Введение. При построении навигационных систем беспилотных летательных аппаратов основными требованиями к ним являются автономность, точность и миниатюрность исполнения. Автономность навигации беспилотных летательных аппаратов может быть обеспечена с помощью бесплатформенной инерциальной навигационной системы, но ее недостатком является ухудшение точности решения навигационной задачи с течением времени. Для коррекции ошибок бесплатформенной инерциальной навигационной системы используется ее интеграция с различными неинерциальными навигационными системами, среди которых одной из наиболее перспективных с точки зрения выполнения перечисленных требований является система навигации по измерениям оптического потока. Но при традиционном использовании такой системы определяются только составляющие линейной и угловой скоростей беспилотных летательных аппаратов. Подобное определение скоростей является лишь частью общей задачи навигации и не позволяет решить ее в целом. Для поиска решения представлен подход, позволяющий объединить возможности бесплатформенной инерциальной навигационной системы, обеспечивающей решение задачи навигации в целом, и системы навигации по оптическому потоку, позволяющей осуществлять автономное наблюдение параметров линейного и углового движений с минимальными аппаратными затратами.

Метод. Предложенное решение задачи автономной навигации беспилотных летательных аппаратов получено на основе сильносвязанной интеграции бесплатформенной инерциальной навигационной системы и системы навигации по оптическому потоку с использованием методов стохастической нелинейной фильтрации. Синтез навигационного алгоритма построен на формировании уравнений оцениваемого вектора навигационных параметров по инерциальным измерениям, а уравнений его наблюдателя — по измерениям оптического потока, с последующей реализацией на их основе единого навигационного фильтра, учитывающего дискретный характер используемых измерений. Для оценки полного вектора параметров движения беспилотных летательных аппаратов по измерениям интегрированной инерциально-оптической навигационной системы применен модифицированный расширенный дискретный фильтр Калмана для коррелированных шумов объекта и наблюдателя.

Основные результаты. Апробация предложенного подхода выполнена на основе численного эксперимента, в ходе которого смоделировано пространственно-угловое движение среднескоростного беспилотного летательного аппарата с одновременным формированием зашумленных измерений параметров его движения. Уровень помех измерения выбран соответствующим уровню помех среднеточных инерциальных и оптических измерителей. Алгоритм оценивания вектора навигационных параметров беспилотного летательного аппарата реализован на основе предложенного модифицированного расширенного дискретного фильтра Калмана. Полученные значения погрешностей оценки всех параметров движения беспилотного летательного аппарата показали возможность выполнения требований к точности не только современных, но и перспективных автономных навигационных систем.

Обсуждение. Сильносвязанная интеграция инерциальной и оптической навигационных систем по вычислительным затратам и по точности оценки параметров движения оказывается более эффективной в сравнении с традиционным методом определения только составляющих линейной и угловой скоростей объекта по параметрам оптического потока. Основными преимуществами предложенной инерциально-оптической навигационной системы являются автономность и возможность наблюдения всех параметров движения беспилотного летательного аппарата.

Устойчивость и точность оценки, простота технической реализации позволяют использовать предложенное решение для автономной помехоустойчивой навигации беспилотных летательных аппаратов самого различного назначения.