RU102992U1

RU102992U1 - ASTROINERCIAL NAVIGATION DEVICE

Info

Publication number: RU102992U1
Application number: RU2010143797/28U
Authority: RU
Inventors: Алексей Григорьевич Кузнецов; Николай Александрович Голованов; Геннадий Иванович Чесноков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики"
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2011-03-20

Abstract

Астроинерциальное навигационное устройство, содержащее первый корпус, в котором установлены сориентированные по каждой из осей трехмерной координатной системы три гироскопа и три акселерометра, установленные на общем базовом основании, каждый из которых соответственно через первый и второй аналогово-цифровые преобразователи сигналов соединены с первым и вторым входом блока памяти, последовательно соединенного с вычислителем и блоком исполнительных механизмов, а также содержащее блок управления поворотными механизмами, первый выход которого соединен с первым блоком поворотных механизмов, первый выход которого подключен к внешней рамке первого поворотного механизма соединенного с датчиком крена, выход которого через третий аналогово-цифровой преобразователь сигнала подключен к третьему входу блока памяти, а второй выход первого блока поворотных механизмов последовательно соединен с внутренней рамкой второго поворотного механизма, датчиком тангажа, четвертым аналогово-цифровым преобразователем сигнала и четвертым входом блока памяти, при этом третий выход блока поворотных механизмов подключен к астровизору, который содержит последовательно соединенные объектив астровизора, фотоприемник и пятый аналогово-цифровой преобразователь сигнала, выход которого подключен к пятому входу блока памяти, отличающееся тем, что дополнительно в систему введен второй корпус, при этом первый корпус жестко соединен как с общим базовым основанием, так и с вторым корпусом в плоскости YZ, причем в общей стенке между первым и вторым корпусами сформировано оптическое окно, а на внутренней стенке второго корпуса уст An astroinertial navigation device comprising a first housing in which three gyroscopes and three accelerometers oriented on each axis of the three-dimensional coordinate system are mounted on a common base, each of which is connected through the first and second analog-to-digital signal converters to the first and second input a memory unit connected in series with the calculator and the block of actuators, as well as containing a control unit for rotary mechanisms, the first output which is connected to the first block of the rotary mechanisms, the first output of which is connected to the outer frame of the first rotary mechanism connected to the roll sensor, the output of which is connected to the third input of the memory unit through the third analog-to-digital signal converter, and the second output of the first block of rotary mechanisms is connected in series with the inner frame of the second rotary mechanism, the pitch sensor, the fourth analog-to-digital signal converter and the fourth input of the memory unit, while the third output is bl a number of rotary mechanisms is connected to an astrovisor, which contains a series-connected lens of the astrovisor, a photodetector and a fifth analog-to-digital signal converter, the output of which is connected to the fifth input of the memory unit, characterized in that a second housing is additionally introduced into the system, while the first housing is rigidly connected as with a common base base, and with a second case in the YZ plane, and an optical window is formed in the common wall between the first and second buildings, and on the inner wall of the second case

Description

Полезная модель относится к области приборостроения - высокоточным астроинерциальным навигационным устройствам для применения в составе пилотируемых авиационно-космических объектов и беспилотных летательных аппаратах.The utility model relates to the field of instrumentation - high-precision astroinertial navigation devices for use in manned aerospace objects and unmanned aerial vehicles.

