Способ измерения дрейфа гироинерциальных систем Советский патент 1993 года по МПК G01C21/18 

Изобретение относится к области определения навигационных параметров при помощи гироинерциальных систем (ГИС) и может быть использовано для автономного измерения и .соррекции дрейфа базовой и корректируемой ГИС на движущемся объекте, а также при создании инерциальных комплексов на базе нескольких ГИС с с втономной коррекцией горизонтальных каналов.

| Целью изобретения является обеспечение возможности автономного измерения дрейфа горизонтальных каналов корректируемой гидроинерциальной системы и базового датчика скорости на движущемся объекте и повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения дрейфа гидроинерци- альных систем, включающем коррекцию ги- роинерциальной системы от базового датчика скорости путем подачи управляющих сигналов на гироскопы горизонтальных каналов, сформированных путем фильтрации разности скоростей гироинерциальной системы и датчика базовой скорости, выде- лэние дрейфа гироинерциальной системы, в

00 СА) 00 XI

О

со

качестве базового датчика скорости используют гироинерциальную систему, при этом осуществляет выравнивание горизонтальных каналов корректируемой гироинерцй- альной системы относительно базовой путем подачи дополнительных управляющих сигналов на гироскопы горизонтальных каналов корректируемой и базовой системы, сформированных по разности сигналов с акселерометров одноименных горизонтальных каналов этих систем, одновременно согласовывают в азимуте гироплатформы двух систем путем подачи на азимутальный гироскоп корректируемой системы управляющего сигнала, сформированного по разности сигналов датчиков гидроскопического курса этих систем,

. По окончании переходных процессов выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте, производят первое измерение и заполнение отфильтрованных сигналов коррекции горизонтальных каналов, после чего, прекращают подачу сформированных управляющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой системы и осуществляют разворот гироплатформы корректируемой системы в азимуте на 90°, путем подачи управляющего сигнала на азимутальный гироскоп корректируемой системы, по окончании разворота, возобновляют подачу управляющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой системы, с учетом поворота корректируемой1 системы на 90°, -затем, повторяют операции выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте с использованием начальных условий от базовой системы, по окончании данных операций производят второе измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции горизонтальных каналов по результатам двух измерения определяют дрейфы горизонтальных каналов корректируемой и базовой гироинерци- альной системы в соответствии с выражением

.)

1,Л| / 1 Л ц -ли,

2( d+ +

1 / Л Л| , А|| , ЛИ Л

% 2 ( 4 4 + + ofe)

Л (

АЛ

где Oj /%- измеренные дрейфы горизонтальных каналов корректируемой гироинерг циальной системы:

(D

cfy ,0)#г- измеренные дрейфы горизон тальных каналов базовой гироинерциаль ной системы;

ш ,(&д и й$ ,а - первый и второй от- фильтрованные сигналы коррекции горизонтальных каналов.

Целью изобретения является также расширение области использования для бесплатформенных измерительных систем. Поставленная дополнительная цель до- .стигается тем, что в вышеописанном способе исключают операцию согласования в азимуте корректируемой и базовой системы в первом и втором измерении сигналов, раз- 5 ворот блока чувствительных элементов корректируемой бесплатформенной инерциальной системы, осуществляют путем его установки на поворотное основание с фиксацией угла поворота на 90°. 0 На фиг. 1 изображен пример реализации способа измерений дрейфа ГИС; на фиг.2 - взаимное положение осей корректируемой и базовой ГИС при первом и втором измерении дрейфов; на фиг.3-7 - приведены ха- 5 рактёрные реализации математического моделирования способа измерения дрейфов ГИС в конкретных условиях примене- ния.

На фиг.1,2 приняты следующие обозна- 0 чения;

l,ll - контуры одноименных горизонтальных каналов с периодом Шулера корректируемой и базовой ГИС:

ч, Ну/- азимутальные каналы I и II ГИС; 5 AI, Аа - сигналы одноименных ускорений замеряемые I и II ГИС;

vi.va сигналы одноименной скорости, выдаваемые I и II ГИС;

сигналы гироскопического курса, выдаваемые I и II ГИС;

й)д ( од, ) - функции взаимного управления, соответственно при управлении по ускорению или скорости;

F - фильтр коррекции;

Шц- функция управления по гироскопическому курсу;

Б-|,Б2 -блоки вычисления навигацией-, ных параметров и формирования сигналов на компенсацию кориолисовых ускорений и угловой скорости вращения Земли;

Aji , Aj2K - сигналы на компенсацию кориолисовых ускорений;

Uji , Uj2 - сигналы на компенсацию угловой скорости вращения Земли;

UjyAi - дополнительные управляющие сигналы на гироскопы горизонтальных каналов I и II ГИС;

Ujvy - сигнал на выходе фильтра коррекции;

