Гироазимуткомпас с автоматической выработкой навигационной информации

Гироазимуткомпас с автоматической выработкой навигационной информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области технических средств судовождения, а именно к двухрежимным корректируемым гирокурсоуказателям (ГКУ) и гироазимуткомпасам (ГАК), предназначенным для определения курса относительно географического меридиана - в режиме гирокомпаса (ГК) или угла отклонения от заданного направления - в режиме гироазимута (ГА). Поскольку гирокомпасы (режим ГК) по своим техническим возможностям могут работать, как правило, только до широт 80-87°, то в более высоких широтах используется режим ГА, в том числе при ведении счисления в квазигеографической системе координат.

Как известно, названные гироскопические курсоуказатели и гироазимуткомпасы в режиме гирокомпаса имеют широтную и скоростную девиацию. Для осуществления широтной коррекции к гироскопическому чувствительному элементу (ЧЭ) гироазимуткомпаса и гирокурсоуказателя прикладывается горизонтальный корректирующий момент (коррекция в азимуте), а для скоростной коррекции - вертикальный корректирующий момент (коррекция по высоте) [Е.Л.Смирнов, А.В.Яловенко, А.А.Якушенков. Технические средства судовождения. Теория. - М.: Транспорт, 1988. - 376 с.].

При использовании названных гироскопических приборов в режиме ГА, а такое использование имеет актуальное значение в высоких и приполюсных районах, осуществляется только широтная коррекция:

где Н - кинетический момент гироскопа [Н·м·с];

ω₀ [рад/с] - угловая скорость вращения Земли в инерциальном пространстве;

φ [градусы, минуты] - широта плавания;

V_E [м/с] - линейная скорость движения судна по параллели;

R₀ [м] - радиус Земли [м];

L_ky [Н·м] - горизонтальный (азимутальный) корректирующий момент;

Hω₀sinφ[Н·м] - первая составляющая корректирующего момента, вызванная вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли (угловой скорости вращения меридиана в горизонтной системе координат). В данной составляющей величина:

ω₀sinφ=ω₂ [рад/с] - вертикальная составляющая угловой скорости вращения Земли (угловой скорости вращения меридиана в горизонтной системе координат);

- вторая составляющая корректирующего момента, вызванная вертикальной составляющей угловой скорости вращения судна при его движении по параллели (угловой скорости вращения меридиана вследствие движения судна по параллели). В данной составляющей величина:

R₀cosφ=r [м] - радиус параллели места судна;

[рад/с] - вертикальная составляющая угловой скорости вращения судна при его движении по параллели (вращение меридиана в горизонтной системе координат вследствие движения судна по параллели);

[рад/с] - полный вектор угловой скорости вращения судна вокруг оси Земли (в инерциальном пространстве) вследствие его движения по параллели.

Удержание чувствительного элемента в плоскости горизонта осуществляется вертикальным моментом, который формируется по данным физического маятника - индикатора горизонта (ИГ) или акселерометра, которые измеряют отклонение ЧЭ по высоте.

В настоящее время надводные суда достигают районов северного полюса, следовательно, реальным становится вопрос промышленного освоения Арктики. Таким образом, задачи обеспечения плавания судов в арктических широтах приобретают особую актуальность. В частности, актуальной становится техническая задача повышения точности и степени автоматизации курсоуказания в высоких и приполюсных широтах. В этих широтах, как известно, не работают ни магнитные компасы, ни гирокомпасы, поэтому и по курсу судно управляется только от гироазимута.

Для ведения графического счисления в диапазоне широт 80-85° используются морские карты как в географической, так и в квазигеографической системах координат. В указанном диапазоне широт переходят к ведению счисления из географической системы координат в квазигеографическую, поскольку в широтах выше 85° морские карты существуют только в поперечной меркаторской проекции (в квазигеографической системе координат). Для перехода от географического курса ГК [градусы] судна к квазикурсу K_g [градусы] используется формула

K_g=ГК+Q [градусы],

где Q - угол перехода, то есть угол между квазимеридианом и географическим меридианом, и равный, без учета сжатия Земли, географической долготе χ места судна в градусах:

Q=λ [градусы].

