Способ определения поправки курса двухрежимного одногироскопного курсоуказателя Советский патент 1993 года по МПК G01C19/38 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения поправки курса. двухрежимных одногироскопных курсоуказэтелей.

Целью изобретения является повышение точности определения постоянной по- правкикурса двухрежимного гирокурсоуказателя при одновременном сокращении времени ее определения.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения постоянной поправки

курса двухрежимного гирокурсоуказателя, включающем запуск гирокурсоуказателя и выдержку его в течение времени, обеспечивающего достижение установившегося электрического и теплового состояния, после указанной выдержки включают режим гироазимута с управляющим моментом по вертикальной оси гироскопа, пропорциональным выходному сигналу индикатора горизонта. В режиме гироазимута производят ориентирование главной оси гироскопа в

00 W 00

4J о о

со

произвольной последовательности на Восток и на Запад.

В каждой из двух указанных ориентации измеряют установившееся значение выходного сигнала индикатора горизонта и определяют постоянную поправку курса как арксинус частичного от деления суммы измеренных показаний индикатора горизонта на разность этих показаний, взятых в том порядке, в котором производилось ориентирование главной оси гироскопа.

Теоретическое обоснование предлагаемого способа определения постоянной поправкикурса двухрежимного гирокурсоуказателя состоит в следующем.

Придание гирокурсоуказателю свойства избирательности к направлению истинного (географического) меридиана в режиме гирокомпаса и свойства сохранять заданное азимутальное направление в режиме гироазимута достигается соответствующим формированием моментов управления. В режиме гирокомпаса по показаниям индикатора горизонта (акселерометра)/ формируются одновременно маятниковый Кх/ и демпфирующий Kz/J моменты, прикладываемые соответственно по горизонтальной и по вертикальной осям гироскопа, что придает ему свойства гирокомпаса. В режиме гироазимута по показаниям индикатора горизонта подают момент Kz/J только на вертикальную ось, горизонтируя гироскоп. В обоих режимах по данным о широте места и скорости движения объекта относительно Земли формируют также моменты широтной и скоростной коррекции.

Уравнения движения гироазимуткомпа- са на неподвижном основании в предположении, что угол поворота оси гироскопа в азимуте неограничен, а угол В возвышения оси гироскопа над плоскостью горизонта мал, можно представить в виде:

М2корр MX корр- моменты коррекции на вертикальной и на горизонтальной осях гироскопа соответственно;

Мгкомп, Мхкомп - моменты компенсации

постоянных составляющих вредных моментов на вертикальной и на горизонтальной осях гироскопа соответственно;

Мх, Mz - вредные моменты на вертикальной и на горизонтальной осях гироскопа соответственно.

Наличие вредных моментов в осях подвеса гироскопа приводит к инструментальным погрешностям определения географического меридиана в режиме гирокомпаса и погрешностям хранения азимутального направления в режиме гироазимута. Постоянную составляющую вредных моментов на горизонтальной оси гироскопа компенсируют моментом Мх в режиме гироазимута, устраняя видимый азимутальный уход, отличающийся от вертикальной составляющей скорости вращения Земли Usln f. После этого моментом широтной коррекции компенсируют

вертикальную составляющую скорости вращения Земли, устраняя видимый азимутальный уход полностью. Влияние постоянной составляющей вредных моментов по верти кальной оси гироскопа на погрешность определения географического меридиана в режиме гирокомпаса выражается известной формулой в малых углах:

Да

№

Н U cosy

(3)

Mz Mz+MzK

40

или в конечных углах

Д« arcsin

Mf

Н U costp

(4)

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для определения поправки курса двухрежимных одногироскопных кур- соуказателей,, в частности, гироазимутком- пасов и гироазимутгоризонткомпасов. Целью изобретения является повышение точности определения поправки курса двух- режимного одногироскопного курсоуказателя при одновременном сокращении времени ее определения. Предложенный способ определения поправки курса двухрежимного одногироскопного курсоу- казателя включает запуск курсоуказателя и выдержку его в течение времени, обеспечивающего достижение установившегося электрического и теплового состояния, включение режима гироазимута с управляющим моментом по вертикальной оси подвеса гироскопа, пропорциональным отклонению главной оси гироскопа от горизонта, ориентирование .главной оси гироскопа в произвольной последовательности на восток и на запад, фиксирование в каждой из этих ориентации, установившихся значений отклонений главной оси гироскопа от горизонта и определение постоянной поправки курса как арксинуса частного от деления суммы измеренных показаний индикатора горизонта на разность этих показаний. ё

Н (/3 + Ucos ( а) - К2В + MZKOPP + MzK0

+ М2

(1)

-Н( a+Usiny -ft Ucos p cos a) Kx/3 + MXKOPP + Мхкомп + Mz (2)

где a, ft- углы отклонения оси гироскопа от меридиана в горизонтальной плоскости и от плоскости горизонта соответственно;

Н - собственный кинетический момент гироскопа;

U - скорость вращения Земли;

уз-широта места;,

где Да -погрешность определения направления географического меридиана;

Mz - постоянная составляющая нескомпенсированных вредных моментов на вертикальной оси гироскопа.