5

Ujiy - суммарный управляющий сигнал а гироскопы горизонтальных каналов I ГИС;

UjJyT дополнительный управляющий сигнал на гироскоп азимутального канала I ГИС;

И1, И2 - информация с азимутального и вертикального каналов и необходимые исходные данные;

Р1.Р2 - выходные параметры ГИС; Q у - сигнал на азимутальный гироскоп I ГИС для разворота ее в азимуте на 90°; П1-П4 - переключатели; X,Y - горизонтальные оси сопровождающего навигационного трехгранника;

Xi, YI - горизонтальные оси гироплат- формы I ГИС;

Хг, Ya - горизонтальные оси гироплат- формы II ГИС;

Ux, Uy, Uz - абсолютные угловые скоро- сти по осям сопровождающего трехгранни- ка; 0)4 ,(Da- систематические дрейфы по го- ризонтальным осям I ГИС; ау ,0)д- систематические дрейфы по го- ризонтальным осям II ГИС;

/Д./4 ошибка ориентации в азимуте I и II ГИС при первом измерения дрейфов;

$,$ ошибка ориентации в азимуте I и II ГИС при втором измерении дрейфов. Сущность способа состоит в том, что одновременно измеряется суммарный рейф корректируемой и базовой ГИС в двух различных положениях в азимуте гиро- платформы корректируемой ГИС относительно базовой, при этом измерения существляются автономно без использования внешней информации.

i В процессе измерения обе ГИС находятся в режиме навигации с периодом Шу- iepa в горизонтальных каналах и в ыд ают ютребителям необходимую, информацию. 1х установочные и отсчетные базы в азиму- е должны быть предварительно согласованы с заданной точностью (относительная погрешность установки отсчетных баз датчиков гироскопического курса сопрягаемой и базовой ГИС, равная 1 угл, мин,, может привести к погрешности измерений дрейфа 0,002 о/ч. Существуют датчики с точностью до единиц угл.сек), Для обеспечения измерения дрейфа за относительно короткое время (15-25 мин), снятия ограничений на движение объекта, разделения дрейфов корректируемой и базовой ГИС, исключе- н ие влияния погрешностей ориентации ги- роплатформы и дрейфов в азимуте на точность измерения горизонтальных дрейфов и обеспечения качества измерения вводят дополнительные операции.

1. Выравнивание вертикалей двух ГИС и погрешностей горизонтальных каналов по 5 скорости и координатам относительно базовой системы, путем подачи взаимоуправляющих сигналов на датчики моментов горизонтальных гироскопов I и II ГИС. Для чего сравнивают сигналы с акселеромет0 ром одноименных горизонтальных каналов AI и А2 (см. фиг.1) I и .II ГИС, их разность преобразовывают с помощью функции взаимного управления и после преобразования направляют на датчики моментов горизон5 тальных гироскопов, Взаимное управление обеспечивает быстрое согласование (демпфирование) вертикали I ГИС относительно II, исключает влияние собственных инструментальных погрешностей I ГИС на точ0 ность счисления, то есть ошибки счисления I ГИС становятся равными ошибкам II ГИС. Кроме того, при взаимном управлении в достаточном приближении передаточные функции по ошибкам I и II ГИС равным. Это обеспечивает

5 им одинаковые динамические характеристики при изменении параметров движения объекта и действии возмущений и обуславливает измерение дрейфа с требуемым качеством.

2. Согласование в азимуте корректируе0 мой и базовой ГИС. Одновременно с выравниваем вертикалей вводится операция согласования в азимуте, путем подачи управляющих сигналов на датчики моментов азимутальных гироскопов корректируемой

5 ГИС (см. фиг.1). Для чего сравнивают сигналы с датчиков гирпоскопического курса трп и I и Ч ГИС, затем их разность преобра- зовывают с помощью функции управления курсового канала после преобразова® ния направляют на датчик моментов азимутального гироскопа I ГИС.

Управление по гироскопическому курсу обеспечивает согласование погрешностей I относительно II ГИС а азимуте, то есть, их

5 ошибки ориентации гироплатформы и дрейфы становятся равными, кроме того, как и в горизонте, передаточные функции азимутальных каналов становятся идентичными. Это исключает влияние азимутальных дрей0 -фоз и погрешностей выставки в азимуте I и II ГИС на точность измерения горизонтальных дрейфов и улучшает качество измере- ний.

Затем, после выравнивания вертикаль5 ной и согласования в азимуте I и II ГИС, выполняют первое измерение сигналов с выхода фильтров коррекции (F) горизонтальных каналов и результаты измерений запоминают.

3. Разворот гироплатформы корректируемой ГИС в азимуте.

