СПОСОБ ВЫРАБОТКИ НАВИГАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ И ВЕРТИКАЛИ МЕСТА Российский патент 2005 года по МПК G01C21/00 

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано для обеспечения навигации морских, воздушных и наземных объектов.

Известен способ выработки навигационных параметров и вертикали места, включающий измерение составляющих кажущегося ускорения при помощи акселерометров, установленных по осям приборных трехгранников, каждый из которых связан с данной (не менее двух) гироплатформ, формирование сигналов управления гироплатформами, отработку сформированных сигналов при помощи гироскопов и вычисление навигационных параметров и вертикали места, при этом сигналы управления основной и дополнительной гироплатформами формируют из условия обеспечения неравенства скоростных и отсутствия баллистических девиаций [1].

Недостатком известного способа являются ограниченные возможности точностных и динамических характеристик.

Целью изобретения является повышение точностных характеристик и расширение динамических возможностей способа.

Технический эффект достигается тем, что сигналы управления гироплатформами формируют таким образом, чтобы обеспечить нелинейную связь между значением скоростной девиации и значением горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости, например: для основной гироплатформы по закону

и для дополнительной гироплатформы по закону

где α ₁ и α ₂ - значения скоростных девиаций гироплатформ;

- значение горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости;

R - радиус Земли;

ω _o - частота Шулера;

n₁, n₂ - параметры системы.

На чертеже представлена функциональная блок-схема инерциальной системы для осуществления способа (см. фиг.1).

Инерциальная система состоит из двух конструктивно идентичных стабилизированных гироплатформ 1 и 1' и блока 2 управления и выработки выходных параметров (БУ ВВП). На каждой стабилизированной гироплатформе расположен один трехстепенной гироскоп 3 и 3'. При этом кинетический момент гироскопа перпендикулярен плоскости стабилизированной гироплатформы. Гироскопы имеют датчики 4, 5 и 4', 5' моментов и датчики углов 6, 7 и 6', 7'. Кроме того, на каждой стабилизированной гироплатформе установлены акселерометры 8, 9 и 8', 9'. Оси чувствительности акселерометров на каждой гироплатформе ортогональны между собой и параллельны плоскости гироплатформы. Ось одного акселерометра параллельна внутренней оси карданного подвеса гироплатформы. Наружная ось 11 и 11' карданного подвеса параллельна продольной оси объекта. Выходы датчиков углов 6, 7 и 6', 7' гироскопов 3 и 3' через посредство усилителей 12, 13 и 12', 13' соединены с входами следящих двигателей 14, 15 и 14', 15', которые связаны с осями карданного подвеса. С этими же осями связаны датчики углов качек 16, 17 и 16', 17' относительно плоскости гироплатформы. Входы датчиков 4, 5 и 4', 5' момента гироскопов 3 и 3' соединены с соответствующими выходами блока 2 управления и выработки выходных параметров. Выходы акселерометров 8, 9 и 8', 9' и датчики углов качек 16, 17 и 16', 17' соединены с соответствующими входами БУВВП-2.

Выходами БУВВП для потребителей являются К - курс объекта, ϕ - широта места, λ - долгота места, θ и ψ - углы бортовой и килевой качек.

Функционирует предлагаемая система следующим образом. Каждая гироплатформа с помощью следящих двигателей 14, 15 и 14', 15' соответственно по сигналам рассогласования датчиков углов 6, 7 и 6', 7' гироскопов 3 и 3' все время удерживается в одной плоскости с кожухом гироскопа.

Кожух каждого гироскопа вместе с гироплатформой приводится в положение, соответствующее заданному значению скоростной девиации для данной гироплатформы, с помощью моментов, накладываемых через датчики моментов 4, 5 и 4', 5' гироскопов 3 и 3' токами управления по сигналам, вырабатываемым в БУВВП. Поскольку заданные значения скоростных девиаций различны для каждой гироплатформы, разности показаний одноименных датчиков углов качек 16 и 16' и 17, 17' являются исходными источниками информации для определения горизонтальных составляющих абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу. В качестве исходной системы координат выберем сопровождающий трехгранник Дарбу ENς , ориентированный осью ON по горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости . Тогда проекция абсолютной угловой скорости трехгранника ENς на его оси будут O; ; r₁.

Проекции ускорения вершины трехгранника ЕNς на его оси суть (r₁·_{V); g, где g - ускорение силы тяжести.}

Введем две вспомогательные скользящие правые системы координат E₁N₁ς ₁ E₂N₂ς ₂. Оси Oς ₁; Oς ₂ перпендикулярны плоскостям соответствующих гироплатформ. Плоскости E₁N₁; E₂N₂ совпадают с плоскостями соответствующих гироплатформ. Систему координат E₁N₁ς ₁

- получим поворотом вокруг оси OE на угол α ₁ и вокруг оси ОN₁ на угол β ₁. Систему координат Е₂N₂ς ₂ - получим поворотом вокруг оси OE на угол α ₂ и вокруг оси ON₂ на угол β ₂.

