БЕСПЛАТФОРМЕННАЯ СИСТЕМА ОРИЕНТАЦИИ Российский патент 2012 года по МПК G01C21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в бесплатформенных инерциальных системах ориентации и навигации.

Известны бесплатформенные системы ориентации, имеющие в своем составе измерительный блок, состоящий из трех одноосных датчиков угловой скорости и вычислитель [Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. - С.-Петербург: ЦНИИ «Электроприбор», 1999 г.]. В таких системах для повышения точности применяется фильтрация Калмана, которая требует значительных вычислительных ресурсов и может применятся не ко всем типам подвижных объектов.

Известны бесплатформенные системы ориентации, имеющие в своем составе измерительный блок, состоящий из трех одноосных датчиков угловой скорости, и вычислитель [Гироскопические системы. Гироскопические приборы и системы: Учеб. для вузов по спец. «Гироскопические приборы и устройства» / Д.С.Пельпор, И.А.Михалев, В.А.Бауман и др.; под ред. Д.С.Пельпора. - 2-е изд., перераб. доп. - М.: Высш. шк., 1988. - С.316-336].

Такие бесплатформенные системы ориентации предназначены для определения параметров ориентации подвижного объекта. В них датчиками угловой скорости измеряется угловая скорость объекта в связанной с ним системе координат и с помощью вычислителя осуществляется аналитическое построение базовой системы координат (например, нормальной земной системы координат), по отношению к которой определяют параметры ориентации подвижного объекта.

Недостатком является недостаточная точность системы ориентации и то, что такие устройства не учитывают влияние мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости, что приводит к дрейфу аналитически построенной базовой системы координат, при этом скорость дрейфа зависит от частот, амплитуд и фаз колебаний подвижного объекта.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности бесплатформенной системы ориентации за счет уменьшения погрешностей в определении параметров ориентации подвижного объекта, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости.

Поставленная задача достигается тем, что в бесплатформенную систему ориентации, состоящую из первого, второго и третьего одноосных датчиков угловой скорости и вычислителя, причем выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом вычислителя, выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом вычислителя, выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом вычислителя, дополнительно введен блок вычисления компенсационных сигналов, при этом выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом блока вычисления компенсационных сигналов, выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом блока вычисления компенсационных сигналов, выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом блока вычисления компенсационных сигналов, первый выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с четвертым входом вычислителя, второй выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с пятым входом вычислителя, третий выход блока компенсационных сигналов соединен с четвертым входом вычислителя.

На фигуре приведена конструктивная схема бесплатформенной системы ориентации.

Бесплатформенная система ориентации состоит из первого - 1, второго - 2 и третьего - 3 одноосных датчиков угловой скорости, блока вычисления компенсационных сигналов - 4 и вычислителя - 5. Выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом 9 вычислителя и с первым входом 6 блока вычисления компенсационных сигналов. Выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом 10 вычислителя и с вторым входом 7 блока вычисления компенсационных сигналов. Выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом 11 вычислителя и с третьим входом 8 блока вычисления компенсационных сигналов. Первый выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с четвертым входом 12 вычислителя, второй выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с пятым входом 13 вычислителя, третий выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с четвертым входом 14 вычислителя.

Бесплатформенная система ориентации работает следующим образом.

Сигналы с датчиков абсолютной угловой скорости поступают в вычислитель, а также в дополнительно введенный блок вычисления компенсационных сигналов.

В дополнительно введенном блоке вычисления компенсационных сигналов на основании сигналов, поступающих с датчиков абсолютной угловой скорости, вычисляются скорости нарастания погрешностей в определении параметров ориентации подвижного объекта, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости по следующим формулам:

где

- скорость нарастания погрешности в определении угла курса, обусловленная влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости;

- скорость нарастания погрешности в определении угла тангажа, обусловленная влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости;

- скорость нарастания погрешности в определении угла курса, обусловленная влиянием, мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости;

, , ; K₁, K₂, K₃ - номинальные значения коэффициентов передачи датчиков угловых скоростей, первого, второго и третьего соответственно; ΔK₁, ΔK₂, ΔK₃ - изменения коэффициентов передачи датчиков угловых скоростей первого, второго и третьего соответственно, определяющие мультипликативные погрешности датчиков угловой скорости;

ψ_m, υ_m, γ_m, ν, φ_ψ, φ_υ, φ_γ - амплитуды, частота и фазы колебаний подвижного объекта по курсу, тангажу и крену.

Далее сигналы с блока вычисления компенсационных сигналов поступают в вычислитель, где учитываются при вычислении параметров ориентации.

Проведенное моделирование показало, что при построении бесплатформенной системы ориентации на указанных принципах погрешности в определении параметров ориентации, обусловленные влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости, значительно уменьшаются, то есть точность повышается.

Таким образом, использование изобретения позволяет определять угловые скорости в базовой системе координат и параметры ориентации объекта, не содержащие погрешностей, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в бесплатформенных инерциальных системах ориентации и навигации. В бесплатформенную систему ориентации, состоящую из трех одноосных датчиков угловой скорости, выходы которых соединены с соответствующими входами вычислителя, введен блок вычисления компенсационных сигналов, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости, с соответствующими входами которого соединены выходы датчиков угловой скорости. Выходы блока вычисления компенсационных сигналов соединены с входами вычислителя. Использование изобретения позволяет определять угловые скорости в базовой системе координат и параметры ориентации объекта, не содержащие погрешностей, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости. 1 ил.

Бесплатформенная система ориентации, состоящая из первого, второго и третьего одноосного датчика угловой скорости и вычислителя, причем выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом вычислителя, выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом вычислителя, выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом вычислителя, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен блок вычисления компенсационных сигналов, обусловленных влиянием мультипликативных погрешностей датчиков угловой скорости, при этом выход первого датчика угловой скорости соединен с первым входом блока вычисления компенсационных сигналов, выход второго датчика угловой скорости соединен с вторым входом блока вычисления компенсационных сигналов, выход третьего датчика угловой скорости соединен с третьим входом блока вычисления компенсационных сигналов, первый выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с четвертым входом вычислителя, второй выход блока вычисления компенсационных сигналов соединен с пятым входом вычислителя, третий выход блока компенсационных сигналов соединен с четвертым входом вычислителя.