ES2634873T3 - Procedimiento y dispositivo para mejorar la navegación inercial de un artefacto - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para mejorar la navegación inercial de un artefacto Download PDF

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Abstract

Procedimiento para mejorar la navegación inercial de un artefacto (M) equipado con una central inercial (IM) de calidad mediocre y disparado desde un portador (L) equipado con una central inercial (IL) de precisión, procedimiento en el que: - antes del disparo de dicho artefacto (M) desde el portador (L), las desviaciones medias de los acelerómetros y de los girómetros de la central inercial (IM) de dicho artefacto se determinan con ayuda de la central inercial (IL) de dicho portador (L); caracterizado por que - durante la navegación inercial de dicho artefacto (M), después del disparo, las mediciones acelerométricas y girométricas suministradas por dicha central inercial (IM) de dicho artefacto (M) son corregidas por dichas desviaciones medias determinadas antes del disparo.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo para mejorar la navegacion inercial de un artefacto
La presente invencion se refiere a un procedimiento y un dispositivo para mejorar la navegacion inercial de un artefacto.
Aunque no exclusivamente, es particularmente apropiada para realizarse con misiles tacticos, por ejemplo del tipo anticarro o antibunquer cuyo alcance es de algunos kilometros (alcance medio).
Se sabe que tales misiles pueden presentar una central inercial que les permite una navegacion parcial o totalmente inercial. No obstante, dado que estos misiles son destruidos cuando alcanzan su objetivo, las centrales inerciales que estos abarcan no son, por razones de costes, centrales inerciales de altas prestaciones que, por ello, presentan unas desviaciones acelerometricas y girometricas.
Es evidente que estas desviaciones acelerometricas y girometricas generan errores de deriva de navegacion, en posicion y en comportamiento, limitando el alcance util de dichos misiles.
Para remediar tales inconvenientes, se podria pensar en utilizar una central inercial de mejor calidad, en prever un sensor complementario (por ejemplo, de tipo GPS) y/o, en el caso de que el misil comprenda un autodirector, en aumentar el alcance o el tamano del cambio de vision de este autodirector. No obstante, tales medidas conllevan obligatoriamente un coste suplementario para los misiles. Es conocido el hecho de alinear un misil que lleva una central inercial de calidad media con un portador equipado con una central inercial de calidad de alta precision, vease D.H. Titterton, RAE Farnborough, y J.L. Weston, “The alignment of ship launched missile IN systems”, IEE colloquium en Inertial Sensor Development, 1990, http ://ieeexplore.ieee.org/document/190915/.
El objeto de la presente invencion es remediar este inconveniente reduciendo los errores debidos a las desviaciones de los acelerometros y de los girometros de la central inercial de calidad mediocre de los misiles y, por tanto, mejorar las prestaciones de navegacion inercial de estos ultimos, evitando cualquier recurso a una medicion que conlleve un coste suplementario.
A este fin, segun la invencion, el procedimiento para mejorar la navegacion inercial de un artefacto equipado con una central inercial de calidad mediocre y disparado desde un portador equipado con una central inercial de precision es destacable por que:
- antes del disparo de dicho artefacto desde el portador, las desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros de la central inercial de dicho artefacto son determinados con ayuda de la central inercial de dicho portador; y
- durante la navegacion inercial de dicho artefacto, las mediciones acelerometricas y girometricas suministradas por dicha central inercial de dicho artefacto son corregidas por dichas desviaciones medias determinadas antes del disparo.
Asi, gracias a la invencion se tienen en cuenta las desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros que crean los principales errores de navegacion, de modo que la navegacion inercial de dicho artefacto pueda ser satisfactoria a pesar de la calidad mediocre de la central inercial. El procedimiento conforme a la presente invencion esta basado en la observacion de la solicitante de que las desviaciones acelerometricas y girometricas de tal central inercial son relativamente estables en el curso del tiempo y que las variaciones de estas desviaciones, durante la duracion de vuelo del artefacto, son insignificantes en comparacion con los valores absolutos de las desviaciones determinadas antes del lanzamiento del artefacto.
Se debe destacar que la central inercial del artefacto y la central inercial del portador tienen que cada una de ellas su propio sistema de ejes de referencia con respecto a los cuales suministran sus mediciones acelerometricas y girometricas y que estos dos sistemas de referencia son fijos uno con respecto a otro, en posicion y en orientacion, en tanto no se dispare dicho artefacto.
