БЕСПЛАТФОРМЕННАЯ ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 1998 года по МПК G01C21/10 

Изобретение относится к гироскопической навигации и может быть использовано для морских, воздушных и наземных объектов.

Известна бесплатформенная инерциальная система, содержащая блок выработки навигационных параметров, центральный прибор с тремя акселерометрами, выходы каждого из которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока выработки навигационных параметров и с тремя датчиками абсолютной угловой скорости, выходы каждого из которых соединены с четвертым, пятым и шестым входами блока выработки навигационных параметров.

Недостатком этого устройства является сложность определения, главным образом, постоянных, для данного запуска инструментальных погрешностей системы, в частности при движении объекта.

Целью изобретения является создание бесплатформенной инерциальной системы, способной оценивать постоянные, медленно меняющиеся и некоторые другие инструментальные погрешности.

Поставленная цель достигается следующим образом. Дополнительно вводится три блока поворота чувствительных элементов, в каждом из которых установлены датчики абсолютной угловой скорости или датчики абсолютной угловой скорости вместе с акселерометром, причем каждый блок поворота включает в себя управляемый двигатель, поворачивающий оси чувствительности чувствительных элементов с разными частотными параметрами относительно исходного положения для каждого блока поворота, и датчик угла поворота, выходы которых соединены соответственно с седьмым, восьмым и девятым входами блока выработки навигационных параметров, а в качестве опоры выработки замера для оценки погрешностей введен блок приема внешней информации, выход которого соединен с десятым входом блока выработки навигационных параметров, или в качестве опоры выработки замера для взаимной оценки погрешностей введены один или несколько комплектов блоков поворота чувствительных элементов, аналогичные выходы которых также соединены с блоком выработки навигационных параметров, при этом блоки поворота чувствительных элементов размещаются в центральном приборе таким образом, чтобы в исходном положении каждая ось чувствительности чувствительных элементов была ориентирована по соответствующей оси трехгранника, связанного с объектом.

На чертеже представлена функциональная схема инерциальной системы, где приняты следующие обозначения: 1 - блок выработки выходных параметров, 2 - центральный прибор, 3 - блок приема внешней информации, 4, 5 и 6 - блоки поворота чувствительных элементов, 7, 8 и 9 - датчики абсолютной угловой скорости первого, второго и третьего блоков поворота, 10, 11 и 12 - управляемые двигатели первого, второго и третьего блока поворота, 13, 14 и 15 - датчики углов поворота первого, второго и третьего блока поворота, 16, 17 и 18 - акселерометры, 19 - дополнительный центральный прибор.

Инерциальная система содержит блок 1 выработки навигационных параметров, выполняющих, в том числе, задачи фильтра, центральный прибор 2, блок приема внешней информации 3, три блока поворота чувствительных элементов 4, 5, 6, ориентированных в центральном приборе так, чтобы в исходном положении каждая ось чувствительности чувствительных элементов была ориентирована по соответствующей оси трехгранника, связанного с объектом. В качестве чувствительных элементов внутри блока поворота может располагаться либо датчики абсолютной угловой скорости, либо датчики абсолютной угловой скорости вместе с соответствующими акселерометром так, чтобы оси чувствительности их совпали.

На чертеже изображен вариант, когда в блоках поворота установлены датчики абсолютной угловой скорости 7, 8 и 9, три акселерометра 16, 17 и 18 закреплены жестко в центральном приборе. Каждый блок поворота имеет соответствующий управляемый двигатель 10 (11, 12) для поворота чувствительных элементов и датчик угла 13 (14, 15).

В качестве опоры для оценки погрешности предлагается либо использование внешней информации от блока 3, либо дополнительный ввод одного или более комплектов блоков поворота чувствительных элементов, у которых чувствительные элементы поворачиваются с разными частотными характеристиками. На чертеже изображен дополнительный центральный прибор 19.

Инерциальная система функционирует следующим образом.

