СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОЙ ОРИЕНТАЦИИ УСТРОЙСТВ КОРАБЛЯ С УЧЕТОМ ДЕФОРМАЦИЙ ЕГО КОРПУСА Российский патент 2016 года по МПК G01C21/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Предлагаемое изобретение относится к области гироскопических систем и способов для определения угловой ориентации устройств корабля, имеющего центральный комплекс навигации и ориентации. Ориентация устройств определяется с учетом статических и динамических угловых деформаций корпуса корабля и погрешностей установки устройств на корабле.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Эффективность использования различных устройств корабля (УК), например, антенны радиолокатора или оптического визира, зависит от точности определения их угловой ориентации в пространстве. Определение ориентации упомянутых устройств с использованием информации центрального комплекса навигации и ориентации (НК) корабля затруднено вследствие деформаций корпуса корабля. Дополнительные погрешности в ориентации возникают также при ошибках установки УК на корабль. Диапазон динамических угловых деформаций корабля при наличии качки в зависимости от его класса может колебаться от единиц угловых минут до одного градуса. Ошибки установки УК относительно системы координат НК, подлежащие определению, могут достигать нескольких градусов. Необходимо, чтобы ошибки определения угловой ориентации УК, как правило, не превышали одной угловой минуты. Динамические, квазистатические и статические рассогласования систем координат УК относительно НК могут определяться разными способами. Указанные рассогласования вокруг горизонтальных осей определяются с использованием гравитационных сил. Значительно сложнее определить рассогласования систем координат вокруг вертикальной оси.

Необходимость определения, уточнения и запоминания статических и квазистатических рассогласований УК возникает в процессе эксплуатации корабля.

Деформации корпуса корабля происходят при его качках и маневрировании, при суточных и сезонных изменениях окружающей температуры, при его перезагрузках, старения материала корпуса, а также заменах УК и элементов НК при ремонте.

Применение оптических систем ограничивается сложностью их установки на кораблях. Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является «Способ определения деформаций и углов ориентации корабля с учетом деформаций» (Патент РФ №2261417). Согласно описанию этого патента, совместно обрабатывается информация триады датчиков угловой скорости (ДУС) 1 и блока акселерометров 7, расположенных в месте потребителя информации УК, с информацией гироазимутгоризонта (ГАГ) 10, расположенного вблизи центра тяжести корабля. Статические и динамические рассогласования УК относительно ГАГ по бортовой и килевой качкам определяют путем измерения разностей углов качек, определяемых ГАГ, и интегралов угловых скоростей, определяемых ДУС, при замыканиях контуров комплексирования. Динамические рассогласования упомянутых УК и ГАГ вокруг вертикальной оси определяют аналогичным образом. Для вычисления значения статического рассогласования УК и ГАГ вокруг вертикальной оси, т.е. поправки курса ΔΚ, используется достаточно сложная процедура обработки информации акселерометров, заимствованная из теории инерциальной навигации, заканчивающаяся применением фильтра Калмана.

К недостаткам рассматриваемого способа относится использование гироазимутгоризонта (ГАГ) в качестве основного измерителя углов качек θ_к и ψ, курса К, а также составляющих скорости движения V_N и V_E корабля и географической широте φ. Изделие такого типа определяет только углы качки корабля и хранит азимутальное направление. Необходимые для решения задачи параметры определяются навигационным комплексом корабля.

В рассматриваемом способе при использовании информации от ДУС для определения значений бортовой и килевой качек не учитывается, что система координат ДУС развернута по азимуту относительно ГАГ на некоторый угол ΔΚ. В результате определяются значения углов наклона относительно горизонта, которые не совпадают с углами бортовой и килевой качек. Для исключения таких погрешностей необходимо, например, значения угловых скоростей наклонов на выходе ДУС привести в систему координат, развернутую на угол ΔΚ.

К недостаткам рассматриваемого способа относится использование для вычисления значения статического рассогласования УК и ГАГ вокруг вертикальной оси достаточно сложной процедуры обработки информации акселерометров, заимствованная из теории инерциальной навигации, заканчивающаяся применением фильтра Калмана.

Кроме того, как следует из описания патента, устойчивость такого фильтра зависит от уровня ошибок ДУС и не всегда обеспечивается. В рассматриваемом способе не предусмотрено запоминающее устройство для хранения значения статической и квазистатической деформации корпуса корабля вокруг вертикальной оси на интервалах времени, когда она не может быть определена вследствие отсутствия качки корабля.

На практике чаще вместо ДУС и блока акселерометров используется блок ориентации (БО), в общем корпусе которого установлены ДУС и акселерометры. Это позволяет производить калибровку БО для определения ошибок ориентации измерительных осей его элементов относительно посадочных поверхностей корпуса блока. Результаты калибровки паспортизируются и учитываются в процессе решения задач ориентации. В состав таких блоков вводят также вычислительные устройства, наделяющие блоки свойствами гировертикали, гироазимутгоризонта или инерциальной системы. Использование блоков ориентации с целью определения угловых деформаций корабля существенно упрощает решение задачи по сравнению с рассмотренным способом.