Asimismo, para la determinacion de dichas desviaciones de la central inercial de dicho artefacto, es ventajoso que las medidas acelerometricas y girometrica de una de las centrales inerciales, por una transformacion que tiene en cuenta la posicion y la orientacion relativas de los dos sistemas de ejes, sean expresadas en el sistema de ejes de referencia de la otra de dichas centrales inerciales. En este caso, se preve que:
- mientras que la central inercial del portador esta ya en funcionamiento, la central inercial del artefacto es puesta en funcionamiento;
- las mediciones acelerometricas y girometricas de una de las centrales inerciales, por dicha transformacion que tiene en cuenta la posicion y la orientacion relativas de los dos sistemas de ejes de referencia, son expresadas
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en el sistema de ejes de referencia de la otra de dichas centrales inerciales; y
- en el sistema de ejes de esta otra de dichas centrales inerciales, se comparan, haciendo la diferencia entre ellas, las mediciones acelerometricas y girometricas de las dos centrales inerciales.
De preferencia:
- se filtran las diferencias de mediciones acelerometricas y girometricas asi obtenidas para obtener unas estimaciones corrientes de las desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros de la central inercial de dicho artefacto; y
- en el instante del disparo del artefacto, se detiene el proceso anterior de obtencion de dichas estimaciones corrientes de las desviaciones medias y se guardan los ultimos valores de estas ultimas que constituyen las estimaciones de las desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros de la central inercial del artefacto.
Por lo demas, durante el vuelo de dicho artefacto, se efectuan continuamente las operaciones siguientes:
- diferencia entre las mediciones instantaneas de los acelerometros y de los girometros de la central inercial del artefacto y de dichas estimaciones de las desviaciones medias para obtener unas mediciones acelerometricas y girometricas del artefacto corregidas; y
- utilizacion de estas mediciones acelerometricas y girometricas corregidas en la navegacion inercial de dicho artefacto.
La presente invencion concierne ademas a un dispositivo para mejorar la navegacion inercial de un artefacto equipado con una central inercial de calidad mediocre y disparado desde un portador equipado con una central inercial de precision, teniendo cada una de dichas centrales su propio sistema de ejes de referencia con respecto a los cuales suministran sus mediciones acelerometricas y girometricas y estando estos dos sistemas de ejes de referencia fijos uno con respecto a otro, en posicion y en orientacion, en tanto no se dispare dicho artefacto.
Segun la presente invencion, este dispositivo es destacable por que comprende:
- unos medios de calculo que permiten, por una transformacion que tiene en cuenta la posicion y la orientacion
relativas de los dos sistemas de ejes, expresar las mediciones acelerometricas y girometricas de una de las centrales inerciales en el sistema de ejes de referencia de la otra de dichas centrales inerciales; y
- unos medios de comparacion que permiten, en este sistema de ejes de referencia de esta otra de dichas centrales inerciales, comparar las mediciones acelerometricas y girometricas de las dos centrales inerciales.
Ademas, el dispositivo conforme a la presente invencion comprende:
- un filtro para filtrar las diferencias de las mediciones acelerometricas y girometricas resultantes de la
comparacion con ayuda de dichos medios de comparacion y para obtener unas estimaciones corrientes de las
desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros de la central inercial de dicho artefacto; y
- un sustractor para restar de las mediciones instantaneas de los acelerometros y de los girometros de la central inercial del artefacto en vuelo, los ultimos valores, antes del disparo, de dichas estimaciones de desviaciones corrientes.
Las figuras del dibujo anexo haran que se comprenda bien como puede realizarse la invencion. En estas figuras, unas referencias identicas designan unos elementos similares.
La figura 1 es una vista esquematica y parcial, antes del disparo, de un misil llevado por un portador.
La figura 2 es un esquema sinoptico que ilustra la presente invencion.
En la figura 1, se ha representado esquematicamente un artefacto M, por ejemplo un misil tactico de alcance medio (algunos kilometros) rigidamente montado en un portador L, por ejemplo un vehiculo terrestre, una aeronave, etc., por intermedio de un pilon P.
El artefacto M comprende una central inercial IM, por ejemplo de tres acelerometros y de tres girometros (no representados) que definen un sistema de ejes de referencia R, S y T. Asimismo, el portador L comprende una central inercial iL, por ejemplo de tres acelerometros y de tres girometros (no representados) que defienden un sistema de ejes de referencia X, Y y Z.
Antes del disparo del artefacto M desde el portador L, la posicion relativa y la orientacion relativa de los dos sistemas de ejes de referencia R, S, T y X, Y, Z son fijas y conocidas a causa del posicionamiento rigido conocido del
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artefacto M en el portador L. Por tanto, es posible, gracias a una transformacion matematica apropiada expresar las mediciones acelerometricas y girometricas de una de las centrales inerciales IM o IL en el sistema de ejes de referencia de la otra de dichas centrales inerciales IL o IM.
Esta propiedad es realizada por la presente invencion, como ilustra el esquema sinoptico de la figura 2.
