EA023656B1

EA023656B1 - Электронное устройство для определения пространственного положения оружия и способ его работы

Info

Publication number: EA023656B1
Application number: EA201291032A
Authority: EA
Inventors: Марко Галанти; Лука Маттонаи; Никола Сантини
Original assignee: СЕЛЕКС ГАЛИЛЕО С.п.А.
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2016-06-30
Also published as: IT1399418B1; ITTV20100060A1; US20130091754A1; EP2558811B1; EP2558811A1; WO2011128762A1; BR112012026172A2; PL2558811T3; US9038900B2; EA201291032A1

Abstract

Устройство для определения углов пространственного положения оружия (1) включает в себя множество акселерометров для измерения составляющих (А, А, A) ускорения оружия (2) по осям (X, Y, Z) первой системы координат (Σ), объединенной с оружием (2); множество гироскопов (8), сконфигурированных таким образом, чтобы измерять составляющие угловой скорости (G, G, G) оружия по осям (X, Y, Z) координатного тела (Σ), и обрабатывающий блок (10), сконфигурированный для вычисления множества фактических углов пространственного положения оружия (Prc, Rro, Hrd) в динамических условиях, на основании составляющих угловой скорости (G, G, G); определения множества статических углов пространственного положения оружия (Psc, Rso, Hsd) в статических условиях оружия, на основании составляющих ускорения (А, А, A); коррекции составляющих угловой скорости (G, G, G) в соответствии со статическими углами пространственного положения (Psc, Rso, Hsd) и с фактическими углами пространственного положения (Prc, Rro, Hrd).

Description

Настоящее изобретение относится к электронному устройству для определения пространственного положения оружия и к способу его работы.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к электронному устройству, присоединяемому к оружию, в частности к гранатомету, для определения в соответствующие моменты времени углов Тангажа, Крена и Курса оружия; в отношении чего представлено детальное раскрытие, которое, следует трактовать и в обобщенном смысле.

Уровень техники

В области ручного оружия, и, в частности, гранатометов, известна потребность в возможности определять мгновенное пространственное положение оружия, чтобы использовать такую информацию в баллистических вычислительных программах, приспособленных для обеспечения в режиме реального времени оператора, выполняющего прицеливание оружия, указаниями в отношении пространственного положения стрельбы, которое должно быть придано оружию для поражения цели.

В патенте США № 7296358 раскрыто электронное устройство для обнаружения и индикации вертикального угла для использования на системах прицеливания, предназначенных для прицелов луков и иных прицельных приспособлений для метательного оружия. Улучшенное измерение вертикального уровня и средство отображения минимизируют лево-правосторонний снос метательного снаряда посредством обнаружения и индикации пользователю отклонения метательного оружия несколько раннее выпуска метательного снаряда.

В документе νΑΟΑΝΑΥ 1. ЕТ, озаглавленном оценка пространственного положения мобильного робота посредством слияния инерциальных данных (Материалы международной конференции по робототехнике и автоматике Атланта, 2-6 Мая 1993 г.) раскрыта система оценки пространственного положения, основанная на инерциальных измерениях для мобильного робота, в котором использованы пять недорогих инерциальных датчиков.

В патенте США № 636826 раскрыт датчик угловой ориентации, использующий гироскопы для определения угловых скоростей по X-, Υ- и Ζ-, которые интегрированы по времени для получения углов тангажа, крена и курса (гамма, бета, альфа) ориентации. Два акселерометра используют для получения предварительных углов тангажа, крена для того, чтобы корректировать углы тангажа и крена, а два наземных магнитометра используют для получения предварительного угла рыскания, чтобы корректировать угол рыскания. Когда предварительные углы тангажа, крена и рыскания определены точно (50), интегрированные углы тангажа, крена и рыскания корректируют (60) посредством предварительных углов тангажа, крена и рыскания.

Сущность изобретения

Для решения этой задачи изготовителями оружия были предприняты различные усилия, чтобы разработать электронное устройство вышеописанного типа, которое является доступным в производстве, имеет уменьшенные общий вес и объем, чтобы не повлиять существенно на маневренность оружия, и одновременно является быстрым и точным в обеспечении указания на пространственное положение, но многое еще остается сделать.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание в особенности легкого и доступного электронного устройства, которое способно определять в режиме реального времени, то есть с чрезвычайной быстротой и с высокой точностью, пространственное положение оружия, на котором установлено само устройство.

В соответствии с настоящим изобретением выполнено электронное устройство для определения пространственного положение оружия, как охарактеризовано в п.1 формулы изобретения и предпочтительно, но не обязательно в любой из других пунктов формулы изобретения прямо или косвенно зависимых от п. 1 формулы.

В соответствии с настоящим изобретением также предложен способ определения мгновенного пространственного положения оружия, как определено в п.8 формулы изобретения и, предпочтительно, но не обязательно, в любом из пунктов формулы изобретения прямо или косвенно зависимых от п.8 формулы изобретения.

В соответствии с настоящим изобретением обеспечен и компьютерный продукт, загружаемый в память компьютера, для определения при выполнении последним пространственного положения оружия, как определено в п.15 формулы изобретения, и предпочтительно, но не обязательно, в любом из пунктов формулы изобретения, прямо или косвенно зависимых от п.15 формулы изобретения.

