vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2025_4_8vrgup-23Research ArticleМОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВMODELING SYSTEMS AND PROCESSESСинтез адаптивного алгоритма оценки угловой ориентации подвижных объектов на базе квазиоптимальных моделей движения с учетом команд автопилотаSynthesis of an adaptive algorithm for estimating the angular orientation of moving objects based on quasi-optimal motion models taking into account autopilot commandsНаконечнаяМ. О.NakonechnayaM. O.

Наконечная Марина Олеговна, кафедра «Связь на железнодорожном транспорте», аспирант

Nakonechnaya Marina Olegovna, Chair «Communications in Railway Transport», Postgraduate Student

nakonechnayamo@rgups.ruПеньковА. С.PenkovA. S.

Пеньков Антон Сергеевич, кафедра «Связь на железнодорожном транспорте», кандидат технических наук, доцент

Penkov Anton Sergeevich, Chair «Communications in Railway Transport», Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

pencha_@mail.ruКостоглотовА. А.KostoglotovA. A.

Костоглотов Андрей Александрович, кафедра «Связь на железнодорожном транспорте», доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой

Kostoglotov Andrey Aleksandrovich, Chair «Communications in Railway Transport», Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of the Chair

kostoglotov@me.comЛеоновЕ. С.LeonovE. S.

Леонов Егор Сергеевич, кафедра «Связь на железнодорожном транспорте», студент

Leonov Egor Sergeevich, Chair «Communications in Railway Transport», Student

egorle03@mail.ruТавуновВ. П.TavunovV. P.

Тавунов Владимир Петрович, начальник отдела

Tavunov Vladimir Petrovich, Head of the Department

tavunov@mail.ruРостовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov-on-Don Research Institute of Radio Communications (RSIRC)20253012202504818Copyright © Наконечная М.О., Пеньков А.С., Костоглотов А.А., Леонов Е.С., Тавунов В.П., 20252025Наконечная М.О., Пеньков А.С., Костоглотов А.А., Леонов Е.С., Тавунов В.П.Nakonechnaya M.O., Penkov A.S., Kostoglotov A.A., Leonov E.S., Tavunov V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/23

Работа посвящена актуальной теме повышения точности определения угловой ориентации автономных летательных аппаратов с применением динамической модели движения за счет использования априорной информации о сигналах управления, формируемых бортовым автопилотом в режиме парирования внешних воздействий. Разработанный алгоритм основан на квазиоптимальной модели движения второго порядка, полученной с учетом динамических ограничений и рациональных допущений. Для анализа его эффективности проведено численное моделирование процесса оценки угловой ориентации мультироторного беспилотного летательного аппарата. Полученные результаты демонстрируют повышение точности оценки угловой ориентации беспилотного летательного аппарата в среднем на 7–15 % в сравнении с аналогичным алгоритмом без учета команд автопилота.

The work is devoted to the topical issue of improving the accuracy of determining the angular orientation of autonomous aerial vehicles using a dynamic motion model by utilizing a priori information about control signals generated by the onboard autopilot in external stimuli mode.

The developed algorithm is based on a second-order quasi-optimal motion model obtained taking into account dynamic constraints and rational assumptions.

To analyze the effectiveness of the obtained algorithm, numerical simulation of the attitude estimation process for a multirotor unmanned aerial vehicle was carried out. The obtained results demonstrate an increase in the accuracy of estimating the angular orientation of an unmanned aerial vehicle by an average of 7–15 % compared to a similar algorithm without taking into account the autopilot commands.

