Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора по изменяющимся видимым уходам Российский патент 2017 года по МПК G01C21/18 

Изобретение относится к области гироскопических систем и может быть использовано для определения азимута в навигационных системах различного назначения.

Известен способ автономного азимутального ориентирования платформы трехосного гиростабилизатора (ТГС), установленного на неподвижном относительно Земли основании, основанный на измерении видимых уходов [1]. С этой целью платформа ТГС с помощью системы приведения предварительно горизонтируется по осям х_п, z_п и выставляется по азимуту в фиксируемое положение, характеризуемое углом A, который требуется определить. Затем система горизонтирования отключается, платформа отклоняется (уходит) по осям х_п и z_п от первоначального положения.

Угловые скорости , видимых уходов платформы относительно Земли определяются из выражений для проекций абсолютных угловых скоростей платформы на оси х_п, z_п:

где ω_Бх, ω_Бz - проекции угловой скорости вращения Земли на оси х_п, z_п.

В общем случае расположения платформы по азимуту

где ω_г - горизонтальная составляющая угловой скорости вращения Земли. Скорость собственных уходов (дрейфа) ω_др платформы в абсолютном (инерциальном) пространстве зависит от возмущающих моментов М_х и M_z, действующих на осях прецессии соответствующих гироскопов системы стабилизации. Поэтому при совпадении входных осей гироскопов с соответствующими осями платформы можно представить

где H - кинетический момент гироскопов. Из (1), (2) и (3) следует

Отсюда находим

При отсутствии возмущений, действующих по осям прецессии гироскопов (ω_др=0), азимут платформы можно определить, измеряя видимые уходы вокруг одной или одновременно вокруг двух горизонтальных осей:

Значения видимых уходов и определяются по сигналам с акселерометров системы приведения или, учитывая малость углов и угловых скоростей видимых уходов, со специальных узкодиапазонных высокоточных наклономеров.

Приведенные исходные выражения (4) являются приближенными, так как не учитывают влияние углов отклонений платформы от горизонта и углов поворота β₂ и β₃ гироскопов систем стабилизации платформы относительно горизонтальных осей. При малых углах и угловых скоростях видимых уходов выражения (1) для проекций абсолютных угловых скоростей платформы на оси х_п, z_п предстанут в виде

где ω_в - вертикальная составляющая угловой скорости вращения Земли. При этом скорости собственного дрейфа платформы можно представить в виде

Из уравнений (7) и (8) можно найти выражения для cosA и sinA, а затем и формулы для определения азимута A, аналогичные формулам (6).

Для учета влияния возмущающих факторов и калибровки акселерометров в данном способе необходимо произвести измерения видимых уходов в двух или трех фиксированных положениях платформы по азимуту, отличающихся друг от друга на известные углы.

Недостатками способа является следующее.

1. Сложность применения в условиях азимутальных смещений основания ТГС, так как при этом возникают ошибки установки углов переориентации платформы в требуемые положения в процессе измерений, которые снижают точность определения азимута.

2. Переориентация платформы связана с переходными процессами в системе приведения и стабилизации платформы, а также в поплавковых гироскопах, что увеличивает время и снижает точность определения азимута.

3. Переориентация платформы в несколько фиксируемых относительно Земли положений с целью снижения влияния возмущений увеличивает время определения азимута.

Целью настоящего изобретения является устранение этих недостатков, сокращение времени и повышение помехозащищенности и точности системы определения азимута.

Для обеспечения возможности применения способа на подвижном основании определение азимута платформы осуществляется при выключенной системе приведения по азимуту без связи платформы с Землей, что обеспечивает защищенность от влияния азимутальных смещений.

Для повышения точности определения азимута и сокращения времени обработки измерительной информации увеличиваются скорость и угол поворота платформы по азимуту относительно Земли путем подачи в датчик моментов азимутального гироблока заранее рассчитанного управляющего сигнала, обеспечивающего необходимую скорость ω_упр азимутального вращения платформы.

Изменяющиеся из-за видимых поворотов платформы в азимуте сигналы с акселерометров снимаются непрерывно, что дает избыточную информацию для определения азимута и калибровки параметров системы, а также сокращает время определения азимута.

