СЕКСТАН Российский патент 2009 года по МПК G01C1/08 

Изобретение относится к области корабельных секстанов, предназначенных для измерения высот светила, для определения своего местоположения.

Известны секстаны, например «Оптический измерительный прибор с угломером» по патенту RU №2089852 (БИ №25, 10.09.97), в котором в качестве построителя плоскости искусственного горизонта выступает пузырьковый уровень. Недостатком таких секстанов является сложность определения положения горизонта на фоне колебаний пузырька.

Для сглаживания колебаний чувствительного элемента используются гироскопы и интеграторы, например, в «Гироскопическом интегрирующем морском секстане» ГИМС-3 или «Интегрирующем авиационном секстане» ИАС-1 [Радкевич Л.П., Беляева М.П. «Ручные навигационные секстаны» - Оптико-механическая промышленность. - 1975, №2, с. 58-59], где плоскость искусственного горизонта определяется визуально, и построителем плоскости искусственного горизонта по существу является глаз наблюдателя. Недостатком этих устройств является сложность оптико-механической части.

Известен принятый за прототип астрокоординатор по патенту RU №2112211 (Опубликовано: 27.05.1998), содержащий зрительную трубу и устройство приведения плоскости измерения высоты светила в его вертикал. Недостатком прототипа является сложность конструкции и малая точность маятникового построителя плоскости искусственного горизонта.

Задача, которую решает данное изобретение, заключается в упрощении и удешевлении секстана при повышении точности и уменьшении сложности измерений.

Поставленная задача решается тем, что на зрительную трубу устанавливается ортогональная триада акселерометров, являющаяся по сути построителем плоскости искусственного горизонта, так, чтобы ось чувствительности одного из них была бы параллельна визирной оси зрительной трубы. Акселерометры соединены с вычислительным устройством, содержащим блок первичной выработки значения высоты светила с двумя входами, интерполятор с двумя входами и двумя выходами, блок обратного преобразования с двумя входами, Фурье анализатор с двумя входами и суммирующее устройство.

Акселерометры соединены с входом блока первичной выработки значения высоты светила, первый выход которого соединен с первыми входами интерполятора и Фурье анализатора, а второй - с блоком обратного преобразования, второй выход интерполятора соединен с вторым входом блока обратного преобразования, выход которого соединен с вторым входом интерполятора, образуя замкнутый контур уточнения высоты светила, выход блока обратного преобразования соединен также с вторым входом и через суммирующее устройство с выходом Фурье анализатора, образуя контур выработки поправок, первый выход интерполятора является выходом секстана.

Для улучшения технологичности изготовления и удобства хранения триада акселерометров может быть выполнена съемной.

Для снижения погрешности измерений триада акселерометров может поворачиваться на 180° вокруг оси, перпендикулярной оси визирования.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема секстана.

В ее состав входят:

1 - зрительная труба, предназначенная для наблюдения за светилом;

2 - акселерометр, ось чувствительности которого параллельна оси визирования (ось X на фиг.1), предназначенный для измерения ускорения W_x вдоль этой оси;

3 - акселерометр, ось чувствительности которого (ось Y на фиг.1) близка к горизонтальному положению и перпендикулярна плоскости измерения высоты светила, предназначенный для измерения ускорения W_y;

4 - акселерометр с осью чувствительности, перпендикулярной первым двум (ось Z на фиг.1), предназначенный для измерения ускорения W_z;

5 - блок первичной выработки высоты светила Е₁ и наклона плоскости измерения ρ;

6 - интерполятор, предназначенный для выработки значения высоты светила Е_с, соответствующий принятому закону ее изменения;

7 - Фурье анализатор, предназначенный для определения амплитуды и фазы второй гармоники спектра и вычисления поправок в постоянной составляющей высоты ΔЕ₀ и Δρ₀;

8 - блок обратного преобразования, предназначенный для уточнения мгновенных значений Е_с с учетом интерполяции в блоке 6;

9 - суммирующее устройство, предназначенное для добавления поправок, выработанных Фурье анализатором, в сигнал блока обратного преобразования.

Система работает следующим образом.

Зрительную трубу 1 (ось Х на чертеже) наводят на светило и наблюдают за ним некоторое время. В это время в блоке 5 накапливается информация об ускорениях, измеряемых построителем плоскости искусственного горизонта (акселерометрами 2, 3, 4).

где L - отстояние от центра качаний.

После окончания обсервации обрабатывают полученные данные. В блоке 5 вырабатывают грубые значения

; ;

Предполагая, что за время обсервации движение светила было равномерным и прямолинейным и применяя линейную интерполяцию, вычисляют в блоке 6 значение Е_с, приведенное ко времени середины обсервации

E_c=M(arcsin[sin(E)·cos(ρ)])

где М - символ математического ожидания.