адаптацияугловая ориентацияоценкафильтрациямодель движенияфильтр Калманаadaptationangular orientationestimationfilteringmotion modelKalman filterРабота выполнена в рамках гранта банка ВТБ (ПАО) на выполнение молодыми учеными научных работ по теме «Синтез алгоритмов оценки угловой ориентации подвижных объектов на базе квазиоптимальных моделей движения».ReferencesАсланов, М. А. Системный анализ и принятие решений в деятельности учреждений реального сектора экономики, связи и транспорта / М. А. Асланов, В. В. Кузнецов, Ю. Н. Макаров. – Москва : Экономика, 2010. – 406 с. – ISBN 978-5-282-03021-1.Aslanov, M. A. Systems analysis and decisionmaking in the activities of institutions of the real sector of the economy, communications and transport / M. A. Aslanov, V. V. Kuznetsov, Yu. N. Makarov. – Moscow : Economy, 2010. – 406 p. – ISBN 978-5-282-03021-1.Синтез интеллектуальных алгоритмов обработки информации инерциальных датчиков в условиях деградации измерительного канала / Д. С. Андрашитов, А. А. Костоглотов, А. С. Пеньков, С. В. Лазаренко // Радиотехника. – 2024. – Т. 88, № 8. – С. 146–155. – DOI 10.18127/j00338486-202408-14.Synthesis of intelligent algorithms for processing information from inertial sensors under conditions of degradation of the measuring channel / D. S. Andrashitov, A. A. Kostoglotov, A. S. Penkov, S. V. Lazarenko // Radio Engineering. – 2024. – Vol. 88, No 8. – P. 146–155. – DOI 10.18127/j00338486-202408-14.Синтез измерительной процедуры оценки ориентации малого беспилотного летательного аппарата в условиях изменения статуса результатов измерений / А. А. Костоглотов, В. О. Зехцер, А. С. Пеньков, С. В. Лазаренко // Измерительная техника. –2023. – № 12. – С. 4–11. – DOI 10.32446/0368-1025it.2023-12-4-11. Measuring equipment. – 2023. – No. 12. – P. 4–11. – DOI 10.32446/0368-1025it.2023-12-4-11.Synthesis of a measurement procedure for assessing the orientation of a small unmanned aerial vehicle under conditions of changing the status of measurement results / A. A. Kostoglotov, V. O. Zekhtser, A. S. Penkov, S. V. Lazarenko // Measuring equipment. – 2023. – No. 12. – P. 4–11. – DOI 10.32446/0368-1025it.2023-12-4-11.Синтез интеллектуального алгоритма оценки ориентации подвижных объектов транспортной инфраструктуры на базе многопараметрического идентификатора / А. А. Костоглотов, С. В. Лазаренко, А. С. Пеньков [и др.] // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2023. – № 1 (89). – С. 144–151. – DOI 10.46973/0201-727X_2023_1_144.Synthesis of an intelligent algorithm for assessing the orientation of moving objects of transport infrastructure based on a multiparameter identifier / A. A. Kostoglotov, S. V. Lazarenko, A. S. Penkov [et al.] // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. – 2023. – No 1 (89). – P. 144–151. – DOI 10.46973/0201-727X_2023_1_144.Справочник по теории автоматического управления / А. Г. Александров, В. М. Артемьев, В. Н. Афанасьев [и др.] ; под редакцией А. А. Красовского. – Москва : Наука, 1987. – 711 с.Handbook on the theory of automatic control / A. G. Aleksandrov, V. M. Artemyev, V. N. Afanasyev [et al.] ; edited by A. A. Krasovsky. – Moscow : Nauka, 1987. – 711 p.Исследование алгоритмов определения ориентации для микроспутников серии «ТаблетСат» / Д. С. Иванов, Н. А. Ивлев, С. О. Карпенко, М. Ю. Овчиников // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. – 2014. – № 64. – 24 с.Study of attitude determination algorithms for “TabletSat” series microsatellites / D. S. Ivanov, N. A. Ivlev, S. O. Karpenko, M. Yu. Ovchinnikov // Keldysh Institute of Applied Mathematics Preprints. – 2014. – No. 64. – 24 p.Костоглотов, А. А. Метод синтеза адаптивных алгоритмов оценки параметров динамических систем на основе принципа декомпозиции и методологии объединенного принципа максимума / А. А. Костоглотов, А. С. Пеньков, С. В. Лазаренко // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия : Естественные науки. – 2020. – № 4 (208). – С. 22–28. – DOI 10.18522/1026-2237-2020-4-22-28.Kostoglotov, A. A. Method for synthesis of adaptive algorithms for estimating the parameters of dynamic systems based on the decomposition principle and the methodology of the combined maximum principle / A. A. Kostoglotov, A. S. Penkov, S. V. Lazarenko // Izvestiya Vuzov. Severo-Kavkazskii Region. Natural Science. – 2020. – No. 4 (208). – P. 22–28. – DOI 10.18522/1026-2237-2020-4-22-28.