ГИРОГОРИЗОНТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОПОР РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ Российский патент 2003 года по МПК G01C19/44 

Предлагаемое изобретение относится к области гироскопической техники и предназначено для измерения угловых деформаций опор радиолокационных станций (РЛС), устанавливаемых на высотных перевозимых мачтах.

Для повышения эффективности работы РЛС, входящих в комплекс ПВО (увеличение дальности обнаружения воздушной цели, повышения точности определения координат цели), монтажные опоры РЛС устанавливают на опорных мачтах. К опорным перевозимым мачтам РЛС предъявляют жесткие требования по мобильности смены мест установки, и, следовательно, их конструкция должна быть достаточно проста и удобна для монтажа и демонтажа, а также должна иметь минимальную массу, обеспечивающую их перевозку минимальными количеством транспортных средств. С другой стороны, чтобы обеспечит минимальные угловые деформации опоры РЛС, возникающие при ветровых воздействиях и снижающие точность РЛС по определению координат цели, необходимо повышать жесткость конструкции мачты и, как следствие, делать ее более сложной и массивной.

В настоящее время стоит задача измерения угловых деформаций опоры РЛС относительно плоскости горизонта с последующим введением поправок в привода управления РЛС по углам азимута и места. Это позволит резко снизить требования по жесткости конструкции, позволит упростить конструкцию и в конечном итоге снизить трудоемкость изготовления и монтажа, уменьшить массу мачты РЛС.

В качестве измерителей угловых деформаций относительно плоскости горизонта предполагается использовать гирогоризонт, построенный по схеме двухосной индикаторно-силовой платформы, где в качестве индикаторного гироскопа используется динамически настраиваемый вибрационный гироскоп, собственный случайный дрейф которого составляет порядка 0,01^o/ч.

В качестве аналога можно рассматривать гирогоризонт, как составную часть индикаторно-силовой курсовертикали [1] или [2]. Ближайшим аналогом, выбранным за прототип предлагаемого изобретения, является самоориентирующаяся система гирокурсокреноуказания [2].

При действии ускорений, вызванных колебаниями опоры РЛС при ветровых воздействиях, чувствительные элементы горизонта отклоняются к положению кажущейся вертикали, величина которой определяется соотношением

где - линейное ускорение, действующее по измерительным осям соответствующих чувствительных элементов горизонта;
g - ускорение силы тяжести.

Ось гироскопа под воздействием системы горизонтальной коррекции отклоняется к положению кажущейся вертикали. Величина отклонения (динамическая погрешность) определяется соотношением
α_g = ω_кt,
где ω_к - скорость горизонтальной коррекции;
t - длительность линейного ускорения.

Скорость горизонтальной коррекции определяется параметрами элементов, входящих в систему коррекции, и выбирается из конкретных требований по точности, исходя из реальных условий эксплуатации.

Снижение скорости коррекции с целью уменьшения динамической погрешности горизонта ограничено требованием по обеспечению статической погрешности, максимальное значение которой определяется соотношением

где - систематическая составляющая дрейфа, вызвана инструментальными погрешностями гироскопа;
- собственный случайный дрейф гироскопа;
- дрейф гироскопа, вызванный действием горизонтальной составляющей скорости вращения Земли;
Δ - зона линейности чувствительного элемента горизонта.

Применяемые в настоящее время в высокоточных приборах гироскопы имеют собственный случайный дрейф порядка 0,01^o/ч, поэтому определяющими при выборе и настройке горизонтальной коррекции является систематическая составляющая скорости дрейфа гироскопа и скорости дрейфа вызванного горизонтальной составляющей скорости вращения Земли, величина которых на порядки превышает собственный случайный дрейф гироскопа.

На практике настройка скорости горизонтальной коррекции ведется, исходя из обеспечения оптимального соотношения динамической и статической погрешности гирогоризонта.

Высокие требования по точности (порядка 2 угл. мин), предъявляемые к средствам измерения угловых деформаций опор РЛС, ставит новые задачи по техническому совершенствованию гирогоризонта.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности гирогоризонта за счет использования особенности эксплуатации, которая состоит в том, что гирогоризонт, установленный на опоре РЛС, имеет фиксированное положение относительно плоскости меридиана, и, как следствие, по осям карданова подвеса действуют постоянные составляющие горизонтальной скорости вращения Земли.

