Способ определения азимута Российский патент 2020 года по МПК G01C19/38 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке, изготовлении и эксплуатации систем самоориентирующихся гироскопических курсоуказания и курсокреноуказания, предназначенных для систем навигации и топопривязки, наведения и прицеливания подвижных объектов наземной техники.

Известен способ определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической по патенту РФ №2407989, в котором достигается инвариантность значения истинного азимута к изменению широты путем последовательного приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном и южном направлениях с фиксацией с курсового датчика угла значений азимута A_N и A_S в указанных положениях, после чего определяют значение истинного азимута как

Недостаток способа определения истинного азимута по патенту РФ №2407989 заключается в том, что после первого приведения в северном направлении и ускоренного разворота курсового гироскопа в азимуте на угол π приведение главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана осуществляют в южном направлении, для чего переключают полярность азимутальной косвенной коррекции на противоположную. В результате для реализации способа требуется выработка дополнительного управляющего сигнала и наличие дополнительного коммутирующего устройства. При этом из-за неидеальной работы цепей коррекции (усилителей) может наблюдаться изменение условий прихода главной оси курсового гироскопа к южному направлению, что будет приводить к ошибке определения азимута в южном направлении и, соответственно, к ошибке определения значения А_ист, и, следовательно, к нарушению инвариантности значения истинного азимута к изменению широты.

Известен способ определения азимута курсовым гироскопом с курсовым датчиком угла по патенту РФ №2567406, принятый за прототип, свободный от указанных недостатков, в котором после включения режима гирокомпаса для первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном или южном направлении, приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана и фиксации с курсового датчика угла значения азимута A₁, выключают режим гирокомпаса, производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π, включают режим гирокомпаса повторно и определяют значение истинного азимута, согласно изобретению, после разворота на угол π режим гирокомпаса включают для приведения курсового гироскопа в плоскость меридиана в направлении первоначального приведения, после этого в течение заданного интервала времени фиксируют значения с курсового датчика угла и значения времени, соответствующие моментам получения значений с курсового датчика угла, по полученным значениям вычисляют скорость приведения курсового гироскопа в плоскость меридиана из положения курсового гироскопа A₁+π, после этого производят дополнительные развороты с выполнением операций по выключению и включению режима гирокомпаса с вычислением после включения режима гирокомпаса скорости приведения курсового гироскопа в плоскость меридиана, в результате выполнения указанных операций определяют положение А₂, в котором скорость приведения равна нулю, после этого проводят определение значения А_ист истинного азимута согласно выражению:

где A₁ - значение азимута после первого приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана,

А₂ - значение курсового угла, при котором скорость приведения в положении, противоположном первому значению азимута, равна нулю.

Недостаток способа по патенту РФ №2567406 заключается в том, что из-за погрешности системы самоориентирующейся гироскопической, зависящей от текущего положения курсового гироскопа относительно корпуса прибора в азимуте, значение азимута А₁, а также значение курсового угла A₂ в положении, противоположном первому значению азимута, определяются с погрешностями, равными текущей корпусной (или, по другому, румбовой) поправке, определяемой для данного положения курсового гироскопа относительно корпуса прибора в азимуте при предварительной настройке системы самоориентирующейся гироскопической. В результате значение азимута (3) также определяется с погрешностью. Экспериментально установлено, что значение корпусной поправки определения азимута при определении значения курсового угла A_S в выражении (1) в результате приведения курсового гироскопа в противоположном направлении за счет переключения знака косвенной коррекции на противоположную либо значения курсового угла А₂ в выражении (2), при котором скорость приведения без переключения знака косвенной коррекции в положении, противоположном первому значению азимута, равна нулю, соответствует корпусным поправкам, определяемым при предварительной настройке системы самоориентирующейся гироскопической при штатном приведении в устойчивые положения A_S или А₂ при соответствующих положениях корпуса системы самоориентирующейся гироскопической в азимуте, но взятых с противоположным знаком.

