо баҳогузории шумораи зиёди параметрҳо нест; балки ҷудо кардани параметрҳое мебошад, ки имзоҳои ченкунии хеле монанд ба вуҷуд меоранд.

Чаро ҳолати хатои 47-андоза истифода мешавад?

Вектори муттаҳидаи ҳолати хато дар таҳқиқот аз маҷмӯъ 47 параметр иборат аст.

Дар муодилаи манбаъ блоки IOP нӯҳ параметр — \(f_x,f_y,c_x,c_y,k_1,k_2,p_1,p_2,s\)-ро дар бар мегирад ва бо ҳамаи блокҳо андозаи умумии ҳолат 47 аст.

EKF бо кадом суръатҳо кор мекунад?

Дар сохтори пешниҳодшудаи EKF-и ҳолати хато:

• IMU propagation: 100 Hz,
• навсозии ситора-пиксел: 2 Hz,
• ҷараёни encoder-и gimbal дар HIL: 1 kHz

пешниҳод шудааст.

Барои ҳар ситораи намоён, фарқи байни пиксели пешбинишуда ва пиксели ченшуда ҳамчун ченкунӣ ба филтр ворид мешавад.

Барои коҳиш додани таъсири қиматҳои ғайримуқаррарии боқимондаҳои тасвир ба филтр \(\chi^2\) gating, residual whitening ва санҷишҳои геометрии намоёнӣ истифода мешаванд.

Чаро дар сегментҳои статикӣ ZUPT мавҷуд аст?

Дар қисмҳои интизории статикии S0 ва S6 метавонад zero-velocity update-и ихтиёрӣ истифода шавад:

\[ z_{zupt} = \hat v^n-0 \]

Ин ченкунии иловагӣ махсусан мушоҳидапазирии bias-и акселерометр ва ҳолатҳои хатои вобастаро дастгирӣ мекунад.

Се механизми ҷудокунии хато

1. Симметрияи тоқ/ҷуфт дар меҳвари дохилӣ

Ҳангоми собит будани меҳвари берунӣ \(\beta\), дар меҳвари дохилӣ гузаришҳои симметрии \(+\alpha\) ва \(-\alpha\) татбиқ мешаванд.

\[ z^{odd} = \frac{1}{2} [z(+\alpha,\beta)-z(-\alpha,\beta)] \] \[ z^{even} = \frac{1}{2} [z(+\alpha,\beta)+z(-\alpha,\beta)] \]

Таъсири хатои encoder-и дохилӣ нисбат ба \(\alpha\) симметрияи тоқ нишон медиҳад, дар ҳоле ки EOP, encoder-и берунӣ ва аъзоҳои non-orthogonality дар дараҷаи якум бештар дар ҷузъи ҷуфт/quasi-DC боқӣ мемонанд.

Бо ин роҳ канали odd:

\[ z^{odd}\rightarrow\delta\alpha \]

барои ҷудо кардани қавии параметр пешбинӣ мешавад.

2. Basis switching

Агар скани меҳвари дохилӣ танҳо дар мавқеи \(\beta=0^\circ\) анҷом дода шавад, баъзе сутунҳои Jacobian метавонанд хеле ба ҳам монанд гарданд.

Аз ин рӯ меҳвари берунӣ ба:

\[ \beta=0^\circ,\quad+45^\circ,\quad-45^\circ \]

мавқеъҳои истинодӣ бурда мешавад.

Мавқеи нави меҳвари берунӣ базаи геометрии матритсаи ҳассосияти ченкуниро тағйир медиҳад. Бо ин роҳ ҳадаф кам кардани коррелятсия махсусан байни параметрҳои gimbal ва хатогиҳои доимии EOP-и камера мебошад.

3. Тамғагузории басомад барои encoder-и берунӣ

Бо татбиқи ҳаракати секунҷашакли rate-limited дар меҳвари берунӣ имзои динамикии параметри \(\delta\beta\) аз аъзоҳои quasi-DC ҷудо карда мешавад.

Мантиқи демодулятсия, ки дар манбаъ истифода шудааст:

\[ D_{\beta}[z] = \frac{2}{T} \int_{t_0}^{t_0+T} z(t)\, \mathrm{sgn}(\dot{\beta}(t))dt \]

ба ин шакл аст.