Перечень фигур чертежей

Настоящее изобретение будет раскрыто далее со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых представлен неисчерпывающий пример варианта осуществления этого изобретения и на которых:

фиг. 1 - схематически показывает электронное устройство для определения пространственного положения оружия, выполненное в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 2 - структурная схема электронного устройства, представленного на фиг. 1;

фиг. 3 - структурная схема блока обработки в электронном устройстве, представленном на фиг. 1;

фиг. 4 - показывает первую систему координат, связанную с оружием, на котором установлено

- 1 023656 электронное устройство, представленное на фиг. 1;

фиг. 5 - блок-схема операций, осуществляемых электронным устройством, представленным на фиг. 1; фиг. 6, 7 и 8 - схематически показывают некоторые системы координат, используемые электронным устройством для определения пространственного положения оружия.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение, по существу, основано на идее создания электронного устройства, которое выполнено с возможностью:

определения составляющих ускорения оружия по осям системы координат, совпадающей с некоторыми осями оружия, таким образом, что перемещение оружия в пространстве определяет такое же перемещение системы координат;

определения составляющих угловой скорости оружия по осям системы координат;

определения углов пространственного положения оружия, обозначенных ниже статическими углами пространственного положения, на основании составляющих ускорения, отфильтрованных низкочастотным фильтром; причем статические углы пространственного положения определяют, по существу, в статичном состоянии, в котором оружие является неподвижным или перемещаемым с пренебрегаемой скоростью, то есть меньшей, чем заранее установленный минимальный порог;

определения множества фактических углов пространственного положения оружия, посредством интегрирования составляющих угловой скорости по времени;

определения некоторых корректировочных коэффициентов в соответствии с разностью между фактическими углами пространственного положения и статическими углами пространственного положения;

корректировки составляющих угловой скорости оружия на основании соответствующих корректировочных коэффициентов.

Как это станет очевидно из нижеследующего, упомянутая выше идея с одной стороны предполагает задействование составляющих ускорения, отфильтрованных на низкой частоте для определения углов пространственного положения оружия в статическом состоянии таким образом, чтобы иметь возможность определить начальный угол пространственного положения, например на этапе установки, и, с другой стороны, корректировать ошибки, вносимые электронными измерительными приборами в составляющие скорости.

Для наилучшего раскрытия сущности настоящего изобретения, прежде всего, необходимо определить математический аппарат, который описывает трехмерные системы координат, используемые при вычислении углов пространственного положения оружия.

В частности, далее делается ссылка на две различные трехмерные системы координат, первая из которых является подвижной системой координат, связанной с оружием (показана на фиг. 4 и 8), тогда как вторая система координат является неподвижной и, по существу, связана с четырьмя сторонами света (показаны на фиг. 4 и 6).

В этом случае применительно к примеру, показанному на фиг. 4 и 8, первая система координат, обозначенная ниже как система координат ΒΘΌΥ Σ_ΒΟϋΥ, связана с оружием, и имеет три оси координат, ортогональные друг другу, причем первая ось Χ_ΒΟϋΥ коаксиальна с продольной осью СК оружия; вторая ось Υ_ΒΟϋΥ расположена в направлении, перпендикулярном правой стороне оружия и первой оси Χ_ΒΟΒΥ, а третья ось Ζ_ΒΟϋΥ ориентирована в направлении, перпендикулярном нижней стороне оружия и плоскости, в которой лежат первая Χ_ΒΟΒΥ и вторая Υ_ΒΟΒΥ оси.

Относительно второй системы координат она обозначена далее, как система ΝΕΌ Σ_ΝΒϋ (показана на фиг. 4 и 6) и имеет первую ось Χ_ΝΒϋ, ориентированную на географический север Земли; вторую ось Υ_ΝΒϋ, ориентированную на географический восток Земли; и третью ось Ζ_ΝΒϋ, ориентированную к плоскости, которой является земля, то есть поверхность земли, таким способом, чтобы быть ортогональной к ней и к плоскости, в которой лежат первая Χ_ΝΒΒ и вторая Υ_ΝΕΒ оси.

Более конкретно, составляющие угловой скорости и составляющие ускорения будут выражены далее посредством векторов на основании системы координат ΒΟΌΥ Σ_ΒΟϋΥ; тогда как углы пространственного положения Тангажа, Крена и Курса будут определены далее по отношению к системе координат ^ΝΕΟ ^Σ..

По отношению к фиг. 1 ссылочной позицией 1 обозначено электронное устройство в целом, конфигурированное, чтобы определять углы пространственного положения тангажа, крена и курса ручного оружия 2.

В примере, представленном на фиг. 1, оружие 2, по существу, включает в себя ствол 3, который проходит вдоль продольной оси СК, и опорную раму 4 ствола, снабженную рукояткой 5, приспособленной для обеспечения захвата оружия стрелком и для удобного ориентирования ствола 3 в пространстве, чтобы поразить цель.

Что касается электронного устройства 1, то оно связано с оружием 2 и включает в себя инерциальную электронную платформу 6, сконфигурированную, чтобы определить исходящие составляющие (А_х, А_у, Α_ζ) ускорения и составляющие (О_х, О_у, Ο_ζ) угловой скорости оружия 2, определенные по отношению к системе Σ_ΒΟϋΥ координат ΒΟΌΥ (корпус).

- 2 023656

В этом случае инерциальную электронную платформу 6 конфигурируют таким образом, чтобы определять три составляющие (А_х, А_у, Α_ζ) ускорения и три составляющие (С_х, С_у, Ο_ζ) угловой скорости оружия 2 в соответствующих осях Χ_Β0ΒΥ, ΥΒΘΌΥ и Ζ_Β0ΒΥ системы Σ_Β0ΒΥ координат ΒΘΌΥ (корпус).

В примере, показанном на фиг. 1 и 4, координатная ось Χ_Β0ΒΥ расположена коаксиально с продольной осью СК ствола 3 оружия; координатная ось Υ_Β0ϋΥ ориентирована к правой стороне опорная рама 4 оружия 2 в состоянии удержания оружия за рукоятку, условии захвата оружия, таким образом, чтобы быть ортогональной первой координатной оси Χ_Β0ΒΥ; тогда как координатная ось Ζ_Β0ϋΥ ориентирована в пространство ниже рамы оружия 2 в состоянии удержания оружия за рукоятку и перпендикулярно координатной оси Υ_Β0ΒΥ.