Дополнительно введенные блоки поворота чувствительных элементов обеспечивают модуляцию инструментальных погрешностей системы и их оценку поскольку модуляция в каждом блоке поворота может обеспечиваться управляемыми двигателями 10, 11 и 12 с разными частотными параметрами.

Естественно, что все вырабатываемые системой параметры будут включать в себя все модулированные сигналы. Сравнивая их с аналогичными параметрами, используя внешнюю информацию, полученную с помощью блока приема внешней информации 3, можно в фильтре выделить и оценить инструментальные погрешности системы.

В случае дополнительного ввода одного или нескольких комплектов блоков поворота с чувствительными элементами, когда все чувствительные элементы колеблются на разных частотах, взаимную оценку инструментальных погрешностей всех чувствительных элементов можно осуществить, например, с помощью замеров.

,
где ЛIξ

ЛIξЛIξ и ЛIIξЛIIξЛIIξ - проекции угловой скорости трехгранника, связанного с объектом на его оси, полученные с помощью сигналов первых трех и вторых трех датчиков абсолютной угловой скорости;
aIξaIξaIξ и aIIξaIIξaIIξ - проекции ускорения вершины трехгранника связанного с объектом на его оси, полученные с помощью сигналов первых трех и вторых трех акселерометров, которые также колеблются в блоках поворота чувствительных элементов.

Выработка навигационных параметров осуществляется в блоке 1 как обычно по сигналам 3-х акселерометров и 3-х датчиков угловых скоростей [1].

В соответствии с чертежом алгоритм определения проекций абсолютной угловой скорости приборного трехгранника, связанного с объектом на его оси, будет
,
где Л_x1, Л_y2, Л_z3 - показания трех датчиков абсолютной угловой скорости первого комплекта.

Алгоритм определения проекций ускорения вершины трехгранника, связанного с объектом на его оси, будет
,
где а_x1, а_y2, а_z3 - показания трех акселерометров первого комплекта блоков поворота чувствительных элементов.

Параметры модуляции, например, для блоков первого комплекта
ψ^I= ψIo

sinω₁t θ^I= θIosinω₂t κ^I= κIosinω₃t,
для второго комплекта
-амплитуды колебаний;
ω_i - частоты колебаний i = 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Использование: навигация морских, воздушных и наземных объектов. Сущность изобретения: бесплатформенная инерциальная система содержит блок выработки навигационных параметров, центральный прибор с тремя акселерометрами, три датчика абсолютной угловой скорости, три блока поворота чувствительных элементов, в каждом из которых установлен измеритель абсолютной угловой скорости или измеритель абсолютной угловой скорости вместе с акселерометром. Каждый блок поворота включает управляемый двигатель, поворачивающий оси чувствительности чувствительных элементов с разными частотными параметрами относительно исходного положения для каждого блока поворота, и датчик угла поворота. 1 ил.

Бесплатформенная инерциальная система, содержащая блок выработки навигационных параметров, центральный прибор с тремя акселерометрами, выходы каждого из которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока выработки навигационных параметров и с тремя датчиками абсолютной угловой скорости, выходы каждого из которых соединены с четвертым, пятым и шестым входами блока выработки навигационных параметров, отличающаяся тем, что дополнительно вводятся три блока поворота чувствительных элементов, в каждом из которых установлены датчики абсолютной угловой скорости или датчик абсолютной угловой скорости вместе с акселерометром, причем каждый блок поворота включает в себя управляемый двигатель, выполненный с возможностью поворота оси чувствительности чувствительных элементов с разными частотными параметрами относительно исходного положения для каждого блока поворота, и датчик угла поворота, выходы которых соединены соответственно с седьмым, восьмым и девятым входами блока выработки навигационных параметров, а в качестве опоры выработки замера для оценки погрешностей введен блок приема внешней информации, выход которого соединен с десятым входом блока выработки навигационных параметров или введены один или несколько комплектов блоков поворота чувствительных элементов, аналогичные выходы которых также соединены с блоком выработки навигационных параметров.