En esta figura, se ha representado un ordenador 1 que permite efectuar esta transformacion y expresar las mediciones acelerometricas y girometricas Axl, Ayl, Azl, pl, qL y n_ que recibe de la central inercial IL del portador L en el sistema de ejes de referencia R, S, T de la central inercial IM del artefacto M. A continuacion, estas mediciones acelerometricas y girometricas que han padecido la transformacion del ordenador 1 son referenciadas Axl, Ayl’, Azl’, pl’, qL’ y n_’.
Puesto que estas mediciones acelerometricas y girometricas transformadas se encuentran ahora referenciadas en el mismo sistema de ejes de referencia R, S, T que las mediciones acelerometricas y girometricas de la central inercial IM del artefacto M (a continuacion, referenciadas Arm, Asm, Atm, pm, qM y rM), pueden compararse con estas ultimas en un comparador 2 (en la figura 2, la union entre la central inercial IM y el comparador 2 esta esquematicamente representada por una posicion a de un inversor controlable inv).
Asi, a la salida del comparador 2, se obtienen las diferencias:
A ax = Arm - Axl’
A ay = Asm - Ayl’
A az = Atm - Azl’
A p = pm - pl’
A q = qM - qL’
A r = rM - rL
que expresan las desviaciones instantaneas de la central inercial IM del artefacto M con respecto a las mediciones de la central inercial IL del portador L.
Por tanto, por lo que precede se comprende facilmente que si, antes del disparo del artefacto M desde el portador L y mientras la central inercial IL de dicho portador esta en funcionamiento, se pone en funcionamiento la central inercial IM del artefacto M, se pueden obtener de forma continua estas desviaciones instantaneas A Ax , A Ay , A Az, A p, A q y A r de la central inercial IM.
Para conservar las bajas frecuencias, es decir, las desviaciones medias, y filtrar los ruidos de mediciones, dichas desviaciones instantaneas que aparecen a la salida del comparador 2 son filtrados por un filtro 3, constituyendo, por tanto, estas desviaciones instantaneas filtradas unas estimaciones corrientes de las desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros de la central inercial IM del artefacto M.
En el instante del disparo, se detiene el proceso anteriormente descrito de determinacion de las estimaciones corrientes de las desviaciones medias de la central IM y se registra en una memoria 4 el ultimo valor de cada una de dichas estimaciones corrientes (en la figura 2, estas acciones en el instante del disparo estan figuradas por unas flechas t que actuan sobre la memoria 4 y sobre el inversor inv para hacerle adoptar su posicion b que une la central inercial a un comparador 5). Estos ultimos valores de las estimaciones corrientes de las desviaciones medias de la central IM constituyen entonces las mejores estimaciones disponibles de las desviaciones medias de la central inercial IM del artefacto M y pueden referenciarse por la desviacion Arm, desviacion Asm, desviacion Atm, desviacion pM, desviacion qM y desviacion rM.
Despues del disparo durante el vuelo del artefacto M, gracias al comparador 5 que recibe a la vez mediciones acelerometricas y girometricas instantaneas Arm, Asm, Atm, pm, qM y rM de la central inercial M y dichas desviaciones, este comparador 5 puede enviar a los dispositivos de navegacion inercial del artefacto M las mediciones acelerometricas y girometricas corregidas Arm - desviacion Arm, Asm - desviacion Asm, Atm - desviacion Atm, pm -
desviacion pm, qM - desviacion qM y rM - desviacion rM.