С этого момента выработка вышеназванной второй составляющей корректирующего момента прекращается, так как теперь квазиполюс находится на квазиэкваторе в новой системе координат, следовательно, вращение квазимеридиана от движения судна по квазипараллели не происходит. Таким образом, в квазигеографической системе координат вырабатывается только вышеназванная первая составляющая корректирующего момента:

Hω₀sinφ=L_ky1 [H·м].

Известен гироазимуткомпас «Вега» [В.В.Воронов, В.К.Перфильев, А.В.Яловенко. Технические средства судовождения. Конструкция и эксплуатация. - М.: «Элмор», 1988. - 336 с.], предназначенный для судов арктического плавания. ГАК «Вега» для судов арктического плавания имеет основной прибор, содержащий гироскопический чувствительный элемент с косвенным управлением по данным индикатора горизонта, обеспечивающим связь ЧЭ с Землей. Управляющие и корректирующие моменты прикладываются к ЧЭ датчиками моментов через вертикальные и горизонтальные торсионы. В состав комплекта ГАК «Вега» входит также прибор-корректор, вырабатывающий, в частности, сигналы, по которым формируются вышеназванные корректирующие моменты. Прибор-корректор имеет также электромеханическую схему в виде расшифровывающей следящей системы, позволяющей рассчитывать вторую составляющую горизонтального корректирующего момента L_ky до широты 88°, однако эту схему в целях достоверности данных рекомендуется отключать и переходить в режим ГА уже в широте 85°. В этом случае, как указано выше, она не нужна, так как одновременно систему курсоуказания переводят введением угла перехода Q=λ в квазигеографическую систему координат и, гироазимут в этом случае вырабатывает квазикурс.

Недостатком известного прибора является отсутствие в высоких широтах географического курса на судне, а следовательно, невозможность определения географических направлений. Определение таких направлений необходимо при выполнении судном некоторых специальных задач.

Угол перехода Q может быть получен только расчетным путем и только вручную по счислимой географической долготе. Таким образом, отсутствие автоматической выработки текущего угла перехода Q_T в условиях влияния субъективного фактора является вторым недостатком известного прибора.

Третьим недостатком известного прибора является низкая точность выработки корректирующего момента с помощью упомянутой специально созданной для высоких широт электромеханической расшифровывающей следящей системы. Ее входной сигнал незначительный и пропорционален величине угловой скорости V_E/R₀, входящей во вторую составляющую корректирующего момента. В дальнейшем он сравнивается с также незначительным сигналом, пропорциональным cosφ. Так реализуется функция tgφ. Поскольку значение функции tφ при приближении к широте 90° резко увеличивается, то даже малая ошибка входного сигнала, умноженная на большую величину tgφ, на выходе схемы дает значительную погрешность в точности выработки данных. Кроме того, указанная схема вообще не позволяет реализовать функцию tgφ в широтах, близких к 90°, так как ее значение стремится к бесконечности. Точность работы схемы в широтах выше 88° резко снижается из-за изменения линейности сигнала tgφ. Названные обстоятельства являются основными причинами, вследствие которых в ГАК «Вега» для судов арктического плавания расчет второй составляющей корректирующего момента ограничен широтой 88°.

Четвертый недостаток известного прибора связан с необходимостью периодической ручной коррекции ЧЭ гироазимуткомпаса при плавании в квазигеографической системе координат. Дело в том, что в принципе для обеспечения курсоуказания в квазигеографической системе координат угол перехода Q, введенный в схему гироазимута в точке входа в квазигеографическую систему координат, менять не нужно, так как ЧЭ удерживается в квазимеридиане первой составляющей корректирующего момента. В этом случае в текущем месте судна гироскопический ЧЭ отклонен от географического меридиана на величину угла ΔQ, равного разности угла перехода Q_Т в текущем месте судна и угла перехода Q в точке входа в квазигеографическую систему координат: ΔQ=Q_T-Q.

