Particle filtering technique for aircraft control in highly-disturbed GPS-denied environment

Abstract

The problem of aircraft control is considered for certain class of situation, namely when aircraft enters GPS-denied zone with significant disturbances of different nature which may cause the constructive damage and the loss of control. The only source of information is from inertial navigation system that need to be aided by correlation extreme navigation system, for example. In the paper the control problem is solved by using particle filtering technique for correlation extreme navigation system which outputs form the control vector. Further the structural reconfiguration is done by redistributing control or changing the control law in order to create the necessary control forces and moments, maintain acceptable control quality and return for the desired track. The lack of reliable navigation information is compensated by correlation extreme navigation system working by terrain filed of the Earth to be included into control contour. The researches have been conducted by mathematical modeling of the developed algorithms in mathematical software package MATLAB using terrain field (the part of Carpathians territory). The results proved the high accuracy of navigation solution and stability of control estimated by error of closing loop.

Проблема керування літальним апаратом розглядається для певного класу ситуації, а саме коли повітряне судно потрапляє в зону, де відсутній сигнал GPS, зі значними збуреннями різного характеру, що можуть спричинити конструктивні пошкодження та навіть втрату керування. Єдиним джерелом навігаційної інформації є, наприклад, інерціальна система навігації, яка корегується від, наприклад, кореляційно-екстремальної навігаційної системи. У статті завдання керування вирішується за допомогою методики точкової фільтрації для кореляційно-екстремальної навігаційної системи із включенням вектора управління. Далі структурна конфігурація проводиться шляхом перерозподілу керування або зміни закону управління з метою створення необхідних керуючих впливів, сил і моментів, підтримання прийнятної якості управління та повернення на задану лінію шляху. Відсутність достовірної навігаційної інформації компенсується за рахунок включення в контрольний контур кореляційно-екстремальної навігаційної системи, що працює над полем рельєфу Землі. Дослідження проводилися за допомогою математичного моделювання розроблених алгоритмів у програмному пакеті MATLAB з використанням поля рельєфу (частина території Карпат). Результати довели високу точність рішення навігації та стабільність керування, оцінену похибкою на замкненій траєкторії.