Известно устройство для астроинерциальной навигации, включающее стабилизированную платформу с тремя карданными подвесами, на которую установлено астровизирующее устройство с двумя степенями свободы, разработанное для слежения за звездами днем или ночью. Платформа несет два поплавковых гироскопа и три акселерометра. Астроинерциальный прибор соединен интерфейсом с цифровым вычислителем. Вычислитель хранит данные позиционирования для 61 звезды, реализует алгоритмы платформенной инерциальной системы и осуществляет коррекцию определенных инерциальной системой навигационных параметров по результатам астрономических измерений. Высокая точность астроинерциальных измерений обуславливается качеством привязки оси визирования звезд к местной вертикали, которая реализуется инерциальной навигационной системой посредством установки платформы в горизонтальное положение. Астрокоррекция уменьшает погрешность определения истинного курса летательного аппарата и ошибку ее позиционирования независимо от времени полета "Northrop star tracer aboard B-1B. Julian Moxom. Air Force Association Show. October 1983", а также из работы "NAS-21 astro/inertial navigation system (United States). Jane's Avionics, July, 1997".A device for astroinertial navigation is known, including a stabilized platform with three cardan suspensions, on which an astroizing device with two degrees of freedom is installed, designed to track stars day or night. The platform carries two float gyroscopes and three accelerometers. The astroinertial device is connected by an interface to a digital computer. The calculator stores positioning data for 61 stars, implements the algorithms of the platform inertial system, and corrects the navigation parameters determined by the inertial system according to the results of astronomical measurements. High accuracy of astroinertial measurements is determined by the quality of binding the axis of sight of stars to the local vertical, which is implemented by an inertial navigation system by setting the platform in a horizontal position. Astro correction reduces the error in determining the true course of the aircraft and the error in its positioning regardless of the flight time "Northrop star tracer aboard B-1B. Julian Moxom. Air Force Association Show. October 1983", as well as from the work "NAS-21 astro / inertial navigation system (United States). Jane's Avionics, July, 1997. "

Однако, данным системам присущи существенные недостатки. Точность и надежность систем ограничивается большим количеством вращающихся рамок (не менее пяти), необходимостью ультравысокой точности от преобразователей, а также требованием регулярных наземных калибровок.However, these systems have significant disadvantages. The accuracy and reliability of systems is limited by a large number of rotating frames (at least five), the need for ultra-high accuracy from converters, as well as the requirement for regular ground calibrations.

Дополнительно бортовые стабилизированные платформы включают контактные кольца рамок, которые увеличивают стоимость и сложность системы и уменьшают ее надежность.Additionally, stabilized airborne platforms include slip rings on the frames, which increase the cost and complexity of the system and reduce its reliability.

Наиболее близким техническим решением заявленной полезной модели астроинрциального навигационного устройства, т.е. прототипом является устройство, содержащее первый корпус, в котором установлены сориентированные по каждой из осей трехмерной координатной системы три гироскопа и три акселерометра, каждый из которых соответственно через первый и второй аналогово-цифровые преобразователи сигналов соединены с первым и вторым входом блока памяти, а также содержащий блок управления поворотными механизмами, первый выход которого соединен с первым блоком поворотных механизмов, первый выход которого подключен к внешней рамке первого поворотного механизма соединенный с датчиком крена, выход которого через третий аналогово-цифровой преобразователь сигнала подключен к третьему входу блока памяти, а второй выход первого блока поворотных механизмов последовательно соединен с внутренней рамкой второго поворотного механизма, датчиком тангажа, четвертым аналогово-цифровым преобразователем сигнала и четвертым входом блока памяти, при этом третий выход блока поворотных механизмов подключен к астровизору, который содержит последовательно соединенные объектив астровизора, фотоприемник и пятый аналогово-цифровой преобразователь сигнала, выход которого подключен к пятому входу блока памяти.The closest technical solution to the claimed utility model of an astroinertial navigation device, i.e. the prototype is a device containing a first housing in which three gyroscopes and three accelerometers oriented along each axis of the three-dimensional coordinate system are installed, each of which is connected through the first and second analog-to-digital signal converters to the first and second input of the memory unit, and also containing control unit of the rotary mechanisms, the first output of which is connected to the first block of the rotary mechanisms, the first output of which is connected to the outer frame of the first rotary mechanism connected to a roll sensor, the output of which through the third analog-to-digital signal converter is connected to the third input of the memory block, and the second output of the first block of rotary mechanisms is connected in series with the inner frame of the second rotary mechanism, pitch sensor, fourth analog-to-digital signal converter and fourth block input memory, while the third output of the block of rotary mechanisms is connected to the astrovisor, which contains a series-connected lens of the astrovisor, a photodetector and a heel nth analog-to-digital signal converter, the output of which is connected to the fifth input of the memory block.