Изобретение направлено на повышение точности определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической путем устранения влияния корпусной погрешности определения азимута системы самоориентирующейся гироскопической на точность определения истинного азимута.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения азимута курсовым гироскопом с курсовым датчиком угла, заключающемся в том, что после включения режима гирокомпаса для первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана, приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана и фиксации с курсового датчика угла значения азимута A₁, выключают режим гирокомпаса, производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π, после разворота на угол π включают режим гирокомпаса повторно для приведения в плоскость меридиана, после этого определяют значение с курсового датчика угла А₂ в положении, противоположном первому положению курсового гироскопа А₁, при этом значение А₂ затем используют для определения значения истинного азимута А_ист согласно выражению при А₁>А₂ или при А₁<А₂, перед определением значения истинного азимута с использованием процесса приведения курсового гироскопа в плоскость меридиана без переключения знака косвенной коррекции режима гирокомпаса проводят предварительную настройку системы самоориентирующейся гироскопической путем определения значений корпусных (румбовых) поправок в положениях курсового гироскопа, равномерно распределенных в азимуте в диапазоне углов от 0 до 360°, затем вводят в устройство памяти, работающее совместно с системой самоориентирующейся гироскопической, значения корпусных (румбовых) поправок определения азимута, а при определении значения истинного азимута после определения положения А₁ главной оси курсового гироскопа после первоначального приведения в плоскость меридиана и положения A₂ курсового гироскопа, противоположного первому положению курсового гироскопа, определяют значения корпусных (румбовых) поправок в указанных положениях A₁ и А₂, после чего в значении А₁, полученном в результате первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана, учитывают значение корпусной (румбовой) поправки в положении курсового гироскопа A₁, а в значении А₂, полученного в положении, противоположном положению А₁ курсового гироскопа после предварительного приведения, учитывают значение корпусной (румбовой) поправки в положении курсового гироскопа А₂, но взятое с противоположным знаком.

В предлагаемом способе определения азимута повышение точности определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической, устранение влияния изменения широты местоположения в процессе эксплуатации системы самоориентирующейся гироскопической на точность определения истинного азимута реализуется следующим образом.

Предварительно проводят настройку системы самоориентирующейся гироскопической в стендовых условиях путем определения значений корпусных (румбовых) поправок в различных положениях курсового гироскопа с использованием штатного процесса приведения в плоскость меридиана без переключения знака косвенной коррекции режима гирокомпаса. Для этого систему само ориентирующуюся гироскопическую устанавливают на поворотном стенде. Корпус системы последовательно ориентируют с помощью поворотного стола стенда в положения, равномерно распределенные в азимуте в диапазоне углов от 0 до 360°. В каждом положении выполняют процесс гирокомпасирования с определением значения азимута. По полученным значениям строят график значений азимута, приведенных к начальному значению, в зависимости от значений азимутальных положений корпуса системы, задаваемых стендом. По полученной зависимости как отклонения от среднего значения азимута, вычисленного по всем приведенным измерениям, получают значения корпусной (румбовой) погрешности в зависимости от значений азимута, измеренных системой. Процесс измерения корпусной (румбовой) погрешности для системы самоориентирующейся гироскопической описан в инструкции по настройке и контролю АЮИЖ.462515.013И1. Система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания, АО «ВНИИ «Сигнал»[1] или в инструкции по настройке и контролю АЮИЖ.462515.017И1 Система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания, АО «ВНИИ «Сигнал»[2]. В дальнейшем для устранения влияния корпусной (румбовой) погрешности полученные значения как поправки вводят в устройство памяти, являющееся частью вычислительного устройства, работающего совместно с системой самоориентирующейся гироскопической, и учитывают указанные поправки в показаниях системы самоориентирующейся гироскопической. Устройством, в котором хранятся и учитываются корпусные (румбовые) поправки системы самоориентирующейся гироскопической может быть вычислитель самой системы, как указано, например, в [2], либо координатор автономной системы гирокурсокреноуказания, как указано, например, в руководстве по эксплуатации АЮИЖ.462414.031РЭ. Автономная система гироскопическая самоориентирующаяся курсокреноуказания, АО «ВНИИ «Сигнал».

При определении истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической после первого включения режима гирокомпаса, приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном (или южном) направлении, фиксации с курсового датчика угла значения азимута A₁, выключения режима гирокомпаса, последовательного ускоренного разворота курсового гироскопа в азимуте на угол π, повторно включают режим гирокомпаса для приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в противоположном первоначальному приведению направлении или в направлении, в котором осуществлялось первоначальное приведение. При этом с курсового датчика угла фиксируется второе значение азимута А₂, соответствующее положению приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в противоположном первоначальному приведению направлении или положению, при котором скорость приведения в положении, противоположном первому значению азимута А₁, равна нулю. Общим для проведенного тем или иным образом измерения является то, что в результате выполнения описанных операций получаемые значения азимута А₂ почти противоположны первому измерению A₁ и равны (или почти равны) друг другу.