Повышение точности достигается тем, что в гирогоризонт, содержащий гироузел, по ортогональным измерительным осям которого установлены моментные датчики и датчики угла, чувствительные элементы горизонта, установленные на внутренней раме карданова подвеса, по осям которого установлены датчики выходной информации и двигатели разгрузки, причем выходы чувствительных элементов горизонта через усилители горизонтальной коррекции подключены ко входам соответствующих моментных датчиков, а выходы датчиков угла через усилители подключены к входам соответствующих двигателей разгрузки, введены программное устройство, электронный коммутатор и два интегратора с "памятью", при этом выходы чувствительных элементов гирогоризонта через контакты электронного коммутатора подключены к входам соответствующих параллельно соединенных усилителей горизонтальной коррекции и интеграторов, выходы которых подключены к входам соответствующих моментных датчиков, а вход электронного коммутатора подключен к выходу программного устройства.

На фиг. 1 представлена функционально-кинематическая схема предлагаемого гирогоризонта для измерения угловых деформаций опор РЛС, на фиг.2 представлена циклограмма работы системы горизонтальной коррекции предлагаемого гирогоризонта.

Гирогоризонт, представленный на фиг.1, содержит гироузел 1, по ортогональным и измерительным осям которого расположены моментные датчики 2, 3 и датчики угла 4, 5. Гироузел 1 и чувствительные элементы горизонта 6, 7 установлены на внутренней раме 8 карданова подвеса. По осям внутренней 8 и наружной 9 рам карданова подвеса установлены датчики выходной информации 10, 11 и двигатели разгрузки 12, 13. В систему горизонтальной коррекции также входят усилители 14, 15 и интеграторы с "памятью" 16, 17. В систему горизонтирования рам карданова подвеса входят усилители мощности 18, 19. В гирогоризонт функционально входят электронный коммутатор 20 и программное устройство 21.

Выходы чувствительных элементов горизонта 6, 7 через контакты электронного коммутатора 20 подключены ко входам соответствующих параллельно соединенных усилителей горизонтальной коррекции 14, 15 и интеграторов 16, 17, выходы которых подключены ко входам соответствующих моментных датчиков 2, 3, а вход электронного коммутатора 20 подключен к выходу программного устройства 21.

Работа предлагаемого гирогоризонта происходит следующим образом. При включении гирогоризонта программное устройство 21 через электронный коммутатор 20 подключает выходы чувствительных элементов 6, 7 через усилители 14, 15 и параллельно подключенные к ним интеграторы 16, 17 к входам моментных датчиков 2, 3 гироузла 1. Под воздействием моментов, развиваемых моментными датчиками 2, 3, гироскоп Н прецессирует к положению местной вертикали, одновременно с датчиков угла 4, 5 сигналы через усилители 18, 19 поступают на управляющие обмотки двигателей разгрузки 12, 13, которые разворачивают внутреннюю и наружную рамы 8, 9 карданова подвеса, отслеживая прецессию гироскопа Н.

Принцип работы позиционно-интегральной системы горизонтальной коррекции заключается в следующем. Если интегральная коррекция отсутствует, то постоянные внешние возмущения вызывают постоянную статическую погрешность гирогоризонта, определяемую соотношением (1). При наличии интегрирующего звена эта постоянная погрешность сводится к нулю. Так, если имеется отклонение чувствительного элемента 6, 7 от плоскости горизонта, то выходные сигналы интеграторов 16, 17 будут накапливаться, а через систему горизонтальной коррекции и систему силовой стабилизации рам карданова подвеса это отклонение будет уменьшаться. Накопление выходных сигналов интеграторов продолжается до тех пор, пока отклонение чувствительных элементов от плоскости горизонта не сведется к нулю.

В дальнейшем программное устройство 21 отключает через электронный коммутатор 20 связь между чувствительными элементами горизонта 6, 7 и соответствующими усилителями горизонтальной коррекции 14, 15 и интеграторами 16, 17, и таким же образом, гирогоризонт переводится в режим свободного гироскопа. В режиме свободного гироскопа компенсация постоянных составляющих ухода гироскопа обеспечивается за счет накопленного в "памяти" интегратора сигнала.