Проекции абсолютной угловой скорости трехгранников E₁N₁ς ₁; E₂N₂ς ₂ на их оси OE₁; ON₁ и ОE₂; ON₂ будут:

Проекция ускорения вершин трехгранников E₁N₁ς ₁ и E₂N₂ς ₂ на оси OE₁; ON₁ и оси OE₂; ON₂ будут:

Для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций

сигналы управления в системах координат E₁N₁ς ₁ и Е₂N₂ς ₂ могут иметь вид:

Или

При n₁>1 и n₂>1 увеличивается направляющая сила, воздействующая на гироскоп, и тем самым уменьшается влияние дрейфа гироскопа на точность вырабатываемых параметров.

С осями чувствительности акселерометров и с соответствующими осями прецессии гироскопов свяжем системы координат X₁Y₁ς ₁ и Х₂Y₂ς ₂. Тогда управляющие сигналы в осях прецессии гироскопов будут:

где К₁ и К₂ - курсы в плоскости гироплатформ, а значения будут:

- показания соответствующих акселерометров.

K11

Курсы объекта в плоскости гироплатформы могут также быть определимы следующим образом:

где V - горизонтальная составляющая абсолютной скорости объекта вырабатывается автономно этим способом или может быть выработана по данным внешних источников навигационной информации.

S - оператор Лапласа. F - передаточная функция.

Навигационную информацию можно вырабатывать: 1) по показаниям соответствующих датчиков углов качек двух гироплатформ и 2) используя разности одноименных сигналов ускорений двух гироплатформ.

Для максимального диапазона измерения примем n₂=-n₁.

Тогда в качестве примера, используя показания датчиков углов качек, получим

Откуда вырабатывают K_{гк пр} - компасный курс объекта и значение скоростной девиации α _пр;

Ψ ₁; Ψ ₂ - показания датчиков углов килевой качки;

θ ₁; θ ₂ - показания датчиков углов бортовой качки.

По значению угла α _пр вырабатывают горизонтальную составляющую абсолютной угловой скорости из соотношения

По значению сумм одноименных датчиков углов качек вырабатывают углы θ _к бортовой и килевой Ψ _к качек

Используя разности одноименных сигналов ускорений , получим

Используя суммы одноименных сигналов ускорений, получим

Обрабатывая совместно одноименную информацию по показаниям датчиков углов качек и сигналам ускорений, можно выработать оптимальные их значения. По значениям оптимально выработанным параметрам, а также по значению вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости сопровождающего трехгранника Дарбу r₁, которая вырабатывается из выражения

находим широту места ϕ и долготу места λ , курс географический К, решая следующие зависимости (см. фиг. 2)

K_пр=_{Kгк пр}-χ _пр

где χ - угол между направлением и направлением географического меридиана;

ω - скорость Земли.

Данный способ может обеспечить автономное демпфирование инерциальных систем.

Информация от акселерометров, оси чувствительности которых перпендикулярны плоскостям гироплатформ, а также использование одновременно модели задачи ИНС с интегральной коррекцией с предлагаемым способом расширит возможности способа. Данный способ может быть реализован и в бесплатформенной ИНС.

Использование: изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано для обеспечения навигации движущихся объектов. Сущность: измеряют составляющие кажущегося ускорения при помощи акселерометров, установленных на не менее чем двух гироплатформах, формируют сигналы управления гироплатформами, отрабатывают сформированные сигналы при помощи гироскопов, при этом гироплатформой управляют сигналами, обеспечивающими нелинейную связь между значением скоростной девиации и значением горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости. Техническим результатом является повышение точностных характеристик и расширение динамических возможностей способа. 2 ил.

Способ выработки навигационных параметров и вертикали места, включающий измерение составляющих кажущегося ускорения при помощи акселерометров, установленных по осям трехгранников, каждый из которых связан с основной и дополнительной гироплатформами, формирование сигналов управления гироплатформами, отработку сформированных сигналов при помощи гироскопов и вычисление навигационных параметров и вертикали места, при этом сигналы управления основной и дополнительной гироплатформами формируют из условия обеспечения неравенства скоростных и отсутствия баллистических девиаций, отличающийся тем, что сигналы управления гироплатформами формируют таким образом, чтобы обеспечить нелинейную связь между значением скоростной девиации и значением горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости объекта: для основной гироплатформы по закону

и для дополнительной гироплатформы по закону

где α₁ и α₂ значения скоростных девиаций гироплатформ;

V/R - значение горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости,

ω_o - частота Шулера;

n₁; n₂ - параметры системы.