бесплатформенная система ориентации
Классы МПК: | G01C21/12 выполняемые на объекте, для которого производятся навигационные измерения; апериодические вычисления |
Автор(ы): | Литманович Ю.А. |
Патентообладатель(и): | Литманович Юрий Аронович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-03-19 публикация патента:
20.08.2000 |
Изобретение относится к области гироскопических систем ориентации и навигации подвижных объектов различных типов. Система состоит из блока датчиков угловой скорости (ДУС) и блока определения угловой ориентации, цепочки n (n не меньше 1) последовательно соединенных трехканальных интеграторов и блока синхронного перезапуска интеграторов. На входы первого интегратора поступают выходные сигналы блока ДУС, представляющие собой текущие значения первых интегралов от измеряемых составляющих угловой скорости, а выходные сигналы блока ДУС и всех интеграторов поступают на вход блока ориентации, где и производится вычисление параметров ориентации. Все интеграторы имеют дополнительный вход, на который из блока перезапуска поступает сигнал, обеспечивающий синхронный перезапуск с обнулением всех интеграторов с тактом, равным такту опроса блока ДУС. За счет использования в блоке ориентации выходных сигналов интеграторов, представляющих собой приращения кратных интегралов от измеряемых составляющих угловой скорости, необходимая точность выработки параметров угловой ориентации в условиях высокочастотных шумов ДУС и угловой вибрации основания обеспечивается без применения в блоке ориентации дополнительного сглаживания выходных сигналов блока ДУС. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Бесплатформенная система ориентации, включающая трехканальный блок гироскопических датчиков угловой скорости и блок определения угловой ориентации, отличающаяся тем, что в состав бесплатформенной системы ориентации включены n последовательно соединенных трехканальных интеграторов (n не менее 1) и блок синхронного перезапуска интеграторов, при этом выходы трехканального блока датчиков угловой скорости и всех трехканальных интеграторов соединены со входами блока определения угловой ориентации, входы первого трехканального интегратора соединены с одноименными выходами трехканального блока датчиков угловой скорости, а дополнительные входы всех трехканальных интеграторов соединены с выходом блока синхронного перезапуска интеграторов.Описание изобретения к патенту
1. Область техники к которой относится изобретениеИзобретение относится к области гироскопических систем ориентации и навигации подвижных объектов различных типов и, в частности, к классу бесплатформенных систем ориентации (БСО), в которых гироскопы устанавливаются непосредственно на корпусе подвижного объекта. 2. Уровень техники
Системы ориентации предназначены для определения угловой ориентации объекта относительно некоторой базовой системы координат (СК), неизменно ориентированной в инерциальном пространстве. Обычно они входят в состав инерциальных навигационных систем (ИНС), но могут использоваться и самостоятельно. Известны БСО, в состав которых входят блок гироскопических датчиков угловой скорости (ДУС) и вычислительное устройство [Гироскопические системы. Учеб. для вузов. Под ред. Д.С.Пельпора, 2-е изд., - М., Высшая школа, 1988, стр. 315-336]. Блок ДУС вырабатывает три взаимно ортогональные составляющие абсолютной угловой скорости по осям связанной с объектом СК. Выходные сигналы блока ДУС обрабатываются в соответствии с алгоритмом ориентации, реализующим интегрирование дифференциальных кинематических уравнений движения объекта, с целью выработки параметров ориентации. Таким образом вычислительное устройство выполняет функцию блока определения угловой ориентации (блока ОУО). В последние годы широкое применение получили БСО, построенные на ДУС, выходные сигналы которых представляют собой приращения интеграла от угловой скорости по оси чувствительности ДУС на такте его опроса [Репников А.В., Сачков Г. П. , Черноморский А.И. Гироскопические системы: Учеб. пособие для авиац. Вузов - М., Машиностроение, 1983, стр. 255-266]. (К таким гироскопам относятся, в частности, лазерные гироскопы). Именно такая БСО рассматривается ниже в качестве наиболее близкого аналога (прототипа). Общими признаками изобретения и прототипа следует считать установленный на корпусе объекта блок ДУС и блок ОУО, на входы которого поступают выходные сигналы блока ДУС, представляющие собой приращения интегралов от трех взаимно ортогональных проекций угловой скорости на такте его опроса. Для достижения необходимой точности выработки параметров угловой ориентации в условиях высокочастотных шумов ДУС и интенсивной угловой вибрации основания в известных БСО приходится осуществлять в блоке ОУО дополнительное сглаживание выходных сигналов ДУС, что приводит к значительному увеличению потребной вычислительной производительности блока ОУО (по сравнению со случаем, когда высокочастотные шумы ДУС и вибрация основания отсутствуют). 3. Сущность изобретения