При работе в таком режиме отсутствует реакция гироскопа на возмущение чувствительного элемента горизонта, т.е. отсутствуют динамические погрешности гирогоризонта. Точность гирогоризонта в режиме свободного гироскопа определяется собственным случайным дрейфом гироскопа и величиной недокомпенсации постоянных составляющих ухода гироскопа, значение которой зависит от времени работы гирогоризонта в режиме интегрально-позиционной коррекции. Для современных гироскопов с величиной случайного дрейфа порядка 0,01^o/ч период работы гирогоризонта в режиме свободного гироскопа с обеспечением заданной точности при компенсации постоянных составляющих с погрешностью случайного дрейфа гироскопа определяется:

где α_з - заданная погрешность измерения угловых деформаций;
- собственный случайный дрейф гироскопа;
- скорость дрейфа гироскопа от недокомпенсации постоянных составляющих возмущений.

Например, при α_з=2 угл. мин, период работы гирогоризонта с заданной точностью в режиме свободного гироскопа составит:

В соответствии с заложенной циклограммой работы интегрально-позиционной коррекции программное устройство 21 через период времени Т₂ переключает через электронный коммутатор 20 гирогоризонт на режим интегрально-позиционной коррекции, т.е. подключает выход с чувствительных элементов горизонта 6, 7 ко входам усилителей 14, 15 и интеграторов 16, 17.

Временной интервал работы интегрально-позиционной коррекции Т₃ определяется из условия достаточности устранения накопившейся погрешности и корректировки компенсационного сигнала интегратора, связанной с изменениями постоянных составляющих возмущений (моментов), если таковые появились.

На фиг. 2 представлена циклограмма работы интегрально-позиционной коррекции гирогоризонта, T₁ - период выхода гирогоризонта на рабочий режим, включающий в себя прогрев прибора, запуск и разгон гироскопа, время работы интегрально-позиционной коррекции; Т₂, Т₄ - период работы гирогоризонта в режиме свободного гироскопа; Т₃, Т₅ - период работы гирогоризонта в режиме интегрально-позиционной коррекции.

Периоды T₁, T₂, Т₃ выбираются исходя их заданной точности измерения угловых деформаций опор РЛС, точности гироскопа, заложенного в основу гирогоризонта, и условий эксплуатации.

Реализация предложенных технических решений позволит значительно повысить точность измерения угловых деформаций опор РЛС за счет практического исключения статической и динамической погрешности гирогоризонта в режиме свободного гироскопа.

Источники информации
1. Пельпор Д.С. Теория гироскопических стабилизаторов. Ч. 15.2, изд. Машиностроение, 1965 г.

2. Патент РФ 2124184, приоритет 15.12.1996 г., БИ 36, 1998 г.

Использование - в гироскопической технике. В гирогоризонт, представляющий собой индикаторно-силовую платформу с системами горизонтальной позиционной коррекции и силовой стабилизации платформы в плоскости горизонта, введены программное устройство, электронный коммутатор и два индикатора с "памятью", подключенных параллельно к усилителям горизонтальной коррекции. Повышение точности гирогоризонта достигается за счет введения интегральной коррекции с "памятью" и периодического переключения по команде с программного устройства и электронного коммутатора гирогоризонта в режим свободного гирокомпаса, при котором исключаются динамические погрешности, вызываемые колебаниями мачты радиолокационных станций, а статические погрешности и погрешности, вызванные горизонтальной составляющей суточной скоростью вращения Земли, компенсируются сигналом "памяти" интеграторов. Технический результат: для повышения точности измерения угловых деформаций опор радиолокационных станций. 2 ил.

Гирогоризонт для измерения угловых деформаций опор радиолокационных станций, содержащий гироузел, по ортогональным измерительным осям которого установлены моментные датчики и датчики угла, чувствительные элементы горизонта, установленные на внутренней раме карданова подвеса, по осям которого установлены датчики выходной информации и двигатели разгрузки, причем выходы чувствительных элементов горизонта через усилители горизонтальной коррекции подключены ко входам соответствующих моментных датчиков, а выходы датчиков угла через усилители мощности подключены к входам соответствующих двигателей разгрузки, отличающийся тем, что в него введены программное устройство, электронный коммутатор и два интегратора с "памятью", при этом выходы чувствительных элементов горизонта через контакты электронного коммутатора подключены ко входам соответствующих параллельно соединенных усилителей горизонтальной коррекции и интеграторов, выходы которых подключены ко входам соответствующих моментных датчиков, вход электронного коммутатора подключен к выходу программного устройства.