Недостатками указанного устройства являются ограниченная точность выходных параметров, повышенное энергопотребление и большая стоимость астроинерциальной навигационной системы.The disadvantages of this device are the limited accuracy of the output parameters, increased power consumption and the high cost of the astroinertial navigation system.

Техническим результатом заявленного устройства является повышение точности выходных параметров астроинерциальной системы навигации, значительное уменьшение потребляемой мощности, габаритов и стоимости изделия. (US Patent №5,396,326; G02B 27/32; G01B 11/26; Date Mar.7, 1995)The technical result of the claimed device is to increase the accuracy of the output parameters of the astroinertial navigation system, a significant reduction in power consumption, dimensions and cost of the product. (US Patent No. 5,396,326; G02B 27/32; G01B 11/26; Date Mar. 7, 1995)

Сущность предложенного астроинерциального навигационного устройства, содержащего первый корпус, в котором установлены сориентированные по каждой из осей трехмерной координатной системы три гироскопа и три акселерометра, установленные на общем базовом основании, каждый из которых соответственно через первый и второй аналогово-цифровые преобразователи сигналов соединены с первым и вторым входом блока памяти, последовательно соединенного с вычислителем и блоком исполнительных механизмов, а также содержащее блок управления поворотными механизмами, первый выход которого соединен с первым блоком поворотных механизмов, первый выход которого подключен к внешней рамке первого поворотного механизма соединенного с датчиком крена, выход которого через третий аналогово-цифровой преобразователь сигнала подключен к третьему входу блока памяти, а второй выход первого блока поворотных механизмов последовательно соединен с внутренней рамкой второго поворотного механизма, датчиком тангажа, четвертым аналогово-цифровым преобразователем сигнала и четвертым входом блока памяти, при этом третий выход блока поворотных механизмов подключен к астровизору, который содержит последовательно соединенные объектив астровизора, фотоприемник и пятый аналогово-цифровой преобразователь сигнала, выход которого подключен к пятому входу блока памяти, а также тем, что дополнительно в систему введен второй корпус, при этом первый корпус жестко соединен как с общим базовым основанием, так и с вторым корпусом в плоскости YZ, причем в общей стенке между первым и вторым корпусами сформировано оптическое окно, а на внутренней стенке второго корпуса установлен искусственный источник светового излучения, входящий в состав блока формирования светового потока, который также содержит соединенные оптически последовательно конденсор и движущуюся шторку с диафрагмой, к которой электрически подключен второй блок поворотных механизмов на три положения, вход которого подсоединен к второму выходу блока управления поворотными механизмами, а на выходах блока формирования светового потока сформированы три опорных луча, причем в первом положении движущейся шторки с диафрагмой непосредственно оптически соединены первый оптический выход блока формирования светового потока с первым оптическим входом объектива астровизора, во втором положении движущейся шторки с диафрагмой второй оптический луч подан через второй оптический выход блока формирования светового потока и первый вход первого блока оптической привязки, содержащего оптически последовательно соединенные первую отражающую грань первой призмы, оптическое окно, первое зеркало, оптическое окно, вторую отражающую грань первой призмы на оптический третий вход объектива астровизора, а в третьем положении движущейся шторки с диафрагмой третий опорный оптический луч через третий оптический выход блока формирования светового потока, подан на оптический вход второго блока оптической привязки, содержащий оптически последовательно соединенные первую отражающую грань второй призмы, отражающую грань третьей призмы, второе