Дар ҳоле ки ҷузъи encoder-и берунӣ тавассути ин тамғагузорӣ нигоҳ дошта мешавад, пахш кардани ҷузъҳои доимии EOP ва non-orthogonality ҳадаф аст.

Мушоҳидапазирӣ чӣ гуна чен карда мешавад?

Барои ҳар сегменти ҳаракат Fisher Information Matrix сохта шуда, мазмуни иттилоот бо Singular Value Decomposition арзёбӣ мешавад.

Барои сегменти \(S\):

\[ W_S = \sum_{k\in S} \Phi^T_{k,0} H^T_k R^{-1}_k H_k \Phi_{k,0} \]

таъриф шудааст.

Барои гурӯҳи муайяни параметрҳо индекси нормализатсияшудаи мушоҳидапазирӣ:

\[ NOI_S(\Theta) = \frac{ \sigma_{\min} (E^T_{\Theta}W_SE_{\Theta}) }{ \sigma_{\star}(S) } \]

ҳисоб карда мешавад.

Ҳар қадар қимати NOI калон бошад, ҳамон қадар қабул мешавад, ки сегменти ҳаракати марбут ба гурӯҳи интихобшудаи параметрҳо иттилооти мустақили бештар медиҳад.

Тақсимоти вазифаҳои масири калибркунӣ

Кадом сегмент кадом параметрро мушоҳидапазир мекунад?

Усул ва натиҷаҳо

Шароити симулятсияи холис

Рафтори ҳамгароӣ дар симулятсия

Дар Расмҳои 5–15-и манбаъ баҳогузории параметрҳо дар тӯли меҳвари вақт нишон дода шудааст. Хусусияти умумии графикҳо ин аст, ки параметрҳо дар тамоми 12 дақиқа бо суръати яксон ҳамгаро намешаванд.

То он даме ки ҳолат ба сегменте, ки онро барангехта мекунад, нарасад, хатти баҳогузорӣ асосан ҳамвор мемонад; ҳангоми оғози ҳаракати дахлдор бошад, зуд ба қимати ҳақиқӣ наздик мешавад.

Ин рафтор муҳимтарин нишондиҳандаи ададии даъвои “segment-wise observability”-и таҳқиқот мебошад.

Натиҷаҳои bias-и гироскоп

Ҳар се bias-и гироскоп асосан дар S1–S3 ҳамгаро шудаанд.

Натиҷаҳои encoder роҳро дар симулятсия тасдиқ мекунанд

Дар Расми 12-и манбаъ хатои encoder-и дохилӣ \(\delta\alpha\) дар сканҳои аввалини меҳвари дохилӣ зуд ба қимати ҳақиқии тақрибан 40 arcsec мерасад, дар ҳоле ки хатои encoder-и берунӣ \(\delta\beta\) то S4 бо иттилооти кам мемонад.

Вақте ҳаракати секунҷашакли меҳвари берунӣ дар S4 оғоз мешавад, баҳогузории \(\delta\beta\) якбора ба қимати ҳақиқӣ наздик мешавад.

Ин график мустақиман нишон медиҳад, ки хатои encoder-и берунӣ танҳо бо скани меҳвари дохилӣ боэътимод баҳогузорӣ карда намешавад.

Чаро параметрҳои камера то S5 интизор мешаванд?

Дар Расмҳои 13 ва 14-и манбаъ дида мешавад, ки баҳогузории camera intrinsics ва дисторсияи Brown–Conrady то S5 иттилооти маҳдуд ҷамъ мекунад.

Вақте дар S5 нуқтаҳои ситора аз маркази тасвир ба канор/кунҷи тасвир бурда мешаванд:

• \(f_x,f_y\),
• \(c_x,c_y\),
• pixel skew,
• \(k_1,k_2,p_1,p_2\)

параметрҳо зуд ҳамгаро мешаванд.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки дар калибркунии оптикӣ на танҳо дидани шумораи зиёди ситораҳо, балки тақсимоти геометрии онҳо дар ҳамвории тасвир низ муҳим аст.

Графики мушоҳидапазирии нормализатсияшуда чӣ мегӯяд?

