Integration of inertial and optical navigation systems based on stochastic nonlinear estimation methods
- Autores: Pogorelov V.A.1, Sinyutin S.A.2, Sokolov S.V.3
-
Afiliações:
- Don State Technical University
- Southern Federal University
- Rostov State University of Economics
- Edição: Nº 4 (2025)
- Páginas: 171-184
- Seção: НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
- URL: https://ter-arkhiv.ru/0002-3388/article/view/689807
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002338825040127
- EDN: https://elibrary.ru/BPNQQQ
- ID: 689807
Citar
Texto integral



Resumo
To date one of the most highly accurate methods of solving the problem of autonomous navigation is the processing of optical information captured during the movement of an object. Existing optical flow processing methods based on the determination of the so-called velocity field allow us to estimate only projections of the linear and angular velocities of an object. This, in its turn, is only a part of the overall task of navigation – estimating the current coordinates of the object and the parameters of its spatial orientation. Due to the limited capabilities of such optical navigation systems, it is proposed to integrate optical navigation systems, the advantage of which is stable autonomous monitoring of linear and angular motion parameters over an arbitrary time interval (moreover, with minimal hardware costs), Inertial navigation systems functionality provides the solution to the problem of autonomous navigation as a whole. Due to the unavoidable interference of various physical nature, which significantly distorts the measurements of the mentioned NS, the synthesis of the considered integrated inertial optical system was carried out using the methods of modern stochastic filtering theory, which by far are the most effective in assessing state parameters in a noisy environment. An extended Kalman filter, modified to take into account the correlation of object and observer noise, was chosen as an algorithm for estimating the vector of object navigation parameters based on measurements of the developed inertial-optical navigation system. The results of a numerical experiment illustrating the effectiveness of the proposed approach are presented.
Palavras-chave
Texto integral

Sobre autores
V. Pogorelov
Don State Technical University
Autor responsável pela correspondência
Email: vadim.pogorelov.rnd@gmail.com
Rússia, Rostov-On-Don
S. Sinyutin
Southern Federal University
Email: ssin377@gmail.com
Rússia, Rostov-On-Don
S. Sokolov
Rostov State University of Economics
Email: s.v.s888@yandex.ru
Rússia, Rostov-On-Don
Bibliografia
- Веремеенко К.К., Желтов С.Ю., Ким Н.В., Козорез Д.Α., Красильщиков М.Н., Себряков Г.Г., Сыпало К.И., Черноморский А.И. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов / Под ред. М.Н. Красильщикова, Г.Г. Себрякова. М.: Физматлит, 2009. 556 с.
- Анучин Н.О., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. СПб.: ГНЦ РФ – ЦНИИ “Электроприбор”, 1999. 356 с.
- Биард Р.У., МакЛэйн Т.У. Малые беспилотные летательные аппараты. Теория и практика. М.: Техносфера, 2018. 312 с.
- Соколов С.В., Погорелов В.А. Стохастическая оценка, управление и идентификация в высокоточных навигационных системах. М.: Физматлит, 2016. 264 с.
- ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. Перова А.И., Харисова В.Н. М.: Радиотехника, 2010. 800 с.
- Емельянцев Г.И., Степанов А.П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации / Под общей ред. В.Г. Пешехонова. Государственный центр Российской Федерации АО “Концерн «ЦНИИ “Электроприбор” Национальный исследовательский университет ИТМО. СПб.: Концерн “ЦНИИ “Электроприбор”, 2016. 394 с.
- Розенберг И.Н., Соколов С.В., Уманский В.И., Погорелов В.А. Теоретические основы тесной интеграции инерциально-спутниковых навигационных систем. М.: Физматлит, 2018. 305 с.
- Али Б., Садеков Р.Н., Цодокова В.В. Алгоритмы навигации беспилотных летательных аппаратов с использованием систем технического зрения // Гироскопия и навигация. 2022. Т. 30. № 4 (119). С. 87–105.
- Mittal M., Mohan R., Burgard W., Valada A. Vision-Based Autonomous UAV Navigation and Landing for Urban Search and Rescue // Proc. Intern. Sympos. on Robotics Research (ISRR). Hanoi, 2019. https://doi.org/10.48550/arXiv.1906.01304
- Зоев И.В., Марков Н.Г., Рыжова С.Е. Интеллектуальная система компьютерного зрения беспилотных летательных аппаратов для мониторинга технологических объектов предприятий нефтегазовой отрасли // Изв. Томск. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 11. С. 34–49.
- Geiger A., Lenz P., Stiller C., Urtasun R. Vision meets Robotics: The KITTI Dataset // Intern. J. Robotics Research (IJRR). 2013. http://www.cvlibs.net/datasets/kitti/
- Raudies F., Neumann H. A Review and Evaluation of Methods Estimating Ego-motion // Computer Vision and Image Understanding. 2012. V. 116. P. 606–633.
- Пешехонов В.Г. Высокоточная навигация без использования информации глобальных навигационных спутниковых систем // Гироскопия и навигация. 2022. Т. 30. № 1 (116). С. 3–11.
- Хорн Б.К.П. Зрение роботов. М.: Мир, 1989. 487 с.
- Пономарев Е.С., Григорьев А.С. Алгоритмы вычисления оптического потока в задаче определения собственного движения // Сб. тр. 39-й междисциплинарной школы-конференции ИППИ РАН “Информационные технологии и системы 2015”: М.: Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, 2015. С. 457–470.
- Baker S., Scharstein D., Lewis J.P., Roth S., Black M.J., Szeliski R. A Database and Evaluation Methodology for Optical Flow // Intern. J. Computer Vision. 2011. P. 1–31.
- Fleet D.J., Weiss Y. Optical Flow Estimation. Mathematical Models in Computer Vision: The Handbook. N. Y: Springer, 2005. P. 239–258.
- Жук Р.С., Залесский Б.А., Троцкий Ф.С. Визуальная навигация автономно летящего БПЛА с целью его возвращения в точку старта // Информатика. 2020. Т. 17. № 2. С. 17–24. https://doi.org/10.37661/1816-0301-2020-17-2-17-24
- Mirabdollah H., Mertsching B. On the Second Order Statistics of Essential Matrix Elements // 36th German Conf. GCPR 2014. Proceedings Munster, Germany, 2014. P. 547–557.
- Xu L., Jia J. Motion Detail Preserving Optical Flow Estimation // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence (TPAMI). 2012. V. 34. № 9. P. 1744–1757.
- Ding, L., Zhou, J., Meng, L., Long, Z. A Practical Cross-View Image Matching Method Between UAV and Satellite for UAV-Based Geo-Localization // Remote Sensing. 2021. V. 13. № 47. https://doi.org/10.3390/rs13010047
- Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 2004. 608 с.
- Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. СПб.: ГНЦ РФ ОАО “Концерн “ЦНИИ “Электроприбор”. 2009. 280 с.
Arquivos suplementares
