СПОСОБ ВЫРАБОТКИ НАВИГАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ И ВЕРТИКАЛИ МЕСТА Российский патент 1999 года по МПК G01C21/00 

Заявленное изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано для обеспечения навигации движущихся объектов.

Известен способ выработки навигационных параметров и вертикали места [1] . Этот способ включает измерение составляющих кажущегося ускорения при помощи акселерометров, измерение составляющих абсолютной угловой скорости при помощи датчиков абсолютной угловой скорости, выработки навигационных параметров вертикали места.

Недостатком этого способа является ограниченность точности выработки выходных параметров, а также сложность определения постоянных для данного запуска погрешностей системы, в частности, при движении объекта.

Целью изобретения является повышение точности выработки выходных параметров.

Цель достигается тем, что дополнительно измеряют составляющие кажущегося ускорения при помощи дополнительных акселерометров и составляющие абсолютной угловой скорости при помощи дополнительных датчиков абсолютной угловой скорости, при этом датчики абсолютной угловой скорости или датчики абсолютной угловой скорости вместе с акселерометрами поворачивают вокруг осей, перпендикулярных осям чувствительности чувствительных элементов с заданными разными частотными параметрами, а измеренные значения показаний чувствительных элементов обрабатывают в фильтре блока выработки выходных параметров.

Проиллюстрируем предлагаемый способ на следующем примере.

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

Инерциальная система содержит блок выработки выходных параметров 1, выполняющий, в том числе, задачи фильтра, центральный прибор 2, три блока поворота чувствительных элементов 3, 4, 5, ориентированных в центральном приборе так, чтобы в исходном положении каждая ось чувствительности чувствительных элементов была ориентирована по соответствующей оси относительно трехгранника, связанного с объектом. В качестве чувствительных элементов внутри блока поворота может располагаться либо датчик абсолютной угловой скорости, либо датчик абсолютной угловой скорости вместе с соответствующим акселерометром.

На чертеже изображен вариант, когда в блоках поворота установлены датчики абсолютной угловой скорости 6, 7, 8, три акселерометра 15, 16, 17 закреплены жестко в центральном приборе. Каждый блок поворота имеет соответствующий управляемый двигатель 9, 10, 11 для поворота чувствительных элементов и датчик угла 12, 13,14.

В качестве опоры для взаимной оценки погрешности введен дополнительно один или более комплектов блоков поворота чувствительных элементов или его урезанный состав, у которых чувствительные элементы поворачиваются с разными частотными характеристиками. На чертеже изображен дополнительный центральный прибор 18.

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 9, 10, 11 с разными частотными параметрами.

Естественно, что все вырабатываемые системой параметры будут включать в себя все модулированные сигналы.

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 осуществлять, например, с помощью замеров
ΩIξ

-ΩIIξ= ε₁ ΩIη-ΩIIη= ε₂ ΩIζ-ΩIIζ= ε₃
aIξ-aIIξ= ε₄ aIη-aIIη= ε₅ aIξ-aIIξ= ε₆
или сравнением других одноименных параметров, где ΩIξ ΩIη ΩIζ и ΩIIξ ΩIIη ΩIIζ - проекции угловой скорости трехгранника, связанного с объектом на его оси, полученные с помощью сигналов первых трех и вторых трех измерителей абсолютной угловой скорости;
aIξ aIη aIζ и aIIξ aIIη aIIζ - 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 трех акселерометров и 3-х измерителей абсолютных угловых скоростей 1.

В соответствии с чертежом алгоритм определения проекций абсолютной угловой скорости приборного трехгранника, связанного с объектом на его оси, будет



где Ω_x1 Ω_y2 Ω_z3 - показания трех измерителей абсолютной угловой скорости первого комплекта.

Алгоритм определения проекций ускорения вершины трехгранника, связанного с объектом на его оси, будет:



где a_x1, a_y2, a_z3 - показания трех акселерометров первого комплекта блоков поворота чувствительных элементов.

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

sin(ω₁t+αI1),
θ^I= θIosin(ω₂t+αI2),
κ^I= κIosin(ω₃t+αI3)
для второго комплекта
ψ^II= ψIIosin(ω₄t+αII1),
θ^II= θIIosin(ω₅t+αII2),
κ^II= κIIosin(ω₆t+αII3),
где ψIo θIo κIo; ψIIo θIIo κIIo - амплитуды колебаний;
αI1 αI2 αI3; αII1 αII2 αII3 - фазы;
ω_i - частоты колебаний i = 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Естественно, что проекции абсолютной угловой скорости приборного трехгранника и проекции ускорения вершины приборного трехгранника, связанного с объектом на его оси, могут определяться по сигналам двух или более чувствительных элементов разных комплектов, находящихся и колеблющихся в одной плоскости, которые также могут быть использованы в качестве опоры для оценки погрешностей, а отдельные частотные параметры колебаний чувствительных элементов могут иметь и значения ω = 0.

Аналитически это выражается следующим: например, для крайних случаев колеблющихся ДУС (ов) в плоскости ξ η
1) для первого комплекта ось чувствительности ДУС направлена по оси OX₁; ось чувствительности второго комплекта - по оси OY₄ тогда


2) для первого комплекта ось чувствительности ДУС направлена по оси OX₁; для второго комплекта - по оси OX₄, тогда


Аналогичный вид уравнений будет иметь место и для колебаний чувствительных элементов и в плоскостях ηζ и ξζ
Такого же вида аналитические зависимости имеют место и для сигналов акселерометров.

Источники информации.

1. П. В. Бромберг. Теория инерциальных систем навигации. - М.: Наука, 1979, с. 185 - 188.

Способ может быть использован для обеспечения навигации движущихся объектов. Измеряют составляющие кажущегося ускорения и составляющие абсолютной угловой скорости. Датчики абсолютной угловой скорости или датчики абсолютной угловой скорости вместе с акселерометрами поворачивают вокруг осей, перпендикулярных их осям чувствительности. Повышение точности выработки выходных параметров достигается с помощью колебаний чувствительных элементов с разными частотными параметрами. 1 ил.

Способ выработки навигационных параметров и вертикали места, включающий измерение составляющих кажущегося ускорения при помощи акселерометров, измерение составляющих абсолютной угловой скорости при помощи датчиков абсолютной угловой скорости, выработки навигационных параметров, вертикали места, отличающийся тем, что дополнительно измеряют составляющие кажущегося ускорения при помощи дополнительных акселерометров и составляющие абсолютной угловой скорости при помощи дополнительных датчиков абсолютной угловой скорости, при этом датчики абсолютной угловой скорости или датчики абсолютной угловой скорости вместе с акселерометрами поворачивают вокруг осей, перпендикулярных осям чувствительности чувствительных элементов с заданными разными частотными параметрами, а измеренные значения показаний чувствительных элементов обрабатывают в фильтре блока выработки выходных параметров.