Кроме того, гироазимут всегда имеет собственный неучтенный дрейф в азимуте градус/час. Отклонение ЧЭ в азимуте (то есть поправка квазикурса ΔK_g) за счет указанного дрейфа в азимуте может быть получено прямым измерением с помощью астрономических средств, что не всегда возможно по метеоусловиям. Для нахождения полного (суммарного) угла ΔK отклонения ЧЭ от географического меридиана производят алгебраическое суммирование значения ΔK_g со значением угла ΔQ:

ΔK=ΔQ+ΔK_g [градусы].

При каждом измерении поправки квазикурса ΔK_g определяют дрейф ЧЭ в азимуте по формуле

где ΔK_g2 [градусы] - поправка, полученная в текущее время;

ΔK_g1 [градусы] - ранее измеренная поправка;

t [часы] - промежуток времени между определениями поправок.

В случае невозможности выполнения астрономических наблюдений по погодным условиям отклонение ЧЭ рассчитывают по ранее определенному дрейфу с использованием формулы:

,

где t_n [часы] - время плавания между предыдущим моментом ввода коррекции до текущего момента времени.

Однако с течением времени дрейф ЧЭ гироазимута может изменяться. С целью его контроля при указанной невозможности астрономических наблюдений рекомендуется заклинивать судно во льдах и проверять дрейф по скорости изменения показаний курсовых шкал в течение не менее 30 минут [Б.М.Коган, М.В.Чичинадзе. Судовой гироазимуткомпас «Вега». - М.: «Транспорт», 1983. - 200 с.]. Очевидно, что любой вход в ледяное поле опасен для судна, однако в этом случае он необходим для целей курсоуказания.

Принципиально названное суммарное отклонение ΔK чувствительного элемента от географического меридиана может достигать значения от 0 до 180°. Но при использовании известного прибора допустимая величина отклонения не должна превышать значения 30°, так как в противном случае значительно возрастает вертикальный дрейф ЧЭ, с которым схема ранее названного вертикального момента, формируемого от индикатора горизонта, не справляется, и ЧЭ отклоняется от плоскости горизонта на значительный угол [Б.М.Коган, М.В.Чичинадзе. Судовой гироазимуткомпас «Вега». - М.: «Транспорт», 1983. - 200 с.]. Данное обстоятельство, в свою очередь, приводит к резкому снижению точности работы гироазимута. Следовательно, ЧЭ необходимо периодически корректировать, приводя его в географический меридиан вручную. После чего вводят новый угол перехода Q для точки коррекции. Частота ввода коррекции зависит от курса и скорости судна и расстояния до полюса - чем ближе к полюсу, и(или) чем выше скорость, тем выше частота. Например, в широте 89° при движении судна по параллели скоростью 10 узлов производить коррекцию необходимо через 3 часа, а в широте 89,5° при тех же условиях движения корректировать ЧЭ необходимо уже через 1,5 часа. Причем в течение времени ввода коррекции прибор не может выполнять свои функции, что немаловажно. Такие же действия необходимо выполнить и по возвращению из приполюсных районов при обратном переходе в географическую систему координат, что также требует дополнительного времени и необходимой точности. Такие недостатки имеет известный гироазимуткомпас «Вега» для судов арктического плавания.

Известен гирокурсоуказатель «ГКУ-1» [Е.Л.Смирнов, А.В.Яловенко, В.К.Перфильев, В.В.Воронов, В.В.Сизов. Технические средства судовождения. Т.2. Конструкция и эксплуатация. - СПб.: «Элмор», 2000. - 656 с.], имеющий основной прибор, содержащий гироскопический чувствительный элемент, управляемый по данным индикатора горизонта путем наложения управляющих моментов, а также прибор-корректор, в котором сигнал, пропорциональный корректирующему моменту L_ky, создается по данным широты φ от автопрокладчика и скорости V от лага. При переходе в квазигеографическую систему координат прибор может использоваться в режиме гирокомпаса (ГК) до широты 87°. Таким образом, вторая составляющая корректирующего момента вырабатывается до широты φ=87°. В более высоких широтах известный «ГКУ-1» переводят в режим ГА, и выработка второй составляющей корректирующего момента прекращается. Проблема нахождения географического курса ГК решается обратным путем - вычислением из известного уравнения относительно географического курса:

ГК=K_g-Q [градусы].