После первого измерения сигналов с фильтров коррекции горизонтальных каналов отключают управляющие сигналы на датчики моментов гироскопов горизонтальных и азимутального канала, путем размыкания ключей П1, П2, ПЗ, П4(см. фиг.1)иобе ГИС переводят в независимый режим работы. В процессе измерения дрейфов инерци- альная информация непрерывно поступает потребителям с базовой ГИС.

Разворот корректируемой гироплатформы в азимуте на 90° осуществляют путем замыкания ключа П4 и подачи калиброванного сигнала Q на датчик момента ее азимутального гироскопа.

Современные авиационные ГИС позволяют выполнить разворот гироплатформы 90° за время в пределах 3 мин/После выпол- нения разворота гироплатформы в азимуте, потворяют операции выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте I и И ГИС, но уже-с учетом того, что относительный угол между ними составляет 90°. Для чего замыкают ключи П1, П2, ПЗ и размыкают ключ П4, кроме того, в выходной сигнал гироскопического курса ГИС вводят поправку на 90°, а горизонтальные каналы сопрягают с учетом их рассогласования в азимуте на 90°, а начальные данные для I ГИС берут с.о II. По окончании процессов выравнивания горизонтальных каналов и1 согласования в азимуте выполняют второе измерение сигналов с фильтра коррекции и заносят .его в память. По результатам двух измерений определяют дрейфы горизонтальных каналов I и II ГИС в соответствии с выражением (1).

Измерение и коррекция дрейфов может периодически повторяться в процессе работы, при этом предыдущее измерение для выражения (1) будет являться первым, а последующее измерение вторым.

Способ измерения дрейфа гироинерци- альных систем включает следующие отличительные операции и признаки;

- дрейф одной инерциальной системы измеряется с помощью другой, при этом измеряется дрейф как базовый, так и кор- ректируемой ГИС;

- выравнивание горизонтальных каналов корректируемой и базовой ГИС;

- согласование гироплатформы в азимуте корректируемой и базовой ГИС;

- разворот гироплатформы корректируемой ГИС в азимуте на 90°.

Основное отличие способа состбит в том, что осуществляют автономное измере ние дрейфа двух взаимоуправляемых ГИС.

Докажем и обоснуем достижение поставленной цели.

В соответствии со структурной схемой (фиг.1) и взаимным положением осей (фиг.2) динамику взаимодействия двух ГИС в процессе измерения дрейфа можно описать следующей системой дифференциальных уравнений:

ai- V иД+ IU,- и, . (2)

А- %- v 45+и; - игз, -u;,+uX+uX-uX,

«2 fii/-U. + Uk + Vk-Vy

2. d. i f-i 1. A- «W- Ч.+ ui+ ui- . (3) ojv2- 1-Ц+ qЈt+ u - ц,

+ Uya/Wl-Uz/3l UA-Uya-Uxa/ 1+U2ai ,(4) l -Uz-Uyaai + Uxa/3l

4

fUx, t10 t t1k .Uy, t20 t t2k

Uy, t10 t tlk

.-Ux, t20 t -t2k ,

+ Uy -Uz/fe.

ЦзГиУ и № + иг«2(6)

u Uz-Uyoa + Uxjfc.

U -Vyi/Rn

Ux

(5)

и

ya:

uJrVx17 Rn

Ц5 - о

(7)

и

Jc CV2/Rn

ul- v-2 / Rn

(8)

vxi / (Axi +Axak) dt о

Vy1 / ().dt

(9)

/ (Ax2 + Ax2k) dt о

j (Ay2 + Ay2k)dt

Ax1 Axa + Aya/Mi-Az/ t + ДэХ1 АУ1 Aya - AXa//i + Az «i + Д Ју

л (A,

, Д ,tzo«t«4ic

fH)

ГА;, t1oSt t

i К

4 It

,Ау, t2o itst2K 2) AIJI it (о

4..,J. . X

ЈК

L-Axo taofi tst

АХ2 Ах + Ay JU2 Аг /% + А 3x2 АУ2 Ау - .Ах //2 + Az Оц + Д З.у2

Jp.

их,, «..„siut

L-Uxo zo t

ik

4S,- UZ1K

иЛ-Ux2k

ч;-

u;r Мйк .+ и ч1-,+ 1й,

u;r uv

uJ -иу

efu

1JJ, - иЯ

%-°

Uj (S

лг

183876110

(S)JAAxi

ли . nAu. + .Uti.c (ig

0)

ДА

-{

Ахг ,11в4Ј,к

Ax,-A4a iaosltЈ tZK

13)

15)

6)

10

15

20

25

30

35

40

45

(S)Ayyi ЦУ- (S))Avxi

-

Aw rvV,i« tfet«

AVJ ,tto

ЛУхг

Vx. . г.к

lif (S)AAy2 ЦУ. L-4WA(S)AAx2

ЛАте

А|ц-Ачг1 ю б111с

гк

,t, Axi-Axa.ttaut tiit

Д

, гк

(S)AVV

|AVv,tio st tik

lAV-V2,t20 t t2k

AVvi VH -Vw Д V-V2 VH - - /2 Vn Vv

VV2

Vv. tioЈtЈtik

VVa

(20)

ftf)