После первого включения режима гирокомпаса и приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана из-за действия моментов, в основном от собственного ухода курсового гироскопа относительно горизонтальной оси чувствительности, а также от других вредных моментов, главная ось курсового гироскопа отклоняется от северного направления в зависимости от широты ϕ местоположения измерения на величину ΔА

где ω - значение собственного ухода относительно горизонтальной оси чувствительности и эквивалентного ухода от вредных моментов курсового гироскопа, Ω - угловая скорость вращения Земли.

При положительных значениях ω главная ось курсового гироскопа отклоняется от северного к восточному направлению на угол ΔА, при этом с курсового датчика угла системы самоориентирующейся гироскопической значение азимута фиксируется с погрешностью, а именно:

где ΔА_к1 - корпусная погрешность в положении А₁.

Аналогично, значение курсового угла А₂ после приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в противоположном направлении или значение курсового угла А₂, при котором скорость приведения в положении, противоположном первому положению курсового гироскопа после первоначального приведения в плоскость меридиана, равна нулю, также фиксируются с ошибкой ΔА, при этом:

A₂=А_ист+ΔА-π-ΔА_к2, при А₁>А₂;

где ΔА_к2 - корпусная погрешность в положении А₂.

Изменение знака учета погрешности ΔА в (5) показывает, что при положительных значениях ω в положении А₂ главная ось курсового гироскопа отклоняется от южного направления также к восточному направлению на угол ΔА. В случае первоначального приведения к южному направлению ситуация аналогична, в виду того, что погрешность ΔА связана с корпусом гироскопа. При складывании значений А₁ и А₂ в (2) погрешности в (4) и (5), равные по модулю и противоположные по знаку, исключаются. Таким образом, в заявленном способе происходит автокомпенсация погрешностей, возникающих из-за действия собственного ухода относительно горизонтальной оси чувствительности и эквивалентного ухода от вредных моментов курсового гироскопа, чем устраняется влияние (3) изменения систематической составляющей ухода курсового гироскопа в процессе эксплуатации системы самоориентирующейся гироскопической. При этом путем периодического (связанного с выполнением регламентных работ на объекте) выполнения операций, изложенных в способе, может быть обеспечено сохранение инвариантности значения истинного азимута (2) к изменению широты в процессе эксплуатации системы самоориентирующейся гироскопической.

Дополнительно, в выражениях (2) учитывается угловое расстояние π между А₁ и А₂. При этом конкретный знак учета π выбирается при сравнении значений А₁ и А₂ исходя из того, что значения А₁ и А₂ всегда противоположны (отличаются на угол, близкий к π) в азимуте и находятся в диапазоне углов от 0 до 2π.

Однако наличие румбовой или корпусной погрешности определения азимута снижает точность определения азимута по выражению (2). Экспериментально установлено, что значение корпусной поправки определения азимута при определении значения курсового угла А₂ в результате приведения курсового гироскопа в противоположном направлении за счет переключения знака косвенной коррекции на противоположную либо значения курсового угла А₂, при котором скорость приведения без переключения знака косвенной коррекции в положении, противоположном первому значению азимута, равна нулю, соответствует корпусной поправке, определяемой при предварительной настройке системы при штатном приведении в устойчивое положение А₂ при соответствующем положении корпуса системы в азимуте, но взятой с противоположным знаком, что учтено в знаке значения ΔА_к2 в выражении (5). В этом случае выражение (2) с учетом (4) и (5) будет иметь вид:

Откуда погрешность определения истинного азимута равна

При положительных значениях вредных моментов в противоположном А₁ положении А₂, приводящих к возникновению корпусной или румбовой погрешности, главная ось курсового гироскопа отклоняется к восточному направлению на угол ΔА_к2. Изменение знака учета погрешности ΔА_к2 в (5) по отношению к знаку учета погрешности ΔА_к1 в (4) показывает, что при первоначальном приведении к направлению меридиана ситуация аналогична, - главная ось курсового гироскопа также отклоняется к восточному направлению, но на другой угол ΔА_к1, в виду того, что корпусная или румбовая погрешность меняет свою величину и связана с корпусом гироскопа. При складывании значений A₁ и А₂ погрешности ΔА_к1, ΔА_к2, противоположные по знаку, но разные по величине, не исключаются, приводя к ошибке в определении азимута (7). Для исключения ошибки определения азимута (7) от корпусной погрешности в предлагаемом способе осуществляется компенсация корпусной или румбовой погрешности соответствующими поправками, с учетом знака их проявления в конкретных положениях курсового гироскопа в зависимости от условий получения значений азимута. При первоначальном приведении в положение А₁ погрешность ΔА_к1 имеет знак, полученный при первоначальной настройке системы с определением корпусной погрешности. При повторном приведении при определении положения А₂ в результате изменения знака косвенной коррекции для приведения в противоположном направлении или изменения положения курсового гироскопа на противоположное в азимуте без изменения знака косвенной коррекции с приведением в исходном направлении меняется знак вредных моментов, действующих в положении А₂, приводящих к погрешности ΔА_к2. В результате погрешность ΔА_к2 в положении А₂, получаемом в результате выполнения действий способа, имеет знак, противоположный значению, полученному при первоначальной настройке системы с определением корпусной погрешности, что учитывается при проведении измерений. Этим достигается повышение точности за счет компенсации влияния корпусной (румбовой) составляющей погрешности определения азимута.

Способ реализуется с использованием системы самоориентирующейся гироскопической, имеющей программно включаемые режимы; гирокомпас, ускоренный разворот курсового гироскопа, хранение направления. При этом реализация способа возможна для уже эксплуатирующихся систем без доработки их аппаратной части, а также с использованием имеющегося в производстве процесса их настройки. Способ промышленно применим, что подтверждается его успешной апробацией на опытных образцах систем самоориентирующихся гироскопических курсокреноуказаний.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при разработке, изготовлении и эксплуатации самоориентирующихся гироскопических систем курсоуказания и курсокреноуказания. Способ определения азимута гироскопической системой с курсовым гироскопом и курсовым датчиком угла заключается в том, что после включения режима гирокомпаса для первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана в северном или южном направлении, приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана и фиксации с курсового датчика угла значения азимута производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π и включают режим гирокомпаса для приведения повторно. После этого проводят определение значения истинного азимута согласно выражению:

при А₁>А₂ или при А₁<А₂, где A₁ - значение азимута после первого приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана, А₂ - значение курсового угла в положении, противоположном первому значению азимута. При этом для положений A₁ и А₂ учитываются значения корпусных (румбовых) поправок в указанных положениях, определенные по результатам предварительной настройки гироскопической системы, с учетом знака их проявления в конкретных положениях курсового гироскопа в зависимости от условий получения значений азимута. Технический результат - повышение точности определения истинного азимута системой самоориентирующейся гироскопической.

Способ определения азимута гироскопической системой с курсовым гироскопом и курсовым датчиком угла, заключающийся в том, что после включения режима гирокомпаса для первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана, приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана и фиксации с курсового датчика угла значения азимута А₁, выключают режим гирокомпаса, производят ускоренный разворот курсового гироскопа в азимуте на угол π, после разворота на угол π включают режим гирокомпаса повторно для приведения в плоскость меридиана, после этого определяют с курсового датчика угла значение А₂ в положении, противоположном первому положению курсового гироскопа А₁, при этом значение А₂ затем используют для определения значения истинного азимута А_ист согласно выражению при А₁>А₂ или при А₁<А₂, отличающийся тем, что перед определением значения истинного азимута проводят предварительную настройку системы самоориентирующейся гироскопической с использованием процесса приведения курсового гироскопа в плоскость меридиана в режиме гирокомпаса, заключающуюся в определении значений корпусных (румбовых) поправок в положениях курсового гироскопа, равномерно распределенных в азимуте в диапазоне углов от 0 до 360°, затем вводят в устройство памяти, работающее совместно с системой самоориентирующейся гироскопической, значения корпусных (румбовых) поправок определения азимута, а при определении значения истинного азимута после определения положения А₁ главной оси курсового гироскопа после первоначального приведения в плоскость меридиана и положения А₂ курсового гироскопа, противоположного первому положению курсового гироскопа, с учетом результатов предварительной настройки определяют значения корпусных (румбовых) поправок в указанных положениях А₁ и А₂, после чего в значении A₁, полученном в результате первоначального приведения главной оси курсового гироскопа в плоскость меридиана, учитывают значение корпусной (румбовой) поправки в положении курсового гироскопа А₁, а в значении А₂, полученном в положении, противоположном положению А₁ курсового гироскопа в результате предварительного приведения, учитывают значение корпусной (румбовой) поправки в положении курсового гироскопа А₂, определенное на стадии предварительной настройки гироскопической системы, но взятое с противоположным знаком.