В примере, показанном на фиг. 2, инерциальная электронная платформа 6 обычно включает в себя один или несколько акселерометров 7, например двухосный акселерометр или два одноосных акселерометра, имеющих две измерительных оси по осям Χ_Β0ΒΥ и Υ_Β0ΒΥ системы Σ_Β0ϋΥ координат Β0ΌΥ (корпус).

Инерциальная электронная платформа 6 также включает в себя один или несколько гироскопов 8, предпочтительно, но не обязательно, трехосный гироскоп, глобально имеющих три измерительных оси, расположенные параллельно осям Χ_Β0ΒΥ, Υ_Β0ϋΥ и Ζ_Β0ϋΥ системы Σ_Β0ϋΥ координат Β0ΌΥ (корпус).

Кроме того, электронное устройство 2 включает в себя обрабатывающий блок 10, который получает исходящие составляющие (А_х, А_у, Α_ζ) ускорения и составляющие (С_х, С_у, Ο_ζ) угловой скорости, измеренные инерциальной электронной платформой 6, и обрабатывает их в соответствии с вычислительным способом, подробно описанным далее, который в каждый последовательный момент определяет реальные/фактические исходящие углы пространственного положения оружия 2, то есть определенные угол Тангажа Ргс, угол Крена Кто и угол Курса Ητά, относительно системы Σ_ΝΒϋ координат ΝΕΌ.

Более конкретно, как это представлено на фиг. 2, обрабатывающий блок 10, по существу, включает в себя три вычислительных модуля.

Более конкретно, первый вычислительный модуль 11 получает во все моменты времени ΐ₁ вычисления входящую составляющую А_х(1,) ускорения, составляющие С_х(1,). С_у(1,) и Ο_ζ(ΐ₁) угловой скорости оружия и фактические углы пространственного положения, то есть углы тангажа (Ргс(1_|-|)), крена (Κτο(ΐ_1-ι)) и курса (Ητά(ΐ_1-ι)), вычисленные во время (ΐ_1-ι) вычисления, предшествующее текущему времени вычисления (О, и определяет фактический исходящий угол тангажа Ргс(1,).

Второй вычислительный модуль 12 конфигурирован так, чтобы получать, во все моменты времени ΐ вычисления входящую составляющую А_у(1,) ускорения, входящие составляющие Ο_χ(ΐι), С_у(1,) и Ο_ζ(1,) угловой скорости и фактические углы, то есть углы тангажа (Ргс(1_|-1)), крена (Κτο(ΐ_1-ι)) и курса (Ητά(ΐ_1-1)), вычисленные во время (ΐ_1-1) вычисления, предшествующее текущему времени вычисления (ΐ₁), и определяет фактический исходящий угол крена Κτο(ΐ₁).

Вместо этого третий вычислительный модуль 13 получает во все моменты времени ΐ₁ вычисления входящую составляющую А^О ускорения, составляющие С_х(_в), С_у(1,) и Ο_ζ(ΐ₁) угловой скорости и фактические углы пространственного положения, то есть углы тангажа (РгсЦ^)), крена (Κτο(ΐ_1-ι)) и курса (Ητά(ΐ_1-ι)), вычисленные во время (ίί-1) вычисления, предшествующее текущему времени вычисления (ΐ₁), и определяет фактический исходящий угол курса Ητά(ΐ_1-ι).

В частности, первый вычислительный модуль 11 включает в себя первый вычислительный блок 14, который конфигурирован, чтобы получать, во все моменты времени ΐ₁ входящие составляющие Ο_χ(ΐ_χ), С_у(Е;) и Ο_ζ(1,) угловой скорости и фактические углы тангажа (Ргс(1_|-1)), крена (Κτο(ΐ_1-ι)) и курса (Ητά(ΐ_1-ι)), определенные в предшествующее время ΐ_1-ι вычисления, и определяет исходящую часть дифференциала άΡ(ΐ₁) тангажа, которую вычисляют используя следующее отношение:

Первый вычислительный модуль 11 также включает в себя суммирующий узел 15, который принимает входящий дифференциала άΡ(ΐ₁) тангажа и корректировочный коэффициент θχ (вычисление которого будет подробно описано далее) и определяет исходящий скорректированный дифференциал άΡ(ΐ₁) тангажа. В этом случае, суммирующий узел 15 вычисляет скорректированный дифференциал άΡ(ΐ₁) тангажа посредством вычитания корректировочного коэффициента А из дифференциала άΡ(ΐ₁) тангажа.

Первый вычислительный модуль 11 также включает в себя интегрирующий блок 16, который интегрирует скорректированный дифференциал тангажа άΡ^Ι,) по времени так, чтобы определять фактический исходящий угол тангажа (Ρκ(Ο).

Первый вычислительный модуль 11 также оборудован фильтрующим блоком 18, предпочтительно включающим в себя низкочастотный фильтр, который получает входящую составляющую А_х(1,) и определяет исходящую составляющую ускорения А_х(1,), отфильтрованную по нижней частоте.

Первый вычислительный модуль 11 также включает в себя операционный блок 19, который получает отфильтрованную входящую составляющую ускорения А_х(1,)' и определяет статический исходящий угол тангажа ΡδΠΐ,). В этом случае, операционный блок 19 вычисляет статический угол тангажа ΡδΠΐ,) посредством осуществления следующего математического отношения:

- 3 023656

Первый вычислительный модуль 11 также включает в себя суммирующий узел 20, который принимает входящий фактический угол тангажа (Ргс(1_|-|)) и статический углом тангажа (Р5с(1,)) и определяет исходящий корректировочный коэффициент θχ.

Более конкретно, суммирующий узел 20 вычисляет корректировочный коэффициент (¾) посредством вычитания статический угла тангажа Р§с(1₁) из фактического угла тангажа Ргс(1,).

