Способ выработки навигационных параметров и вертикали места

Способ выработки навигационных параметров и вертикали места

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть использовано для обеспечения навигации морских, воздушных и наземных объектов.

Известен способ выработки навигационных параметров и вертикали места, включающий измерение составляющих кажущегося ускорения при помощи акселерометров, установленных по осям приборных трехгранников, каждый из которых связан с данной (не менее двух) гироплатформ, формирование сигналов управления гироплатформами, отработку сформированных сигналов при помощи гироскопов и вычисление навигационных параметров и вертикали места, при этом, сигналы управления основной и дополнительной гироплатформами формируют из условия обеспечения неравенства скоростных и отсутствия баллистических девиаций [1].

Недостатком известного способа являются ограниченные возможности точностных и динамических характеристик.

Целью изобретения является повышение точностных характеристик и расширение динамических возможностей способа.

Технический эффект достигается тем, что сигналы управления гироплатформами формируют таким образом, чтобы обеспечить нелинейную связь между значением скоростной девиации и значением горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости, например: для основной гироплатформы по закону

и для дополнительной гироплатформы по закону

где α ₁ и α ₂ - значения скоростных девиаций гироплатформ;

- значение горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости;

ω ₀ - частота Шулера;

n₁, n₂ - параметры системы,

при этом дополнительно используют информацию и свойства инерциальной системы с интегральной коррекцией, а гироплатформы в карданных подвесах устанавливают на стабилизированной в горизонте платформе, созданной инерциальной системой с интегральной коррекцией, таким образом, чтобы наружные оси карданных подвесов были перпендикулярны стабилизированной в горизонте платформе.

На фиг.1 представлена функциональная блок-схема инерциальной системы для осуществления способа.

Рассматриваемая инерциальная система с линейной коррекцией состоит из двух конструктивно идентичных стабилизированных гироплатформ 1 и 1′ и блока 2 управления и выработки выходных параметров БУВВП. На каждой стабилизированной гироплатформе расположен один трехстапенной гироскоп 3 и 3′ . При этом кинетический момент гироскопа перпендикулярен плоскости стабилизированной гироплатформы. Гироскопы имеют датчики 4, 5 и 4′ , 5′ моментов и датчики углов 6, 7 и 6′ , 7′ . Кроме того, на каждой стабилизированной гироплатформе установлены акселерометры 8, 9 и 8′ , 9′ . Оси чувствительности акселерометров на каждой гироплатформе ортогональны между собой и параллельны плоскости гироплатформы. Ось одного акселерометра параллельна внутренней оси карданного подвеса гироплатформы. Наружные оси карданных подвесов 11 и 11′ установлены перпендикулярно стабилизированной в горизонте платформе 18 (см. фиг.2), созданной инерциальной системой с интегральной коррекцией. Выходы датчиков углов 6, 7 и 6′ , 7′ гироскопов 3 и 3′ через посредство усилителей 12, 13 и 12′ , 13′ соединены с входами следящих двигателей 14, 15 и 14′ , 15′ , которые связаны с осями карданного подвеса. С этими же осями связаны датчики углов 16, 17 и 16′ , 17′ . Входы датчиков 4, 5 и 4′ , 5′ момента гироскопов 3 и 3′ соединены с соответствующими выходами блока 2 управления и выработки выходных параметров. Выходы акселерометров 8, 9 и 8′ , 9′ и датчики углов 16, 17 и 16′ , 17′ соединены с соответствующими входами БУВВП-2.

Информационно БУВВП-2 связан с инерциальной системой с интегральной коррекцией 19.

Выходами БУВВП для потребителей являются К - курс объекта, ϕ - широта места, λ - долгота места, θ и ψ - углы бортовой и килевой качек.

Функционирует предлагаемая система следующим образом. Каждая гироплатформа с помощью следящих двигателей 14, 15 и 14′ , 15′ соответственно по сигналам рассогласования датчиков углов 6, 7 и 6′ , 7′ гироскопов 3 и 3′ все время удерживается в одной плоскости с кожухом гироскопа.

Кожух каждого гироскопа вместе с гироплатформой приводится в положение, соответствующее заданному значению скоростной девиации для данной гироплатформы, с помощью моментов, накладываемых через датчики моментов 4, 5 и 4′ , 5′ гироскопов 3 и 3′ токами управления по сигналам, вырабатываемым в БУВВП. Поскольку заданные значения скоростных девиаций различны для каждой гироплатформы, разности показаний датчиков углов 17 и 17′ являются исходными источниками информации для определения горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу. В качестве исходной системы координат выберем сопровождающий трехгранник Дарбу E⁰N⁰ξ⁰, ориентированный осью ON⁰ по горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости . Тогда проекции абсолютной угловой скорости трехгранника Е⁰N⁰ξ⁰ на его оси будут O; ; r. Проекции ускорения вершины трехгранника E⁰N⁰ξ⁰ на его оси суть (r· v); g,

где g - ускорение силы тяжести.