(22)

f)

(25)

(26)

(27)

50

я:

(28)

В системе уравнений (2) - (28) приняты следующие обозначения: йе ,и - угловые ошибки ориентации 55 1-йГИ;

I 1,2 - индекс, соответственно, первой и второй ГИС;

оь, (о , (а - дрейфы по осям 1-й ГИ;

Ux, Uy, Uz - абсолютные угловые скорости по осям сопровождающего трехгранника:

. сигналы коррекции на ориентации 1-й ГП по осям сопровождающего трехгранника;

kи k

Ч Ч сигналы на компенсацию угловой скорости вращения Земли по осям 1-й ГП;

ЦУ. , UV , UЈ - сигналы управления по

°J. ., Lг1осям i-и ГП;

Vxi, vyi - относительные линейные скорости, замеряемые t-й ГИС по горизонтальным осям;

АХ|, Ayi - линейные ускорения, замеряемые акселерометрами i-й ГИС по горизонтальных осям;

Axik, Ayik - сигналы на компенсацию ко- риолисовых ускорений по горизонтальным осям 1-й ГИС;

ЛЭхь Aayi - погрешности в измерении ускорений по горизонтальным осям 1-й ГИС;

АХ, Ау, Аг - проекции кажущегося ускорения на оси сопровождающего трехгранника;

ipr - гироскопический курс i-й ГИС;

i/V - идеальное значение гироскопического курса;

дум погрешность датчика гироскопического курса 1-й ГИС;

Rn - приборное значение радиуса Земли;

tio - tik - интервалы времени первого и второго процессов измерения дрейфов;

- символ обратного преобразования Лапласа;.

S - оператор Лапласа.

Система уравнений (2) - (28) описывает динамику взаимодействия двух ГИС в процессе первого и второго измерения дрейфов. Динамика процесса поворота корректируемой ГП не учитывалась, так как этот процесс технологический и не влияет на точность измерения дрейфов, а этап второго измерения дрейфов начинается с новы- ми начальными условиями для корректируемой ГИС. В процессе измерения навигационная задача решается по информации базовой ГИС.

Найдем решение системы (2) - (28) на этапе первого измерения дрейфов. Подставляя в систему значения параметров для случая но t tik , раскрывая ее относительно а,р,р и преобразовывая по Лап- ласу,получим:

){5ЦэЧ - Ц,(5Ъ

(5)4и51.1К,{9)(е) &M M°buVas).)V( га)

WAl5),(5)(5)A13l(5bSA14t(-,

ар,ы- Ш ыгр,ы- .i5) J, w+

w(,(5)F(5i.-3p1i5}+3|itW Sft;,(s)-«Ajt(s)i (

.leb&A ,-,

P.l6).pl(o)«B|Uii5).Wvls)((5b (s)4 (30)

Ч,(5).

(31)

° Al a fi+Ux.fi

В (29) - (31) приняты обозначения:

(32) бАх Аа Ч-Ау/л ,

(З/uyi ДаУ|-Ах/л(33)

v- частота Шулера;

g - ускорение силы тяжести Земли,

При преобразовании полагали, что;

Ux -- ) (Ay + Ayik)dt+Ukxi

40

Uy 5- / (Ах + Axik) dt + Uyik о

(34)

Uz Uzik + Uzik

соответственно, для первой и второй ГИС, а

также не учитывали перекрестные связи по угловой скорости из-за ошибок как не существенные и не влияющие на суть изобретения. Как видно из выражения (29) - (31) на первом этапе измерения дрейфов система уравнений распадается на три автономных системы по каналам.взаимодействия двух ТИС. Решая систему (29) относительно си и «2, систему (30) относительно/ иДг, а систему (31) относительно/гт и /и получим:

«, и. t..M .вици

(,, 05)()

(s), HsXNti M ii FCsi

.г,9«;Па ----- (36

е обозначили;

,W-.(, effB).e(,{d|.(ail((%),(((si (T)

,(«

№

5 5 «JtU|1.(((6l4t)t.((5H(t(Sl (. F(5|

stsMV sVjs aC WsflMSFtsHf si

(S lis MjSWuleUflFIS),,

{ц(5|.р,(о)и 1Ы.«А „Ы лЛ5|4 :(

.K/Sl-JAj.Wl

Ip.Jei p.W ftl js;;,- M)

-W lCSAJl.tsMAj.Wl Stp.tbUWyCiUnttS) . (%Г

«9;

129)

wo

la.

|M l--g-

,,, № (.(

{(и,-|иг(оЬиН115).C4J)

Для обеспечения устойчивости работы двух взаимосвязанных ГИС в процессе измерения дрейфов и приемлемого времени переходных процессов выравнивания вертикалей, согласования в азимуте и измерения дрейфов, был проведен синтез динамической системы, выбраны структура и параметры функций WA (S), F (S) и W,(S) следующего вида и соответствующей размерности

WA(S) |кгА + К2А,

-

F(S) l Kiv+K2v, VMS)

. . К2А 2 Ю 3.