Этот вариант реализуется или вручную, или автоматически с помощью автопрокладчика, или с помощью электронной картографической системы, снабженной специальной программой. Для непрерывного получения географического курса необходимо постоянно из квазикурса вычитать значение географической долготы.

Недостатком известного прибора является то обстоятельство, что коррекция ЧЭ как в географической, так и квазигеографической системах координат, а также угол перехода вырабатываются неавтономно, что не позволяет использовать прибор отдельно, не в составе навигационного комплекса.

Второй недостаток известного прибора состоит в том, что в квазигеографических координатах географический курс только вычисляется, но не вырабатывается, а гироскопический чувствительный элемент в режиме ГА находится в квазигеографическом меридиане. Таким образом, остается необходимость в вышеназванной периодической ручной коррекции ЧЭ. Такие недостатки имеет гирокурсоуказатель «ГКУ-1».

Известен гирокомпас с внешней коррекцией [Патент РФ №2063611], включающий все элементы основного прибора и прибора коррекции известных гирокомпасов с косвенным управлением (типа "Вега", ГКУ-1 и др.), а также блок дополнительной коррекции, сопряженный с комплексом судовых навигационных средств и прибором коррекции и работающий таким образом, что по данным внешней информации и сигналу управления прецессией чувствительного элемента формируется сигнал дополнительной коррекции, обеспечивающий приведение оси ЧЭ к плоскости меридиана и горизонта.

Недостаток известного прибора состоит в том, что блок дополнительной коррекции не является автономным и работает по данным внешних источников информации. В случае потери связи с указанными источниками или выходе из строя одного из них блок дополнительной коррекции работать не сможет.

Второй недостаток известного прибора заключается в невозможности использования блока дополнительной коррекции в режиме ГА. Таким образом, в приполюсных широтах необходима ручная коррекция ЧЭ, которая, как указано выше, выполняется эпизодически, а проблема автоматической коррекции ЧЭ и автоматической выработки угла перехода остается нерешенной.

Известен принятый за прототип гироазимуткомпас с автоматической выработкой навигационной информации [заявка №2010103270/28(004528) на патент РФ], с автоматической коррекцией широты места судна, содержащий функционально самостоятельные элементы и их связи: пульт оператора, имеющий узлы ручного ввода данных широты места и скорости судна, блок электронный, блок внешнего источника информации, имеющий в составе лаг и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, а также центральный прибор с гироскопическим чувствительным элементом, трансляционное устройство курса с репитерами курса и устройство автономной автоматической коррекции широты места судна, образованное последовательно соединенными усилителем, интегрирующим устройством и суммирующим устройством. При этом первый выход блока электронного соединен с первым входом центрального прибора, второй выход блока электронного имеет электрическую связь со вторым входом центрального прибора, а выход центрального прибора имеет электрическую связь с трансляционным устройством курса судна. Узел ручного ввода широты места судна пульта оператора подключен к первому входу устройства автоматической коррекции широты места судна, а выход устройства автоматической коррекции широты места судна, в свою очередь, подключен к первому входу блока электронного. Узел ручного ввода скорости судна пульта оператора подключен к второму входу блока электронного, лаг и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы блока внешнего источника информации подключены к блоку электронному соответственно через его третий и четвертый с пятым входы. Причем первый выход блока электронного дополнительно соединен со вторым входом устройства автоматической коррекции широты места судна.

