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 ₀ - частота Шулера;

n₁, n₂ - параметры системы,

при этом дополнительно используют информацию и свойства инерциальной системы с интегральной коррекцией, а гироплатформы в карданных подвесах устанавливают в общем карданном кольце с вертикальной наружной осью, которую монтируют перпендикулярно стабилизированной в горизонте платформе, созданной инерциальной системой с интегральной коррекцией. На фиг.1 представлена функциональная блок-схема инерциальной системы для осуществления способа.

Рассматриваемая инерциальная система с линейной коррекцией состоит из двух конструктивно идентичных стабилизированных гироплатформ 1 и 1` и блока 2 управления и выработки выходных параметров БУВВП. На каждой стабилизированной гироплатформе расположен один трехстапенной 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. Наружные оси карданных подвесов 11 и 11` установлены в общем карданном кольце 18 (см. фиг.2). Ось общего карданного кольца установлена на стабилизированной в горизонте платформе 19. Оси 11 и 11` параллельны плоскости стабилизированной платформы 19 и параллельны между собой. На оси общего карданного кольца расположены следящий двигатель 20 и датчик курса 21. На общем кольце 18 размещены также датчики углов 17 и 17`, замеряющие скоростные поправки α <sub>1</sub> и α <sub>2</sub> и следящие двигатели 15 и 15`. Выходы датчиков углов 6, 7 и 6`, 7` углов 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 16, 17 и 16`, 17`. 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 16, 17 и 16`, 17` соединены с соответствующими входами БУВВП-2. Информационно БУВВП-2 связан с инерциальной системой с интегральной коррекцией.

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 датчиков углов 17 и 17` являются исходными источниками информации для определения горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу. Плоскость общего карданного кольца 18 с помощью следящего двигателя 20 все время удерживается в направлении, перпендикулярном плоскости компасного меридиана, специальной следящей системой.

В качестве исходной системы координат выберем сопровождающий трехгранник Дарбу E° N° ξ ° , ориентированный осью ON° по горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости Тогда проекции абсолютной угловой скорости трехгранника E° N° ξ ° на его оси будут O; r.

Проекции ускорения вершины трехгранника E° N° ξ ° на его оси суть (r· V); g, где g - ускорение силы тяжести.

С кожухом гироскопа первой гироплатформы жестко свяжем правую систему координат E₁N₁ξ₁. С кожухом гироскопа второй гироплатформы – систему координат E₂N₂ξ₂. Систему координат E₁N₁ξ₁ получим поворотами вокруг оси OE° на угол α ₁ вокруг вспомогательной оси ON_1,1 на угол β ₁ и вокруг оси Oξ ₁ на угол Δ K₁. Систему координат E₂N₂ξ₂ получим поворотами вокруг оси OЕ° на угол α ₂ вокруг вспомогательной оси ON_2,1 на угол β ₂ и вокруг оси Oξ ₂ на угол Δ K₂.

Проекции абсолютной угловой скорости трехгранников E₁N₁ξ₁ и E₂N₂ξ₂ на их оси ОE₁; ON₁; OE₂ n ON₂ будут

Проекции ускорения вершин трехгранников E₁N₁ξ₁ и E₂N₂ξ₂ на оси OE₁, ON₁ и оси OE₂; ON₂ будут

Для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций

сигналы управления гироскопами в системах координат E₁N₁ξ₁ и E₂N₂ξ₂ могут иметь различный вид, например,

или

где

Для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций, например: Сигналы управления гироскопами могут иметь вид:

Сигнал, обеспечивающий устойчивость управления следящим двигателем 20, будет

где Δ K_гк - погрешность выработки компасного курса;

F - передаточная функция.

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

Для максимального диапазона измерение примем n₂=-n₁.

По значению угла α _пр. или по разности ускорения W_N1-W_N2 вырабатывают горизонтальную составляющую абсолютной угловой скорости из соотношений

Вертикальную составляющую абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу r вырабатывают из соотношения

По значениям r_пр и курсу компасному K_гк вырабатывают координаты места ϕ и λ и курс объекта K.

Инерциальная система с интегральной коррекцией, обеспечивающая стабилизацию гироплатформ в горизонте, по горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу может определять самостоятельно значения компасного курса объекта и значение самой горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости По показаниям акселерометров инерциальная система может определять проекции ускорения вершины трехгранника Дарбу E° N° ξ ° на его оси ON° и ОЕ°

Указанная информация вместе с одноименной информацией, выработанной рассматриваемой инерциальной системой с линейной коррекцией, может быть использована для управления обеими этими системами. При этом, используя сигналы разности одноименной информации, обеспечивают асимптотическую устойчивость (демпфирование) этих двух систем, а также оценку их инструментальных погрешностей.

Для совместной работы с рассматриваемой инерциальной системой может быть использована любая модель задачи инерциальной системы с интегральной коррекцией. При этом в качестве стабилизированной в горизонте платформы может быть использована платформа либо с косвенной стабилизацией по сигналам инерциальной системы с интегральной коррекцией, либо собственно гироплатформа инерциальной системы полуаналитического типа.

Источники информации:

1. В.А.Беленький - Патент №2046289 РФ.

Изобретение относится к технике приборостроения, а именно, к навигационным приборам для определения основных навигационных параметров позиционирования воздушных и наземных объектов. Технический результат - повышение точности за счет расширения динамического диапазона измерения гироскопической вертикали. Для достижения данного результата сигналы управления гироплатформами формируют таким образом, чтобы обеспечить нелинейную связь между значением скоростной девиации и значением горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости. При этом дополнительно используют информацию и свойства инерциальной системы с интегральной коррекцией, а гироплатформы устанавливают в общем карданном кольце с вертикальной наружной осью. 2 ил.

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 соответствующей гироплатформой, 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, при этом дополнительно используют информацию и свойства инерциальной системы с интегральной коррекцией, а гироплатформы в карданных подвесах устанавливают в общем карданном кольце с вертикальной наружной осью, которую монтируют перпендикулярно стабилизированной в горизонте платформе, в созданной инерциальной системе с интегральной коррекцией.