Таким образом, в области техники существует необходимость в обеспечении более точных, простых и надежных способа и системы для определения угловых деформаций корпуса корабля. Кроме того, существует потребность в создании способа и системы для уточнения начальных угловых рассогласований УК между собой и относительно навигационного комплекса корабля при установках УК на корабль и их заменах в процессе эксплуатации корабля.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте предлагаемое изобретение относится к системе для определения ориентации устройств корабля с учетом деформаций его корпуса. Предлагаемая система содержит интеграторы; сумматоры; инверторы; и, кроме того, содержит навигационный комплекс корабля, блок ориентации, установленный на устройстве корабля, преобразователь координат, связывающий системы координат навигационного комплекса и блока ориентации, преобразователь координат, осуществляющий преобразование координат угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости бортовой и килевой качек, преобразователь координат, осуществляющий преобразование координат углов наклона палубы в углы бортовой и килевой качек, множительные устройства, фильтры нижних частот и запоминающие устройства; причем выход навигационного комплекса с информацией о курсе, составляющих линейной скорости и географической широте соединен с входом блока ориентации, выход блока ориентации соединен с входом преобразователя координат, связывающего системы координат блока ориентации и навигационного комплекса, выходы преобразователя, связывающего системы координат блока ориентации и навигационного комплекса, содержащие информацию об угловых скоростях наклонов палубы, соединены с входом преобразователя координат, осуществляющего преобразование координат угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости качек, выходы преобразователя, связывающего системы координат блока ориентации и навигационного комплекса, содержащие информацию об угловых скоростях наклонов палубы, соединены с входами преобразователя координат углов наклона в углы бортовой и килевой качек, выход преобразователя координат, осуществляющего преобразование координат угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости бортовой и килевой качек, содержащий информацию об угловой скорости бортовой качки, соединен с входом соответствующего сумматора, сумматор выполнен с возможностью суммировать поступающие на его входы сигналы, выход сумматора соединен с входом соответствующего интегратора, а другой вход сумматора соединен с выходом соответствующего фильтра нижних частот, интегратор выполнен с возможностью интегрировать сигналы с выхода сумматора и вырабатывать выходной сигнал, содержащий информацию об углах бортовой качки, с учетом динамических изгибов корпуса корабля, причем коэффициент преобразования интегратора устанавливается равным обратной величине коэффициента преобразования измерителя угловой скорости бортовой качки блока ориентации, выход интегратора соединен с входом сумматора, другой вход сумматора соединен с запоминающим устройством, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по бортовой качке систем координат модуля ориентации и навигационного комплекса, выход интегратора соединен также с соответствующим инвертором, инвертер выполнен с возможностью инвертировать входной сигнал, выход инвертора соединен с входом сумматора, другой вход которого соединен с выходом навигационного комплекса, содержащим информацию о бортовой качке, выход сумматора соединен с входом соответствующего фильтра нижних частот, фильтр нижних частот выполнен таким образом, чтобы частота среза его частотной характеристики была существенно меньше, например, в 100 раз, частоты качки корабля, а произведение коэффициента преобразования в полосе прозрачности фильтра на коэффициент преобразования интегратора также было существенно меньше частоты качки, выход фильтра соединен с входом сумматора, соединенного с входом интегратора, выход преобразователя координат, осуществляющего преобразование угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости бортовой и килевой качек, содержащий информацию об угловой скорости килевой качки, соединен с входом соответствующего сумматора, сумматор выполнен с возможностью суммировать поступающие на его входы сигналы, выход сумматора соединен с входом соответствующего интегратора, а другой вход сумматора соединен с выходом соответствующего фильтра нижних частот, интегратор выполнен с возможностью интегрировать сигналы с выхода сумматора и вырабатывать выходной сигнал, содержащий информацию об углах килевой качки с учетом динамических изгибов корпуса корабля, причем коэффициент преобразования интегратора устанавливается равным обратной величине коэффициента преобразования измерителя угловой скорости килевой качки блока ориентации, выход интегратора соединен с входом сумматора, другой вход которого соединен с запоминающим устройством, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по килевой качке систем координат модуля ориентации и навигационного комплекса, выход интегратора соединен также с соответствующим инвертором, инвертер выполнен с возможностью инвертировать входной сигнал, выход инвертора соединен с входом сумматора, другой вход которого соединен с выходом навигационного комплекса, содержащим информацию о килевой качке, выход сумматора соединен с входом соответствующего фильтра нижних частот, фильтр нижних частот выполнен таким образом, чтобы частота среза его частотной характеристики была существенно меньше, например, в 100 раз, частоты качки корабля, а произведение коэффициента преобразования в полосе прозрачности фильтра на коэффициент преобразования интегратора также было существенно меньше частоты качки, выход фильтра соединен с входом сумматора, соединенного с входом интегратора, выход интегратора соединен с сумматором, на выходе которого вырабатывается текущее значение угла килевой качки, а также соединен с входом инвертора, выход инвертора связан с входом сумматора, выход сумматора соединен с фильтром нижних частот, а другой вход сумматора соединен с выходом навигационного комплекса, на котором имеется информация о килевой качке, выход преобразователя координат, связывающего системы координат навигационного комплекса и блока ориентации, содержащий информацию о курсе блока ориентации соединен с входом соответствующего сумматора, сумматор выполнен с возможностью суммировать поступающие на его входы сигналы, выход сумматора соединен с входом соответствующего интегратора, а другой вход сумматора соединен с выходом соответствующего фильтра нижних частот, интегратор выполнен с возможностью интегрировать сигналы выхода сумматора и вырабатывать выходной сигнал, содержащий информацию о курсе корабля в месте расположения блока ориентации, с учетом динамических изгибов корпуса корабля, причем коэффициент преобразования интегратора устанавливается равным обратной величине коэффициента преобразования измерителя азимутальной угловой скорости блока ориентации, выход интегратора соединен с входом сумматора, другой вход которого соединен с запоминающим устройством, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по курсу систем координат модуля ориентации и навигационного комплекса, выход интегратора соединен также с соответствующим инвертором, инвертер выполнен с возможностью инвертировать входной сигнал, выход инвертора соединен с входом сумматора, другой вход сумматора соединен с выходом навигационного комплекса, содержащим информацию о курсе корабля, выход сумматора соединен с входом соответствующего фильтра нижних частот, фильтр нижних частот выполнен таким образом, чтобы частота среза его частотной характеристики была существенно меньше, например, в 100 раз, частоты качки и рыскания корабля, причем коэффициент преобразования в полосе прозрачности фильтра выбран таким образом, чтобы его произведение на коэффициент преобразования интегратора также было существенно меньше частоты качки и рыскания, выход фильтра соединен с входом сумматора, соединенного с входом интегратора, выход интегратора соединен с входом сумматора, на выходе которого вырабатывается текущее значение курса корабля, а также с входом инвертора, выход которого соединен с сумматором, выход которого соединен с фильтром нижних частот, а другой вход сумматора соединен с выходом навигационного комплекса, на котором имеется информация о курсе корабля, выход навигационного комплекса, содержащий информацию о бортовой качке, соединен также с сумматором, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по бортовой качке систем координат модуля ориентации и навигационного комплекса, выход сумматора соединен с входом инвертора, выход инвертора соединен с сумматором, выход сумматора соединен с входом соответствующего множительного устройства и входом фильтра нижних частот, выход фильтра соединен с входом запоминающего устройства, другой вход сумматора соединен с выходом преобразователя координат, аналитически поворачивающего по курсу систему координат, в которой вырабатывается в блоке ориентации угол наклона, близкий к углу бортовой качки, и соединен с входом множительного устройства, участвующего в обработке информации о килевой качке, выход навигационного комплекса, содержащий информацию о килевой качке, соединен также с сумматором, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по килевой качке систем координат модуля ориентации и навигационного комплекса, выход сумматора соединен с входом инвертора, выход инвертора соединен с сумматором, выход сумматора соединен с входом соответствующего множительного устройства и входом фильтра нижних частот, выход фильтра соединен с входом запоминающего устройства, другой вход сумматора соединен с выходом преобразователя координат, аналитически поворачивающего по курсу систему координат, в которой вырабатывается в блоке ориентации угол наклона, близкий к углу килевой качки, и соединен с входом множительного устройства, участвующего в обработке информации о бортовой качке, выход множительного устройства, один из входов которого соединен с фильтром нижних частот для обработки информации о килевой качке, соединен с входом инвертора, выход инвертора соединен с сумматором, другой вход которого соединен с другим множительным устройством, выход сумматора соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом интегратора, выход интегратор соединен с входом запоминающего устройства величины поправки курса, выход запоминающего устройства поправки курса соединен с преобразователем координат угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости бортовой и килевой качеки с преобразователем координат, аналитически поворачивающего по курсу систему координат, в которой вырабатываются в блоке ориентации углы наклонов, а также соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом сумматора, на выходе которого вырабатывается значение курса корабля в месте установки блока ориентации,