Известный прибор имеет достаточно высокую степень автоматизации: в частности процедура запуска и остановки осуществляется автоматически; применен автоматический переход из режима «Гирокомпас» в режим «Гироазимут» при маневрировании судна; реализовано автоматическое введение информации о скорости и широте места судна от спутниковой навигационной системы, а также автоматическая сигнализация об исчезновении этой информации [Е.Л.Смирнов, А.В.Яловенко, В.К.Перфильев, В.В.Воронов, В.В.Сизов. Технические средства судовождения. Т.2. Конструкция и эксплуатация. - СПб.: «Элмор», 2000. - 656 с.]; в случаях, когда автоматическая коррекция широты невозможна от приемоиндикатора спутниковой навигационной системы, используют устройство автоматической коррекции широты места судна [заявка №2010103270/28(004528) на патент РФ]. Известный гироазимуткомпас используют в режиме «Гирокомпас» только до широт 75°, а в режиме «Гироазимут» - до 80°. Автоматический запуск известного гироазимуткомпаса обеспечивает достаточно быстрый его приход в меридиан. По этой причине он не имеет устройства ускоренного приведения в меридиан, то есть устройства ручного управления чувствительным элементом в азимуте. Указанное обстоятельство ограничивает возможности использования прибора в режиме «Гироазимута». Например, плавание в широтах от 75 до 80°, что возможно по техническим условиям, не может быть длительным. Несмотря на то что дрейф ЧЭ названного гироазимуткомпаса составляет всего 0,1-0,2 градус/час, за сутки поправка гироазимута может достичь около 5°. При этом ввести коррекцию в прибор невозможно. Это является недостатком гироазимуткомпаса. Вторым недостатком известного прибора остается невозможность его использования в квазигеографической системе координат как из-за отсутствия ручной или автоматической коррекции гироазимута, так и невозможности ввода угла перехода к квазикурсу в приполюсных широтах для ведения счисления в квазигеографической системе координат.

Технической задачей, на которую направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно при постоянной выработке с высокой точностью географического курса в любых широтах с помощью гирокомпаса или гироазимута обеспечить в высоких широтах, вплоть до полюса Земли, дополнительно в режиме гироазимута его автоматическую коррекцию в географическом меридиане, а также автоматическую выработку квазикурса и тем самым обеспечить счисление в квазигеографической системе координат и соответственно с одновременной непрерывной автоматической выработкой счислимых географических координат места судна.

