Способ калибровки датчика магнитного поля интегрированной системы резервных приборов Российский патент 2018 года по МПК G01C21/00 

Изобретение относится к системам измерения и индикации, обеспечивающим пилотирование летательных аппаратов (ЛА) в случае отказа основных пилотажно-навигационных систем.

Известен блок ориентации [1], содержащий блок датчиков первичной информации, трехкомпонентный магнитометр, аналого-цифровой преобразователь и вычислительную машину, основанный на алгоритмическом способе списания девиационной погрешности трехкомпонентного магнитометра.

Недостатком данного блока, как и реализуемого им способа, является низкая точность измерения магнитного курса из-за отсутствия в нем устройства для компенсации внешнего возмущающего магнитного поля.

Известна интегрированная система резервных приборов [2], содержащая датчики полного и статического давления, соединенные через устройство обработки и преобразования сигналов с вычислителем, модуль пространственной ориентации, устройство управления режимами работы, жидкокристаллический индикатор, соединенные с вычислителем, и магнитный зонд, основанная на списании девиационной погрешности магнитного зонда с использованием дополнительной информации о магнитном курсе и значениях горизонтальной и вертикальной составляющих магнитного поля Земли, взятых по модулю, измеренных основной прецизионной системой ЛА в стационарных наземных условиях в месте проведения девиационных работ.

Недостатком данной системы является низкая точность измерения магнитного курса, так как калибровка трехкомпонентного магнитометра осуществляется в одной горизонтальной плоскости, без использования информации об углах крена и тангажа ЛА.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является интегрированная система резервных приборов, содержащая блок инерциальных датчиков информации, жидкокристаллический экран, датчик магнитного поля с компенсационными обмотками и способ списания магнитной девиации [3], результатом которого является вычисление коэффициентов, учитывающих влияние внешнего возмущающего магнитного поля.

Недостатком данной системы, как и реализуемого им способа, также является низкая точность измерения магнитного курса, так как калибровка трехкомпонентного магнитометра осуществляется в одной горизонтальной плоскости, без учета возмущающих магнитных полей, влияющих на вертикальную составляющую измеряемого магнитного поля.

Заявленное изобретение направлено на повышение точности измерения интегрированной системы резервных приборов за счет более точного определения коэффициентов калибровки трехкомпонентного магнитометра для исключения влияния возмущающего магнитного поля при вычислении магнитного курса ЛА.

Рассматриваемая интегрированная система резервных приборов представляет автономный блок, располагаемый на приборной доске ЛА и содержащий инерциальные датчики, датчики полного и статического давления, устройства обработки и преобразования сигналов, вычислитель, устройство списания девиационной погрешности с памятью, жидкокристаллический индикатор, устройство управления режимами работы и дистанционно располагаемый трехкомпонентный магнитометр, установленный на ЛА в области с наименьшим влиянием возмущающих магнитных полей. Интегрированная система резервных приборов имеет возможность взаимодействия по внешнему цифровому интерфейсу с основной прецизионной бесплатформенной инерциальной навигационной системой БИНС на точных датчиках, расположенной в центре масс ЛА, измерительные оси которой точно совпадают с осями ЛА.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе калибровки трехкомпонентного магнитометра интегрированной системы резервных приборов, заключающемся в определении девиационных коэффициентов, характеризующих величину возмущающего магнитного поля, вместо значений, получаемых от инерциальных датчиков средней точности интегрированной системы резервных приборов, установленной на приборной доске ЛА, используются более точные значения углов крена, тангажа и магнитного курса, измеренные основной прецизионной системой на точных датчиках, измерительные оси которой точно совпадают с осями ЛА, которые также используются для последующей корректировки углов крена и тангажа интегрированной системы резервных приборов, и тем самым достигается более точное вычисление девиационных коэффициентов, позволяющих компенсировать возмущающее магнитное поле [4].

Существенным признаком предложенного способа калибровки трехкомпонентного магнитометра интегрированной системы резервных приборов является использование углов крена, тангажа и магнитного курса, измеренных основной прецизионной системой на точных датчиках, измерительные оси которой точно совпадают с осями ЛА, для вычисления девиационных коэффициентов в процессе калибровки трехкомпонентного магнитометра.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

При калибровке трехкомпонентного магнитометра интегрированной системы резервных приборов, установленного на борту ЛА, производится оценка общего возмущающего магнитного поля, которое рассчитывается как векторная сумма составляющих магнитного поля Земли и возмущающих магнитных полей, вызванных наличием магнитомягких и магнитотвердых материалов или проводников с током в области установки трехкомпонентного магнитометра.

В память вычислительной машины записываются значения горизонтальной и вертикальной составляющих магнитного поля Земли, известные при стационарных наземных условиях в месте проведения девиационных работ.

В дальнейшем, в процессе полета ЛА по величине напряженностей магнитного поля, измеренных трехкомпонентным магнитометром интегрированной системы резервных приборов, и по информации об углах крена, тангажа и магнитного курса, измеренной основной прецизионной системой ЛА, вычисляются девиационные коэффициенты [4], позволяющие компенсировать возмущающее магнитное поле.

Коррекция информации, измеряемой интегрированной системы резервных приборов с помощью предлагаемого метода, осуществляется только в процессе выполнения девиационных работ и не влияет на автономность работы интегрированной системы резервных приборов во время полета ЛА.

Реализация предложенного способа повышает точность измерения курса ЛА.

Источники информации:

1. Заявка на патент Канады №2683254, кл. G01С 23/00, опубл. 17.04.2010 г.

2. Патент РФ №2386927, МПК G01C 21/00, публ. 10.12.2012 г.

3. Патент РФ №2469275, МПК G01С 23/00, публ. 10.12.2012 г. (прототип).

4. Юбилейная XV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. - СПб., 2008 г., стр. 263. Компенсация магнитной девиации интегрированной системы резервных приборов, В.М. Самойлов, Д.В. Свяжин (прототип).

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах измерения и индикации пилотирования летательных аппаратов (ЛА) в случае отказа основных пилотажно-навигационных систем. Технический результат - повышение точности измерения интегрированной системы резервных приборов за счет более точного определения коэффициентов калибровки трехкомпонентного магнитометра для исключения влияния возмущающего магнитного поля при вычислении магнитного курса ЛА. Для этого в способе калибровки трехкомпонентного магнитометра интегрированной системы резервных приборов используют углы крена, тангажа и магнитного курса, измеренные основной прецизионной системой на точных датчиках, измерительные оси которой точно совпадают с осями ЛА, для вычисления девиационных коэффициентов в процессе калибровки трехкомпонентного магнитометра.

Способ калибровки трехкомпонентного магнитометра интегрированной системы резервных приборов летательного аппарата (ЛА), заключающийся в определении девиационных коэффициентов, вычисляемых по величине напряженностей магнитного поля, измеренных трехкомпонентным магнитометром интегрированной системы резервных приборов во время полета, по информации о магнитном курсе, измеренной основной прецизионной системой ЛА во время полета, и по значениям горизонтальной и вертикальной составляющих магнитного поля Земли, известных при стационарных наземных условиях в месте проведения девиационных работ, отличающийся тем, что для вычисления коэффициентов калибровки магнитометра используется дополнительная информация об углах крена и тангажа, измеряемая основной прецизионной системой ЛА во время полета, которая также используется для последующей корректировки углов крена и тангажа интегрированной системы резервных приборов.