Согласно другому аспекту предлагаемого изобретения, оно относится также к способу определения ориентации системы корабля с учетом деформаций его корпуса, согласно которому текущие параметры угловой ориентации устройства корабля вычисляются путем совместной обработки информации, приведенной в одну систему координат, блока ориентации, соединенного с устройством корабля, и навигационного комплекса корабля, причем текущие значения углов качек и курса, без учета значений статических угловых рассогласований блока ориентации относительно навигационного комплекса корабля, определяются в каждом канале вычисления значений данной величины путем интегрирования суммы угловой скорости данной величины, определенной модулем ориентации, и отфильтрованной разности величин, определенных навигационным комплексом и ее значения, вычисленного в процессе интегрирования, а статические угловые рассогласования системы координат блока ориентации относительно навигационного комплекса по углам бортовой и килевой качкам вычисляются путем определенных модулем ориентации и навигационным комплексом, причем статическое угловое рассогласование по курсу блока ориентации относительно навигационного комплекса вычисляется и запоминается путем сведения к минимуму, соответствующим преобразованием координат, суммы разностей значений углов бортовой качки, определенных модулем ориентации и навигационным комплексом, умноженных на значения углов килевой качки, и разностей значений углов килевой качки, определенных модулем ориентации и навигационным комплексом, умноженных на значения углов бортовой качки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения ориентации устройства корабля с учетом динамических и статических деформаций его корпуса а также упрощение используемых математических процедур.