Указанная техническая задача достигается тем, что в известном гироазимуткомпасе с автоматической выработкой навигационной информации, содержащем пульт оператора, имеющий узлы ручного ввода данных широты места и скорости судна; центральный прибор с гироскопическим чувствительным элементом; блок электронный, формирующий сигналы коррекции гироскопического ЧЭ; блок внешнего источника информации, включающий лаг и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы; трансляционное устройство курса (транслятор курса) с репитерами курса, а также устройство автоматической коррекции широты места судна, при этом первый выход блока электронного соединен с первым входом центрального прибора, второй выход блока электронного имеет электрическую связь со вторым входом центрального прибора, а выход центрального прибора имеет электрическую связь с трансляционным устройством курса судна; кроме того, узел ручного ввода широты места судна пульта оператора подключен к первому входу устройства автоматической коррекции широты места судна, а выход устройства автоматической коррекции широты места судна подключен к первому входу блока электронного; узел ручного ввода скорости судна пульта оператора подключен к второму входу блока электронного, лаг и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы блока внешнего источника информации подключены к блоку электронному соответственно через его третий и четвертый с пятым входы, первый выход блока электронного дополнительно соединен со вторым входом устройства автоматической коррекции широты места судна, в отличие от него заявляемое дополнительно содержит обычное вычислительное устройство всеширотной коррекции гироазимуткомпаса; интегрирующее устройство; первое, второе и третье суммирующее устройство; первый и второй усилитель; первый и второй переключатель; узел ручного ввода начальных данных долготы места судна, индикатор текущей долготы места судна и устройство ручной коррекции гироазимуткомпаса. При этом первый вход вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса соединен с выходом узла ручного ввода скорости пульта оператора, его второй вход соединен с выходом лага блока внешнего источника информации, его третий вход соединен с выходом устройства автоматической коррекции широты места судна, а его четвертый вход соединен с выходом центрального прибора. Первый выход вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса соединен с входом первого усилителя, выход которого соединен со входом интегрирующего устройства. Выход интегрирующего устройства соединен с первым входом первого суммирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом узла ручного ввода данных начальной долготы места судна, а выход первого суммирующего устройства соединен со входом индикатора текущей долготы места судна и с первым входом второго суммирующего устройства. Дополнительно к выходу центрального прибора подключен первый вход первого переключателя, имеющего три положения. Первый выход первого переключателя соединен со входом трансляционного устройства курса судна; второй выход первого переключателя соединен со вторым входом второго суммирующего устройства. Третий выход первого переключателя соединен со входами судовых потребителей географического курса при плавании судна в квазигеографической системе координат. Выход второго суммирующего устройства соединен со вторым входом первого переключателя. Второй выход вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса соединен с первым входом третьего суммирующего устройства, а третий выход вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса соединен со вторым входом третьего суммирующего устройства, выход которого соединен с входом второго усилителя. В свою очередь, выход второго усилителя соединен с первым входом второго переключателя. Второй вход второго переключателя соединен со вторым выходом блока электронного, а выход указанного второго переключателя соединен со вторым входом центрального прибора. Дополнительно к второму входу центрального прибора подключено своим выходом устройство ручной коррекции гироазимута.

Совокупность отличительных и ограничительных признаков заявляемого изобретения, выражающаяся в дополнительной установке известных вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса, первого и второго усилителей; первого, второго и третьего суммирующего устройства; первого и второго переключателей, узла ручного ввода начальных данных долготы места судна, индикатора текущей долготы места судна, интегрирующего устройства, в совокупности с их связями обеспечивает достижение поставленной технической задачи следующим путем.

При штатном запуске гироазимуткомпаса в пульт оператора вводят через соответствующие узлы ручного ввода данные о начальной долготе λ_Н места и скорости судна. С выхода узла ручного ввода скорости снимается напряжение U_V и подается одновременно на второй вход блока электронного и первый вход вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса. Напряжение U_V, пропорциональное скорости судна, может подаваться и автоматически с блока внешнего источника информации от лага на третий вход блока электронного и второй вход вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса. Данные о начальной широте φ_Н места судна вводят также с пульта оператора через узел ручного ввода широты, с выхода которого снимается напряжение Uφ_Н, которое подается на первый вход известного устройства автоматической коррекции широты [см. заявку №2010103270/28(004528)]. На второй вход названного устройства автоматической коррекции широты с первого выхода блока электронного подается напряжение, пропорциональное вертикальному корректирующему моменту скоростной девиации, который, в свою очередь, пропорционален приращению широты. Устройство автоматической коррекции широты формирует сигнал Uφ_T, пропорциональный текущей широте места судна, и подает со своего выхода на первый вход блока электронного и на третий вход вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса. Кроме того, на четвертый вход вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса с выхода центрального прибора подается напряжение U_ГК, пропорциональное курсу судна.

Вычислительное устройство всеширотной коррекции гироазимуткомпаса формирует угловые скорости, входящие в состав широтной коррекции:

- угловую скорость вращения меридиана вследствие вращения Земли [рад/с]:

ω₂=ω₀sinφ [рад/с],

где ω₂ [рад/с] - вертикальная составляющая угловой скорости вращения Земли (угловая скорость вращения меридиана в горизонтной системе координат);

ω₀ [рад/с] - угловая скорость вращения Земли;

φ [градусы, минуты] - широта плавания;

- и вертикальную составляющую угловой скорости вращения меридиана вследствие движения судна по параллели

где ω_E [рад/с] - вертикальная составляющая угловой скорости вращения меридиана вокруг вертикали вследствие движения судна по параллели;

V_E [м/с] - линейная скорость движения судна по параллели;

Δφ [рад] - угловое расстояние от текущей широты φ_Т места судна до полюса:

;

l - [м] расстояние по меридиану от текущей широты φ_T до полюса;

π=3,14 [рад]=180°.

