способ выработки навигационных параметров и вертикали места

Формула изобретения

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 ₁ и ₂ - значения скоростных девиаций гироплатформ, V/R - значение горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости,

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.

Описание изобретения к патенту

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 ₁ и ₂ - значения скоростных девиаций гироплатформ;

- значение горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости;

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, - широта места, - долгота места, и - 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 E⁰N^{0 0}, ориентированный осью ON⁰ по горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости . Тогда проекции абсолютной угловой скорости трехгранника Е ⁰N^{0 0} на его оси будут O; ; r. Проекции ускорения вершины трехгранника E⁰N ^{0 0} на его оси суть (r· v); g,

где g - ускорение силы тяжести.

С кожухом гироскопа первой гироплатформы жестко свяжем правую систему координат Е₁N_{1 1}. С кожухом гироскопа второй гироплатформы - систему координат E₂N_{2 2}. Систему координат - E₁N_{1 1} - получим поворотами вокруг оси O ⁰ на угол К₁; вокруг вспомогательной оси OE_1,1 на угол ₁ и вокруг оси O ₁ на угол K₁cos ₁. Систему координат E₂N_{2 2} - получим поворотами вокруг оси O ⁰ на угол К₂ вокруг вспомогательной оси OE_2,1 на угол ₂ и вокруг оси O ₂ на угол K₂cos ₂.

Проекции абсолютной угловой скорости трехгранников E₁N_{1 1} и E₂N_{2 2} на их оси OE₁; ON₁; OE ₂; ON₂ будут;

Проекции ускорения вершин трехгранников E₁N _{1 1} и E₂N_{2 2} на оси ON₁; OE₁ и оси OE ₂; ON₂ будут:

Для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций

;

сигналы управления гироскопами в системах координат E ₁N_{1 1}, и E₂N_{2 2} 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 _пр или по разности ускорения W_N1-W ₂ 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 и 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. E⁰N ^{0 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.