Сущность и преимущества предлагаемого изобретения будут далее более подробно объяснены со ссылками на прилагаемую структурную схему.

Необходимо отметить, что, так как изобретение имеет единый замысел, то все пояснения в работе системы могут быть также перенесены на функционирование предлагаемого способа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Структурная схема содержит блок ориентации (БО), соединенный с устройством корабля, навигационный комплекс корабля (НК), преобразователи координат, интегрирующие устройства, фильтры нижних частот, множительные и запоминающие устройства, а также сумматоры и инверторы.

В предлагаемой системе определяются значения следующих величин:

θ_УК=θ_ΗΚ+Δθ_~+Δθ₀, ψ_УК=ψ_НК+Δψ_~+Δψ₀, K_УК=K_НК+ΔΚ_~+ΔΚ₀,

здесь: θ_УК, ψ_УК, K_УК - углы бортовой качки, килевой качки и курса, определенные в месте установки устройства корабля (УК) с учетом динамических и статических деформаций корпуса корабля и ошибок установки УК на корабле;

θ_НК, ψ_НК, K_НК - те же параметры, выработанные навигационным (НК);

Δθ_~, Δψ_~, ΔК_~ - переменные составляющие углов качек и курса, обусловленные упругими деформациями корпуса корабля между местами установки УК и НК при качке корабля;

Δθ₀, Δψ₀, ΔΚ₀ - величины статических или квазистатических угловых рассогласований системы координат УК относительно системы координат НК, обусловленные деформациями корпуса корабля и неточностью установки УК на корабле.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В предлагаемой системе и способе для определения угловой ориентации систем корабля относительно приборов навигационного комплекса корабля используется блок ориентации. Известно большое количество практически применяемых платформенных и бесплатформенных приборов такого типа. В процедуре обработки информации заявленного изобретения используются широко известные методы автоматического регулирования. Поэтому практическое применение изобретения не вызывает затруднений.

В известном из уровня техники способе в качестве основного средства ориентации корабля применяется гироазимутгоризонт (ГАГ), по определению не способный определять курс корабля. В указанном способе не осуществляется необходимое преобразование координат измеренных угловых скоростей качек, что приводит к дополнительным ошибкам решения поставленной задачи. В способе не предусмотрено запоминание величины статической поправки курса, а также используется довольно сложное построение системы и связанные с этим сложные математические модели.

Предлагаемая система и способ направлены на устранение недостатков имеющегося уровня техники.

Предлагаемая система в соответствие со структурной схемой работает следующим образом.

Текущие значения бортовой качки θ₁ корабля в месте установки БО с учетом переменой составляющей θ_~ деформаций корпуса корабля определяются следующим образом. В части схемы автоматического регулирования, образованной интегратором 10 и фильтром 11, поступают значения θ_ΗΚ и производной ω_θ=k₁p(θ_ΗΚ+θ_~) от угла θ_БО, где k₁ - передаточная функция измерителя угловой скорости БО. При этом значение ω_θ определяется путем обработки информации БО в ПК₃. Передаточная функция интегратора имеет вид k₁₀/р, а фильтра - k₁₁/(Тр+1). Промежуточные значения величин в цепях обратной связи - ε₁ и ε₂. Разность ε₁=θ_НК-θ₁ поступает на вход фильтра 11. На вход интегратора поступает значение ε₂=k₁p(θ_ΗΚ+θ_~)+ε₁k_11./(Tp+1). Для решения задачи устанавливается следующее соотношение коэффициентов k₁=1/k₁₀.

При этом уравниваются масштабы величин θ_БО и θ_ΗΚ.

Рассмотренные величины связаны следующими формулами:

θ₁=ε₂(k₁₀/р) или ε₂=θ₁(р/k₁₀); θ₁(p/k₁₀)=(θ_НК+θ_~)k₁p+(θ_ΗΚ-θ₁)k_11./(Тр+1);

θ₁[р/k₁₀+k_11./(Тр+1)]=θ_НК k₁p+θ_~k₁p+θ_HK k_11./(Тр+1).