Ю 7, K2v 2 Ю 5

К,Г6-Ю-4, -10 2

С учетом (44) знаменатель выражений (35), (36), (38), (39) (характеристическое уравнение горизонтальных каналов) будет иметь вид: A 1(S +v2)S3+2gK2AS2 +

S

+ (v +2g KIA +g K2v) S+gKiv,

(45)

следовательно, первые слагаемые числителя этих выражений со временем затухают (согласно теореме в конечном значении),

остальные слагаемые в числителях выраже- ; ний для «1 и 02, з также и/fc соответственно равны между собой. Значит, по истечении времени переходного процесса 5 величина а становится равной оа , а Дг ( а точностью до установившейся ошибки), определяемой погрешностью ак- лесерометров, а следовательно, равны погрешности в определении скорости и 10 координат одноименных горизонтальных каналов двух ГИС.

Аналогичные выводы можно сделать и для азимутального канала, если сравнить выражения (41) и (42). По истечении времени 15 переходного процесса величина /л становится равной величине /4z с точностью до погрешности датчиков гироскопического курса, последние в современных системах тарируются и могут составлять единицы уг- 20 ла, сек, что существенно меньше ошибок начальной выставки и дрейфов.

Таким образом, доказано осуществление двух операций выравнивания в горизонте 2-х ГИС и их согласование в азимуте. 25 Покажем, чему равны результаты перво- го измерения горизонтальных дрейфов.

Сигналы на выходе фильтров коррекции горизонтальных каналов при первом изме- . рении дрейфов ( :Јti«) в соответствии 30 с (20), равны;

Fi(S)s4JfҐ(S) + F(S)Avyi(S)

Ру(5) + и(5) -F(S)AUxi(S)(46) Раскрывая (46Хполучим:

F ShFKiiforf..CSHSAj.lSl-iA Cy .-Р(5) p,fe) И, (5)-,, (5)

(т;

45

50

55

Подставляя в (47) а,$ (выражения (35) - (39), получим:

F. M.FW-lf1 .

SL6 4 + s NAC5H F(e)

(5)(sO (W,- рг- р(5)Г - SUfi/S)-(6) 8 )42g5Wft(S)F(5)4 + )(S)

. 151838761 16

Подставляя значения f,.(S).-(S) (37),(40).,r , , , „ в (48),при этом полагая, что4(5) (5)-

4,(S) .y.oio,#o ( (SV

const, и переходя от изображения к ори- 5 5(и1((иЛоНсо(иД5ЬМ(Д5)(иД5)-гиг(5)+ гиналу, получим установившиеся значениял . « -, сигналов на выходе фильтров коррекции + - Vrzv 5)J

S(u5,(Sb(ul(oUG)|Ut( o| Я Fx(tycT)-« ,10 где.

Изобретение относится к области опре- , ;еления навигационных параметров при полощи гироинерциальных систем (ГИС) 1авигации и может быть использовано для ,1втономного измерения и коррекции дрейфа базовой и корректируемой ГИС на движущемся объекте, а также при создании инерциальных комплексов на базе нескольких ГИС с автономной коррекцией горизонтальных каналов. Целью изобретения является обеспечение возможности автономного измерения дрейфа горизонтальных каналов корректируемой и базовой ГИС на движущемся объекте и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что осуществляют коррекцию одной ГИС (корректируемой) от другой ГИС (базовой), выравнивание горизонтальных каналов корректируемой ГИС относительно базовой, согласование в азимуте корректируемой ГИС относительно базовой: первое измерение и запоминание отфильтроазн- ных сигналов коррекции горизонтальных каналов, разворот корректируемой гиро- платформы (блока чувствительных элементов) в азимуте на 90°, повторное выравнивание горизонтальных каналов и согласование в азимуте корректируемой ГИС относительно базовой; второе измерение и запоминание; определение дрейфов корректируемой и базовой ГИС по результатам двух измерений. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. СО С

offf Fy (tycr ) «X - u/ , (49) + Ux

Таким образом, в первом измерении,, сигналы на выходе фильтров коррекции рав- 15 At О)Л1 ны разности дрейфов одноименных горизонтальных каналов корректируемой и ш со - Uy//a базовой ГИС и не зависят от погрешностей г г , начальной выставки и погрешностей в изме- WH w -f-Ux/- 2 (53) рении ускорений. 20 z.