Текущий азимут платформы будет определяться выражением

где A₀ - азимут исходного положения платформы.

Из выражений (7) и (8) с учетом (9) можно получить формулы для определения азимута исходного положения

где ϕ - широта места установки ТГС:.

Для определения азимута необходимо измерять видимые уходы по двум горизонтальным осям и углы поворота β₂ и β₃ гироскопов систем стабилизации платформы относительно горизонтальных осей. Наличие избыточной информации о сигналах, снимаемых в определенные дискретные моменты времени, позволит, используя известные методы обработки измерительной информации, определить азимут исходного и текущего положения платформы, а также точностные параметры гироскопов.

Если использовать измерение видимых уходов только относительно одной из горизонтальных осей, то одна из вышеприведенных формул (10) примет вид

При этом алгоритмы и система азимутального ориентирования упрощаются при некотором снижении точности определения азимута.

Сравнительный анализ существенных признаков известного способа определения азимута по видимым уходам и предлагаемого способа показывает, что предлагаемый способ азимутальной ориентации отличается тем, что определение азимутального положения платформы осуществляется без связи с заданным базовым направлением, фиксированным на Земле. Перед началом измерений платформа горизонтируется точной системой приведения и грубо устанавливается и удерживается в требуемом исходном положении по азимуту. Затем система удержания платформы по азимуту и система точного приведения платформы в горизонт по двум или одной из горизонтальных осей отключается, а в датчик моментов азимутального гироблока подаются расчетные сигналы, увеличивающие скорость и угол поворота платформы по азимуту. Азимут исходного положения платформы определяют путем обработки сигналов с акселерометров об изменяющихся видимых уходах платформы относительно двух или одной горизонтальных осей, а также информации о видимых уходах по азимуту и об углах поворота гироскопов систем стабилизации платформы относительно двух или одной горизонтальных осей.

Таким образом, предложенный способ азимутальной ориентации платформы ТГС имеет новизну. Авторам неизвестна совокупность существенных признаков, применяемых для решения данной технической задачи, что соответствует критерию «изобретательский уровень».

Источники информации

1. Командно-измерительные приборы. Под ред. Б.И. Назарова. - М: МО СССР, 1975, с. 369-370.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в высокоточных навигационных системах различного назначения для определения положения платформы трехосного гиростабилизатора в азимуте. Технический результат – расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности определения азимутального положения гиростабилизированной платформы в условиях азимутальных смещений основания, а также сокращения времени и повышения точности определения азимута. Для этого измерения производятся в инерциальном управляемом режиме движения платформы относительно вертикальной оси и инерциальном режиме относительно двух или одной из горизонтальных осей. Перед началом измерений платформа горизонтируется точной системой приведения и грубо устанавливается и удерживается в требуемом исходном положении по азимуту. Затем система удержания платформы по азимуту и система точного приведения платформы в горизонт по двум или одной из горизонтальных осей отключается, а в датчик моментов азимутального гироблока подаются расчетные сигналы, увеличивающие скорость и угол поворота платформы по азимуту. Азимут исходного положения платформы определяют путем обработки сигналов с акселерометров об изменяющихся видимых уходах платформы относительно двух или одной горизонтальных осей, а также информации о видимых уходах по азимуту и об углах поворота гироскопов систем стабилизации платформы относительно двух или одной горизонтальных осей. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора, заключающийся в том, что определение азимута платформы производится по видимым уходам платформы относительно горизонтальных осей при отключенной системе приведения платформы в горизонт, отличающийся тем, что предварительно платформу горизонтируют точной системой приведения, грубо устанавливают и удерживают в требуемом исходном положении по азимуту, затем систему удержания платформы по азимуту и систему точного приведения платформы в горизонт по обеим горизонтальным осям отключают, в датчик моментов азимутального гироблока подают расчетные сигналы, азимут исходного положения платформы определяют путем обработки сигналов с акселерометров о видимых уходах платформы относительно горизонтальных осей, видимых уходах по азимуту и об углах поворота гироскопов систем стабилизации платформы относительно ее горизонтальных осей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение видимых уходов платформы и угла поворота гироскопа системы стабилизации платформы проводят относительно одной из горизонтальных осей платформы.