Se destacara que, en el proceso anterior, la transformacion del ordenador 1 podria aplicarse a la central inercial IM del artefacto M en lugar de aplicarse a la central inercial IL del portador L. Ademas, aunque la memoria 4 y el comparador 5 deben encontrarse a bordo del artefacto M, el ordenador 1, el comparador 2 y el filtro 3 pueden encontrarse tanto a bordo del artefacto M como del portador L. En este ultimo caso, la union entre el filtro 3 y la
memoria 4 se rompe en el momento del disparo.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para mejorar la navegacion inercial de un artefacto (M) equipado con una central inercial (IM) de calidad mediocre y disparado desde un portador (L) equipado con una central inercial (IL) de precision, procedimiento en el que:
    - antes del disparo de dicho artefacto (M) desde el portador (L), las desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros de la central inercial (IM) de dicho artefacto se determinan con ayuda de la central inercial (IL) de dicho portador (L);
    caracterizado por que
    - durante la navegacion inercial de dicho artefacto (M), despues del disparo, las mediciones acelerometricas y girometricas suministradas por dicha central inercial (IM) de dicho artefacto (M) son corregidas por dichas desviaciones medias determinadas antes del disparo.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el cual la central inercial (IM) del artefacto (M) y la central inercial (IL) del portador (L) tienen cada una de ellas su propio sistema de eje de referencia (X, Y, Z, - R, S, T) con respecto a los cuales suministran sus mediciones acelerometricas y girometricas, estando fijos estos dos sistemas de ejes de referencia uno con respecto a otro, en posicion y en orientacion, en tanto no se dispare dicho artefacto, caracterizado por que para la determinacion de dichas desviaciones de la central inercial (IM) de dicho artefacto (M), las mediciones acelerometricas y girometricas de una de las centrales inerciales (IL, IM) se expresan, por una transformacion que tiene en cuenta la posicion y la orientacion relativas de los dos sistemas de ejes (X, Y, Z - R, S, T), en el sistema de ejes de referencia de la otra de dichas centrales inerciales.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, caracterizado por que:
    - mientras la central inercial (IL) del portador (L) esta ya en funcionamiento, la central inercial (IM) del artefacto (M) es puesta en funcionamiento;
    - las mediciones acelerometricas y girometricas de una de las centrales inerciales (IL, IM) se expresan, por dicha transformacion que tiene en cuenta la posicion y la orientacion relativas de los dos sistemas de ejes de referencia (X, Y, Z - R, S, T), en el sistema de ejes de referencia de la otra de dichas centrales inerciales; y
    - en este sistema de ejes de referencia de esta otra de dichas centrales inerciales, se comparan, haciendo la diferencia entre ellas, las mediciones acelerometricas y girometricas de las dos centrales inerciales.
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que:
    - se filtran las diferencias de mediciones acelerometricas y girometricas asi obtenidas para obtener estimaciones corrientes de las desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros de la central inercial (IM) de dicho artefacto (M); y
    - en el instante del disparo del artefacto (M), se detiene el proceso anterior de obtencion de dichas estimaciones corrientes de las desviaciones medias, y se guardan los ultimos valores de estas ultimas que constituyen las estimaciones de las desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros de la central inercial del artefacto.
  5. 5. Procedimiento segun la reivindicacion 4, caracterizado por que, durante el vuelo de dicho artefacto (M), se efectuan continuamente las operaciones siguientes:
    - diferencia entre las mediciones instantaneas de los acelerometros y de los girometros de la central inercial (IM) del artefacto (M) y dichas estimaciones de las desviaciones medias, para obtener unas mediciones acelerometricas y girometricas del artefacto corregidas; y
    - utilizacion de estas mediciones acelerometricas y girometricas corregidas en la navegacion inercial de dicho artefacto (M).
  6. 6. Dispositivo para mejorar la navegacion inercial de un artefacto (M) equipado con una central inercial (IM) de calidad mediocre y disparado desde un portador (L) equipado con una central inercial (IL) de precision, teniendo cada una de dichas centrales (IM, IL) su propio sistema de ejes de referencia (X, Y, Z - R, S, T) con respecto a los cuales suministran sus mediciones acelerometricas y girometricas, y estando fijos estos dos sistemas de ejes de referencia uno con respecto a otro, en posicion y en orientacion en tanto no se dispare dicho artefacto (M), comprendiendo el dispositivo:
    - unos medios de calculo (1) que permiten, por una transformacion que tiene en cuenta la posicion y la orientacion relativas de los dos sistemas de ejes (X, Y, Z - R, S, T), expresar las mediciones acelerometricas y girometricas de
    una de las centrales inerciales en el sistema de ejes de referenda de la otra de dichas centrales inerciales, y
    - unos medios (2, 3, 4) configurados para determinar las desviaciones medias de las mediciones acelerometricas y girometricas suministradas por dicha central inercial (IM) de dicho artefacto (M) con ayuda de la central inercial (IL) de dicho portador (L) antes del disparo de dicho artefacto;
    5 caracterizado por que el dispositivo comprende
    unos medios (5, 6) configurados para corregir dichas mediciones acelerometricas y girometricas suministradas por dicha central inercial (IM) de dicho artefacto (M) durante la navegacion inercial de dicho artefacto (M) por dichas desviaciones medias determinadas antes del disparo.
  7. 7. Dispositivo segun la reivindicacion 6, caracterizado por que comprende:
    10 - un filtro (3) para filtrar las diferencias de mediciones acelerometricas y girometricas que resultan de la comparacion
    con ayuda de dichos medios de comparacion (2) y para obtener estimaciones corrientes de las desviaciones medias de los acelerometros y de los girometros de la central inercial (IM) de dicho artefacto; y
    - un sustractor (5) para restar de las mediciones instantaneas de los acelerometros y los girometros de la central inercial (IM) del artefacto (M) en vuelo, los ultimos valores, antes del disparo, de dichas estimaciones de
    15 desviaciones corrientes.
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