Заменим k₁ на 1/k₁₀. θ₁[р/k₁₀+k_11./(Тр+1)]=θ_НК р/k₁₀+θ_~р/k₁₀+θ_HK k_11./(Тр+1);

θ₁[р/k₁₀+k_11./(Тр+1)]=θ_ΗΚ[р/k₁₀+k_11./(Тр+1)]+θ_~р/k₁₀;

Таким образом, получим соотношение: θ₁=θ_ΗΚ+θ_~ [р_.(Тр+1)]/[р_.(Тр+1)+k₁₀k₁₁].

При условии k₁₀k₁₁=ω_c≤0,01, где ω_с - частота среза фильтра НЧ, образованного интегратором, охваченного обратной связью, текущие значения углов бортовой качки в месте установки БО определяется с достаточной точностью формулой θ₁=θ_ΗΚ+θ_~.

Поскольку θ₁ определяется интегрированием величины ω_θ, то существует возможность значительно чаще выдавать в УК значение θ₁ по сравнению с θ_ΗΚ.

Аналогичным образом с использованием интеграторов 12 и 5 а также фильтров 13 и 6 определяются текущие значения килевой качки ψ₁=ψ_ΗΚ+Δψ_~ и курса корабля Κ₁=K_НК+ΔK_~. Для определения значений θ₁ и ψ₁ использовался преобразователь координат ПК₃, на вход которого поступали значения угловых скоростей ω_x, ω_y, а на выходе формировались значения ω_θ, ω_Ψ.

Определение Δθ₀ осуществляется путем сравнения θ_БО и θ_ΗΚ между собой.

Значение Δθ₀=θ_БО-θ_ΗΚ поступает на вход интегратора 17, выходная величина которого через запоминающее устройство 16 добавляется к θ_ΗΚ. В результате работы интегратора его входная величина обнуляется, a Δθ₀ оказывается добавленной к θ_ΗΚ. Значение этой добавки запоминается в устройстве 16 и суммируется с θ₁. При этом определяется значение θ_СК=θ₁+Δθ₀. Аналогичным образом определяются Δψ₀ и ψ_СК=ψ₁+Δψ₀ с использованием интегратора 19 и запоминающего устройства 18.

Процедуру определения и запоминания значений Δθ₀ и Δψ₀ целесообразно проводить при малых значениях углов θ и ψ, например, при отсутствии интенсивной качки и маневрирования корабля или в условиях ошвартованного корабля.

Угол ΔΚ₀, на который развернуты между собой вокруг вертикальной оси системы координат БО и НК, определяется следующим образом. Значения θ_БΟ, ψ_БО и θ_НК, ψ_НК связаны между собой следующими соотношениями:

θ_НК=θ_БО cos ΔΚ₀+ψ_БО sin ΔΚ₀; ψ_НК=ψ_БО cos ΔΚ₀-θ_БО sin ΔΚ₀.

С учетом малости ΔΚ₀ получим: θ_ΗΚ=θ_БО+ψ_БΟ ΔΚ₀; ψ_ΗК=ψ_БО-θ_БΟ ΔΚ₀

Такие величины вырабатываются на выходе ПК₄. Вычитая из них, соответственно, (θ_ΗΚ+Δθ₀) и (ψ_ΗΚ+Δψ₀), получим значения в данный момент времени величин на входах множительных устройств 14 и 15:

(θ_ΗΚ+Δθ_~+Δθ₀)-(θ_ΗΚ+Δθ₀)+ ψ_БОΔΚ₀=ψ_БОΔΚ₀+Δθ_~,

(ψ_ΗΚ+Δψ_~+Δψ₀)-( ψ_ΗΚ+Δψ₀)-θ_БОΔΚ₀=-θ_БОΔΚ₀+Δψ_~.

На выходах множительных устройств 14 и 15, соответственно, образуются величины:

(ψ_БΟΔΚ₀+Δθ_~)ψ_БО=(ψ_БО)²ΔΚ₀+ψ_БΟΔθ_~,

(-θ_БОΔΚ₀+Δψ_~)θ_БО=-(θ_БО)²ΔΚ₀+θ_БΟΔψ_~).

