СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ ГИРОСКОПИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ Российский патент 1999 года по МПК G01C21/18 

Изобретение относится к области инерциальных гироскопических систем, используемых преимущественно для целей путеизмерения на железных дорогах. Применение инерциальных систем в составе аппаратуры вагонов-путеизмерителей стало необходимым при эксплуатации скоростных железнодорожных магистралей. Одна из возможных областей применения изобретения - инерциальные системы для контроля трубопроводов.

Известны способы коррекции гироскопических инерциальных систем (ИНС) с использованием данных от внешних источников информации, в качестве которых могут выступать астрономические обсервации, радионавигационные системы, системы спутниковой связи для определения координат заданной точки на поверхности (например, NAVSTAR GPS), причем последний способ наиболее приемлем для условий железной дороги.

Прототипом настоящего изобретения является инерциальная система, установленная в скоростном вагоне-путеизмерителе в комплексе с приемоиндикатором системы GPS, описанная в статье "Использование спутниковой связи с измерительной техникой железных дорог" (Fendrich L. Satellitenmesstechnik fur Bahnen. Eisenbahningenieur - 1993. 44, N 1 - с. 28-29 - нем). Аннотация статьи помещена в ЭИ "Путь и строительство жел. дорог" N 16 1994 г.

Известный способ коррекции сводится к получению данных от приемника GPS о местоположении объекта, сравнении этих данных с параметрами, выработанными ИНС, вычислению по результатам сравнения поправок к выходным параметрам ИНС и сигналов, компенсирующих погрешности чувствительных элементов ИНС (гироскопов и акселерометров).

Такой способ коррекции в большинстве применений ИНС дает удовлетворительные результаты, однако, применительно к задачам, решаемым при контроле состояния железнодорожной колеи, обладает следующими недостатками:
1. Требует высокоточной ИНС, обеспечивающей выявление деформаций железнодорожной колеи порядка 3 мм с длиной волны 200 м при частоте коррекции 1 с (частота выдачи информации приемоиндикатором GPS).

2. Не обеспечивает требования по точности в тоннелях и глубоких выемках (из-за невозможности приема спутникового сигнала в этих условиях).

3. Требует оборудования вагона-измерителя приемоиндикаторами GPS.

Целью заявляемого изобретения является решение задачи снижения требований по точности, предъявляемых к ИНС и упрощение состава аппаратуры, устанавливаемой в вагоне-путеизмерителе.

Сущность изобретения состоит в том, что непрерывно сравниваются измеряемые и измеренные ранее (эталонные) параметры железнодорожной колеи, полученные разностные измерения обрабатываются, при этом одновременно выделяются значения деформации трассы, поправки к данным инерциальной системы о местоположении и скорости и оцениваются погрешности чувствительных элементов ИНС. Возможность решения этой задачи обеспечивается следующими особенностями:
1) даже при высоком уровне содержания пути существует сложный, неповторимый и устойчивый во времени рисунок микропрофиля колеи (подтверждается натурными испытаниями, например, на ж.д. полигона на ст. Щербинка М.Ж.Д.);
2) частотные и статистические свойства деформаций и ошибок различны, что обеспечивает хорошую наблюдаемость всех определяемых параметров.

Предложенный способ позволяет:
1) снизить требования по точности к ИНС, т.к. непрерывное получение разностных измерений обеспечивает непрерывную коррекцию ИНС;
2) обеспечить возможность выявления деформаций в тоннелях и глубоких выемках (в отличие от использования GPS);
3) упростить состав средств вагона-измерителя, т.к. позволяет отказаться от спутникового приемоиндикатора.

Разница между профилями характеризует, во-первых, сдвиг измеряемой кривой профиля относительно эталонной в продольном направлении (т.е. ошибку выработки инерциальной системой местоположения), во-вторых, ошибку выработки вертикальной координаты (параллельный сдвиг в вертикальной плоскости профиля), в третьих - деформацию железнодорожного пути.

Поскольку частотные и статистические свойства всех этих ошибок отличаются, ошибки могут быть разделены, после чего, зная погрешности местоположения, обычными методами вырабатывают корректирующие сигналы для инерциальной системы.

Для оценки технической осуществимости предложенного способа были произведены расчеты на базе данных, полученных при использовании гироскопической системы "Сахалин" на железнодорожном полигоне на ст. Щербинка. Для разделения погрешностей и оценок был использован фильтр Калмановского типа.

Погрешность оценки местоположения на трассе составила в данном случае 0,25 м (в то время, как точность оценки по приемоиндикатору GPS - 3 м), погрешность оценки деформации составила 0,7 мм.

Таким образом, подтверждается эффективность использования предлагаемого изобретения.

Способ используется при вторичных измерениях профиля рельсовой колеи с целью обнаружений деформаций исходного(эталонного) профиля, снятого при первичном измерении и привязанного к геодезическим координатам. Сравнивая измеренный и эталонный профили и обрабатывая полученные измерения, одновременно выделяют как погрешности определения местоположения на трассе, так и деформации колеи. Полученные поправки данных о местоположении используют для непрерывной коррекции инерциальной системы, что позволяет увеличить точность измерений и исключить необходимость данных от внешних источников информации о местоположении.

Способ коррекции инерциальной гироскопической системы, используемой для контроля состояния рельсовой колеи, включающий получение данных о местоположении и скорости, определение поправок к выходным параметрам инерциальной гироскопической системы выработку корректирующих сигналов и ввод их в инерциальную гироскопическую систему, отличающийся тем, что непрерывно сравнивают измеряемый и измеренный ранее профили рельсовой колеи в продольном направлении, в вертикальной плоскости и по взаимному положению рельсовых нитей в поперечной плоскости, а поправки к выходным параметрам инерциальной навигационной системы определяют при обработке полученных при сравнении результатов с одновременным выделением деформации рельсовой колеи, при этом корректирующие сигналы вводят в инерциальную гироскопическую систему непрерывно.