СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТИННОГО АЗИМУТА СИСТЕМОЙ САМООРИЕНТИРУЮЩЕЙСЯ ГИРОСКОПИЧЕСКОЙ Российский патент 2010 года по МПК G01C21/18 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке, изготовлении и эксплуатации систем самоориентирующихся гироскопических курсоуказания и курсокреноуказания, предназначенных для систем навигации и топопривязки, наведения и прицеливания подвижных объектов наземной техники.

Известна система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания по патенту РФ на изобретение №2124184, в которой аппаратно, т.е. физически, реализованы различные режимы работы. Курсовой гироскоп может работать в двух режимах: в режиме хранения заданного азимутального направления или в режиме гироазимута (режим ГА) как при стоянке, так и при движении объекта; в режиме самоориентирования или в режиме гирокомпаса (режим ГК) при стоянке объекта. Горизонтальный гироскоп работает в режиме хранения плоскости горизонта или в режиме гирогоризонта (режим ГГ) как при стоянке, так и при движении объекта, при этом вертикальная ось подвеса курсового гироскопа удерживается по направлению местной вертикали. В системе реализована также аппаратно-программная компенсация широтной и систематической составляющих ухода курсового гироскопа относительно вертикальной оси подвеса.

Известна самоориентирующаяся гироскопическая система курсоуказания по патенту РФ на изобретение №2186338. Такая система отличается от системы по патенту РФ на изобретение №2124184 отсутствием реализации режима ГГ и содержит только курсовой гироскоп, при этом вертикальная ось подвеса курсового гироскопа при наличии наклона объекта не удерживается по направлению местной вертикали.

Известна система самоориентирующаяся гирокурсокреноуказания по свидетельству РФ на полезную модель №9521, отличающаяся от системы по патенту РФ на изобретение №2124184 наличием режима ускоренного разворота курсового гироскопа (режим РГ). В режиме РГ курсовой гироскоп разворачивается в азимуте с высокой скоростью.

Исходным режимом при включении систем самоориентирующихся гироскопических по патентам РФ №2124184, №2186338 и по свидетельству РФ на полезную модель №9521 является режим ГА, при этом главная ось курсового гироскопа удерживается в плоскости горизонта горизонтальной коррекцией и свободна в азимуте. При включении режима ГК крутизна горизонтальной коррекции курсового гироскопа уменьшается, при этом включается азимутальная косвенная коррекция курсового гироскопа для приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном направлении. Значение A_N азимута фиксируется с курсового датчика угла системы самоориентирующейся гироскопической как значение А_ист истинного азимута

Существенный недостаток систем самоориентирующихся гироскопических по патентам РФ №2124184, №2186338 и по свидетельству РФ на полезную модель №9521 заключается в следующем. Из-за действия моментов относительно вертикальной оси подвеса курсового гироскопа, возникающих от влияния различных внешних возмущающих факторов (от моментов трения в осях подвеса и других), а также из-за собственных уходов курсового гироскопа относительно горизонтальной оси подвеса, возникающих от влияния различных внутренних возмущающих факторов (от смещения центра тяжести чувствительного элемента и других), возрастает, а при изменении широты местоположения объекта - значительно, погрешность определения истинного азимута. При определенных значениях приращения широты местоположения объекта и определенных значениях возмущающих моментов погрешность может быть недопустимой. При этом определить явным способом, то есть прямыми или косвенными измерениями, уход курсового гироскопа относительно горизонтальной оси подвеса практически не представляется возможным.

В качестве прототипа принят способ определения истинного азимута в системе самоориентирующейся гироскопической курсокреноуказания по свидетельству РФ на полезную модель №9521. Способ определения истинного азимута реализован в системе следующим образом. При включении режима ГК главная ось курсового гироскопа приводится в плоскость меридиана в северном направлении.

Из-за действия моментов М_В относительно вертикальной оси подвеса курсового гироскопа, возникающих от влияния различных внешних возмущающих факторов, а также из-за собственных уходов ω_Г курсового гироскопа относительно горизонтальной оси подвеса, возникающих от влияния различных внутренних возмущающих факторов, главная ось курсового гироскопа отклоняется от северного направления в зависимости от широты φ местоположения объекта на величину ΔA_N

где Н - значение собственного кинетического момента курсового гироскопа.

