СПОСОБ АВТОНОМНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЗИМУТА ГИРОСТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ПЛАТФОРМЫ Российский патент 2015 года по МПК G01C21/18 

Существуют различные способы автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора (ТГС), основанные на использовании штатных двухстепенных гироблоков и акселерометров в различных режимах работы системы стабилизации и систем приведения платформы и гироскопов в требуемые (исходные) положения [1]. При определении азимута с необходимой точностью с помощью гироскопа его ось чувствительности должна изменять свое положение относительно Земли. В ряде способов это осуществляется путем поворотов платформы с гироскопом в различные фиксируемые относительно Земли положения. В этом случае определяется азимут фиксируемого положения платформы, что не позволяет проводить измерения при азимутальных смещениях основания ТГС. Операции переориентации платформы увеличивают время определения азимута и усложняют переход к дальнейшему функционированию ТГС по назначению.

Существуют также способы автономного азимутального ориентирования платформы с помощью двухстепенного гироскопа без связи платформы с Землей [2, 3]. Это обеспечивается путем использования режима непрерывного функционирования системы стабилизации платформы в процессе измерений. Изменение положения оси чувствительности гироскопа производится за счет видимых отклонений платформы относительно Земли или (и) поворотов гироскопа относительно платформы, для чего один из штатных гироблоков переводится в компасный режим. В связи с этим возникает необходимость учета этих отклонений после проведения измерений.

Известен способ азимутальной ориентации гиростабилизированной платформы ТГС по углу поворота гироскопа, основанный на использовании одного из штатных двухстепенных гироблоков системы стабилизации платформы относительно горизонтальных осей в режиме гирокомпаса [2].

Гироблок отключается от системы стабилизации, стабилизация и горизонтирование платформы осуществляется по сигналам соответствующего акселерометра, отключаемого от датчика моментов гироблока и подключаемого к двигателю стабилизации. Относительно вертикальной оси платформа стабилизируется в инерциальном пространстве. Сигналы с датчика угла гироблока непрерывно измеряются и используются для определения азимута начального (исходного) положения платформы.

Основным преимуществом этого способа является возможность азимутального ориентирования гиростабилизированной платформы без ее связи с Землей и в условиях азимутальных смещений основания ТГС. Недостатком способа является необходимость учета при дальнейшем функционировании ТГС угловых отклонений платформы и компасного гироскопа или приведения их в исходное положение. При этом наиболее значительными являются углы поворота компасного гироскопа. Реализация способа связана с необходимостью усложнения конструкции гироскопа и измерительной системы.

Наиболее близкий по технической сущности является способ определения азимута гиростабилизированной платформы ТГС, также основанный на использовании одного из штатных гироблоков системы стабилизации в компасном режиме, аналогично первому рассмотренному способу [3]. Относительно вертикальной оси осуществляется режим «памяти», что позволяет удерживать платформу в исходном положении при проведении измерений. Способ имеет преимущества, отмеченные ранее для компасного режима гироблока. Недостатком является необходимость возвращения гироскопа в исходное положение со значительных углов поворота.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков вышеуказанных способов, связанных с необходимостью приведения платформы и гироскопа в исходные положения для реализации дальнейшего функционирования ТГС по назначению. Для устранения недостатка, вызванного значительными углами поворота гироскопа, предлагается совместить операцию возвращения гироскопа в исходное положение с измерительным процессом.

В начале измерений один из гироблоков системы стабилизации относительно горизонтальной оси отключается от системы стабилизации и включается в компасный режим. Стабилизация и горизонтирование платформы относительно этой оси осуществляется по сигналам соответствующего акселерометра путем отключения его от датчика моментов гироблока и подключения через усилитель к двигателю стабилизации. Относительно вертикальной оси платформа включается в режим «памяти» и удерживается в исходном положении. Под действием гироскопического момента, вызванного вращением Земли, гироскоп компасного гироблока поворачивается в сторону меридиана. При его повороте на заранее определенный угол на датчик моментов гироблока подаются расчетные управляющие сигналы, возвращающие компасный гироскоп в исходное положение. Определение азимута исходного положения платформы производится путем обработки информации с акселерометра и с датчика углов поворота гироскопа как на участке компасного режима, так и на участке возвращения гироскопа в исходное положение. В результате по окончании измерений платформа и гироскоп остаются в исходных положениях, обеспечивающих дальнейшее непрерывное функционирование ТГС по назначению.

