СПОСОБ ВЫРАБОТКИ НАВИГАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ И ВЕРТИКАЛИ МЕСТА Российский патент 2003 года по МПК G01C21/00 

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, формирование сигналов управления гироплатформой, определение составляющих абсолютной угловой скорости приборного трехгранника при помощи гироскопов, выработку навигационных параметров вертикали места.

Недостатком этого способа является ограниченность точности выработки выходных параметров.

Целью изобретения является повышение точности выработки выходных параметров.

Цель достигается тем, что гироплатформу вращают с заданной скоростью вокруг одной оси карданного подвеса, а вокруг другой оси колеблют с заданными частотными характеристиками.

Проиллюстрируем предлагаемый способ на следующем примере.

На чертеже представлена функциональная схема гироскопической системы, где приняты следующие обозначения:
1 - блок управления и выработки выходных параметров;
2 - гироплатформа в двухосном карданном подвесе;
3, 4, 5 - гироскопы измерители составляющих абсолютной угловой скорости;
6, 7, 8 - акселерометры;
9, 10 - следящие двигатели;
11, 12 - датчики углов поворота гироплатформы;
13 - блок колебаний гироплатформы;
14 - дополнительная навигационная система.

Гироскопическая система содержит блок управления и выработки выходных параметров 1 с блоком колебаний 13, гироплатформу 2. На гироплатформе расположены: гироскопы 3, 4, 5 - измерители составляющих абсолютной угловой скорости (ИСАУС). При этом ИСАУС или датчики абсолютной угловой скорости могут быть построены на различных физических принципах (волоконные гироскопы, лазерные, твердотелые и др.). А также гироскопическая система содержит акселерометры 6, 7, 8. По осям карданного подвеса установлены следящие двигатели 9, 10 с датчиками углов поворота гироплатформы 11, 12.

Гироскопическая система функционирует следующим образом.

Гироплатформу 2 с помощью следящих двигателей 9 и 10 вращают вокруг одной оси с заданной скоростью, а вокруг другой оси колеблют с заданными частотными характеристиками с учетом сигналов блока колебаний 13.

По сигналам акселерометров и гироскопов [2] вырабатывают составляющие абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу и его ориентацию относительно приборного трехгранника. Учитывая показания датчиков углов поворота 11, 12, вырабатывают углы качек объекта. По составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу определяют навигационные параметры: К - курс объекта, ϕ - широту места, λ - долготу места, V - путевую скорость и т.д., а также Θ и ψ - углы качек объекта.

С наружным кольцом карданного подвеса гироплатформы свяжем систему координат Х₁Y₁Z₁. Ось ОХ₁ направим по оси, вокруг которой совершаются колебания гироплатформы. С внутренним кольцом карданного подвеса свяжем систему координат Х₂У₂Z₂. Ось OZ₂ направим по оси, вокруг которой гироплатформу вращают. Оси OZ₁ и OZ₂ - совпадают. В исходном положении трехгранники совпадают. С объектом свяжем систему координат ХУZ. Ось ОХ может находиться в плоскости палубы и может совпадать с продольной осью объекта. Оси ОХ и ОХ₁ - совпадают. Положение оси OZ не оговаривается. Ось OZ, в частности, может находиться в плоскости палубы или может быть направлена перпендикулярно плоскости палубы. В исходном положении трехгранники ХУZ, Х₁Y₁Z₁, Х₂Y₂Z₂ совпадают.

При вращении внутреннего кольца вокруг оси OZ₂ относительно системы координат Х₁Y₁Z₁ со скоростью Ω проекции дрейфов гироскопов на оси OХ₂ и ОY₂ будут осредняться; на оси координат OХ₁ и OY₁ - дрейфы будут проектироваться следующим образом:

где ΔΩ_X1, ΔΩ_Y1 - проекции дрейфов гироскопов на оси ОХ₁ и ОУ₁;
Δp, Δq - проекции дрейфов гироскопов на оси ОХ₂ и ОY₂;
Ω - частота вращения внутреннего кольца;
t - текущее время.

При Ω - значительно большем, чем частота Шулера эти дрейфы не будут влиять на точность вырабатываемых навигационных параметров.

Для того чтобы уменьшить влияние проекции дрейфа гироскопов на ось OZ₁, гироплатформу колеблют вокруг оси OХ₁ наружного кольца с заданными частотными характеристиками, например, по закону Θ₁ = Θ₀sinω₁t,
где Θ₁ - угол колебаний относительно, например, вертикальной плоскости;
Θ₀ - амплитуда колебаний;
ω₁ - частота колебаний;
t - текущее время.

При этом вырабатываемые навигационные параметры будут содержать погрешности ИСАУС, моделируемые на частоте ω₁.
Частота ω₁ может быть существенно меньше частоты Ω.
Сравнивая в блоке 1 одноименные параметры, выработанные по данному способу и дополнительной навигационной системой, погрешности которой не меняются с частотой ω₁, можно выделить и оценить, в частности, проекции дрейфов гироскопов на ось OZ₁.

Порядок выполнения всех действий во времени - одновременный.

В качестве дополнительной системы может быть использована гироскопическая или любые другие навигационные системы (лаг, спутниковая система и др.).

Источники информации
1. В.А. Беленький - Патент РФ 2000544.

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

Использование: для обеспечения навигации движущихся объектов. Сущность: измеряют составляющие кажущегося ускорения при помощи акселерометров. Определяют составляющие абсолютной угловой скорости приборного трехгранника, связанного с гироплатформой при помощи гироскопов. Вырабатывают составляющие абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу и его ориентацию относительно приборного трехгранника по сигналам акселерометров и гироскопов. Вырабатывают навигационные параметры по составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу. При этом гироплатформу вращают с заданной скоростью вокруг одной оси карданного подвеса, имеющего не менее двух осей. Вокруг второй оси карданного подвеса ее колеблют с заданными частотными характеристиками. Сравнивают в блоке управления и выработки выходных параметров одноименные параметры, выработанные основной и дополнительной навигационными системами, и исключают погрешности, модулируемые на заданной частоте. Технический результат: повышение точности. 1 ил.

Способ выработки навигационных параметров и вертикали места, включающий измерение составляющих кажущегося ускорения при помощи акселерометров, определение составляющих абсолютной угловой скорости приборного трехгранника, связанного с гироплатформой при помощи гироскопов, выработку составляющих абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу и его ориентацию относительно приборного трехгранника по сигналам акселерометров и гироскопов, выработку навигационных параметров по составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу, отличающийся тем, что гироплатформу вращают с заданной скоростью вокруг одной оси карданного подвеса, имеющего не менее двух осей, вокруг второй оси карданного подвеса ее колеблют с заданными частотными характеристиками, например, по закону
θ₁ = θ₀sinω₁t,
где θ₁ - угол колебаний относительно, например, вертикальной плоскости;
θ₀ - амплитуда колебаний;
ω₁ - частота колебаний;
t - текущее время,
сравнивают в блоке управления и выработки выходных параметров одноименные параметры, выработанные основной и дополнительной навигационными системами, и исключают погрешности, модулируемые на частоте ω₁.К