СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ДВИЖУЩЕМСЯ ОБЪЕКТЕ Российский патент 1997 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике, и может быть использовано для магнитной навигации и магнитного картографирования.

Цель повышение точности.

На чертеже приведена функциональная схема одного из возможных вариантов устройства для осуществления способа.

Устройство содержит блок трехкомпонентного магнитометра 1, блок 2 датчиков углового положения, блок 3 датчиков угловых скоростей, ЭВМ 4 и блок 5 синхронизации.

Для осуществления способа выполняют следующую совокупность операций в их последовательности.

1. Определяют компоненты магнитной индукции (КМИ) в связанной с носителем системе координат по сигналам трехкомпонентного магнитометра (ТКМ).

2. Выполняют развороты по курсу для сбора информации о помехах.

3. Одновременно определяют и запоминают курс, тангаж, крен и угловые скорости носителя.

4. По угловым координатам и угловым скоростям определяют матрицу преобразования из связанной с носителем в инерционную систему координат, а также ее производные по времени.

5. Определяют коэффициенты постоянных, индуктивных и вихревых помех путем разложения сигналов ТКМ по системе функций, включающей элементы матрицы преобразования координат и их производные по времени.

6. Определяют компоненты магнитного поля Земли в инерционной системе координат путем разложения сигналов ТКМ по упомянутой системе функции при известных значениях постоянных, индуктивных и вихревых помех.

Выходы блоков трехкомпонентного магнитометра 1, блока 2 датчиков углового положения, а также блока 3 датчиков угловых скоростей соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами ЭВМ 4. Синхронизирующие входы блоков соединены с выходом блока 5 синхронизации. Выходом устройства служит выход ЭВМ. В качестве блока трехкомпонентного мономагнитометра служит трехкомпонентный цифровой феррозондовый магнитометр, установленный на носителе таким образом, что его измерительные оси параллельны осям связанной с носителем системы координат OX_cY_cZ_c. Трехкомпонентный магнитометр преобразует (КМИ) в электрические сигналы, которые в виде кодов трех ортогональных компонентов B_xc, B_yc, B_zc поступают на первый вход ЭВМ. В качестве блока 2 датчиков углового положения служит блок датчиков угловых координат инерционной навигационной системы носителя, на выходе которого формируются электрические сигналы в виде кодов курса Φ, тангенса n и крена g, поступающие с выхода блока 2 на второй вход ЭВМ 4. В качестве блока датчиков угловых скоростей служит блок поплавковых гиротахометров, к выходу которого подключен преобразователь напряжения в код. Измерительные оси блока 3 ориентированы параллельно осям связанной с носителем системы координат OX_cY_cZ_c. В блоке 3 угловые скорости преобразуются в электрические сигналы в виде кодов угловых скоростей носителя w_x, ω_y и ω_z, поступающие на третий вход ЭВМ. Синхронизация работы блоков осуществляется по сигналам, поступающим на их синхронизирующие входы с выхода блока 5 синхронизации, обеспечивающего одновременность измерения всех параметров, управление началом и окончанием сбора информации о помехах и ее обработки, а также режима измерения на маршруте и координации коэффициентов.

Устройство работает следующим образом.

В процессе сбора информации о помехах, выполняемого при разворотах по курсу преимущественно в пределах 360^o и сопровождающегося кренами и естественными колебаниями по тангажу, по командам блока 5 синхронизации на входы блока 4 с выходов блока магнитометра 1 одновременно поступают и запоминаются в его блоке памяти коды сигналов ТКМ B_xc, B_yc, B_zc, коды курса ψ, тангажа n и крена g, а также коды угловых скоростей носителей w_x, ω_y и ω_z. После завершения сбора информации ЭВМ 4 переключается по сигналу блока синхронизации в режим определения коэффициентов помех. В ЭВМ 4 в соответствии с заложенной в нее программой определяются значения кодов элементов матрицы преобразования координат a_ij, а также их производных по времени . Составляется система уравнений, и в результате ее решения на основе метода наименьших квадратов определяются коэффициенты C_ij и и коэффициенты постоянных помех B_xp, B_yp и B_zp, после чего на основе полученных значений коэффициентов C_ij и определяются значения коэффициентов индуктивных помех d_ij и вихревых помех e_ij.

Значения постоянных, индуктивных и вихревых коэффициентов запоминаются, и на этом режиме определение помех завершается и устройство переключается в режим измерений. В этом режиме информация, поступающая на входы блока 4, обрабатывается с целью определения КМИ в инерционной системе координат. Составляется система уравнений, в которой значения B_xp, B_yp, B_zp, а также множители l_ij и m_ij принимаются в соответствии с полученными и хранящимися в памяти значениями коэффициентов помех.

В результате решения системы уравнений на выходе ЭВМ 4 формируются электрические сигналы в виде кодов компонент вектора магнитного поля Земли B_x, B_y и B_z в инерционной системе координат, свободные от помех носителя и являющиеся выходными сигналами всего устройства.

В процессе длительного движения в одном направлении одновременно с режимом измерения включается дополнительный режим корректировки коэффициентов постоянных помех. В этом режиме в блоке ЭВМ 4 осуществляется дифференцирование по времени КМИ в инерционной системе координат OXYZ (выходных сигналов устройства), по результатам измерений на прямолинейном участке маршрута составляется система уравнений, в которой производные КМИ представлены в виде системы функций производных по времени элементов матрицы обратного преобразования координат с неизвестными коэффициентами.

Использование: в магнитной навигации и магнитном картографировании. Цель - повышение точности, достигается запоминанием значений ортогональных компонент магнитной индукции, определением и запоминанием значений ортогональных составляющих угловой скорости движущегося объекта, определением его коэффициентов помех объекта трехкомпонентному магнитометру по измеренным на различных курсах значениям компонент магнитной индукции, курса, кренов и угловых скоростей объекта и компенсированием указанных помех в измеренных значениях компонент магнитной индукции. При длительном движении в одном направлении определяют изменения коэффициентов постоянных помех по производным компонент магнитной индукции в инерционной системе координат и корректируют ранее полученные значения коэффициентов постоянных помех. 1 ил.

Способ определения магнитных параметров на движущемся объекте, включающий определение параметров магнитной индукции по сигналам магнитоизмерительных средств объекта, измерение курса и кренов на различных курсах движения носителя, запоминание полученных значений магнитной индукции, курса и кренов, определение коэффициентов постоянных, индуктивных и вихревых помех объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, запоминают значения ортогональных компонент магнитной индукции, одновременно определяют значения ортогональных составляющих угловой скорости объекта, запоминают их по измеренным на различных курсах значениям компонент магнитной индукции, курса, кренов и угловых скоростей объекта, определяют коэффициенты помех объекта трехкомпонентному магнитометру и компенсируют указанные помехи в измеренных значениях компонент магнитной индукции.