Первый вычислительный модуль 11 может также, предпочтительно, но не обязательно, включать в себя усилительный модуль 20а, выполненный с возможностью умножения корректировочного коэффициента на переменный коэффициент усиления 01, на основании входного сигнала §§1.

Относительно второго вычислительного модуля 12, он включает в себя первый вычислительный блок 24, который конфигурирован, чтобы получать в момент времени ΐ₁ входящие составляющие 0,(1,). 0_у(1;) и 0_ζ(1,) угловой скорости оружия и углы тангажа Ргс(1_1-1), крена Ετο(ΐ_1-ι) и курса Ητά(ΐ_1-ι) пространственного положения, определенные в предшествующее время (Οι), и который определяет исходящую часть, то есть дифференциал άΕ(ΐ₁) Крена, который вычислен с использованием следующего отношения:

С) 0КЩ) = ΚΙ + Е2;

в котором

Е1 = Οχ (Εΐ)+Оу (Εΐ) * з!п (Его (Εί-1) * Еап(Ргс(Еф ) ; и Е2 = 02(Εΐ-1) *соз(Его(Εΐ-1) )*Еап(Ргс (Εΐ-1)) .

Второй вычислительный модуль 12 также включает в себя суммирующий узел 25, который принимает входящий дифференциала ύΡ(Ι,) крена и корректировочный коэффициент ^еу (вычисление которого будет подробно описано далее) и определяет исходящий скорректированный дифференциал ύΡ(Ι,) крена. В этом случае, суммирующий узел 25 вычисляет скорректированный дифференциал бРс(1,) крена посредством вычитания корректировочного коэффициента ^еу из дифференциала 6Е(Е) крена.

Второй вычислительный модуль 12 также включает в себя интегрирующий блок 26, который интегрирует часть, то есть скорректированный дифференциал крена бРс(1,) так, чтобы определить фактический исходящий угол крена (Ετο(ΐ₁)).

Второй вычислительный модуль 12 также включает в себя фильтрующий блок 28, в свою очередь включающий в себя низкочастотный фильтр, который принимает входящую составляющую А_у(1,) ускорения и определяет исходящую составляющую А_у(1,) ускорения, отфильтрованную по нижней частоте.

Второй вычислительный модуль 12 также включает в себя операционный блок 29, который получает отфильтрованную входящую составляющую ускорения А_у(1,)' ускорения и определяет статический исходящий угол Ρδο(Ι,) крена. В этом случае, операционный блок 29 вычисляет статический угол Р5>с(1,) крена посредством осуществления следующего математического отношения:

Второй вычислительный модуль 12 также включает в себя суммирующий узел 30, который принимает входящий фактический угол Ετο(ΐ_1-ι) крена и статический угол Εδθ(ΐ₁) крена и определяет исходящий корректировочный коэффициент ^еу. Более конкретно, суммирующий узел 30 вычисляет корректировочный коэффициент ^еу посредством вычитания статического угла РюП,) крена из фактического угла Рго(1,) крена.

Второй вычислительный модуль 12 может также, предпочтительно, но не обязательно, включать в себя усилительный модуль 30а, выполненный с возможностью умножения корректировочного коэффициента ^еу на переменный коэффициент усиления 02, на основании входного сигнала §§2.

Наконец, относительно третьего вычислительного модуля 13, он включает в себя вычислительный блок 32, который конфигурирован, чтобы получать в время ΐ₁ входящие составляющие 0_χ(ΐ₁), 0_у(1,) и 0_ζ(ΐ₁) угловой скорости и фактические углы пространственного положения, то есть углы тангажа (Ргс(1_1-1)), крена (Ετο(ΐ_1-ι)) и курса (Ητά(ΐ_1-1)), определенные во время ΐ₁-1, и который определяет исходящую часть дифференциала άΗ(ΐ₁) курса, который вычислен с использованием следующего отношения:

Е) ан(Ъх)=Н1 + П2;

в котором

Н1=Оу(Εΐ) *3ΐη(Его(Εΐ-1) ) /сов(Его(Εχ-Ι) }; и

Η2=Οζ*οο3 (Его (Еу-1) ) /соз (Ргс (Εΐ-1) ) .

Третий вычислительный модуль 13 также включает в себя интегрирующий блок 33, конфигурированный для интегрирования дифференциал курса άΗ(ΐ₁) по времени так, чтобы определить фактический исходящий угол курса Ητά(ΐ₁).

Со ссылкой на фиг. 5, способ будет описан далее для определения углов пространственного положения оружия, обеспечиваемого от первого 11, от второго 12 и от третьего вычислительного модуля 13 обрабатывающего блока 10.

Для описательной простоты, рабочая архитектура будет описана далее по операционному циклу при обобщенном времени ΐ₁ вычисления, так как обрабатывающий блок 10 повторяет во времени те же этапы, которые характеризуют сам по себе операционный цикл.

В частности предполагается, что вычислительный цикл завершен при фактических углах тангажа Ргс(1_1-1), крена Εγο(Οι) и курса Ητά(ΐ_1-ι) во время ΐ_1-ι вычисления, предшествующее текущему времени ΐ₁

- 4 023656 вычисления.