При этом сама составляющая ω_E формируется в два этапа. На первом этапе формируется угловая скорость ω_E0 вращения судна относительно оси Земли:

,

которая является скоростью изменения долготы при движении судна по параллели.

Напряжение Uω_E0, пропорциональное угловой скорости вращения меридиана относительно оси Земли вследствие движения судна по параллели, с первого выхода вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса поступает на вход первого усилителя, где происходит преобразование сигнала в градусную меру:

Mω_E0=57,3 ω_E0 [градус/с]

где М=57,3° - количество градусов в одном радиане.

Напряжение U₁ω_E0 в новом масштабе с него поступает на вход интегрирующего устройства. Следовательно, интегрирующее устройство без учета сжатия Земли рассчитывает приращение долготы:

где Т₁ и T₂ [с] - пределы интегрирования, определяемые временем начала и окончания плавания судна по параллели.

Изложенное в представляемом происходящем процессе выражение формально отличается по записи от известной принятой без учета сжатия Земли в автосчислителях и автопрокладчиках [Паластров В.Ф. и др. Навигация. - М.: Воен. издат. МО, 1967. - 792 с.], которая имеет вид:

Размерность разности долгот в ней зависит от выбранных единиц скорости. Как правило, - это узлы, то есть мили в час. Поскольку одна минута по экватору равна 1 миле, то полученная величина равна количеству угловых минут, пройденных по экватору в заданное время. Деление в ней на cosφ дает разность долгот в зависимости от широты места судна. Однако скорость, как известно, может быть измерена также в градусах и дуговых минутах в час, тогда Δλ будет в градусах и минутах долготы.

В представляемой формуле входящее в нее соотношение V_E/l не зависит от выбранных единиц измерения. Если скорость V_E измерена в градусах и дуговых минутах в час, а расстояние до полюса l, как дуга меридиана выражена в градусах, то при вводе коэффициента масштаба М=57,3° Δφ получается в градусах. При этом угол и дуга, на которую этот угол опирается, равны друг другу и имеют одну размерность, следовательно, справедливо равенство Δφ/l=1, поскольку данные величины сокращаются. Известно также, исходя из значения входящего в формулу значения Δφ, что:

Представленные преобразования показывают и подтверждают достоверность изложенного, а именно, что:

Очевидно, что представляемая формула полностью обращается в принятую в судовождении формулу, но является предпочтительной в заявляемом изобретении, так как используется в нем для выработки момента коррекции посредством интегрирующего устройства, в то время как принятая в судовождении формула для работы гироазимуткомпаса не нужна.

С выхода интегрирующего устройства напряжение UΔλ, пропорциональное приращению долготы, подается на первый вход первого суммирующего устройства (первого сумматора). На второй вход указанного первого сумматора подается напряжение Uλ_H, пропорциональное начальной долготе места судна, с выхода узла ручного ввода долготы. Данный узел в частном случае может монтироваться в пульт оператора. Таким образом, первый сумматор вычисляет текущую долготу места судна:

λ_T=(λ_H+Δλ) [градусы, мин].

С выхода названного первого сумматора напряжение Uλ_T, пропорциональное текущей географической долготе места судна, поступает на индикатор текущей долготы λ_T и на первый вход второго суммирующего устройства. Так работает устройство выработки текущей долготы во всех широтах. Таким образом, заявляемый гироазимуткомпас приобрел дополнительные функции автосчислителя.

Дополнительно к выходу центрального прибора подключен первый вход первого переключателя, который имеет три положения. Географический курс в этом случае снимается в виде напряжения U_ГК с выхода центрального прибора и поступает на первый вход первого переключателя, который устанавливают в первое положение, в котором он коммутирует передачу курса с его первого выхода на вход трансляционного устройства и репитеры курса.