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является достижение необходимой точности выработки параметров угловой ориентации объекта в условиях высокочастотных шумов ДУС и вибрации основания без дополнительного сглаживания выходных сигналов ДУС, т.е. без увеличения вычислительной производительности блока ОУО. Поставленная цель достигается за счет включения в состав БСО (помимо общих с прототипом блока ДУС и блока ОУО) цепочки n (n не меньше 1) последовательно соединенных трехканальных интеграторов (ТИ) и блока синхронного перезапуска интеграторов (СПИ). На входы первого ТИ поступают выходные сигналы блока ДУС, представляющие собой текущие значения первых интегралов от измеряемых составляющих угловой скорости (сигнал по каждой из составляющих поступает на свой вход трехканального интегратора). Выходные сигналы блока ДУС и всех ТИ, представляющие собой приращения кратных интегралов от измеряемых составляющих угловой скорости (кратности от 2 до n+1) на такте опроса ДУС, поступают на вход блока ОУО, где и производится вычисление параметров ориентации. Все ТИ имеют дополнительный вход, на который из блока СПИ поступает сигнал, обеспечивающий синхронный перезапуск с обнулением всех интеграторов с тактом, равным такту опроса блока ДУС. Заявленный технический результат от использования изобретения достигается за счет применения всех перечисленных выше существенных признаков, причем чем большее количество ТИ используется (чем больше n), тем более высокая точность определения угловой ориентации объекта может быть достигнута. 4. Перечень фиг. 1 и 2
Фиг. 1 и 2 иллюстрируют состав заявляемого устройства и его эффективность в сравнении с прототипом. На фиг. 1 изображены блок ДУС (1), цепочка n последовательно соединенных трехканальных интеграторов (21 - 2n), блок ОУО (3), блок СПИ (4) и функциональные связи между ними: вырабатываемые блоком ДУС приращения первых интегралов от составляющих угловой скорости по трем взаимно ортогональным осям x, y, z (
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
Заявляемое устройство, представленное на фиг. 1, состоит из блока ДУС (1), цепочки n последовательно соединенных трехканальных интеграторов - ТИ (21 - 2n), блока определения угловой ориентации - блока ОУО (3) - и блока синхронного перезапуска интеграторов - блока СПИ (4). Выходные сигналы блока ДУС (1) и всех ТИ (21 - 2n) соединены со входами блока ОУО (3), причем три входа первого ТИ (21) соединены с соответствующими выходами блока ДУС (1), а дополнительные входы ТИ (21 - 2n) соединены с выходом блока СПИ (4). Принцип действия заявляемого устройства следующий. На входы первого ТИ (21) поступают выходные сигналы блока ДУС (1), представляющие собой текущие значения первых интегралов от измеряемых составляющих угловой скорости по трем взаимно ортогональным осям x, y, z (сигнал по каждой из составляющих поступает на свой вход ТИ). Выходные сигналы блока ДУС (1) и всех n ТИ (21 - 2n), представляющие собой приращения кратных интегралов от измеряемых составляющих угловой скорости (кратности от 2 до n+1) на такте опроса ДУС, поступают на вход блока ОУО (3), где и производится вычисление параметров ориентации. Все ТИ (21 - 2n) имеют дополнительный вход, на который из блока СПИ (4) поступает сигнал, обеспечивающий синхронный перезапуск с обнулением всех интеграторов с тактом, равным такту опроса блока ДУС. В устройстве-прототипе интегрирование измеряемых блоком ДУС трех ортогональных составляющих угловой скорости на интервале опроса tk, tk+
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/916.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/916.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/916.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/916.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/916.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/916.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/916.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154084/934.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/916.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/183.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/183.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
где
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154022/920.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154810/2154810-2t.gif)
где
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154810/2154810-3t.gif)
![бесплатформенная система ориентации, патент № 2154810](/images/patents/317/2154028/916.gif)
На фиг. 2 в логарифмическом масштабе приведены графики погрешностей определения угловой ориентации в зависимости от относительной частоты (отношения частоты вибрации к частоте опроса блока ДУС) для устройства-прототипа при использовании алгоритма (1) и заявляемого устройства при использовании алгоритма (2) при имитации полезного углового движения объекта, задаваемого как коническое движение, совместно с высокочастотной угловой вибрацией основания. Как видно из приведенных кривых, новый алгоритм точнее традиционного алгоритма примерно на 2 порядка. Таким образом, необходимая точность выработки параметров угловой ориентации объекта в условиях высокочастотных шумов ДУС и вибрации основания может быть обеспечена без использования дополнительного сглаживания выходных сигналов блока ДУС, т.е. без увеличения вычислительной производительности блока ОУО.
Класс G01C21/12 выполняемые на объекте, для которого производятся навигационные измерения; апериодические вычисления