Во время 1₁ вычисления, способ по существу обеспечивает осуществление следующих этапов: выборки составляющих ΑΧ(ΐ₁), ΆΥ(ΐ₁), ΑΖ(ΐ₁) и составляющих Οχ(ΐ₁), Су(1,). Οζ (ΐ₁) угловой скорости, как измерено посредством инерциальной электронной платформы 6 (блок 100);

получения фактических углов тангажа Рге(1₁-1), крена Его(1₁-1) и курса Нгб(1₁-1), определенных в цикле, предшествующем времени 1₁-1 к текущему времени 1₁ (блок 110);

фильтрации составляющих ΑΧ(ΐ₁) и ΑΥ(ΐ₁) по нижней частоте (блок 120);

вычисления статического угла Ρδθ(ΐί) тангажа посредством осуществления следующего математического отношения:

Р9с(и)=агсв1п{Ах(1ч)) (блок 130);

вычисления статического угла Κδο(ΐ₁) крена посредством осуществления следующего математического отношения:

Кзо(Ь_±) =агс£31п{Ау (Εί) ) /соз (Рзс (ъ_х) ) (б_{лок 140})_; определения корректировочного коэффициента θχ посредством вычисления разницы между реальным углом Рге(1₁-1) тангажа, вычисленным во время 1_1-1 в вычислительном цикле, предшествующем текущему, и статическим углом Р§с(1₁) тангажа (блок 150);

определения корректировочного коэффициента ^еу посредством вычисления разницы между реальным углом Его(1₁-1) крена, вычисленным во время 1_1-1 в вычислительном цикле, предшествующем текущему, и статическим углом Εδο(ΐ₁) крена (блок 160);

вычисления дифференциала тангажа ИР(1,) (блок 170), посредством отношения:

вычисления дифференциала Крена 6Е(1₁) (блок 18 0) посредством следующего отношения:

<ЗК (ϋι) =Сх (Ρχ) +Су (Ρχ) *81П (Его (Ρχ.χ) *Рап (Ргс (Ρχ 1 ) +Οζ (ϊξ± —

1} *соз (Его (Εί-ι) ) *Рап(Ргс (Ιγ-ι) } вычисления скорректированного дифференциала άΡο(Ι,) тангажа посредством вычитания корректировочного коэффициента из дифференциала άΡ(Ι,) тангажа (блок 190);

вычисления скорректированного дифференциала бЕе(1₁) крена посредством вычитания корректировочного коэффициента ^еу из упомянутого дифференциала 6Е(1₁) крена (блок 200);

вычисления дифференциала курса 6Н(1₁) (блок 210) посредством следующего математического отношения:

άΗ (Р_±) =Н1+Н2; в котором Н1=6у (ΐχ) *8Ϊη (Его (Ρχ.χ) )/соз (Ргс(Рх-х)) ; Н2=0г*соз (Εγο(Ει.ι) /соз (Ргс (Ьг-ι) ) ;

и интегрирования скорректированного дифференциала бРе(1₁) тангажа по времени, так чтобы определить фактический исходящий угол тангажа (Рге(1₁) (блок 220);

интегрирования скорректированного дифференциала бЕе(1₁) крена по времени, так чтобы опредить фактический исходящий угол Его(1₁) крена (блок 230);

интегрирования дифференциала 6Н(1₁) курса по времени, так чтобы определить фактический угол Н(й) курса (блок 240).

Из вышеприведенного описания уместно отметить, что вышеописанные математические отношения А), В), С), Ό) и Е) можно получить на основании следующих математически-матричных соображений.

В частности, абсолютная скорость оружия обозначена здесь и далее, как ^_ВН. В этом случае буква указывает, что типом величины при рассмотрении является угловая скорость; подстрочный символ _Вуказывает, что рассматривают угловую скорость в системе Σ_ΒΟϋΥ координат корпуса (ΒΘΌΥ), а _н указывает, что рассматривают абсолютную скорость. В дальнейшем будет использован и третий подстрочный символ, который идентифицирует систему координат, относительно которой выражена величина при рассмотрении. Таким образом, абсолютная угловая скорость оружия может быть выражена как сумма трех векторов, написанная в трех указанных координатах:

+ ►

Л о

о

Σ,

Можно выразить угловой вектор скорости в системе Σ_ΒΟΒΥ координат оружия посредством матриц поворота:

	'0'		'0'		• Р
ИИ = м .	0		Р		0
	я	-Σ# Χ£ΰ	_0_	Σ»	0

- 5 023656

При замене таким образом полученных выражений для матриц поворота ГС_внв становится

Составляющие Ох, Оу и Οζ у ГС_внв представляют собой составляющие угловой скорости, измеренной имеющим три оси гироскопом, с осями ориентированными параллельно осям системы координат КОРПУСА, связанной с оружием.

Для того, чтобы получить углы тангажа, крена и курса пространственного положения оружия, начиная с составляющих Ох, Оу и Οζ угловой скорости, измеренной гироскопом, связанным с оружием, имеется необходимость инвертировать и интегрировать таким образом полученные отношения, то есть выразить Η, Р и Й в соответствии с составляющими ГС_внв, которые точно являются измеренными величинами.

Таким образом, справедливы следующие матричные отношения:

Решая системы уравнений, получаем следующее:

деб(А) соз(Р);

в частности

- 6 023656 /?=ёе

ПА	0	-я’Х/⁵) 1)
с,	СО5<7?)	г<ХЛ)-со5<Р)
А	-ίί'Χ/?)	00$(ί?)-003(Ρ)

СО5?⁵)

ί	Ί	Οχ	-3>η(Ρ) Τ
άεΐ	0		5/п(Д)СО5(Р)
	0		005(//)-¢05( Ρ)]

= С_г СО5(Р) - С₂ 3ίπ(Λ) ¢05(/⁵)

	Ί 0
де<	0 С05( Κ)	с_г
	0 -ί/η(Α)

= С, зт(А) + Су со$(Л) ¢05(7⁵) ««(Т⁵) еоз(Р)

Из полученного выше можно использовать более компактное отношение, таким образом получая следующую систему, которая описывает отношения В), Ό) и Н):

•
Я		1	л'п(Я) · 1ап(Р)	соЧЛ) 1ап(Р)		с,
Ρ	=	0	со${Д)	- лп(Я)	•	с_г
я		0	лп(Д)	С05(А)		с?
-1			СОЗ(Р)	С05(Р)

ί л(о)

Ло) я(о).