Лященко, З. В. Методы синтеза многорежимных алгоритмов управления и обработки информации на основе условия максимума обобщенной мощности : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / З. В. Лященко. – Ростов-на-Дону, 2022. – 204 с.Lyashchenko, Z. V. Methods for synthesizing multi-mode control and information processing algorithms based on the condition of maximum generalized power : dissertation for the degree of candidate of technical sciences / Z. V. Lyashchenko. – Rostov-on-Don, 2022. – 204 p.Kalman, R. A new approach to linear filtering and prediction problems / R. Kalman // Transactions of the ASME – Journal of Basic Engineering. – 1960. – P. 35–45.Kalman, R. A new approach to linear filtering and prediction problems / R. Kalman // Transactions of the ASME – Journal of Basic Engineering. – 1960. – P. 35–45.Markley, F. L. Fundamentals of spacecraft attitude determination and control / F. L. Markley, J. L. Crassidis. – New York, USA : Springer, 2014. – 486 p.Markley, F. L. Fundamentals of spacecraft attitude determination and control / F. L. Markley, J. L. Crassidis. – New York, USA : Springer, 2014. – 486 p.Костоглотов, А. А. Структурно-параметрический синтез фильтра сопровождения на базе декомпозиции по целевому функционалу с адаптацией к возмущениям траектории / А. А. Костоглотов, А. С. Пеньков, С. В. Лазаренко // Информационно-измерительные и управляющие системы. – 2021. – Т. 19, № 2. – С. 14– 25. – DOI 10.18127/j20700814-202102-02.Kostoglotov, A. A. Structural and parametric synthesis of a tracking filter based on decomposition by the objective functional with adaptation to trajectory disturbances / A. A. Kostoglotov, A. S. Penkov, S. V. Lazarenko // Information, measuring and control systems. – 2021. – Vol. 19, No 2. – P. 14–25. – DOI 10.18127/j20700814-202102-02.Kostoglotov, A. Quasi-optimal synthesis of an adaptive filter in the problem of estimating the state of dynamic systems / A. Kostoglotov, A. Penkov, S. Lazarenko // E3S Web of Conferences. – 2020. – P. 210:01002. – DOI 10.1051/e3sconf/202021001002.Kostoglotov, A. Quasi-optimal synthesis of an adaptive filter in the problem of estimating the state of dynamic systems / A. Kostoglotov, A. Penkov, S. Lazarenko // E3S Web of Conferences. – 2020. – P. 210:01002. – DOI 10.1051/e3sconf/202021001002.Synthesis of an extrapolator of state parameters of dynamic processes in intelligent transport systems based on the scientific and methodological apparatus of reducing the Lagrange problem to an isoperimetric one / A. A. Kostoglotov, V. O. Zekhtser, A. S. Penkov, M. O. Nakonechnaya // Proceedings of the Eighth International Scientific Conference «Intelligent Information Technologies for Industry» (IITI’24). – 2024. – Vol. 1. – P. 12–20. – DOI 10.1007/978-3-031-77688-5_2.Synthesis of an extrapolator of state parameters of dynamic processes in intelligent transport systems based on the scientific and methodological apparatus of reducing the Lagrange problem to an isoperimetric one / A. A. Kostoglotov, V. O. Zekhtser, A. S. Penkov, M. O. Nakonechnaya // Proceedings of the Eighth International Scientific Conference «Intelligent Information Technologies for Industry » (IITI’24). – 2024. – Vol. 1. – P. 12–20. – DOI 10.1007/978-3-031-77688-5_2.Разработка элементов беспилотных технологий на базе методов объединенного принципа максимума : отчет о НИР / ФГБОУ ВО РГУПС ; А. А. Костоглотов, С. В. Лазаренко, А. С. Пеньков [и др.]. – Ростов-на-Дону, 2019. – № 328. – 43 с.Development of elements of unmanned technologies based on the methods of the combined maximum principle : research report / RSTU ; A. A. Kostoglotov, S. V. Lazarenko, A. S. Penkov [et al.]. – Rostov-on-Don, 2019. – No. 328. – 43 p.Kostoglotov, A. A. Synthesis method of algorithms for dynamic state estimation of maneuvering objects based on quasi-optimal motion models using reduction of the Lagrange problem / A. A. Kostoglotov, A. S. Penkov // International Journal of Mechanics and Control. – 2024. – Vol. 25, No. 2. – P. 77–85. – DOI https://doi.org/10.69076/jomac.2024.0030.Kostoglotov, A. A. Synthesis method of algorithms for dynamic state estimation of maneuvering objects based on quasi-optimal motion models using reduction of the Lagrange problem / A. A Kostoglotov, A. S. Penkov // International Journal of Mechanics and Control. – 2024. – Vol. 25, No. 2. – P. 77–85. – DOI https://doi.org/10.69076/jomac.2024.0030.Bar-Shalom, Y. Multitarget-multisensor tracking : principles and techniques / Y. Bar-Shalom, X. R. Li. – Storrs : YBS Publishing, 1995. – Vol. II. – 615 p.Bar-Shalom, Y. Multitarget-multisensor tracking : principles and techniques / Y. Bar-Shalom, X. R. Li. – Storrs : YBS Publishing, 1995. – Vol. II. – 615 p.Матвеев, В. В. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / В. В. Матвеев, В. Я. Распопов. – Санкт-Петербург : ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. – 280 с. – ISBN 978-5-900-78073-3.Matveev, V. V. Fundamentals of constructing platform-free inertial navigation systems / V. V. Matveev, V. Ya. Raspopov. – Saint Petersburg : JSC “Concern CSRI Elektropribor”, 2009. – 280 p. – ISBN 978-5-900-78073-3.

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