Расми 16 дар саҳифаи 19-и манбаъ қиматҳои NOI-и блокҳои гуногуни параметрҳоро дар S1–S6 паҳлуи ҳам нишон медиҳад.

Дар график:

• иттилооти encoder-и дохилӣ дар S1–S3 қавӣ аст,
• иттилооти encoder-и берунӣ дар S4 равшан аст,
• иттилооти EOP дар S2–S3 тақвият ёфтааст,
• иттилооти IOP/дисторсия дар S5 ба таври равшан боло меравад.

Аз ин рӯ, масири калибркунӣ на танҳо ҳамчун пайдарпаии интуитивии ҳаракатҳо, балки дар иртибот бо матритсаи иттилооти Fisher ва натиҷаҳои SVD асоснок шудааст.

Натиҷаи умумии симулятсияи холис

Муҳаққиқон гузориш медиҳанд, ки дар анҷоми кори 12-дақиқаина параметрҳои IMU, gimbal ва камера умуман дар ҳудуди тақрибан %5 ҳамгаро шудаанд.

Аммо азбаски баъзе қиматҳои сутуни “Rel. %”-и Ҷадвали 5 барои camera intrinsics бо таносуби truth–estimate мустақиман мувофиқат намекунанд, дар мақолаи Verianla барои камера аз ҳар сатри ҷадвал фоизи нисбии аз нав ҳосилшуда пешниҳод нашудааст.

Дар санҷиши HIL чӣ воқеӣ ва чӣ синтетикӣ аст?

Расми 17 дар саҳифаи 21-и манбаъ дастгоҳи ҷисмонии санҷиши HIL-ро нишон медиҳад. Дар тасвир низоми turntable-и се-меҳварӣ, компютери идоракунӣ ва таҷҳизоти санҷиш дида мешавад.

Дар сохтори HIL:

• IMU: маълумоти воқеии сенсор дар rate-table, 100 Hz,
• Gimbal: ҷараёни воқеии encoder-и ду-меҳварӣ, 1 kHz,
• Сенсори ситора: самтҳои синтетикии ситора аз каталоги SAO,
• Ғавғои пиксел: тақрибан 0,3 px,
• Навсозии пиксел: 2 Hz

истифода шудаанд.

Аз ин рӯ, гарчанде кор “hardware-in-the-loop” номида мешавад, занҷири сенсори оптикӣ пурра аз тасвири воқеии ситора/ченкунии centroid иборат нест.

Чаро натиҷаҳо дар HIL бадтар мешаванд?

Дар низоми воқеӣ намоёнии ситора ва сифати ченкунӣ идеалӣ нест. Муҳаққиқон гузориш медиҳанд, ки дар ҷараёни HIL тақрибан %10–15 кадри тасвир аз сабаби тағйири намоёнӣ ҳангоми гузариши сегментҳо ё қиматҳои ғайримуқаррарии centroid хориҷ шудааст.

Дар натиҷа хатҳои ҳамгароӣ нисбат ба симулятсияи холис пурғавғотар ва сусттар мешаванд.

Муқоисаи bias-и гироскоп дар симулятсияи холис ва HIL

Натиҷаи умумии санҷиши HIL

Муҳаққиқон гузориш медиҳанд, ки дар таҷрибаҳои HIL ҳамаи гурӯҳҳои параметрҳо боз дар сегментҳое ҳамгаро шуданд, ки барои онҳо иттилоот доранд, ва дар қисми статикии S6 бе дивергенсияи дергоҳ устувор монданд.

Сатҳи умумии хато аз тақрибан ≤%5 дар симулятсияи холис то тақрибан %6–16 дар шароити амалии HIL боло меравад.

Дар Ҷадвали 6 баъзе қиматҳо каме аз %16 зиёданд; масалан барои accelerometer Y bias %16,30 ва барои EOP X-и камера %16,34 навишта шудааст. Аз ин рӯ, “%16” бояд ҳамчун ҷамъбасти тақрибии иҷрои муҳаққиқон фаҳмида шавад, на ҳамчун ҳадди болоии қатъии математикӣ.

Оё сарбории ҳисоббарорӣ барои компютери парвоз баланд аст?