С кожухом гироскопа первой гироплатформы жестко свяжем правую систему координат Е₁N₁ξ₁. С кожухом гироскопа второй гироплатформы - систему координат E₂N₂ξ₂. Систему координат - E₁N₁ξ₁ - получим поворотами вокруг оси Oξ⁰ на угол Δ К₁; вокруг вспомогательной оси OE_1,1 на угол α ₁ и вокруг оси Oξ₁ на угол Δ K₁cosα ₁. Систему координат E₂N₂ξ₂ - получим поворотами вокруг оси Oξ⁰ на угол Δ К₂ вокруг вспомогательной оси OE_2,1 на угол α ₂ и вокруг оси Oξ₂ на угол Δ K₂cosα ₂.

Проекции абсолютной угловой скорости трехгранников E₁N₁ξ₁ и E₂N₂ξ₂ на их оси OE₁; ON₁; OE₂; ON₂ будут;

Проекции ускорения вершин трехгранников E₁N₁ξ₁ и E₂N₂ξ₂ на оси ON₁; OE₁ и оси OE₂; ON₂ будут:

Для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций

;

сигналы управления гироскопами в системах координат E₁N₁ξ₁, и E₂N₂ξ₂ могут иметь вид, например,

или для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций:

;

где

При n>1 и n>2 увеличивается направляющая сила, воздействующая на гироскоп, и тем самым уменьшается влияние дрейфа гироскопа на точность вырабатываемых параметров.

Для максимального диапазона измерения примем n₂=-n₁.

По значению угла α _пр или по разности ускорения W_N1-W₂ вырабатывают горизонтальную составляющую абсолютной угловой скорости из соотношений

Вертикальную составляющую абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу r_пр вырабатывают из соотношения

По значениям ; r_пр и курсу компасному К_ГК вырабатывают координаты места ϕ и λ и курс объекта K.

Инерциальная система с интегральной коррекцией, обеспечивающая стабилизацию гироплатформ в горизонте, по горизонтальным составляющим абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу может определять самостоятельно значения компасного курса объекта К_ГКИС и значение самой горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости . По показаниям акселерометров инерциальная система может определять проекции ускорения вершины трехгранника Дарбу. E⁰N⁰ξ ⁰ на его оси OE⁰ и ON⁰

(r· V)_ИС;

Указанная информация вместе с одноименной информацией, выработанной рассматриваемой инерциальной системой с линейной коррекцией, может быть использована для управления обеими этими системами. При этом, используя сигналы разности одноименной информации, обеспечивают асимптотическую устойчивость (демпфирование) этих двух систем, а также оценку их инструментальных погрешностей.

Для совместной работы с рассматриваемой инерциальной системой может быть использована любая модель задачи инерциальной системы с интегральной коррекцией. При этом в качестве стабилизированной в горизонте платформы может быть использована платформа либо с косвенной стабилизацией по сигналам инерциальной системы с интегральной коррекцией, либо собственно гироплатформа инерциальной системы полуаналитического типа. Данный способ может быть реализован и в бесплатформенной инерциальной системе.

Источники информации

В.А.Беленький - Патент №2046289 РФ.

Способ выработки навигационных параметров и вертикали места, включающий измерение составляющих кажущегося ускорения при помощи акселерометров, установленных по осям приборных трехгранников, каждый из которых связан с данной (не менее двух) гироплатформой, формирование сигналов управления гироплатформами, отработку сформированных сигналов при помощи гироскопов и вычисление навигационных параметров и вертикали места, при этом сигналы управления основной и дополнительной гироплатформами формируют из условия обеспечения неравенства скоростных и отсутствия баллистических девиаций, отличающийся тем, что сигналы управления гироплатформами формируют таким образом, чтобы обеспечить нелинейную связь между значением скоростной девиации и значением горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости, например, для основной гироплатформы по закону

и для дополнительной гироплатформы по закону

где α₁ и α₂ - значения скоростных девиаций гироплатформ, V/R - значение горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости,

ω₀ - частота Шулера;

n₁, n₂ - параметры системы,

при этом дополнительно используют информацию и свойства инерциальной системы с интегральной коррекцией, а гироплатформы в карданных подвесах устанавливают на стабилизированной в горизонте платформе, созданной инерциальной системой с интегральной коррекцией таким образом, чтобы наружные оси карданных подвесов были перпендикулярны стабилизированной в горизонте платформе.