Сумма этих текущих величин {-[(ψ_БО)²+(θ_БО)²]ΔΚ₀-ψ_БОΔθ_~+Δψ_~θ_БΟ} через фильтр 9, интегратор 8 и запоминающее устройство 7 управляет работой ПК₄. Сигналы ψ_БО Δθ_~ и θ_БО Δψ_~ подавляются фильтром и не влияют на работу системы. Постоянная составляющая величины - [(ψ_БО)²+(θ_БО)²]ΔΚ₀ поступает на вход интегратора, выход которого через ПК₄ аналитически совмещает по азимуту системы координат БО и НК. При этом входная величина интегратора обнуляется, а на его выходе сохраняется значение величины - ΔΚ₀. Результирующий текущий угол ρ_БО наклона палубы в месте установки БО определяется из соотношения (ρ_БО)²=(ψ_БО)²+(θ_БО)². Таким образом, статическая поправка курса ΔΚ₀ вычисляется сравнением между собой направлений, вокруг которых в данный момент времени происходят наклоны палубы в местах расположения БО и НК с последующим осреднением результатов сравнения. Совокупность устройств определения значения ΔΚ₀ и их связи между собой образуют систему автоматического регулирования, на входы которой поступают текущие значения величин θ_БО, ψ_БО и θ_НК, ψ_НК. Точность вычисления ΔΚ₀ зависит от величины (ρ_БО)².

Поэтому определение или обновление значения ΔΚ₀ целесообразно осуществлять в условиях достаточно интенсивной качки корабля или при его значительных наклонах.

Величина статической поправки курса ΔΚ₀ запоминается и используется при других условиях эксплуатации корабля.

Процедура определения значения ΔΚ₀ выполняется после выполнения процедур определения значений величин Δθ₀ и Δψ₀. Тем самым ослабляется влияние взаимной связи вычислений этих величин на точность измерений.

Согласно еще одному аспекту, предлагаемое изобретение относится к способу определения параметров угловой ориентации систем корабля с учетом деформаций его корпуса.

Функциональная схема предлагаемого способа аналогична структурной схеме предлагаемой системы.

Согласно предложенному способу текущие параметры угловой ориентации устройства корабля вычисляются путем совместной обработки информации, приведенной в одну систему координат, блока ориентации, соединенного с устройством корабля, и навигационного комплекса корабля, причем текущие значения углов качек и курса, без учета значений статических угловых рассогласований блока ориентации относительно навигационного комплекса корабля, определяются в каждом канале вычисления значений данной величины путем интегрирования суммы угловой скорости данной величины, определенной модулем ориентации, и отфильтрованной разности величин, определенных навигационным комплексом и ее значения, вычисленного в процессе интегрирования, а статические угловые рассогласования системы координат блока ориентации относительно навигационного комплекса по углам бортовой и килевой качкам вычисляются путем фильтрации и запоминания результатов сравнения между собой соответствующих углов, определенных модулем ориентации и навигационным комплексом, причем статическое угловое рассогласование по курсу блока ориентации относительно навигационного комплекса вычисляется и запоминается после определения статических рассогласований по углам бортовой и килевой качек путем сведения к минимуму соответствующим преобразованием координат суммы результатов умножений разностей значений углов бортовой качки, определенных модулем ориентации и навигационным комплексом, умноженной на значение угла килевой качки, и разностей значений углов килевой качки, определенных модулем ориентации и навигационным комплексом, умноженной на значение углов бортовой качки.

Заявленное изобретение может быть также использовано для определения взаимной ориентации нескольких систем, расположенных на корабле. В этом случае на каждой системе устанавливается блок ориентации. Совместная обработка информации этих блоков в соответствии с заявленным изобретением позволяет определить их взаимную ориентацию.

Заявленное изобретение может также найти применение на других объектах, например самолетах и вертолетах.