зеркало, отражающую грань третьей призмы, вторую отражающую грань второй призмы, второй оптический вход объектива астровизора, при этом фотоприемник дополнительно снабжен координатной матрицей, а четвертый оптический вход объектива астровизора направлен на световое излучение от рабочей звезды, причем первый выход вычислителя подключен к входу блока управления поворотными механизмами.The essence of the proposed astroinertial navigation device comprising a first housing, in which three gyroscopes and three accelerometers oriented on each axis of the three-dimensional coordinate system are installed, mounted on a common base, each of which is connected through the first and second analog-to-digital signal converters to the first and the second input of the memory unit, connected in series with the calculator and the block of actuators, as well as containing the control unit rotary mechanisms, the first output of which is connected to the first block of rotary mechanisms, the first output of which is connected to the outer frame of the first rotary mechanism connected to the roll sensor, the output of which through the third analog-to-digital signal converter is connected to the third input of the memory block, and the second output of the first block of rotary mechanisms is connected in series with the inner frame of the second rotary mechanism, pitch sensor, the fourth analog-to-digital signal converter and the fourth input of the memory unit and, while the third output of the rotary mechanism block is connected to an astro-imager, which contains a series-connected astro-vision lens, a photodetector and a fifth analog-to-digital signal converter, the output of which is connected to the fifth input of the memory unit, as well as by the fact that a second housing is additionally introduced into the system, wherein the first housing is rigidly connected with both a common base base and a second housing in the YZ plane, and an optical window is formed in the common wall between the first and second buildings, and on the inner wall the second case, an artificial light source is installed, which is part of the light flux forming unit, which also contains a condenser optically connected in series and a moving shutter with a diaphragm, to which the second block of rotary mechanisms is electrically connected in three positions, the input of which is connected to the second output of the rotary control unit mechanisms, and at the outputs of the light flux forming unit, three support beams are formed, and in the first position of the moving shutter with a diaphragm the first optical output of the luminous flux forming unit is directly optically connected to the first optical input of the astrovisor lens, in the second position of the moving shutter with a diaphragm, the second optical beam is fed through the second optical output of the luminous flux forming unit and the first input of the first optical binding unit containing the first optically connected reflective face of the first prism, optical window, first mirror, optical window, second reflective face of the first prism on optical t the third input of the astrovisor’s lens, and in the third position of the moving shutter with the diaphragm, the third reference optical beam is supplied through the third optical output of the light flux forming unit to the optical input of the second optical binding unit, containing the first reflective face of the second prism reflecting the face of the third prism, the second mirror reflecting the face of the third prism, the second reflecting face of the second prism, the second optical input of the astrovisor lens, while the photodetector is additionally sn it is loaded with a coordinate matrix, and the fourth optical input of the astrovisor lens is directed to light radiation from a working star, and the first output of the computer is connected to the input of the control unit of the rotary mechanisms.

