СПОСОБ ВЫРАБОТКИ НАВИГАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ И ВЕРТИКАЛИ МЕСТА Российский патент 1997 года по МПК G01C21/00 

Изобретение относится к области гироскопического приборостроения и может быть использовано преимущественно для обеспечения навигации морских, воздушных и наземных движущихся объектов, а также для непосредственной или косвенной стабилизации различных средств в горизонте, например гравиметрических чувствительных элементов.

Известен способ выработки навигационных параметров и вертикали места (1), заключающийся в измерении сигналов, пропорциональных проекциям составляющих кажущегося ускорения, измеренных при помощи акселерометров, оси чувствительности которых ориентированы по оси приборного трехгранника, связанного с гироплатформой, формирование сигналов управления гироплатформой, отработка сформированного сигнала при помощи гироскопа, удержание гироплатформы в плоскости горизонта и определение навигационных параметров с учетом информации от внешних источников.

Недостатком этого способа является сравнительная громоздкость его реализации.

Технический результат изобретения упрощение выработки навигационных параметров и вертикали места за счет сокращения источников первичных сигналов (в частности, исключается необходимость в сигнале датчика абсолютной угловой скорости вокруг вертикальной оси, а следовательно, и в самом датчике абсолютной угловой скорости, во вторичных источниках питания для его запитки и в устройстве сопряжения датчика с вычислителем).

Указанный технический результат достигается тем, что абсолютную угловую скорость вырабатывают аналитически в проекциях на оси моделируемого трехгранника Дарбу, а сигналы управления, пропорциональные горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу, связанного с объектом, вырабатывают по сигналам акселерометров, а для отработки сигналов управления используют установленный в двухосном кардановом подвесе гироскоп, ось кинетического момента которого перпендикулярна осям чувствительности акселерометров.

В качестве исходных сигналов для выработки абсолютной угловой скорости моделируемого трехгранника Дарбу и навигационных параметров используют сигналы акселерометров, установленных на гироплатформе, а также может быть использована в том или ином виде внешняя навигационная информации. Например, от лага или, если это позволяют эксплуатационные условия, от спутниковой системы навигации.

На чертеже представлена функциональная схема гирогоризонткомпаса, где приняты следующие обозначения: 1 гиростабилизированная платформа в двухосном карданном подвесе, 2 блок управления гироплатформой и выработки навигационных параметров, 3 блок приема информации о скорости объекта, 4 - блок управления двигателями стабилизации, 5 трехстепенной гироскоп, 6, 7 - датчики момента гироскопа, 8, 9 датчики углов гироскопа, 10, 11 - акселерометры, 12, 13 двигатели стабилизации, 14 датчик килевой качки, 15 датчик бортовой качки объекта.

Гирогоризонткомпас содержит гиростабилизированную платформу 1, блок управления гироплатформой и выработки навигационных параметров 2, на гиростабилизированной платформе 1 расположен трехстепенной гироскоп 5 с датчиками момента 6, 7 и датчиками углов 8, 9, два акселерометра 10, 11, оси чувствительности которых ортогональны между собой и параллельны плоскости гироплатформы, выходы акселерометров 10, 11, выход блока приема информации о скорости объекта соединены с блоком управления гироплатформой 2, выходы которого соединены с датчиками момента гироскопа 6 и 7, входы блока управления двигателями стабилизации гироплатформы 4 соединены с выходами датчиков углов гироскопа 8, 9, выходы блока управления двигателями стабилизации гироплатформы 4 соединены с соответствующими двигателями стабилизации 12, 13.

Гирогоризонткомпас функционирует следующим образом: ось кинетического момента H в исходном положении ортогональна плоскости чертежа, так что оси подвеса гироскопа и ось H, когда нет наклона объекта относительно плоскости горизонта, составляет ортогональный трехгранник. Гироплатформа 1 с помощью двигателей стабилизации 12 и 13 по сигналам рассогласования датчиков углов гироскопа 8 и 9 все время удерживается в одной плоскости с кожухом гироскопа 5. Кожух гироскопа 5 вместе с гиростабилизированной платформой 1 приводится в горизонт и удерживается в горизонте с помощью моментов, накладываемых через датчики моментов 6 и 7 гироскопа 5 токами управления по сигналам, вырабатываемым в блоке управления гироплатформой 2. Эти токи управления соответствуют горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу, связанного с объектом, повернутую на угол K курс объекта относительно географического трехгранника Дарбу. В свою очередь сигналы, по которым вырабатываются токи управления гироскопа 5 и навигационные параметры, формируются в блоке управления гироплатформой и выработки навигационных параметров 2 в результате обработки величин горизонтальных составляющих ускорений вершины трехгранника Дарбу, измеренными акселерометрами 10 и 11, используя величину вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости моделируемого трехгранника и внешнюю информацию.