Оценка азимута осуществляется на основе динамических моделей движения гироскопа к меридиану

и на участке возврата гироскопа в исходное положение

где β,β_в - углы отклонения гироскопа от исходного положения при движении к меридиану и возврате в исходное положение;

М_упр - управляющий момент;

I - момент инерции гироскопа;

f - коэффициент демпфирования;

Н - кинетический момент гироскопа;

А₀ - азимут исходного положения платформы;

ω_в, ω_г - вертикальная и горизонтальная проекции угловой скорости

вращения Земли;

ω_гб - угловая скорость собственного ухода компасного гироскопа;

Δω_др - угловая скорость нескомпенсированного режимом «памяти»

дрейфа платформы относительно вертикальной оси;

δ*, γ* - статические ошибки системы горизонтирования платформы.

Управляющий момент рассчитывается с учетом возможности сокращения времени измерительного процесса за счет совмещения его с процессом приведения компасного гироскопа в исходное положение и одновременного обеспечения заданной точности определения азимута платформы. Алгоритмы обработки измерительной информации на участке возвращения могут отличаться от алгоритмов, определенных для начального участка движения гироскопа.

Сравнительный анализ существенных признаков способа определения азимута, выбранного прототипом, и предлагаемого способа показывает, что предлагаемый способ азимутальной ориентации отличается тем, что в определенный момент времени измерений на датчик моментов гироблока подают расчетные управляющие сигналы, которые возвращают гироскоп в исходное положение, а азимут платформы определяют по сигналам с акселерометра и датчика углов гироблока, снимаемым в процессе движения гироскопа к меридиану и его возвращения в исходное положение. Таким образом, предложенный способ имеет новизну. Авторам неизвестна совокупность существенных признаков, применяемых для решения данной технической задачи, что соответствует критерию «изобретательский уровень».

Источники информации

1. Хлебников Г.А. Начальная выставка инерциальных гироскопических систем. М.: ВАД, 1994, стр.285-307.

2. Патент РФ №2324897, 2006.

3. Патент РФ №2428658, 2010.

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано в навигационных системах. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого определение азимута производится при введении одного из гироблоков системы стабилизации в компасный режим путем его отключения от штатного канала системы стабилизации, при осуществлении стабилизации и горизонтирования платформы в измененном канале стабилизации с помощью соответствующего акселерометра, отключаемого от датчика моментов гироблока и подключаемого через усилитель к двигателю стабилизации платформы измененного канала, а также при осуществлении режима «памяти» в азимутальном канале. В расчетный момент времени на датчик моментов гироблока подаются управляющие сигналы, возвращающие гироскоп в исходное положение. Определение азимута исходного положения платформы производится по сигналам с датчика угла гироблока и акселерометра. Использование управляющих сигналов дает возможность сократить время измерительного процесса за счет совмещения его с процессом приведения компасного гироскопа в исходное положение при одновременном обеспечении заданной точности определения азимута платформы, а также возможность для ТГС дальнейшего непрерывного функционирования по назначению.

Способ автономного определения азимута гиростабилизированной платформы трехосного гиростабилизатора, заключающийся в том, что используют один из гироблоков системы стабилизации платформы относительно горизонтальной оси, отключаемый от системы стабилизации и включаемый в компасный режим, стабилизацию и горизонтирование платформы относительно этой оси осуществляют с помощью соответствующего акселерометра, относительно вертикальной оси платформа находится в режиме «памяти», отличающийся тем, что в определенный момент времени измерений на датчик моментов гироблока подают расчетные управляющие сигналы, которые возвращают гироскоп в исходное положение, а азимут платформы определяют по сигналам с акселерометра и с датчика углов гироблока, снимаемым в процессе движения гироскопа к меридиану и его возвращения в исходное положение.