Техническая реализация заявленного астроинерциального навигационного устройства осуществляется на аппаратно-программном комплексе с использованием элементной базы компьютерной техники, современной микроэлектроники, а также путем использования элементов построения оптических систем и высокоточной механики.The technical implementation of the claimed astroinertial navigation device is carried out on a hardware-software complex using the element base of computer technology, modern microelectronics, as well as using the elements of building optical systems and high-precision mechanics.

На Фиг.1 изображена функциональная схема заявленного астроинерциального навигационного устройства, где: первый корпус 1, общее базовое основание 2, гироскоп 3.1-3.3, акселерометр 4.1-4.3, первый аналогово-цифровой преобразователь сигнала 5, второй аналогово-цифровой преобразователь сигнала 6, блок памяти 7, вычислитель 8, первое зеркало 9, второй корпус 10, оптическое окно 11, блок управления поворотными механизмами 12, первый блок поворотных механизмов 13, внешняя рамка первого поворотного механизма 14, внутренняя рамка второго поворотного механизма 15, датчик крена 16, датчик тангажа 17, третий аналогово-цифровой преобразователь сигнала 18, четвертый аналогово-цифровой преобразователь сигнала 19, блок формирования светового потока 20, искусственный источник светового излучения 21, конденсор 22, движущаяся шторка с диафрагмой 23, второй блок поворотных механизмов 24, астровизор 25, объектив астровизора 26, фотоприемник 27, координатная матрица 28, пятый аналогово-цифровой преобразователь сигнала 29,первый блок оптической привязки 30,, первая призма 31, второй блок оптической привязки 32, вторая призма 33, третья призма 34, второе зеркало 35, блок исполнительных механизмов - 36Figure 1 shows a functional diagram of the claimed astroinertial navigation device, where: the first building 1, a common base base 2, gyroscope 3.1-3.3, accelerometer 4.1-4.3, the first analog-to-digital signal converter 5, the second analog-to-digital signal converter 6, block memory 7, calculator 8, first mirror 9, second housing 10, optical window 11, control unit of pivoting mechanisms 12, first block of pivoting mechanisms 13, outer frame of the first pivoting mechanism 14, inner frame of the second pivoting mechanism 15, roll sensor 16, pitch sensor 17, third analog-to-digital signal converter 18, fourth analog-to-digital signal converter 19, luminous flux generating unit 20, artificial light source 21, condenser 22, moving shutter with diaphragm 23, second block of rotary mechanisms 24 , astrovizor 25, lens of astrovizor 26, photodetector 27, coordinate matrix 28, fifth analog-to-digital signal transducer 29, first block of optical binding 30 ,, first prism 31, second block of optical binding 32, second prism 33, the third prism 34, the second mirror 35, the block of actuators - 36

На Фиг.2 изображена схема прохождения оптических лучей, где: первый корпус 1, общее базовое основание 2, первое зеркало 9, второй корпус 10, оптическое окно 11, искусственный источник светового излучения 21, конденсор 22, движущаяся шторка с диафрагмой 23, объектив астровизора 26, фотоприемник 27, координатная матрица 28, первая призма 31, вторая призма 33, третья призма 34, второе зеркало 35.Figure 2 shows a diagram of the passage of optical rays, where: the first housing 1, the common base base 2, the first mirror 9, the second housing 10, the optical window 11, an artificial light source 21, a condenser 22, a moving curtain with aperture 23, an astrovisor lens 26, photodetector 27, coordinate matrix 28, first prism 31, second prism 33, third prism 34, second mirror 35.

На Фиг.3 изображен пример вида координатной матрицы при измерении отклонения лучейFigure 3 shows an example of the type of coordinate matrix when measuring the deviation of the rays

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

В первом корпусе 1 (фиг.1) устанавливают датчики инерциальной навигационной системы определения координат движущегося объекта, для чего на общем базовом основании 2 размещают, ориентируют в пространстве в трехмерной системе координат и жестко закрепляют три гироскопа 3.1-3.3 и три акселерометра 4.1-4.3, (число датчиков может изменяться, например, по одному трехосному датчику угловых скоростей и угловых ускорений), выходы которых соответственно через первый и второй аналогово-цифровые преобразователи сигналов 5 и 6 подключены к блоку памяти 7 через его первый и второй входы, при этом выход блока памяти 7 соединен с входом вычислителя 8.In the first building 1 (Fig. 1), sensors of an inertial navigation system for determining the coordinates of a moving object are installed, for which they are placed on a common base 2, oriented in space in a three-dimensional coordinate system, and three gyroscopes 3.1-3.3 and three accelerometers 4.1-4.3 are rigidly fixed (the number of sensors can vary, for example, according to one triaxial sensor of angular velocities and angular accelerations), the outputs of which, respectively, through the first and second analog-to-digital signal converters 5 and 6 are connected to the memory unit 7 of its first and second inputs, wherein the output of the storage unit 7 is connected to the input of the calculator 8.

К первому корпусу 1 жестко закрепляют в плоскости YZ предварительно ориентированный в пространстве второй корпус 10, в котором размещены блоки астровизирующей системы, а между ними формируют оптическое окно 11.The second body 10, previously oriented in space, is rigidly fixed to the first building 1 in the YZ plane, in which the blocks of the astroizing system are placed, and an optical window 11 is formed between them.