В качестве исходной системы координат выберем связанный с объектом трехгранник Дарбу ξηξ, повернутый вокруг вертикальной оси относительно географического трехгранника на угол K, соответствующий курсу объекта. С гироплатформой свяжем систему координат приборный трехгранник XYZ, которая образуется из системы координат xhx поворотом вокруг оси OX на угол b и затем поворотом вокруг оси OY на угол g. Составляющие абсолютной угловой скорости трехгранника xhx обозначены соответственно: p, g, r,
где
,
v путевая скорость объекта,
ω угловая скорость Земли,
K курс объекта,
v широта места.

Тогда сигналы, пропорциональные горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости связанного с объектом трехгранника Дарбу будем формировать, например, следующим образом:

при этом S оператор Лапласа,

R радиус Земли,
ε₁ и ε₂ корректирующие сигналы,
где ΔΩ_x, ΔΩ_y, ΔΩ_z - погрешности определения составляющих абсолютной угловой скорости трехгранника,
a_x, a_y показания акселерометров,
причем

где ω_o частота Шуллера,
β, γ суть ошибки вертикали места,
Da_x, Δa_y погрешность акселерометров,
при этом

где Δp и Δq дрейфы гироскопа.

Вертикальная составляющая абсолютной угловой скорости гироплатформы формируется следующим образом:

где v^л скорость объекта от Лага из блока 5,
K_пр. приборное значение курса объекта,
Φ_пр.1,2 приборное значение широты места.

По известным сигналам и с использованием информации от Лага находим приборные значения курса объекта и широты места

Широта места может также определяться как счислимое значение с использованием информации о скорости от Лага и значения приборного курса объекта:
.

Корректирующие сигналы ε₁ и ε₂ обеспечивают заданную устойчивость системы.

Вертикальная составляющая абсолютной угловой скорости моделируемого трехгранника Дарбу аналитически может вырабатываться по-разному, например и так:

где V₁=V^л,

K_пр. и Φ_пр. приборные значения курса объекта и широты места.

Заменив в уравнениях (1) и (2) значения Ω_x, Ω_y, Ω_z, через p, g, r можно найти значения v, Φ и K.

По этим значениям можно сформировать сигналы, пропорциональные горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости связанного с объектом трехгранника Дарбу.

Для выработки корректирующих сигналов e₁ и ε₂; а также для самостоятельного использования можно воспользоваться значениями курса объекта
,
где горизонтальная составляющая абсолютной угловой скорости моделируемого трехгранника Дарбу, сформированная на базе данных Лага, и значениями сигналов, пропорциональных горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости связанного с объектом трехгранника Дарбу

где ,
Ωлz

Предлагаемый способ выработки навигационных параметров и вертикали места может быть использован в качестве режимов работ для полуаналитических инерциальных систем.

Использование: в области гироскопического приборостроения для обеспечения навигации морских, воздушных и наземных движущихся объектов, а также для непосредственной или косвенной стабилизации различных средств в горизонте, например гравиметрических чувствительных элементов. Сущность изобретения: в предлагаемом способе инвариантное удержание плоскости горизонта и выработка навигационных параметров обеспечиваются с помощью гироплатформы, у которой в качестве гироскопического чувствительного элемента используется один трехстепенной гироскоп, абсолютную угловую скорость моделируемого трехгранника Дарбу в проекциях на его оси вырабатывают аналитически, а сигналы управления гироскопом, установленным в двухосном карданном подвесе с осью кинетического момента, перпендикулярной осям чувствительности акселерометров, пропорциональные горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости связанного с объектом трехгранника Дарбу, вырабатывают по сигналам акселерометров, пропорциональным проекциям кажущегося ускорения. 1 ил.

Способ выработки навигационных параметров и вертикали места, заключающийся в измерении сигналов, пропорциональных проекциям составляющих кажущегося ускорения, измеренных при помощи акселерометров, оси чувствительности которых ориентированы по осям приборного трехгранника, связанным с гироплатформой, формировании сигналов управления гироплатформой, пропорциональных проекциям абсолютной угловой скорости, отработке сформированных сигналов управления при помощи гироскопа, удержании гироплатформы в плоскости горизонта и определении навигационных параметров по сигналам управления с учетом информации от внешних источников, отличающийся тем, что абсолютную угловую скорость вырабатывают аналитически в проекциях на оси моделируемого трехгранника Дарбу, при этом сигналы управления, пропорциональные горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу, связанного с объектом, на котором установлена гироплатформа, вырабатывают по сигналам акселерометров, а для отработки сигналов управления используют установленный в двухосном кардановом подвесе гироскоп, ось кинетического момента которого перпендикулярна к осям чувствительности акселерометров.