Поэтому постоянную составляющую вредных моментов на вертикальной оси гироскопа - основной источник инструментальных погрешностей в режиме гирокомпаса устраняют по измерениям по

стоянной поправки - разности между положением равновесия в режиме гирокомпаса и направлением географического меридиана.

В режиме гироазимута постоянная составляющая нескомпенсированного вредного момента на вертикальной оси гироскопа приводит к появлению пропорционального его величине дополнительного вклада в установившееся показание индикатора горизонта. При произвольной ориентации гироскопа в азимуте в установившемся положении из уравнения (1) следует равенство

Kz/ -HUcosy5slna + Mz , (5)

или д - HUcos рsing , Mz ,с.

Р - --Ј-7 КГ; (6)

где/ -угол подъема кинетического момента гироскопа над плоскостью горизонта в установившемся положении;

Kz - крутизна момента горизонтальной коррекции.

В предлагаемом способе определения постоянной поправки для исключения требований по точному определению угла а, измерение установившегося показания индикатора горизонтар производят при ориентации оси гироскопа приблизительно на Восток (курс 270° градусов) или приблизительно на Запад (курс 90° градусов). В этом случае погрешность азимутальной ориентации гироскопа или ее изменения в процессе работы даже в единицы градусов не приводят к заметному нарушению баланса членов в выражении (3) (cos 90° 1,0000; cos 89° 0,9998; cos 88° - 0,9994 и т.д.). Использование любой другой азимутальной ориентации потребовало бы точной привязки гироскопа к направлению-географического меридиана. В предлагаемом способе проводят измерения установившихся показаний .индикатора горизонта в двух ориентация/ гироскопа в произвольной последовательности:

1) при ориентации оси гироскопа на Восток (курс 270

„ , HUcos Ч-И

и - Т --------7f.

Кг

(7)

2) при ориентации оси гироскопа на Запад (курс 90°) .

HUcos- (8) V

I .

| По результатам этих измерений посто- | янная поправка может быть определена из j выражений (4), (7), (8), как обратная тригоно- метрическая функция (арксинус) частного от

деления суммы установившихся показаний индикатора горизонта в восточной и в западной ориентациях на их разность в том же порядке

Aa arcsin

& +AV ,

9)

Рассмотрим пример конкретного выполнения способа

Гироазимуткомпас в режиме гирокомпаса приходил в компасный меридиан. Затем в режиме гироазимута осуществлялось ориентирование оси гироскопа на Восток за

время 4 мин. Посредством цифрового вольтметра измерялось установившееся показа- ние индикатора горизонта в течение 4...6 мин. Затем осуществлялось ориентирование гироскопа на Запад за время 8 мин.

Посредством цифрового вольтметра измерялось установившееся показание индикатора горизонта в течение 6...8 мин. Далее определялась постоянная поправка курса гйроазимуткомпаса в режиме гирокомпаса

по формуле (8). Направление истинного меридиана определялось как сумма компасного меридиана и постоянной поправки в данном пуске. Эксперименты проводились с двумя гироскопами. Между пусками производилась компенсация постоянной поправки дополнительным током датчика момента гироскопа. Во всех пусках корпус гйроазимуткомпаса сохранял неизменную ориентацию относительно неподвижного

основания.

По результатам экспериментов уст анов- лена высокая эффективность предлагаемого способа. Время определения постоянной поправки составило от 23 до 24 мин.

Время определения постоянной поправки серийного гйроазимуткомпаса Ве- ra-М ВаО. 115.001ТУ с использованием предлагаемого способа удалось сократить с 12 часов до 40 мин.

В обоих случаях погрешность определения постоянной поправки курсоуказателя при реализации предлагаемого способа была меньше цены деления шкалы курса 0,1 градуса.

Использование предлагаемого способа

определения постоянной поправки курса

двухрежимного гирокурсоуказателя позволяет по сравнению с прототипом резко

уменьшить время определения поправки (в

20 и более раз), увеличить точность определения поправки. При конкретном выполнении способа погрешность определения постоянной поправки была меньше цены деления шкалы курса. При использовании

предлагаемого способа отпадает надоб- ность в использовании внешних удаленных ориентиров, в высокоточном определении их истинных пеленгов, исключается зависимость возможности определения постоянной поправки от погодных условий.

Предлагаемый способ с равным успехом можно применять как в условиях завода-изготовителя, так и на объекте.

Применение предлагаемого способа позволяет по сравнению с прототипом существенно повысить инструментальную точность гирокурсоуказателя, особенно при плавании в высоких широтах.

Формула изо б р е т е н и я

Способ определения поправки курса

двухрежимного одногироскопного курсоуказателя, включающий запуск курсоуказате- ля и выдержку его в течение времени точкостной готовности, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности определения поправки при сокращении времени ее

определения, после указанной выдержки

дополнительно в режиме гироазимута

формируют управляющий момент по. вёр: тикальной оси гироскопа, пропорциональнрйотклонен ию главной оси гироскопа от горизонта, ориентируют главную ось гироскопа на Восток и на Запад, фиксируют в каждой из этих ориентации устанрвившу- юся величину отклонения главной оси гироскопа от горизонта и определяют поправку курса как арксинус частного от деления суммы величин указанных отклонений на их разность.