Во втором корпусе 10 установлены на поворотном механизме (например, карданном подвесе) внешняя рамка 14 (поворачивающаяся вокруг оси α, которая соответствует оси Х приборной системы координат) и внутренняя рамка 15 (поворачивающаяся вокруг оси β, перпендикулярной оси α и направлена вдоль оси Y), при этом ось Z приборной системы координат направлена перпендикулярно плоскости XY.In the second case 10, an external frame 14 (rotating around the α axis that corresponds to the X axis of the instrument coordinate system) and an internal frame 15 (rotating around the β axis perpendicular to the α axis and directed along the Y axis) are mounted on a rotary mechanism (for example, a cardan suspension) while the Z axis of the instrument coordinate system is directed perpendicular to the XY plane.

На осях α и β соответственно закреплены датчик крена 16 и датчик тангажа 17, которые через третий и четвертый аналогово-цифровые преобразователи сигналов 18 и 19 подключены к третьему и четвертому входам блока памяти 7.The roll sensor 16 and the pitch sensor 17, which are connected to the third and fourth inputs of the memory unit 7 through the third and fourth analog-to-digital signal converters 18 and 19, respectively, are fixed on the axes α and β.

На этапе настройки астроинерциального навигационного устройства осуществляется оптическая привязка приборных систем координат инерпиальной и астровизирующей навигационных систем. Для этого на первом выходе блока управления поворотными механизмами 12 формирует электрические сигналы, которые подают на вход первого блока поворотных механизмов 13 и через его первый и второй выходы устанавливают внешнюю рамку первого поворотного механизма 14 и внутреннюю рамку второго поворотного механизма 15 в положение привязки по искусственному источнику светового излучения 21. При этом на третьем выходе блока управления поворотными механизмами 13 формируют соответствующий сигнал и поворачивают астровизор 25 таким образом (Фиг.3), чтобы ось визирования объектива астровизора 26 вышла за пределы конуса обзора астроориентиров.At the tuning stage of the astroinertial navigation device, optical linkage of instrument coordinate systems of inerpial and astrovizing navigation systems is carried out. To do this, at the first output of the control unit of the rotary mechanisms 12 generates electrical signals that are fed to the input of the first block of the rotary mechanisms 13 and through its first and second outputs set the outer frame of the first rotary mechanism 14 and the inner frame of the second rotary mechanism 15 in the position of binding to an artificial source light radiation 21. At the same time, at the third output of the control unit of the rotary mechanisms 13 form the corresponding signal and turn astrovizor 25 in such a way (Figure 3) that s sight astrovizora axis of the lens 26 has moved beyond the cone astroorientirov review.

Осуществление оптической взаимной привязки систем координат инерциальной и астровизирующей навигационных систем минимизирует погрешности измерений параметров движения летательного объекта. Для этого устанавливают искусственный источник светового излучения 21, например, светодиод, луч которого направляют на конденсор 22, с помощью которого получают параллельный световой поток, который парциально разделяют на три луча и пространственно фильтруют, например, сначала устанавливают движущуюся шторку с диафрагмой 24 в положение, когда в объектив астровизора 26 подают только луч 1 (перекрывают прохождение лучей 2 и 3), который затем через фотоприемник 27, фиксируют оптическое излучение (луч 1) на координатной матрице 28 в собственной системе координат, например, Р, θ. Изменяют и жестко фиксируют угловое положение искусственного источника светового излучения 21 в пространстве таким образом, чтобы изображение луча 1 находилось в центре координатной матрицы 28.The implementation of optical interconnection of coordinate systems of inertial and astrovizing navigation systems minimizes measurement errors of the motion parameters of an aircraft. To do this, install an artificial light source 21, for example, an LED whose beam is directed to a condenser 22, with which a parallel light flux is obtained, which is partially divided into three beams and spatially filtered, for example, first set a moving curtain with aperture 24 in position, when only ray 1 is fed into the lens of astrovision 26 (they block the passage of rays 2 and 3), which then passes through photodetector 27, the optical radiation (ray 1) is fixed on the coordinate matrix 28 in its own system IU coordinates, for example, P, θ. Change and rigidly fix the angular position of the artificial light source 21 in space so that the image of the beam 1 is in the center of the coordinate matrix 28.

