способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах
Классы МПК: | G01C17/38 испытание, юстировка, балансировка компасов |
Автор(ы): | Плотников П.К., Скрипкин А.А., Мельников А.В., Рассудов В.М. |
Патентообладатель(и): | Саратовский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-06-05 публикация патента:
10.04.1998 |
Изобретение может быть использовано в навигации и геомагнитных измерениях с борта летательных аппаратов. Проводят предстартовые измерения бортовым магнитометром продольной, поперечной и нормальной составляющих вектора напряженности результирующего магнитного поля объекта в его курсовом положении. Дополнительно измеряют значения продольной, поперечной и нормальной составляющей результирующего магнитного поля объекта не менее чем шестью бескардановыми трехкомпонентными магнитометрами. Соответствующие оси чувствительности их параллельны и расстояние между ними фиксированы. Измеряют углы гироскопического курса, тангажа и крена на площадке с известными горизонтальной и вертикальной составляющими геомагнитного поля. Измеренные значения преобразуют в параметры эквивалентного источника магнитных помех объекта, с учетом которых в процессе движения находят значение угла магнитного курса подвижного объекта. Магнитометры устанавливают в одной плоскости и на одной прямой на съемной немагнитной рейке, имеющей поворотную угломерную шкалу. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
Способ выполнения девиационных работ на подвижном объекте, включающий предстартовые измерения бортовым магнитометром продольной, поперечной и нормальной составляющих вектора напряженности результирующего магнитного поля объекта в его курсовом положении и измерение углов гироскопического курса, тангажа и крена на площадке с известными горизонтальной и вертикальной составляющими геомагнитного поля, нахождение значения угла магнитного курса в процессе движения подвижного объекта, отличающийся тем, что при одном курсовом положении дополнительно измеряют значения продольной, нормальной и поперечной составляющих результирующего магнитного поля объекта не менее, чем шестью бескардановыми трехкомпонентными магнитометрами, соответствующие оси чувствительности которых параллельны и расстояния между которыми фиксированы, установленными в одной плоскости и на одной прямой на имеющей поворотную с возможностью фиксации установленного положения угломерную шкалу съемной немагнитной рейке, устанавливаемой в одной плоскости и на одной прямой на фиксированном расстоянии с бескардановым трехкомпонентным бортовым магнитометром, измеренные значения преобразуют в параметры эквивалентного источника магнитных помех объекта, с учетом которых в процессе движения находят значение угла магнитного курса подвижного объекта.Описание изобретения к патенту
Изобретение касается магнитного курсоуказания и навигации, может быть использовано для повышения точности курсовых систем подвижных объектов, например летательных аппаратов (ЛА). Известен способ выполнения девиационных работ, включающий измерение датчиком магнитного курса на подвижном объекте проекций магнитного поля на горизонтальные оси, связанные с объектом, и вычисление коэффициентов девиации [1]. Недостатком известного способа является неполное и неточное определение коэффициентов девиации. Известен способ выполнения девиационных работ, заключающийся в компенсации магнитных девиаций эталонным магнитным полем, формируемым на объекте с помощью магнитомягких и магнитотвердых материалов. Требование точного выполнения условий компенсации сводится к выполнению равенства нулю всех коэффициентов девиации [2]. Однако в этом способе при компенсации не учитываются зависимости коэффициентов девиации от изменяющихся условий ориентации и местоположения объекта. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ компенсации девиации курсоуказателя подвижного объекта, основанный на предстартовом нахождении коэффициентов Пуассона и компонентов постоянного магнитного поля подвижного объекта по результатам обработки показаний бортового трехкомпонентного бескарданового магнитометра в различных пространственных положениях объекта и использовании полученных зависимостей для определения магнитного курса в процессе движения объекта [3]. Недостатком известного способа является большая трудоемкость выполнения предстартовых девиационных работ, вызванная последовательной фиксацией объекта на множестве различных магнитных курсов при различных углах крена и тангажа. Кроме того, эти работы должны проводиться на специально подготовленных девиационных площадках. Однако в связи со значительными сложностями по оборудованию этих площадок по стране имеется весьма ограниченное их количество. Для проведения регламентных девиационных работ (периодичность 1...2 раза в год) ЛА требуется перегонять с аэродрома базирования на эту площадку, зачастую до нескольких тысяч километров, что влечет за собой чрезмерные расходы горючего, ресурса ЛА, затраты летного времени и проч. Вследствие этого регламентные сроки проведения девиационных работ на практике нарушаются в ущерб безопасности полетов. Задачей изобретения является разработка такого способа проведения регламентных предстартовых девиационных работ, который позволил бы их проводить на любых аэродромах базирования, при отсутствии специальных устройств для поворотов и фиксации объекта по углам тангажа и крена. Предложен способ выполнения девиационных работ, предусматривающий многоточечные предстартовые магнитометрические измерения продольной, нормальной и поперечной составляющих вектора напряженности, результирующего магнитного поля объекта в его курсовом