С другой стороны, если проанализиро- д дН - л л вать (49), с учетом (32), при условии /л /ui о /Чс1 - Aaxi - Ах/л (во время измерений), то получим . ,

(5 Ау1 ДаУ1 - AYlai

л I9R

ofe,, . н

с5-А(12 Дах2+Ау/«2

(50) ,,,

(5А|йг Дау2 -Ах 12 (54) , , Из последнего выражения видно, что OQ

результаты первого измерения дрейфов неКак видно из системы (51) при втором зависят от азимутальных погрешностей I и измерении дрейфов канал а работает coll ГИС. Можно сделать вывод, что в первом вместно с каналом/Зг, а канал с каналом измерении операция выравнивания верти- .02. Работа каналов /л и /# (52) осталась калей и согласования в азимуте двух ГИС, 35 без изменений (30), поэтому, решение пер- автоматически обеспечивают выделение го- вого измерения и все выкладки по азиму- ризонтальных дрейфов из состава других тальному каналу применимы ко второму погрешностей I и II ГИС. измерению дрейфов. Решая систему (51) отРезультаты первого измерения , й за- носительно ,/3ivi «г,получим: поминают.с 40

Найдем решение системы (2) - (28) на этапе второго измерения дрейфов, подстав- 4.(«5((ts)tt({,.ceiit55Ftsn li5)

tj feb----------------------------------- MS)

ляя в нее значения параметров для случая (sM ifsM sjsvMsb ts) tao t t2k, ракрывая .ее относительно n . a,@,fi и преобразовывая по Лапласу.пол- 45 Рг№---(.очг г п-----(S6 учим: .

где

s W+ tej- Xtel- A ceb (яу

(5l.iF(s)-,((Sb&Aj(5)4§Af2(s); 5° .lsuH« -SAj(S||SAl OT; 5 5ЬрДо и«((5и ),

+ ,(5)(б)45А(б)).Mol41N R: jA ((51 Sft w f

5Msb(oU(s)-i(5)(+ 55

.,((51-&А(5).№,. CM.,. f59)

г (s .

„( is UsM .sw.tsuaFtyi------ K

где

fS P-t°l + «p,AIxIl(,(s)5

(4 (61)

11 (sl-otaKW feb

«г

#2)

10

Как показывают выражения (55) - (62), анализ и выводы, сделанные по горизонтальным каналам в первом измерении (35 ) - (40), справедливы и для второго измере- ния. Определим результаты второго измерения горизонтальных дрейфов. Сигналы на выходе фильтров коррекции горизонтальных каналов при втором измерении дрейфов, в соответствии с (20), (21), на интервале t20 t t2k по аналогии с первым измерением, равны:

(S) F(S)vyi(S ) +vx2(S)

Fy (S) -F(S)vxi(S) - -vyz(S)(63) Раскрывая (63), получим:

F(6)F{5)K,((5)a(S)A;:z(40 F l---|F((51 cMSHfiA; l-SA tsO

I Подставляя в (64)a, (55), (56), (59)(60), получим:

Х «К й-«-;« «

FjWgFfell

42g5Wa(-, )

f 3 {« .( ..rt,..,,, Л -r----------- -4 A,, (5)+fiA4 {S

L5%Jl + (5b4(;(51 J

«$).,

i Подставляя (57), (58), (61) в (65) и nepexo- |дя от изображения к оригиналу, при тех же условиях, что и в первом измерении, ползучим установившееся значение сигналов на

выходе фильтров коррекции при втором измерении:

ЭД FJ, ( tycr ) й -ГЛ, ty F(tycr)

(66)

10

Подставляя (53) в (66) и учитывая, что f.i //2 по окончании переходного процесса согласования в азимуте двух ГИС, получим

wrf

О)

Лг

15

fwli о) + о.,

ЯJjf, of

(67)

Используя результаты первого измерения (50) и второго измерения (57), можно вычислить дрейфы по горизонтальным каналам сопрягаемой и базовой ГИС в соответствии с выражениями

1

(68)

(лI i ЛП i I Ч 4 tti+Wp +f/i3)

л1 / л| , л I л|| , 11

ftie, 2(o« + )

л1 / л I л , Ml , АП

Ч,. 2 ( Щ °i + а) + «и)

/ М л ll i Н N

2 W

)

(60),

$).,

exo- х же полв на

35

40

45

50

55

Таким образом, доказано, что предлагаемый способ с помощью последовательных операций позволяет измерить горизонтальные дрейфы корректируемой и базовой ГИС и выделить их из ошибок начальной выставки, погрешностей в измерении ускорений и азимутальных дрейфов сопрягаемой и базовой ГИС.