Изобретение относится к судовым системам ориентации и может найти применение в системах угловой ориентации устройств корабля с учетом статических и динамических деформаций корпуса корабля, а также ошибок установки систем на корабле. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого система содержит блок ориентации, соединенный с системой корабля, навигационный комплекс корабля, преобразователи координат, интегрирующие, множительные и запоминающие устройства, а также фильтры нижних частот. Угловое положение блока ориентации осуществляется замкнутыми системами автоматического регулирования, образованными из элементов системы. Текущие значения углов ориентации вычисляются путем совместной обработки в общей горизонтальной системе координат скоростей изменений этих углов, определенных блоком ориентации, и углов ориентации, определенных навигационным комплексом. Статические поправки к углам бортовой и килевой качек вычисляются, сглаживаются фильтрами и запоминаются как разности измеренных блоком ориентации и навигационным комплексом соответствующих величин. Статическая поправка курса вычисляется, сглаживается фильтром и запоминается после определения статических поправок к углам бортовой и килевой качек. Статическая поправка курса определяется путем сравнения между собой направлений, вокруг которых в данный момент времени происходят наклоны палубы корабля в местах расположения блока ориентации и навигационного комплекса. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система для определения параметров угловой ориентации устройств корабля с учетом деформаций его корпуса, содержащая:
интеграторы;
сумматоры;
инверторы;
и отличающаяся тем, что система, кроме того, содержит навигационный комплекс корабля, блок ориентации, установленный на устройстве корабля, преобразователь координат, связывающий системы координат навигационного комплекса и блока ориентации, преобразователь координат, осуществляющий преобразование координат угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости бортовой и килевой качек, преобразователь координат, осуществляющий преобразование координат углов наклона палубы в углы бортовой и килевой качек, множительные устройства, фильтры нижних частот и запоминающие устройства; причем выход навигационного комплекса с информацией о курсе, составляющих линейной скорости и географической широте соединен с входом блока ориентации, выход блока ориентации соединен с входом преобразователя координат, связывающего системы координат блока ориентации и навигационного комплекса, выходы преобразователя, связывающего системы координат блока ориентации и навигационного комплекса, содержащие информацию об угловых скоростях наклонов палубы, соединены с входом преобразователя координат, осуществляющего преобразование координат угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости качек, выходы преобразователя координат, связывающего системы координат блока ориентации и навигационного комплекса, содержащие информацию об угловых скоростях наклонов палубы, соединены с входами преобразователя координат углов наклона в углы бортовой и килевой качек, выход преобразователя координат, осуществляющего преобразование координат угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости бортовой и килевой качек, содержащий информацию об угловой скорости бортовой качки, соединен с входом сумматора, сумматор выполнен с возможностью суммировать поступающие на его входы сигналы, выход сумматора соединен с входом соответствующего интегратора, а другой вход сумматора соединен с выходом соответствующего фильтра нижних частот, интегратор выполнен с возможностью интегрировать сигналы с выхода сумматора и вырабатывать выходной сигнал, содержащий информацию об углах бортовой качки, с учетом динамических изгибов корпуса корабля, причем коэффициент преобразования интегратора устанавливается равным обратной величине коэффициента преобразования измерителя угловой скорости бортовой качки блока ориентации, выход интегратора соединен с входом сумматора, другой вход сумматора соединен с запоминающим устройством, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по бортовой качке систем координат модуля ориентации и навигационного комплекса, выход интегратора соединен также с соответствующим инвертором, инвертер выполнен с возможностью инвертировать входной сигнал, выход инвертора соединен с входом сумматора, другой вход которого соединен с выходом навигационного комплекса, содержащим информацию о бортовой качке, выход сумматора соединен с входом соответствующего фильтра нижних частот, фильтр нижних частот выполнен таким образом, чтобы частота среза его частотной характеристики была существенно меньше, например в 100 раз, частоты качки корабля, а произведение коэффициента преобразования в полосе прозрачности фильтра на коэффициент преобразования интегратора также было существенно меньше частоты качки, выход фильтра соединен с входом сумматора, соединенного с входом интегратора, выход преобразователя координат, осуществляющего преобразование угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости бортовой и килевой качек, содержащий информацию об угловой скорости килевой качки, соединен с входом соответствующего сумматора, сумматор выполнен с возможностью суммировать поступающие на его входы сигналы, выход сумматора соединен с входом соответствующего интегратора, а другой вход сумматора соединен с выходом соответствующего фильтра нижних частот, интегратор выполнен с возможностью интегрировать сигналы с выхода сумматора и вырабатывать выходной сигнал, содержащий информацию об углах килевой качки с учетом динамических изгибов корпуса корабля, причем коэффициент преобразования интегратора устанавливается равным обратной величине коэффициента преобразования измерителя угловой скорости килевой качки блока ориентации, выход интегратора соединен с входом сумматора, другой вход которого соединен с запоминающим устройством, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по килевой качке систем координат модуля ориентации и навигационного комплекса, выход интегратора соединен также с соответствующим инвертором, инвертер выполнен с возможностью инвертировать входной сигнал, выход инвертора соединен с входом сумматора, другой вход которого соединен с выходом навигационного комплекса, содержащим информацию о килевой качке, выход сумматора соединен с входом соответствующего фильтра нижних частот, фильтр нижних частот выполнен таким образом, чтобы частота среза его частотной характеристики была существенно меньше, например в 100 раз, частоты качки корабля, а произведение коэффициента преобразования в полосе прозрачности фильтра на коэффициент преобразования интегратора также было существенно меньше частоты качки, выход фильтра соединен с входом сумматора, соединенного с входом интегратора, выход интегратора соединен с сумматором, на выходе которого вырабатывается текущее значение угла килевой качки, а также соединен с входом инвертора, выход инвертора связан с входом сумматора, выход сумматора соединен с фильтром нижних частот, а другой вход сумматора соединен с выходом навигационного комплекса, на котором имеется информация о килевой качке, выход преобразователя координат, связывающего системы координат навигационного комплекса и блока ориентации, содержащий информацию о курсе блока ориентации, соединен с входом соответствующего сумматора, сумматор выполнен с возможностью суммировать поступающие на его входы сигналы, выход сумматора соединен с входом соответствующего интегратора, а другой вход сумматора соединен с выходом соответствующего фильтра нижних частот, интегратор выполнен с возможностью интегрировать сигналы выхода сумматора и вырабатывать выходной сигнал, содержащий информацию о курсе корабля в месте расположения блока ориентации, с учетом динамических изгибов корпуса корабля, причем коэффициент преобразования интегратора устанавливается равным обратной величине коэффициента преобразования измерителя азимутальной угловой скорости блока ориентации, выход интегратора соединен с входом сумматора, другой вход которого соединен с запоминающим устройством, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по курсу систем координат модуля ориентации и навигационного комплекса, выход интегратора соединен также с соответствующим инвертором, инвертер выполнен с возможностью инвертировать входной сигнал, выход инвертора соединен с входом сумматора, другой вход сумматора соединен с выходом навигационного комплекса, содержащим информацию о курсе корабля, выход сумматора соединен с входом соответствующего фильтра нижних частот, фильтр нижних частот выполнен таким образом, чтобы частота среза его частотной характеристики была существенно меньше, например в 100 раз, частоты качки и рыскания корабля, причем коэффициент преобразования в полосе прозрачности фильтра выбран таким образом, чтобы его произведение на коэффициент преобразования интегратора также было существенно меньше частоты качки и рыскания, выход фильтра соединен с входом сумматора, соединенного с входом интегратора, выход интегратора соединен с входом сумматора, на выходе которого вырабатывается текущее значение курса корабля, а также с входом инвертора, выход которого соединен с сумматором, выход которого соединен с фильтром нижних частот, а другой вход сумматора соединен с выходом навигационного комплекса, на котором имеется информация о курсе корабля, выход навигационного комплекса, содержащий информацию о бортовой качке, соединен также с сумматором, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по бортовой качке систем координат модуля ориентации и навигационного комплекса, выход сумматора соединен с входом инвертора, выход инвертора соединен с сумматором, выход сумматора соединен с входом соответствующего множительного устройства и входом фильтра нижних частот, выход фильтра соединен с входом запоминающего устройства, другой вход сумматора соединен с выходом преобразователя координат, аналитически поворачивающего по курсу систему координат, в которой вырабатывается в блоке ориентации угол наклона, близкий к углу бортовой качки, и соединен с входом множительного устройства, участвующего в обработке информации о килевой качке, выход навигационного комплекса, содержащий информацию о килевой качке, соединен также с сумматором, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, в котором хранится значение постоянной составляющей рассогласования по килевой качке систем координат модуля ориентации навигационного комплекса, выход сумматора соединен с входом инвертора, выход инвертора соединен с сумматором, выход сумматора соединен с входом соответствующего множительного устройства и входом фильтра нижних частот, выход фильтра соединен с входом запоминающего устройства, другой вход сумматора соединен с выходом преобразователя координат, аналитически поворачивающего по курсу систему координат, в которой вырабатывается в блоке ориентации угол наклона, близкий к углу килевой качки, и соединен с входом множительного устройства, участвующего в обработке информации о бортовой качке, выход множительного устройства, один из входов которого соединен с фильтром нижних частот для обработки информации о килевой качке, соединен с входом инвертора, выход инвертора соединен с сумматором, другой вход которого соединен с другим множительным устройством, выход сумматора соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом интегратора, выход интегратор соединен с входом запоминающего устройства величины поправки курса, выход запоминающего устройства поправки курса соединен с преобразователем координат угловых скоростей наклона палубы в угловые скорости бортовой и килевой качек и с преобразователем координат, аналитически поворачивающего по курсу систему координат, в которой вырабатываются в блоке ориентации углы наклонов, а также соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом сумматора, на выходе которого вырабатывается значение курса корабля в месте установки блока ориентации.