положении и измерение углов гироскопического курса, тангажа и крена на площадке с известными горизонтальной и вертикальной составляющими геомагнитного поля, нахождение значения угла магнитного курса в процессе движения объекта. Для проведения измерений магнитного поля у объекта в одном курсовом положении с помощью съемной немагнитной рейки с угломерной шкалой, на которой в одной плоскости и на одной прямой расположены не менее шести бескардановых трехкомпонентных магнитометров, оси чувствительности которых взаимно параллельны и расстояния между которыми известны, устанавливаемой на объекте в одной плоскости и на одной прямой на фиксируемом расстоянии с бескардановым трехкомпонентным магнитометром объекта, дополнительно измеряют значения продольной, нормальной и поперечной составляющей результирующей магнитного поля объекта, углы гироскопического курса, тангажа и крена объекта, указанные значения преобразуют в параметры эквивалентного источника магнитных помех объекта, на котором находят значения девиационной поправки к компасному курсу. Техническим результатом изобретения является то, что для проведения девиационных работ не требуется специальная площадка, "чистая" в магнитном отношении и оборудованная сложными и громоздкими устройствами для придания аппарату соответствующих углов по курсу, крену и тангажу. Перед проведением девиационных работ следует определить горизонтальную и вертикальную составляющие геомагнитного поля для данного аэродрома, что также легко выполнимо путем замеров общеизвестными магнитометрическими датчиками [2]. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2-5 - примерные измерения для реализации изобретения. Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит трехкомпонентный бескардановый магнитометр 1, жестко установленный на ЛА; блок шести съемных трехкомпонентных магнитометров 2, устанавливаемых при выполнении девиационных работ на ЛА на немагнитной рейке с угломерной шкалой в плоскости и ориентируемых по осям чувствительности магнитометра 2 на известном расстоянии. Блоки 1 и 2 предназначены для измерения продольной Tx1, поперечной Tx3 и нормальной Tx2 составляющих вектора напряженности геомагнитного поля на оси связанной системы координат OX1X2X3. Устройство содержит также датчик 3 курса для определения гироскопического курса![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/936.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108006/947.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108342/957.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108223/967.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108223/967.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/936.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108538/950.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108345/951.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/936.gif)
Соотношения для определения параметров эквивалентного источника магнитных помех объекта основываются на следующих теоретических положениях. Поскольку на ЛА по авиационным требованиям магниточувствительные датчики устанавливаются на наибольшем удалении от магнитных масс с таким расчетом, чтобы в точке установки датчика собственное магнитное поле ЛА составляло величину не более 200
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108006/947.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108006/947.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108006/947.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108223/967.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108223/967.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108538/950.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108345/951.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108538/950.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108538/950.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108345/951.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/936.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/936.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108342/957.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108006/947.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-2t.gif)
где
T
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108538/950.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108345/951.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-3t.gif)
где
P, Q, R - составляющие постоянного МПО по осям OX1, OX2, OX3 ЛА соответственно. Истинное магнитное поле в системе координат OX1X2X3 теперь определяется законом, аналогичным приведенному, например, в [7, c.7]
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-4t.gif)
где
k - номер оси системы координат OX1X2X3. Аппроксимируют Tkk в виде рядов [3]
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-5t.gif)
где
Tkk и x - величины, известные по результатам многоточечных магнитометрических измерений на борту ЛА с помощью бескардановых трехкомпонентных магнитометров;
a(1Xk)...a(3Xk) - коэффициенты, которые подлежат определению с помощью, например, метода наименьших квадратов [8]:
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-6t.gif)
где
m = n + 1;
n - число магнитометров;
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-7t.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-8t.gif)
Теперь систему уравнений можно записать в виде:
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-9t.gif)
где
S0 = n + 1. Известно, что если среди точек x0 ... xm нет совпадающих, что обеспечивается установкой магнитометров и n