Дар манбаъ андозаи ҳолати хато \(n=47\) ва стеки маъмулии ченкунии пиксел тақрибан \(m\approx40\) дода шудааст.

Мураккабии бартаридоштаи як навсозии ченкунӣ:

\[ O(n^2m+m^3) \]

ва дар бадтарин ҳолат навсозии ковариатсия:

\[ O(n^3) \]

арзёбӣ шудааст.

Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки тартиби тақрибан \(10^5\) амали нуқтаи шинокунанда барои ҳар навсозии 2 Hz-и пиксел барои протсессорҳои муосири камқуввати парвоз идорашаванда аст.

Ҷиҳатҳои қавии усул

• Параметрҳои IMU, gimbal ва камера дар як модели ҳолати хато муттаҳид шудаанд.
• Камера на танҳо аз ҷиҳати boresight, балки ҳамроҳ бо параметрҳои дохилӣ ва дисторсияи Brown–Conrady калибр карда мешавад.
• Ҷудокунии параметрҳо танҳо ба танзими филтр вогузор нашудааст; масири ҳаракати ҷисмонӣ махсус барои мушоҳидапазирӣ тарҳрезӣ шудааст.
• Хатогиҳои encoder-и дохилӣ ва берунӣ бо имзоҳои гуногуни симметрия/басомад ҷудо карда мешаванд.
• Бо PWCS, Fisher Information Matrix ва SVD ба таври ададӣ таҳқиқ шудааст, ки кадом сегмент ба кадом параметр иттилоот медиҳад.
• Илова ба симулятсияи холис, санҷиши HIL бо маълумоти воқеии IMU ва gimbal анҷом дода шудааст.
• Истифодаи дубораи камераи иктишофӣ ҳамчун сенсори ситора як равиши сатҳи системавӣ барои кам кардани бори сенсори алоҳида пешниҳод мекунад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Дар зери масири ҳаракати ду-меҳварӣ гурӯҳҳои хатои IMU, gimbal ва камераро дар як EKF баҳогузорӣ кардан мумкин аст.
• Хатои encoder-и дохилӣ асосан дар сканҳои меҳвари дохилии S1–S3 мушоҳидапазир мешавад.
• Хатои encoder-и берунӣ бе ҳаракати меҳвари берунии S4 ба таври қавӣ ҳамгаро намешавад.
• EOP-ҳои камера тавассути basis switching-и меҳвари берунӣ дар S2–S3 иттилоот мегиранд.
• IOP-и камера ва дисторсияи Brown–Conrady аз скани марказ–канори тасвир дар S5 ба таври қавӣ баҳра мегиранд.
• Дар симулятсияи холис гурӯҳҳои параметрҳо умуман дар сатҳи хатои тақрибан %5 ҳамгаро мешаванд.
• Дар муҳити HIL, ки маълумоти воқеии IMU/gimbal-ро дар бар мегирад, рафтори ҳамгароии сегментӣ нигоҳ дошта мешавад.
• Коҳиши намоёнӣ ва тақсимоти ғайриидеалии centroid дар HIL нисбат ба симулятсияи холис сатҳи хатоҳоро зиёд мекунад.

Нуқтаҳое, ки таҳқиқот ҳанӯз исбот накардааст

• Усул дар парвози воқеии HALE UAV санҷида нашудааст.
• Занҷири camera centroid extraction бо тасвирҳои воқеии ситора дар кори HIL истифода нашудааст.
• Намоёнии атмосфера, абр, рӯшноии рӯз ва заминаи воқеии осмон моделсозӣ нашудаанд.
• Хатои ҳамоҳангсозии вақти камера–IMU ба таври возеҳ калибр нашудааст.
• Таъсири камераи rolling-shutter моделсозӣ нашудааст.
• Тағйироти параметрҳои IMU/gimbal вобаста ба градиентҳои ҳароратӣ дар равзанаи кӯтоҳи мавҷудаи калибркунӣ моделсозӣ нашудаанд.
• Drift-ҳои дарозмуддати сенсор бо модели параметрҳои бо вақт тағйирёбанда санҷида нашудаанд.
• Нокомии механикии gimbal ё rate-table дар симулятсияи холис ба назар гирифта нашудааст.
• Натиҷаи парвози воқеӣ дар бораи он ки пас аз калибркунӣ хатои навигатсияи вазифаи воқеӣ бо метр ё дараҷа чӣ қадар беҳтар шудааст, пешниҳод нашудааст.
• Санҷиши синтетикии оптикӣ дар асоси каталоги SAO ҳамаи хатогиҳои оптикӣ ва centroid-и сенсори воқеии ситораро ифода намекунад.