Однако применительно к отношениям А) и С), вместо этого справедливы следующие соображения. Исходя из расположения трех акселерометров с измерительными осями параллельно осям системы

Σ_ΒΟϋΥ координат корпуса, связанной с оружием, они измеряют три составляющих А_х, А_у и Α_ζ ускорения. В статическом состоянии эти три акселерометра измеряют составляющие ускорения силы тяжести в системе Σ_ΒΟϋΥ координат корпуса, таким образом, получаем следующее:

О

С05^)-я'Х//) л'ХА) · Ϊ(ΧΡ)' 31г(Н)+С05??) · ¢05(//) 005(7?)' 3Ϊ4.Ρ) -51г(Н)-зМК)' СО5?/)

-ХХЛ ϊίΧΚ) ¢05(/⁵) ¢08(//)-005(/⁵)


АС_та —	Αχ	=	- 5Ϊη(Κ) ¢05(/⁵) · ξ
	Л.		— С05(Я) С05(Р) * ё	Σ>μ»υ

Таким образом, из выражения ΑΟνην возможно получить только углы тангажа и крена пространственного положения при статических условиях, так как когда существует ненулевая динамика оружия, акселерометры также измеряют линейные ускорения оружия как такового, в дополнение к составляющей ускорения силы тяжести. Чтобы устранить этот недостаток, в вышеописанном электронном устройстве 1 обеспечено использование низкочастотного фильтра таким образом, чтобы предпочтительно устранить в сигнале влияние какого-либо линейного ускорения оружия.

В вышеупомянутом описании уместно отметить, что начальное пространственное положение ору- 7 023656 жия при статическом условии не является очевидно доступным на основании просто интегрирования скоростей, измеренных гироскопами.

Устройство 1 действительно позволяет предпочтительно использовать ускорение, измеренное акселерометрами, чтобы компенсировать исходную погрешность в скорости, измеренной гироскопом. Действительно, известно, что на сигнал скорости, обеспечиваемый электронным гироскопом, оказывает воздействие дрейф/шум/помехи, что вносит ошибку в измерении.

Соответственно, вычисление пространственного положения посредством повторяемой операции интегрирования измеренной скорости подвержено влиянию последовательного и повторяемого интегрирования исходной помехи в сигнале скорости, что таким образом определяет ошибку в конечном пространственном положении.

В соответствии с возможным вариантом осуществления, показанном на примере по фиг. 1, вышеописанное электронное устройство 1 может предпочтительно включать в себя закрытую коробчатую раму 50, внутри которой скомпонованы инерциальная платформа 6 и обрабатывающий блок 10, и соединительный механизм 51, приспособленный для того, чтобы позволить устойчиво, но легкосменно присоединить раму к оружию 2, в частности к гранатомету.

Вышеописанное электронное устройство имеет преимущество обеспечения точного указания пространственного положения оружия, поскольку ошибка, вносимая гироскопами в измерении скорости, устраняется компенсацией, полученной посредством составляющих ускорения, обеспеченных акселерометрами.

Кроме того, электронное устройство предпочтительно обеспечено электронной архитектурой, которая помимо того, что является простой и доступной, имеет вполне умеренный вес и объем.

Наконец, очевидным является, что могут быть сделаны модификации и варианты электронного устройства и способа работы, не выходящие из объема настоящего изобретения, определяемого в соответствии с нижеследующей формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство (1) определения углов пространственного положения оружия, устанавливаемое на оружии, включающее в себя средство (7) измерения ускорения, конфигурированное, чтобы измерять составляющие (А_х, А_у, Α_ζ) ускорения оружия по осям (Χ_ΒΟϋΥ, Υ_ΒΟβΥ, Ζ_ΒΟβΥ) первой системы координат (Σ_ΒΟϋΥ), связанной с оружием (1);

средство (8) измерения угловой скорости, конфигурированное, чтобы измерять составляющие (О_х, О_у, Ο_ζ) угловой скорости оружия по осям (О_х, О_у, Ο_ζ) упомянутой системы координат (Χ_ΒΟβΥ, Υ_ΒΟβΥ, Ζ_Β0ΒΥ), и обрабатывающее средство (10), сконфигурированное чтобы вычислять фактические углы (Ргс, Кто, Ητά) пространственного положения оружия в динамических условиях на основании составляющих угловой скорости (О_х, О_у, Ο_ζ) оружия, определять статические углы (Рзс, Кзо, Ηδά) пространственного положения оружия в статических условиях самого оружия на основании упомянутых составляющих (А_х, А_у, Α_ζ) ускорения оружия посредством фильтрации по нижней частоте упомянутых составляющих (А_х, А_у) ускорения оружия, корректировать упомянутые составляющие (О_х, О_у, Ο_ζ) угловой скорости оружия на основании упомянутых статических углов (Рзс, Кзо, Ηδά) пространственного положения и упомянутых фактических углов (Ргс, Кто, Ητά) пространственного положения, при этом устройство отличается тем, что оно дополнительно сконфигурировано, чтобы определять первый статический угол пространственного положения оружия, соответствующий статическому углу тангажа (Р8с(1,)) оружия на основании первой составляющей Ах(1,) ускорения оружия по первой оси (Χ_ΒΟβΥ) упомянутой системы координат (Σ_ΒΟϋΥ) во время (ΐ₁) вычисления, причем упомянутая первая ось (Χ_ΒΟβΥ) расположена коаксиально продольной оси СК ствола (3) упомянутого оружия (1), определять второй статический угол пространственного положения, соответствующий статическому углу крена (КкоО,)) оружия на основании второй составляющей ускорения оружия по второй оси (Υ_ΒΟβΥ) упомянутой системы координат (Σ_ΒΟβΥ) и упомянутому определенному упомянутому статическому тангажу (Р§с(1₁)) во время (О вычисления, причем упомянутая вторая ось (Υ_ΒΟβΥ) ориентирована к правой стороне опорной рамы оружия (1), определять третий фактический угол пространственного положения, соответствующий фактическому углу курса Η(ΐ₁) оружия, на основании упомянутых составляющих (О_х, О_у) угловой скорости оружия, фактических углов тангажа (Ргс(1_|-|)) и крена (Кго(1_|-|)), как определено во время (ΐ_1-1) вычисления, предшествующее текущему времени (ΐ₁) вычисления.
2. Устройство по п.1, в котором упомянутое обрабатывающее средство (10) сконфигурировано, чтобы определять первый статический угол пространственного положения оружия, соответствующий статическому тангажу (Р5с(1,)), посредством осуществления следующего математического отношения:

(РзсЦСд.)) = агсзхп (Ах (ЬЦ ) ;

причем Ах(О является первой составляющей ускорения оружия по первой оси (Χ_ΒΟβΥ) упомянутой

- 8 023656 системы координат (Σ_ΒΟβυ) во время 1₁ вычисления.
3. Устройство по любому из пп.1 или 2, в котором упомянутое обрабатывающее средство (10) сконфигурировано, чтобы определять второй статический угол пространственного положения, соответствующий статическому крену (Е5о(1,)). посредством осуществления следующего математического отношения:

причем Ау(1₁) является второй составляющей ускорения оружия по второй оси (Υ_ΒΟβυ) упомянутой системы координат (Σ_ΒΟβυ).
4. Устройство по п.3, в котором упомянутое электронное обрабатывающее средство (10) сконфигурировано, чтобы получать во время (1₁) вычисления фактические углы пространственного положения, включающие в себя тангаж (Ргс(1_1-1)), крен (Кго(1_1-1)) и курс (Нг6(1_1-1)), определенные во время (1_1-1) вычисления, предшествующее текущему времени (1₁) вычисления, определять корректировочные коэффициенты упомянутых составляющих (С_х, С_у) угловой скорости, как функцию разности между упомянутым динамическим тангажем (Ргс(1_1-1)), динамическим креном (Кго(1_1-1)), как определено во время (1_1-1) вычисления, предшествующее текущему времени (1₁), и упомянутым статическим тангажем (Рзс(1_1-1)) и, соответственно, статическим креном Е5о((). как определено в текущее время (1₁) вычисления.
5. Устройство по п.4, в котором упомянутое электронное обрабатывающее средство (10) сконфигурировано, чтобы определять первый корректировочный коэффициент (θχ), вычисляя разность между упомянутым фактическим углом тангажа (Ргс(1_1-1)), вычисленным во время (1_1-1), предшествующее текущему времени (1) вычисления, и статическим углом тангажа (Рзс(1₁)), вычисленным в текущее время (1₁) вычисления, вычислять дифференциал тангажа (6Р(1,)) посредством отношения вычислять скорректированный дифференциал тангажа (6Рс(1,)) посредством вычитания упомянутого первого корректировочного коэффициента (θχ) из упомянутого дифференциала тангажа 6Р(1,) и интегрировать упомянутый скорректированный дифференциал тангажа (6Рс(1,)) по времени, чтобы определить фактический угол тангажа (Ргс(1,)).
6. Устройство по п.4, в котором упомянутое электронное обрабатывающее средство (10) сконфигурировано, чтобы определять второй корректировочный коэффициент (^£у), вычисляя разность между упомянутым фактическим углом крена (Рго (1_ι4)), вычисленным во время (1_1-1), предшествующее текущему времени (1₁) вычисления, и упомянутым статическим углом крена (Рго(1₁)), вычисленным в текущее время (1₁) вычисления, вычислять дифференциал крена (йЕ(1₁)) посредством отношения с!Е (ύι) = Сх (ϋί)+Су (Ει) *3Ϊη (Его (ύι_ι) *Сап (Ргс (ϋί) ) +

Οζ (ϋι -1) ‘соб (Его (Εί-ι) ) *Ьап (Ргс (Ъ±-1} ) вычислять скорректированный дифференциал крена (6Ес(1,)) посредством вычитания упомянутого корректировочного коэффициента (®у) из упомянутого дифференциала крена 6Е(() и интегрировать упомянутый скорректированный дифференциал крена (6Нс(1,)) по времени, чтобы определить фактический угол крена (Рго(1,)).
7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором упомянутое обрабатывающее средство сконфигурировано, чтобы вычислять дифференциал курса (йН(1₁)) посредством следующего математического отношения: άΗ(С_х) =Н1+Н2; причем

Н1=Су (Ρχ) *8ΐη (Его (> ) /соз (Ргс (Ε^ι) ) ;

Н2=Ог*соз (Его (Ьх-ι) /соз (Ргс (ϋχ-ι) ) и интегрировать дифференциал курса (6Н(1,)) по времени, чтобы определить фактический угол курса (Н(Ш
8. Способ определения углов пространственного положения оружия с использованием устройства по п.1, включающий в себя измерение составляющих (А_х, А_у, Α_ζ) ускорения оружия (1) по осям (Χ_ΒΟϋΥ, Υ_ΒΟβυ, Ζ_ΒΟβυ) первой системы (Σ_ΒΟβυ) координат, связанной с оружием (2);