Таким образом, при положительных значениях φ, ω_Г и М_В главная ось курсового гироскопа отклоняется от северного направления к восточному направлению на угол ΔA_N, при этом с курсового датчика угла системы самоориентирующейся гироскопической значение азимута A_N, как значение А_ист истинного азимута (1), фиксируется с погрешностью ΔA_N

При определенных значениях приращения широты местоположения объекта и определенных значениях возмущающих моментов погрешность может быть недопустимой.

Изобретение направлено на повышение точности определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической.

Повышение точности определения истинного азимута достигается тем, что после включения режима гирокомпаса для приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном направлении, после приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном направлении и фиксации с курсового датчика угла значение A_N азимута последовательно производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π и включают режим гирокомпаса для приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в южном направлении, а после приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в южном направлении фиксируют с курсового датчика угла значение A_S азимута и определяют значение А_ист истинного азимута как

При предлагаемом способе определения истинного азимута погрешность ΔA_N (2), присущая прототипу, практически исключается следующим образом.

При приведении главной оси курсового гироскопа в режиме ГК в

плоскость меридиана в южном направлении значение A_S азимута фиксируется с курсового датчика угла системы самоориентирующейся гироскопической, при этом

где ΔA_S - погрешность определения истинного азимута в режиме ГК при приведении главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в южном направлении, при этом

Таким образом, при положительных значениях φ, ω_Г и М_В главная ось курсового гироскопа отклоняется от южного направления также к восточному направлению на угол ΔA_S, при этом

С учетом уравнений (7) уравнения (4) можно представить в виде

Заявленное определение значения А_ист истинного азимута (4) получается при складывании второго уравнения из (3) с первым и вторым уравнениями из (8), при этом погрешности ΔA_S и ΔA_N, равные согласно (7) по модулю и противоположные по знаку, исключаются. Таким образом, при заявленном способе происходит автокомпенсация погрешностей, возникающих из-за действия моментов относительно вертикальной оси подвеса курсового гироскопа и из-за собственных уходов курсового гироскопа относительно горизонтальной оси подвеса.

Выбор знаков сложения или вычитания π в уравнениях (4), (5) и (8) связан с тем, что значения А_ист, ΔA_S и ΔA_N азимута всегда находятся в диапазоне от 0 до 2π (от 0 до 3,60 градусов). При этом конкретный знак выбирается при сравнении значений азимута ΔA_S и ΔA_N.

Дополнительно в заявленном способе включение режима ускоренного разворота курсового гироскопа в азимуте на угол π позволяет сократить время определения истинного азимута, так как при этом время разворота курсового гироскопа в азимуте на угол π значительно ниже времени приведения главной оси гироскопа в азимуте на угол π в режиме гирокомпаса при приведении главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана с северного в южное направление.

Заявляемый способ промышленно применим, что подтверждается его успешной апробацией на опытных образцах систем самоориентирующихся гироскопических курсокреноуказания. При применении заявляемого способа на указанных образцах достигается повышение точности определения истинного азимута системами самоориентирующимися гироскопическими, в том числе при изменении широты местоположения системы.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при разработке, изготовлении и эксплуатации самоориентирующихся гироскопических систем курсоуказания и курсокреноуказания. Технический результат - повышение точности. Для достижения данного результата включают режим гирокомпаса для приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном направлении. После приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном направлении и фиксации с курсового датчика угла значение A_N азимута последовательно производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π и включают режим гирокомпаса для приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в южном направлении.

Способ определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической с курсовым гироскопом и курсовым датчиком угла, заключающийся в том, что включают режим гирокомпаса для приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном направлении, после приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном направлении фиксируют с курсового датчика угла значение A_N азимута и выключают режим гирокомпаса, отличающийся тем, что после фиксации с курсового датчика угла значения A_N азимута последовательно производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π и включают режим гирокомпаса для приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в южном направлении, а после приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в южном направлении фиксируют с курсового датчика угла значение A_S азимута и определяют значение А_ист истинного азимута как
,
.