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 трехгранников, каждый из которых связан с основной и дополнительной гироплатформами, 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 объекта: 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,

_o - частота Шулера;

n₁; n₂ - параметры системы.

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;

R - радиус Земли;

_o - частота Шулера;

n₁, n₂ - параметры системы.

На чертеже представлена функциональная блок-схема инерциальной системы для осуществления способа (см. фиг.1).

Инерциальная система состоит из двух конструктивно идентичных стабилизированных гироплатформ 1 и 1' и блока 2 управления и выработки выходных параметров (БУ ВВП). На каждой стабилизированной гироплатформе расположен один трехстепенной 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. Наружная ось 11 и 11' карданного подвеса параллельна продольной оси объекта. 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 качек 16, 17 и 16', 17' относительно плоскости гироплатформы. 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 качек 16, 17 и 16', 17' соединены с соответствующими входами БУВВП-2.

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 одноименных датчиков углов качек 16 и 16' и 17, 17' являются исходными источниками информации для определения горизонтальных составляющих абсолютной угловой скорости трехгранника Дарбу. В качестве исходной системы координат выберем сопровождающий трехгранник Дарбу EN , ориентированный осью ON по горизонтальной составляющей абсолютной угловой скорости . Тогда проекция абсолютной угловой скорости трехгранника EN на его оси будут O; ; r₁.

Проекции ускорения вершины трехгранника ЕN на его оси суть (r₁· V); g, где g - ускорение силы тяжести.

Введем две вспомогательные скользящие правые системы координат E₁N_{1 1} E₂N_{2 2}. Оси O ₁; O ₂ перпендикулярны плоскостям соответствующих гироплатформ. Плоскости E₁N₁; E₂N₂ совпадают с плоскостями соответствующих гироплатформ. Систему координат E₁N_{1 1}

- получим поворотом вокруг оси OE на угол ₁ и вокруг оси ОN₁ на угол ₁. Систему координат Е₂N_{2 2} - получим поворотом вокруг оси OE на угол ₂ и вокруг оси ON₂ на угол ₂.

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

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

Для обеспечения инвариантных значений скоростных девиаций

сигналы управления в системах координат E₁N _{1 1} и Е₂N_{2 2} могут иметь вид:

Или

При n₁>1 и n₂>1 увеличивается направляющая сила, воздействующая на гироскоп, и тем самым уменьшается влияние дрейфа гироскопа на точность вырабатываемых параметров.

С осями чувствительности акселерометров и с соответствующими осями прецессии гироскопов свяжем системы координат X₁ Y_{1 1} и Х₂Y_{2 2}. Тогда управляющие сигналы в осях прецессии гироскопов будут:

где К₁ и К₂ - курсы в плоскости гироплатформ, а значения будут:

- показания соответствующих акселерометров.

K¹ ₁; K²₂ определяются по значениям гирокомпасного курса и по углам ₁; ₂.

Курсы объекта в плоскости гироплатформы могут также быть определимы следующим образом:

где V - горизонтальная составляющая абсолютной скорости объекта вырабатывается автономно этим способом или может быть выработана по данным внешних источников навигационной информации.

S - оператор Лапласа. F - передаточная функция.

Навигационную информацию можно вырабатывать: 1) по показаниям соответствующих датчиков углов качек двух гироплатформ и 2) используя разности одноименных сигналов ускорений двух гироплатформ.

Для максимального диапазона измерения примем n₂ =-n₁.

Тогда в качестве примера, используя показания датчиков углов качек, получим

Откуда вырабатывают K_{гк пр} - компасный курс объекта и значение скоростной девиации _пр;

₁; ₂ - показания датчиков углов килевой качки;

₁; ₂ - показания датчиков углов бортовой качки.

По значению угла _пр вырабатывают горизонтальную составляющую абсолютной угловой скорости из соотношения

По значению сумм одноименных датчиков углов качек вырабатывают углы _к бортовой и килевой _к качек

Используя разности одноименных сигналов ускорений , получим

Используя суммы одноименных сигналов ускорений, получим

Обрабатывая совместно одноименную информацию по показаниям датчиков углов качек и сигналам ускорений, можно выработать оптимальные их значения. По значениям оптимально выработанным параметрам, а также по значению вертикальной составляющей абсолютной угловой скорости сопровождающего трехгранника Дарбу r₁, которая вырабатывается из выражения

находим широту места и долготу места , курс географический К, решая следующие зависимости (см. фиг. 2)

K_пр=_{Kгк пр}- _пр

где - угол между направлением и направлением географического меридиана;

- скорость Земли.

Данный способ может обеспечить автономное демпфирование инерциальных систем.

Информация от акселерометров, оси чувствительности которых перпендикулярны плоскостям гироплатформ, а также использование одновременно модели задачи ИНС с интегральной коррекцией с предлагаемым способом расширит возможности способа. Данный способ может быть реализован и в бесплатформенной ИНС.