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;

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 на стабилизированной в горизонте платформе, созданной инерциальной системой с интегральной коррекцией, таким образом, чтобы наружные оси карданных подвесов были перпендикулярны стабилизированной в горизонте платформе.

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 перпендикулярно стабилизированной в горизонте платформе 18 (см. фиг.2), созданной инерциальной системой с интегральной коррекцией. 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 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 19.

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. В качестве исходной системы координат выберем сопровождающий трехгранник Дарбу E⁰N⁰ξ⁰, ориентированный осью ON⁰ по горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости . Тогда проекции абсолютной угловой скорости трехгранника Е⁰N⁰ξ⁰ на его оси будут O; ; r. Проекции ускорения вершины трехгранника E⁰N⁰ξ⁰ на его оси суть (r· v); g,

где g - ускорение силы тяжести.

С кожухом гироскопа первой гироплатформы жестко свяжем правую систему координат Е₁N₁ξ₁. С кожухом гироскопа второй гироплатформы - систему координат E₂N₂ξ₂. Систему координат - E₁N₁ξ₁ - получим поворотами вокруг оси Oξ⁰ на угол Δ К₁; вокруг вспомогательной оси OE_1,1 на угол α ₁ и вокруг оси Oξ₁ на угол Δ K₁cosα ₁. Систему координат E₂N₂ξ₂ - получим поворотами вокруг оси Oξ⁰ на угол Δ К₂ вокруг вспомогательной оси OE_2,1 на угол α ₂ и вокруг оси Oξ₂ на угол Δ K₂cosα ₂.

Проекции абсолютной угловой скорости трехгранников E₁N₁ξ₁ и E₂N₂ξ₂ на их оси OE₁; ON₁; OE₂; ON₂ будут;

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

Для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций

;

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

или для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций:

;

где

При n>1 и n>2 увеличивается направляющая сила, воздействующая на гироскоп, и тем самым уменьшается влияние дрейфа гироскопа на точность вырабатываемых параметров.

Для максимального диапазона измерения примем n₂=-n₁.

По значению угла α _пр или по разности ускорения W_N1-W₂ вырабатывают горизонтальную составляющую абсолютной угловой скорости из соотношений

Вертикальную составляющую абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу r_пр вырабатывают из соотношения

По значениям ; r_пр и курсу компасному К_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 К_ГКИС и значение самой горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости . По показаниям акселерометров инерциальная система может определять проекции ускорения вершины трехгранника Дарбу. E⁰N⁰ξ ⁰ на его оси OE⁰ и ON⁰

(r· V)_ИС;

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. Данный способ может быть реализован и в бесплатформенной инерциальной системе.

Источники информации

В.А.Беленький - Патент №2046289 РФ.

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. Гироплатформы в карданных подвесах устанавливают на стабилизированную в горизонте платформу, созданную инерциальной системой с интегральной коррекцией. Технический результат: 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 приборных трехгранников, каждый из которых связан с данной (не менее двух) 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, например, 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,

ω₀ - частота Шулера;

n₁, n₂ - параметры системы,

при этом дополнительно используют информацию и свойства инерциальной системы с интегральной коррекцией, а гироплатформы в карданных подвесах устанавливают на стабилизированной в горизонте платформе, созданной инерциальной системой с интегральной коррекцией таким образом, чтобы наружные оси карданных подвесов были перпендикулярны стабилизированной в горизонте платформе.