В блоке 8, используя полученное значение Е_с, вычисляют новые значения Е ρ, в которых ошибки из-за переносных ускорений значительно уменьшены.

В блоке 7 проводят спектральное разложение сигналов Е ρ, выделяют вторую гармонику и, учитывая зависимость между постоянной составляющей погрешности и второй гармоники погрешности, вычисляют поправку постоянной составляющей

где E(2ω·t), ρ (2ω·t) - мгновенные значения второй гармоники;

E_m(2ω·t), ρ_m(2ω·t) - амплитуды второй гармоники;

2ω·t - текущая фаза второй гармоники.

Для снижения влияния систематических погрешностей акселерометров триада в процессе обсервации может быть повернута на 180°, причем поворот вокруг оси визирования осуществляется поворотом всей трубы с акселерометрами. Поворот акселерометра, ось чувствительности которого параллельна оси визирования (ось X на чертеже), производится поворотом триады.

Технико-экономические преимущества заявленной схемы по сравнению с прототипом определяются всеобщим внедрением спутниковой навигации, где погрешность определения местоположения не превышает нескольких метров. Поэтому секстан используется только в аварийных случаях, когда нет спутникового сигнала и показания счисления вызывают сомнения. В то же время секстанами до настоящего времени снабжаются все аварийные комплекты кораблей и судов. Предлагаемый секстан может быть выполнен на основе готовых зрительной трубы или бинокля, если их дополнить блоком акселерометров и простейшим вычислителем, причем триада акселерометров с вычислителем может быть съемной и устанавливается на оптическую систему в случае необходимости.

При измерениях с помощью предлагаемого секстана (в отличии от измерений оптико-механическим секстаном) пользователь может не обладать специальными навыками, поскольку в его задачу входит только удержание светила в течение некоторого времени в поле зрительной трубы. Стоимость и металлоемкость предлагаемого секстана, при современном уровне разработки акселерометров и вычислителей, будет намного ниже этих показателей аналогов и прототипа, особенно при использовании разъемной конструкции.

Изобретение относится к области корабельных секстанов, предназначенных для измерения высот светила для определения своего местоположения. Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление секстанта при повышении точности и уменьшении сложности измерений. Секстан содержит зрительную трубу и триаду акселерометров, ось чувствительности одного из которых параллельна оси визирной трубы. В секстан введены блок первичной выработки значения высоты светила с двумя выходами, блок интерполяции с двумя входами и двумя выходами, блок обратного преобразования с двумя входами, Фурье анализатор с двумя входами и суммирующее устройство. Акселерометры соединены с входом блока первичной выработки значения высоты светила, первый выход которого соединен с первыми входами блока интерполяции и Фурье анализатора, а второй - с блоком обратного преобразования. Второй выход блока интерполяции соединен с вторым входом блока обратного преобразования, выход которого соединен с вторым входом блока интерполяции, образуя замкнутый контур уточнения высоты светила. Выход блока обратного преобразования соединен также со вторым входом и через суммирующее устройство с выходом Фурье анализатора, образуя контур выработки поправок. Выходом системы является первый выход интерполятора. Триада акселерометров может быть выполнена съемной и с возможностью поворота на 180° градусов вокруг оси, перпендикулярной оси визирования. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Секстан, содержащий зрительную трубу и построитель плоскости искусственного горизонта, отличающийся тем, что построитель плоскости искусственного горизонта выполнен в виде ортогональной триады акселерометров, ось чувствительности одного из которых параллельна оси визирной трубы, а в секстан введены блок первичной выработки значения высоты светила с двумя выходами, интерполятор с двумя входами и двумя выходами, блок обратного преобразования с двумя входами, Фурье анализатор с двумя входами и суммирующее устройство, причем акселерометры соединены с входом блока первичной выработки значения высоты светила, первый выход которого соединен с первыми входами интерполятора и Фурье анализатора, а второй - с блоком обратного преобразования, второй выход интерполятора соединен со вторым входом блока обратного преобразования, выход которого соединен со вторым входом интерполятора, образуя замкнутый контур уточнения высоты светила, выход блока обратного преобразования соединен также со вторым входом и через суммирующее устройство с выходом Фурье анализатора, образуя контур выработки поправок, первый выход интерполятора является выходом секстана.

2. Секстан по п.1, отличающийся тем, что триада акселерометров выполнена съемной.

3. Секстан по п.1, отличающийся тем, что триада акселерометров выполнена с возможностью поворота на 180° вокруг оси, перпендикулярной оси визирования.