Для доказательства работоспособности способа в динамических режимах и оценки методической точности измерений дрейфов, было проведено моделирование на ЭВМ системы уравнений (20) - (28), описывающей динамику измерения.

При моделировании процесс измерения дрейфов начинался при взлете самолета, наборе им высоты 10000 м и скорости 200 м/с и далее продолжался в горизонтальном полете.

На фиг. 3 показана динамика процесса выравнивания вертикалей горизонтальных каналов, в левой части на этапе первого измерения (I), в правой на этапе второго измерения (II). Как видно из фиг.З, процесс выравнивания вертикалей заканчивается

через 150-180 с из начального положения корректируемой ГИС, равного по аю -1 Ю-3 рад по/3ю -1.2 рад, далее согласованное изменение вертикалей происходит с частотой Шулера. На фиг.4 пока- зано это изменение на интервале с 300 с до 3000 с для первого измерения. Ошибка выравнивания вертикалей определяется разностью погрешностей в измерении ускорений I и II ГИС. В приведенных графи- ческих иллюстрациях погрешности акселерометров составляли Аах 2 м/с2, v4M/c2, Дау2 1 -10 4M/c2

10

.

Дау, 3

АаХ2 1

В первом измерении а «02,1 -fa , а во втором измерении (после поворота сопрягаемой ГИС на 90°), «1 fii, fi - G5z

Эти результаты моделирования подтверждают аналитические выражения (35), (36), (38), (39), (55), (56), (59), (60). На фиг.5 показана динамика процесса согласования I и II ГИС в азимуте.

Процесс согласования в азимуте закан- чивается через 200 с при ошибках начального положения /гю -2 10 рад;/ 20 1,45

рад, далее обе ГИС согласованно уходят в азимуте с дрейфом базовой системы. В данном примере азимутальные дпей-

-фы были равны 1:45 , 4-35

1/с. На фиг.6 показана динамика изменения сигналов с фильтров коррекции,, в левой части рисунка в первом измерении, в правой части рисунка во втором измерении. В данном случае переходный процесс заканчивается через 500-600 с. Заданные значения дрейфов по горизонтальным каналам I и II ГИС были равны;

й 2,42 Ю-7 1/с, w,,, -1,96 107 1/с.оц,-1 1/ч, 0.5 .

В соответствии с выражением (50) в первом измерении идеальное значение суммарных дрейфов на выходе фильтров

должно быть «4 1,42 1/с,.„.«

-2,46 1/с и согласно (67) во втором

измерении должно быть и 1.92

1/с. (tf Jj -0,96 1/с. Сравнивая за- данные идеальные значения с реальными установившимися значениями на выходе фильтров (см. фиг.6), увидим, что они очень близки. На фиг.7 показана динамика погрешности измерения дрейфов r/j и йУ (аналогичный вид она имеет и для м и eo Jg ), где обозначено

А«4 &А -«if

0

5

п

c

5

0

5

0 5

-aJa ,

На фиг.7 после 600 с масштаб по верти кальной оси увеличен в 10 раз. Из фиг.7 видно, что методические погрешности измерения дрейфов составляют Дсг 3,1 10

1/с, Д«У -2,4 10 9 1/с на 600 с измерения и соответственно -2,6 1/с, и 4,2 10 1/с на 900 с измерения. Таким образом, доказано, что предлагаемый способ позволяет измерять дрейфы сопрягаемой и базовой ГИС с потенциальной методической погрешностью измерения 1 10 /с.ч. После измерения дрейфов производят их коррекцию известными путями, либо формируют корректирующий сигнал на гироскопы базовой системы, либо учитывают ошибку от дрейфа в выходных параметрах ГИС, причем, можно корректировать ошибки от дрейфа в координатах, накопленные в системе с начала ее работы, так как время работы системы до момента измерения дрейфов фиксируется и известен закон г изменения ошибок в определении скорости и координат от дрейфа гироскопов.

При длительных режимах работы ГИС измерение и коррекцию дрейфов можно повторять периодически, путем циклического поворота корректируемой ГИС относительно базовой в положение 0 и 90° и последо- вательным повторением указанных операций в каждом положении. Измерение дрейфов Б предыдущем положении корректируемой ГИС принимается за первое измерение, а в последующем положении за второе измерение. Минимальный период изме рения и коррекции дрейфов может соста в- лять ЮН 5 мин в зависимости от требуемой точности измерений.

Использование данного способа может обеспечить методическую погрешность в определении координат от горизонтальных дрейфов 2 км за несколько суток при начальном уровне дрейфов 0,01 о/ч.

В существующих ГИС без использования автономного способа измерения и коррекции дрейфов, указанная погрешность составляет 2 км за час при дрейфе 0,01 о/ч.