измерение составляющих (С_х, С_у, Ο_ζ) угловой скорости оружия по осям (Χ_ΒΟβυ, Υ_ΒΟβυ, Ζ_ΒΟβυ) упомянутой системы (Σ_ΒΟβυ) координат и вычисление фактических углов (Ргс, Его, Нгй) пространственного положения оружия в динамических условиях на основании составляющих угловой скорости (С_х, С_у, Ο_ζ), определение статических углов (Рзс, Езо, Нзй) пространственного положения оружия в статических условиях оружия на основании упомянутых составляющих (А_х, А_у, Α_ζ) ускорения посредством фильтра- 9 023656 ции по нижней частоте упомянутых составляющих (А_х, А_у) ускорения, корректировку упомянутых составляющих (О_х, О_у, Ο_ζ) угловой скорости на основании упомянутых статических углов (Ркс, Кко, Ηδά) пространственного положения и упомянутых фактических углов (Ргс, Кто, Нгб) пространственного положения, при этом способ отличается тем, что в нем определяют первый статический угол пространственного положения оружия, соответствующий статическому углу тангажа (Р§с(1₁)) оружия, на основании первой составляющей Αχ(ί₁) ускорения оружия по первой оси (Χ_βοβυ) упомянутой системы координат (Σ_ΒΟΒΥ) во время (ί₁) вычисления, причем упомянутая первая ось (Χ_ΒΟϋΥ) расположена коаксиально продольной оси (СК) ствола (3) упомянутого оружия (1), определяют второй статический угол пространственного положения, соответствующий статическому углу крена (К.5о(1,)) оружия, на основании второй составляющей ускорения оружия по второй оси (Υ_ΒΟΒΥ) упомянутой системы координат (Σ_ΒΟϋΥ) и упомянутому определенному упомянутому статическому тангажу (Р5с(1,)) во время (ί₁) вычисления, причем упомянутая вторая ось (Υ_ΒΟΒΥ) ориентирована к правой стороне опорной рамы оружия (1), определяют третий фактический угол пространственного положения, соответствующий фактическому углу курса Η(ί₁) оружия, на основании упомянутых составляющих (Ο_χ, С_у) угловой скорости оружия, фактических углов тангажа (Ргс(1_|-|)) и крена (Кго(1_|-|)), как определено во время (ί_1-1) вычисления, предшествующее текущему времени (ί₁) вычисления.
9. Способ по п.8, включающий в себя этап определения первого статического угла пространственного положения оружия, соответствующего статическому тангажу (Р§с(1₁)), посредством осуществления следующего математического отношения:

(Рзс(Ё1)) = агсзгп (Ах(1п));

причем Αχ(ί₁) является первой составляющей ускорения оружия по первой оси (Χ_βοβυ) упомянутой системы координат (Σ_ΒΟΒΥ) во время (ί₁) вычисления.
10. Способ по любому из пп.8 или 9, включающий в себя этап определения второго статического угла пространственного положения, соответствующего статическому крену (Κδο(ΐ₁)), посредством осуществления следующего математического отношения:

причем Ау(1,) является второй составляющей ускорения оружия (1) по второй оси (Υ_ΒΟΒΥ) упомянутой системы координат (Σ_ΒΟϋΥ).
11. Способ по п.10, включающий в себя этап получения во время (ί₁) вычисления фактических углов пространственного положения, включающих в себя тангаж (Ргс(1_|-1)), крен (Кго(1_|-1)) и курс (Нгб(1_1-1)), определенных во время (ΐ_1-1) вычисления, предшествующее текущему времени (ί₁) вычисления, определения корректировочных коэффициентов -Ό упомянутых составляющих (Ο_χ, С_у) угловой скорости, как функции разности между упомянутым динамическим тангажем (Ргс(1_|-1)), динамическим креном (Кго(!_1-1)), как определено во время (ί_1-1) вычисления, предшествующее текущему времени (ί₁), и упомянутым статическим тангажем (Р§с(1_1-1)) и, соответственно, статическим креном К5о(1_|1). как определено в текущее время (ί₁) вычисления.
12. Способ по п.11, включающий в себя этап определения первого корректировочного коэффициента (θχ) посредством вычисления разности между упомянутым фактическим углом тангажа (Ргс(1_|-1)), вычисленным во время (ί_1-1), предшествующее текущему времени (ί₁) вычисления, и статическим углом тангажа (Р5с(1,)), вычисленным в текущее время (ίί) вычисления, вычисления дифференциала тангажа (6Р(1,)) посредством отношения άΡ (Ρί) =Су (РО *соз (Его (Ρί-ι) ) -Οζ (Ρι)) *зхп (Его (Ρι-ι) ) ;

вычисления скорректированного дифференциала тангажа (бРс(1,)) посредством вычитания упомянутого первого корректировочного коэффициента (θχ) из упомянутого дифференциала тангажа 6Р(1,) и интегрирования упомянутого скорректированного дифференциала тангажа (бРс(1,)) по времени, так чтобы определить фактический угол тангажа (Ргс(1,)).
13. Способ по п.12, включающий в себя этапы определения второго корректировочного коэффициента ^у) посредством вычисления разности между упомянутым фактическим углом крена (Рго(1_|-1)), вычисленным во время (ί_1-1), предшествующее текущему времени (ί₁) вычисления, и упомянутым статическим углом крена (Рго(1,)), вычисленным в текущее время (ί₁) вычисления, вычисления дифференциала крена (άΚ(ΐ₁)) посредством отношения άΚ (Сд.) =Сх (Сд) +Оу (Г,.} *βίη {Его (Сд.,1) *Сап (Ргс (С_г) ) + <3ζ (С а. _! > *соз (ΚτοίΠ-ι) ) *Еап(Ргс (Ьд-ι) ) вычисления скорректированного дифференциала крена (бКс(1,)) посредством вычитания упомянутого корректировочного коэффициента (^€у) из упомянутого дифференциала крена άΚ(ΐ₁) и

- 10 023656 интегрирования упомянутого скорректированного дифференциала крена (й^с(О) по времени, чтобы определить фактический угол крена (Кго(1₁)).
14. Способ по любому из пп.8-13, включающий в себя этапы вычисления дифференциала курса (άΗ(ΐ₁)) посредством следующего математического отношения:

<ЗН (ь_х) “Н1+Н2; причем

Н1=(3у (Πχ) *31п(Кго (Πι-ι) ) /соз (Ргс (Ε,,-ι) ) ;

Н2=<3г*сое (Его (Εχ-ι) /сое (Ргс (Ρ_χ-ι) ) ; и интегрирования дифференциала курса (άΗ(ΐ₁)) по времени, чтобы определить фактический угол курса (Η(1,)).