При переходе в квазигеографическую систему координат первый переключатель устанавливают во второе положение, тем самым коммутируют подачу напряжения U_ГК, пропорционального географическому курсу, со второго выхода названного переключателя на второй вход второго сумматора. Второй сумматор суммирует электрические сигналы:

K_g=ГК+λ_T=ГК+Q_T [градусы],

где Q_T [градусы] - текущий угол перехода к квазигеографическому курсу (квазикурсу).

Т.е. он вырабатывает квазикурс, учитывая, что угол перехода равен долготе места судна. С выхода второго сумматора напряжение UK_g, пропорциональное квазигеографическому курсу, поступает на второй вход первого переключателя, а с его первого выхода поступает на трансляционное устройство и репитеры курса. Теперь названные репитеры отображают квазикурс K_g.

Третье положение первого переключателя используется также в квазигеографической системе координат: напряжения U_ГК, пропорциональное географическому курсу, с его третьего выхода поступает для обеспечения судовых потребителей географического курса, а со второго выхода названного переключателя поступает на второй вход второго сумматора, где, складываясь с напряжением Uλ_Т, преобразуется в напряжение UK_g, пропорциональное квазигеографическому курсу, которое поступает на второй вход первого переключателя, а с его первого выхода - на трансляционное устройство и репитеры курса.

Таким образом, имея три положения, первый переключатель решает следующие задачи. В первом положении он передает географический курс от центрального прибора на трансляционное устройство и репитеры. Во втором положении он передает географический курс от центрального прибора на второй сумматор, где формируется квазикурс, а затем передает квазикурс на трансляционное устройство и репитеры. В третьем положении первый переключатель выполняет последнюю из указанных функций, то есть передает квазикурс на трансляционное устройство и репитеры, и дополнительно через свой третий выход подключает судовые потребители географического курса, которые необходимы при плавании в квазигеографической системе координат. Потребителями географического курса, в зависимости от решаемых судном конкретных задач, могут быть пеленгаторные репитеры, некоторые системы судовой автоматики, радиолокаторы, системы ориентации неуправляемых летательных аппаратов, полет которых осуществляется за пределы квазигеографической системы координат.

Широтная коррекция гироскопического ЧЭ центрального прибора осуществляется следующим образом. Напряжение Uω_Е, пропорциональное вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли (угловой скорости вращения меридиана в горизонтной системе координат) вследствие движения судна по параллели, подается со второго выхода вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса на первый вход третьего суммирующего устройства (третьего сумматора). С третьего выхода вычислительного устройства всеширотной коррекции гироазимуткомпаса на второй вход третьего сумматора подается напряжение Uω₂, пропорциональное вертикальной составляющей угловой скорости вращения меридиана вследствие вращения Земли. В третьем сумматоре происходит суммирование данных электрических сигналов:

ω_Σ=(ω₂+ω_E) [рад/с]

где ω_Σ [рад/с] - суммарная вертикальная составляющая угловой скорости вследствие вращения Земли и движения судна по параллели;

ω₂=ω₀sinφ [рад/с] - вертикальная составляющая угловой скорости вращения Земли (угловой скорости вращения меридиана в горизонтной системе координат);

[рад/с] - вертикальная составляющая угловой скорости вращения судна при его движении по параллели (вращение меридиана в горизонтной системе координат вследствие движения судна по параллели).

Напряжение Uω_Σ, пропорциональное сумме названных угловых скоростей, с выхода третьего сумматора подается на вход второго усилителя, где производится его умножение на величину кинетического момента гироскопа H [Н м/с]. Таким образом формируется напряжение UL_ky, пропорциональное моменту широтной коррекции:

где L_ky [Н·м] - горизонтальный корректирующий момент;

Н - кинетический момент гироскопа [Н·м·с];

ω₀