Корҳои оянда

Муҳаққиқон нақша доранд, ки дар оянда моделҳои хатои сенсорро вобаста ба ҳарорат ва вақт ба калибркунӣ илова кунанд, масири калибркуниро зери маҳдудиятҳои майдони назар ва суръати механикӣ мустақиман бо меъёрҳои мушоҳидапазирӣ оптимизатсия намоянд, дар UAV-и ҳаракаткунанда санҷиши парвози ҳалқаи пӯшида анҷом диҳанд ва сегментҳои калибркуниро мувофиқи миқдори иттилооти Fisher дар вақти воқеӣ ба таври мутобиқ дароз кунанд.

Ёддошти манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии кор: A Full-Parameter Calibration Method for an RINS/CNS Integrated Navigation System in High-Altitude Drones

Муаллифон: Huanrui Zhang; Xiaoyue Zhang; Chunhua Cheng; Xinyi Lv; Chunxi Zhang.

Тартиби муаллифон: Тартиб дар кори манбаъ айнан ҳифз шудааст.

Саҳми баробар/муаллифи якуми баробар: Дар манбаъ изҳорот дар бораи муаллифи якуми баробар ё саҳми баробар вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: Chunhua Cheng.

Муассисаҳо:

1. School of Instrument Science and Opto-Electronics Engineering, Beihang University, Beijing, China.
2. Qingdao Branch, Naval Aeronautic University, Qingdao, China.

Маҷалла: Vehicles.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Сабти библиографӣ: Vehicles 2026, 8, 11.

DOI: 10.3390/vehicles8010011

Санаи ирсол: 28 Октябр 2025.

Санаи бознигарӣ: 1 Декабр 2025.

Санаи қабул: 27 Декабр 2025.

Санаи нашр: 5 Январ 2026.

Навъи манбаъ ва баррасии ҳамтоён: Мақолаи таҳқиқотии баррасишуда. Санҷиши асосӣ аз симулятсияи холис ва озмоишҳои нимҷисмонии Hardware-in-the-Loop иборат аст.

Ҳолати preprint: Дар манбаи баррасишуда маълумот дар бораи версияи алоҳидаи preprint дода нашудааст; дар ин арзёбии Verianla версияи нашршуда ва баррасишуда асос гирифта шудааст.

Пайванди расмии нашр:https://www.mdpi.com/2624-8921/8/1/11

Пайванди DOI:https://doi.org/10.3390/vehicles8010011

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Кор дастрасии кушода дорад.

Маблағгузорӣ: Муҳаққиқон хабар додаанд, ки кор маблағгузории беруна нагирифтааст.

Дастрасии маълумот: Дар манбаъ ибораи “No new data were created or analyzed in this study” оварда шудааст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор доштаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Усул аз ҷониби Huanrui Zhang; санҷиш аз ҷониби Xiaoyue Zhang; таҳлили формалӣ аз ҷониби Chunxi Zhang; таҳқиқот аз ҷониби Chunhua Cheng ва Xinyi Lv анҷом дода шудааст.

Ҳадди санҷиши таҷрибавӣ: Дар санҷиши HIL маълумоти ҷисмонии IMU/rate-table ва ҷараёнҳои encoder-и баланддақиқи gimbal-и ду-меҳварӣ истифода шудаанд. Ченкуниҳои ситора бошад, на аз тасвирҳои воқеии оптикӣ, балки бо истифода аз каталоги SAO ва маҳдудиятҳои воқеии самтгирӣ/FOV ба таври синтетикӣ сохта шудаанд. Аз ин рӯ, кор санҷиши пурраи ҷисмонии парвоз ё тасвири сенсори воқеии ситора нест.