2. Способ определения угловой ориентации устройств корабля с учетом деформаций его корпуса, согласно которому текущие параметры угловой ориентации системы вычисляются путем совместной обработки информации, приведенной в одну систему координат, блока ориентации, соединенного с устройством корабля, и навигационного комплекса корабля, причем значения качек и курса, без учета значений статических угловых рассогласований блока ориентации относительно навигационного комплекса корабля, определяются в каждом канале вычисления значений данной величины путем интегрирования суммы угловой скорости данной величины, определенной модулем ориентации, и отфильтрованной разности величин, определенных навигационным комплексом, и значения данной величины, вычисленного в процессе интегрирования, а статические угловые рассогласования системы координат блока ориентации относительно навигационного комплекса по углам бортовой и килевой качек вычисляются путем фильтрации и запоминания результатов сравнения между собой соответствующих углов, определенных модулем ориентации и навигационным комплексом, причем статическое угловое рассогласование по курсу блока ориентации относительно навигационного комплекса вычисляется и запоминается после определения статических рассогласований по углам бортовой и килевой качек путем сведения к минимуму соответствующим преобразованием координат суммы результатов умножений разностей значений углов бортовой качки, определенных модулем ориентации и навигационным комплексом, умноженной на значение угла килевой качки, и разностей значений углов килевой качки, определенных модулем ориентации и навигационным комплексом, умноженной на значение углов бортовой качки.