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108001/8773.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-10t.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-11t.gif)
При этом визуально снимают по угломерной шкале величину угла
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108012/945.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-12t.gif)
При этом визуально снимают по угломерной шкале также величину второго угла разворота съемной рейки
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108012/945.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/8736.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108012/945.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108012/945.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-13t.gif)
Перед проведением девиационных работ после установки съемной немагнитной рейки с расположенными на ней шестью бескардановыми трехкомпонентными магнитометрами по оси крыла ЛА - АВ на расстоянии l = 0,3 ... 2 м от бортового бескарданового трехкомпонентного магнитометра ЛА расстояния от точки расположения каждого из шести бескардановых трехкомпонентных магнитометров съемной немагнитной рейки
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-14t.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-15t.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-16t.gif)
где
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-17t.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108009/916.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108538/950.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108345/951.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-18t.gif)
где
Tx1, Tx2, Tx3 - показания первого (бортового) трехкомпонентного магнитометра ЛА. Величины проекций геомагнитного поля на связанные оси объекта A(0X1),A(0X2),A(0X3) определяются по соотношениям (1);
x1 = 1/r1 - расстояние от точки расположения эквивалентного источника магнитных помех ЛА до точки установки O1 первого (бортового) трехкомпонентного бескарданового магнитометра. Из соотношения (10) находят параметр магнитного момента M2 эквивалентной магнитной помехи и углы его отклонения
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108223/967.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108223/967.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-19t.gif)
Процедура может выполняться по сигналам каждого из шести трехкомпонентных магнитометров, затем данные осредняются:
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-20t.gif)
Далее по известным значениям
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-21t.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-22t.gif)
в котором коэффициенты a(1Xk),a(2Xk),a(3Xk) описывают влияние эквивалентной магнитной помехи на показания бортового магнитометра. Во время полета ЛА по известному соотношению [9]с использованием информации об углах крена и тангажа объекта с ГВ и по определенным на Земле коэффициентам
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-23t.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-24t.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/2108546-25t.gif)
а анализ четвертей (1 - 4) выполняют на основе знаков числителя и знаменателя выражения (12). В процессе предстартовой подготовки для выполнения девиационных работ на ЛА на известном расстоянии от бортового бескарданового трехкомпонентного магнитометра 1 в его плоскости и по его осям устанавливают и ориентируют немагнитную рейку с угломерной шкалой с размещенными на ней шестью бескардановыми трехкомпонентными магнитометрами на известном расстоянии друг от друга, оси чувствительности которых параллельны. В первый вычислитель 1 с помощью потенциометра ручной выставки или контроллера вводят данные о северной (T
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108538/950.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108345/951.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108546/936.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108342/957.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108006/947.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108223/967.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108223/967.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108006/947.gif)
![способ выполнения девиационных работ на подвижных объектах, патент № 2108546](/images/patents/363/2108342/957.gif)
1. Авторское свидетельство СССР N 1362931, кл. G 01C 17/38, 1987 Способ определения полукруговой девиации. 2. Нечаев П. А., Григорьев В.В. Магнитно-компасное дело. М.:Транспорт, 1983, 239 с. 3. Авторское свидетельство СССР N 1633930, кл. G 01 C 17/38, 1989 Способ определения девиации курсоуказателя подвижного объекта. 4. Денисов В. Г. Навигационное оборудование летательных аппаратов. М.: Оборонгиз, 1963, 384с. 5. Плотников П. К. О концепции многоточечных измерений в бортовой магнитометрии. Сарат. гос. техн. ун-т, Саратов, 1994, 23 с. Деп. в ВИНИТИ 05.12.94, N 2788-В94. 6. Введенский В. А. , Ожогин В.И. Сверхчувствительная магнитометрия и биомагнетизм. М.: Наука, ФМ, 1986, 200 с. 7. Краснов И.П. Расчетные методы судового магнетизма и электротехники. Л.: Судостроение, 1986, 216 с. 8. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. М.:ФМ, 1963, 400 с. 9. Одинцов А. А. Гиромагнитные и гироиндукционные приборы курса, Киев, КПИ, 1975, 50 с. 10. Богданченко Н.М. Курсовые системы и их эксплуатация на самолетах. М. : Транспорт, 1983, 224 с. 11. Матов В.И., Белоусов Ю.А., Федосеев Е.П. Бортовые цифровые вычислительные машины и системы. М.: Высшая школа, 1988, 216 с.
Класс G01C17/38 испытание, юстировка, балансировка компасов