СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО КУРСА ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА Российский патент 1999 года по МПК G01C21/08 G01C21/12 G01C17/38 

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и предназначено для измерения магнитного курса и углов наклона подвижных объектов.

Известен магнитный электронный компас, реализующий способ автоматического списания магнитной девиации подвижного объекта и компенсации креновых погрешностей компаса, вызванных отклонением датчиков компаса от горизонтальной плоскости (патент США N 4,539,760, МКИ G 01 C 17/38, опубл. 10.09.85 г. ).

Для компенсации креновых погрешностей в алгоритме вычисления магнитного курса используются сигналы с выходов датчиков углов наклона подвижного объекта.

Применяемым в настоящее время датчикам углов наклона, построенным на принципе физического маятника (в том числе гироскопическим), свойственны трудноустранимые погрешности, вызываемые воздействиями продольных и поперечных линейных ускорений подвижного объекта - виражные погрешности, которые существенным образом влияют на точность измерения магнитного курса, по способу, реализуемому в данном компасе.

Известен способ (Никишин В.Б., Скрипкин А.А. и др. "Построение алгоритма функционирования безгироскопной системы ориентации", журнал "Гироскопы и навигация" N 2, 1993 г., стр. 12) построения безгироскопной системы ориентации летательного аппарата, решающий задачу компенсации виражной погрешности датчика углов наклона. Для решения этой задачи используется информация установленных неподвижно относительно связанных осей подвижного объекта трехкомпонентного магнитометра и трех акселерометров, измерительные оси которых параллельны осям подвижного объекта.

Недостатком способа является формирование специальных алгоритмов вычисления магнитного курса для заранее определенных режимов движения: разгон, горизонтальный полет и вираж.

При этом следует отметить условность разбиения режимов движения, поскольку реальное движение подвижного объекта в общем случае не может достаточно полно характеризоваться только указанными режимами движения, что, в свою очередь, приводит к существенным ошибкам определения параметров ориентации.

Кроме того, данный способ требует применения специального устройства идентификации режима движения подвижного объекта для включения соответствующего алгоритма вычисления.

Техническим результатом изобретения является создание способа измерения магнитного курса и углов наклона подвижного объекта посредством жесткозакреплепнных датчиков магнитного поля и линейного ускорения, не зависящего от режимов движения подвижного объекта.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе измерения магнитного курса подвижного объекта, использующего информацию о векторах магнитного поля Земли и линейного ускорения подвижного объекта, вычисление одного из углов наклона подвижного объекта, необходимого для определения магнитного курса (например, угла крена), производится из равенства априорно известной горизонтальной или вертикальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли с его вычисленным значением по измеренной датчиками информации, а вычисление другого угла наклона (например, угла тангажа) производится по измеренной датчиками информации и определенному первому углу.

Предлагаемый способ можно пояснить следующим образом.

Выражение для проекции вектора напряженности магнитного поля Земли (МПЗ), например, на нормальную ось объекта, в котором исключено значение курса, можно представить как

где T_xc, T_yc, T_zc - проекции вектора напряженности МПЗ на связанные оси подвижного объекта;
γ, ν - соответственно углы крена и тангажа;
Z - вертикальная составляющая вектора напряженности МПЗ.

Принятая система координат соответствует ГОСТ 23281-78.

После исключения из уравнения (1) угла тангажа и элементарных преобразований получаем выражение:


αxc, αyc, αzc - проекция вектора линейного ускорения центра масс подвижного объекта на входные оси акселерометров;
g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

Решение уравнения (2) позволяет однозначно определить величину угла крена подвижного объекта.

Угол тангажа вычисляется по уравнениям:

Магнитный курс после определения углов наклона вычисляется по известному [1] выражению:

На чертеже представлен пример алгоритма заявленного способа измерения магнитного курса.

Блок 1 магнитометров и блок 2 акселерометров жестко закреплены на подвижном объекте и их измерительные оси ортогональны осям подвижного объекта, соответственно осям OX, OY и OZ, начала которых находятся в центре масс подвижного объекта.

Выходы блока 1 магнитометров и блока 2 акселерометров соединены с соответствующими входами блока 3 вычисления углов наклона, на третий вход которого вводится в виде константы значение, например, вертикальной составляющей вектора напряженности МПЗ (Z).

Выходы блока 3 вычисления углов наклона соединены с выходом компаса и с одним из входов блока 4 вычисления магнитного курса, другой вход которого соединен с выходами блока 1 магнитометров. Выход блока 4 вычисления магнитного курса соединен с выходом компаса.

Способ реализуется следующим образом.

Сигналы с блока 1 акселерометров, измеряющие три компоненты вектора напряженности МПЗ Т_xc, Т_yc, T_zc и сигналы с блока 2 акселерометров, измеряющие три компоненты вектора линейного ускорения αxc, αyc, αzc, поступают на вход блока 3 вычисления углов наклона. Блок 3 реализует решение уравнений (2) и (3) и выдает на выход значения углов крена γ и тангажа ν, поступающие затем на выход компаса потребителю и на один из входов блока 4 вычисления магнитного курса. Блок 4 вычисления магнитного курса реализует решение уравнения (4) и выдает на выход компаса значение текущего магнитного курса ϕ.
Оценка работоспособности предлагаемого способа измерения магнитного курса проводилась методом математического моделирования и подтвердила возможность достижения заявленного технического результата.

Способ используется в навигационном приборостроении и предназначен для измерения магнитного курса и углов наклона подвижных объектов. Для измерения магнитного курса используют информации о векторах магнитного поля Земли и линейного ускорения подвижного объекта. Вычисление одного из углов наклона подвижного объекта, необходимого для определения магнитного курса, производят из равенства априорно известной горизонтальной или вертикальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли с его вычисленным значением по измеренной датчиками информации. Вычисление другого угла наклона производят по измеренной датчиками информации и определенному первому углу наклона. Повышена точность измерения независимо от режимов движения объекта. 1 ил.

Способ измерения магнитного курса, использующий обработку информации о векторах магнитного поля Земли и линейного ускорения подвижного объекта, отличающийся тем, что вычисление одного из углов наклона подвижного объекта, необходимого для определения магнитного курса, производят из равенства априорно известной горизонтальной или вертикальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли с его вычисленным значением по измеренной датчиками информации, а вычисление другого угла наклона производят по измеренной датчиками информации и определенному первому углу наклона.