Предлагаемый способ, кроме автономности измерения и коррекции дрейфов, имеет еще важное преимущество, по сравнению с известными способами измерения и коррекции дрейфов с помощью радиотехнических средств, в качестве и точности измерений дрейфов, так как сигналы инерциальных систем являются гладкими по сравнению с сигналами радиотехнических систем.

Предлагаемый способ измерения и коррекции дрейфов может быть реализован и в

бе :платформенных инерциальных систе- мак, в которых горизонтальные каналы с периодом Шулера реализованы в ЦВМ. При использовании способа в бесплатформен- ньм системах исключается операция согласования в азимуте, так как измерительные осп горизонтальных акселерометров двух блоков чувствительных элементов не расходятся в азимуте из-за азимутальных дрейфов.

| Кроме того, блок чувствительных элементов сопрягаемой системы устанавливаете) на поворотную площадку с точной фиксацией угла поворота на 90°. Предлагаемый способ измерения и коррекции дрейфов может дать существенный экономический эффект при использовании в гироинерциальных системах миниатюрных, сравнительно низкой точности, дешевых гироскопов, при этом, обеспечивая высокую точность системы, путем автономною измерения и коррекции дрейфов без применения внешних средств коррекции горизонтальных каналов ГИС.

I Данный способ может быть рекомендован для внедрения предприятиям, организациям и фирмам, занимающимся созданием, испытанием и эксплуатацией гироинерциальных систем и навигационных комплексов, построенных на их основе. Формулаизобретения 1, Способ измерения дрейфа гироинер- ци льных систем, включающий коррекцию гироинерциальной системы от базового датчика скорости путем подачи управляющих сигналов на гироскопы горизонтальных каналов, сформированных путем фильтрации разности скоростей гироинерциальной систем ы и датчика базовой скорости, выделение дрейфа гироинерциальной системы, о т- ли|чающийся тем, что, с целью обеспечения возможности автономного измерения дрейфа горизонтальных каналов корректируемой гироинерциальной системы и базового датчика скорости на движущейся объекте и повышения точности измерений, в качестве базового датчика скорости используют гироинерциальную сис|тему, при этом осуществляют выравни- ван|ие горизонтальных каналов корректиру- емЬй гироинерциальной системы относительно базовой путем подачи дополнительных управляющих сигналов на гиро- скспы горизонтальных каналов корректируемой и базовой систем, сформированных по разности сигналов с акселерометров одноименных горизонтальных каналов этих систем, одновременно согла- сов ывают в азимуте гироплатформы двух

систем путем подачи.на азимутальный гироскоп корректируемой системы управляющего сигнала, сформированного по разности сигналов датчиков гироскопического курса 5 этих систем, по окончании переходных процессов выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте производят первое измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции горизонталь0 ных каналов, после чего прекращают подачу сформированных управляющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой систем и осуществляют разворот гироплатформы корректируемой системы в азимуте на

5 90°, путем подачиуправляющего сигнала на азимутальный гироскоп корректируемой си- 1 стемы, по окончании разворота возобновляют подачу управляющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой сис0 тем с учетом поворота корректируемой системы на 90°, затем повторяют операции выравнивания горизонтальных каналов и согласования в азимуте с использованием начальных условий от базовой системы, по

5 окончании данных операций производят второе измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции горизонтальных каналов, по результатам двух измерений определяют дрейфы горизон0 тальных каналов корректируемой и базовой гироинерциальной системы в соответствии с выражением

1

ЛИ i ЛИ

I / I 1 FI IГ ч

/()

1 / I . л л || ./Ч 1ч

™л 2(а) + а)(°« (

ЛIf Л| Л| . Л II . А II .

0)лГ2( + а«+аЬ)

ЛI /Ч I , Л 11

°ХГ2( °k

где ctfy , Wj9f измеренные дрейфы горизонтальных каналов корректируемой гироинерциальной системы;

ЛЛ

( , ( измеренные дрейфы горизон- тальных каналов базовой гироинерциальной системы;

о4 , (, cdtf , $д - первый и второй отфильтрованные сигналы коррекции горизонтальных каналов.

базовой системы в первом и втором измере-ной инерциальной системы осуществляют нии сигналов, разворот блока чувствительныхпутем его установки на поворотное основа- элементов корректируемой бесплатформен-ние с фиксацией угла поворота на 90°.

Ј

№

Ml мг

Уг Ъ

Фиг. г

AfeL -Atfo)

Фиг.1

К

Т

diji tiopod

-г.-ч

-ь

-If ра.3

h

$

d.t,lbixiO fe

I

±.с

Ac

ьоо

ч/50300 Y50 600

-2

-Ц

-(,

Фиг, 4

Jh

M v

..;.x, /

,

tf8e

vy

f4V

1

a/, 0 ;

- I v J v«

э 7

V

/Г

//,w« Trfr 4

t- J у I v

jr b

J

19Z.8C81

i