Номувофиқиҳои муҳими техникӣ ва таҳририи дохили манбаъ

• Таҳқиқот масири калибркуниро дар маҷмӯъ 12 дақиқа муайян мекунад ва Расми 4 хатти вақти сегментиро тақрибан аз 0 то 12 дақиқа нишон медиҳад. Аммо дар Ҷадвали 2 давомнокии ҳаракати секунҷашакли меҳвари берунии S4 ҳамчун 12 s навишта шудааст. Вақте ҳамаи давомнокиҳои Ҷадвали 2 бо ҳамин қимат ҷамъ карда мешаванд, тақрибан 609 s, яъне 10,15 дақиқа ҳосил мешавад. Агар давомнокии S4 120 s бошад, ҷамъ тақрибан 717 s ё 11,95 дақиқа мешавад. Аз ин рӯ, гарчанде қимати “12 s” ба хатои навишт сахт шабоҳат дорад, Verianla онро хомӯшона тағйир надодааст.
• Боби 4.3 масири калибркуниро бо гузаришҳо ҳамчун “11-segment decoupling path” тавсиф мекунад. Боби хулоса бошад, пайдарпаии S0–S6-ро “six rate-limited segments” меномад. Азбаски аз S0 то S6 ҳафт S-сегмент мавҷуд аст, истилоҳот дар дохили худ комилан мувофиқ нест.
• Дар Ҷадвали 5 қиматҳои “Rel. %”-и параметрҳои дохилии камера бо ҳисоби стандартии \(|estimate-truth|/|truth|\) мувофиқат намекунанд. Илова бар ин, Боби 5.4 барои \(f_y\) бузургтарин хатои нисбии %4,70-ро мегӯяд, дар ҳоле ки Ҷадвали 5 дар сатри \(f_y\) %1,71 нишон медиҳад. Аз ин рӯ, Verianla барои camera intrinsics сутуни фоизии манбаро аз нав тафсир карда, натиҷаи нав истеҳсол накардааст.
• Дар Ҷадвали 6-и HIL қиматҳои Truth, Estimate, Error ва Rel. % барои баъзе параметрҳо аз ҷиҳати арифметикӣ бо ҳам мувофиқ нестанд. Хусусан дар баъзе сатрҳои encoder, camera intrinsics, дисторсия ва EOP тарҳи мустақим қимати “Error”-и дар ҷадвал навишташударо намедиҳад. Аз ин сабаб, ифодаи умумии иҷрои %6–16 барои HIL ҳамчун хулосаи муаллифони манбаъ дода шудааст ва аз сатрҳои мушкил фоизи нави мустақил ҳосил нашудааст.
• Хулосаи манбаъ натиҷаҳои HIL-ро тақрибан дар доираи хатои %6–16 тавсиф мекунад. Дар Ҷадвали 6 қиматҳои каме аз %16 зиёд, аз ҷумла %16,30 барои accelerometer Y bias ва %16,34 барои EOP X мавҷуданд; бинобар ин, %16 набояд ҳамчун ҳадди болоии қатъии математикӣ тафсир шавад.

Ёддошти мазмуни илмӣ: Меъмории система, муодилаҳо, сегментҳои ҳаракат, ҳолатҳои хато, танзимоти филтр, натиҷаҳои симулятсия, маълумоти HIL ва маҳдудиятҳо дар ин мақолаи Verianla танҳо ба кори манбаи баррасишуда асос ёфтаанд. Манбаъҳои беруна барои илова кардани натиҷаи илмӣ не, балки танҳо барои тасдиқи ҳувияти библиографии нашр ва мақоми баррасишудаи он истифода шудаанд.

Ёддошти Verianla Live: Ҷузъи раванд аз Ҷадвалҳои 2–3-и манбаъ ва мантиқи мушоҳидапазирии Боби 4 сохта шудааст. Қиматҳои хатои нисбии симулятсияи холис ва HIL, ки дар муқоисаи bias-и гироскоп истифода шудаанд, айнан аз сатрҳои аз ҷиҳати арифметикӣ мувофиқи Ҷадвалҳои 5 ва 6-и манбаъ гирифта шудаанд. Маълумот ё интерполятсияи дар манбаъ набуда истеҳсол нашудааст.