На втором этапе настройки (Фиг.2) в блоке формирования светового потока 20 перекрывают движущейся шторкой с диафрагмой 23 лучи 1 и 3, а часть параллельного светового пучка (луч 2) с выхода конденсора 22 направляют в первый блок оптической привязки 30 на первую призму 31 с двумя отражающими гранями.At the second stage of tuning (Figure 2), in the block of formation of the light flux 20, beams 1 and 3 are blocked by a moving curtain with a diaphragm 23, and a part of the parallel light beam (beam 2) from the output of the condenser 22 is sent to the first block of optical binding 30 to the first prism 31 with two reflective faces.

Отраженный от первой грани первой призмы 31 луч (луч 2) направляют через оптическое окно 11 на первое зеркало 9, а от зеркала 9 - на вторую грань первой призмы 31 таким образом, чтобы отраженный от второй грани первой призмы 31 луч был направлен параллельно исходному лучу в объектив астровизора 26 и через фотоприемник 27 на координатную матрицу 28, на которой фиксируют координаты принятого изображения (относительно собственных координатных осей Р и θ), устанавливают изображение луча 2 на минимально возможном расстоянии от центра координатной матрицы 28 путем регулировки пространственного положения первой призмы 31, а соответствующий сигнал подают на вход пятого аналогово-цифрового преобразователя 29, на выходе которого формируют цифровой электрический сигнал, который подают на пятый вход блока памяти 7 и запоминают в соответствующем разделе.The beam reflected from the first face of the first prism 31 (beam 2) is directed through the optical window 11 to the first mirror 9, and from the mirror 9 to the second face of the first prism 31 so that the beam reflected from the second face of the first prism 31 is parallel to the original beam in the lens of the astrovisor 26 and through the photodetector 27 on the coordinate matrix 28, on which the coordinates of the received image are fixed (relative to the own coordinate axes P and θ), the image of beam 2 is set at the minimum possible distance from the center of the coordinate matrix 28 by adjusting the spatial position of the first prism 31, and a corresponding signal is fed to the input of the fifth analog-to-digital converter 29 the output of which form a digital electric signal which is supplied to the fifth input of the storage unit 7 and stored in the appropriate section.

На третьем этапе настройки перекрывают движущейся шторкой с диафрагмой 23 лучи 1 и 2 и соответствующую часть светового пучка (луч 3) с третьего выхода блока формирования светового потока 20 направляют (Фиг.2) во второй блок оптической привязки 32 на вторую призму 33.In the third stage, the settings are blocked by a moving curtain with a diaphragm 23 rays 1 and 2 and the corresponding part of the light beam (beam 3) from the third output of the light flux forming unit 20 is sent (Figure 2) to the second optical binding unit 32 to the second prism 33.

Отраженный от первой грани второй призмы 33 луч (луч 3) направляют на третью призму 34, а от нее - на второе зеркало 35. После отражения от второго зеркала 35 луч 3 вновь направляют через третью призму 34 и вторую грань второй призмы 33 в объектив астровизора 26, а затем через фотоприемник 27 на координатную матрицу 28, фиксируют координаты принятого изображения, устанавливают изображение луча 3 на минимально возможном расстоянии от центра координатной матрицы 28 путем регулировки положения второй призмы 33, а соответствующий сигнал подают на вход пятого аналогово-цифрового преобразователя 29, на выходе которого формируют цифровой электрический сигнал, который подают на пятый вход блока памяти 7 и запоминают в соответствующем разделе.The beam (beam 3) reflected from the first face of the second prism 33 is sent to the third prism 34, and from it to the second mirror 35. After reflection from the second mirror 35, the beam 3 is again directed through the third prism 34 and the second face of the second prism 33 to the astro-vision lens 26, and then through the photodetector 27 to the coordinate matrix 28, fix the coordinates of the received image, set the image of the beam 3 at the minimum possible distance from the center of the coordinate matrix 28 by adjusting the position of the second prism 33, and the corresponding signal is input to the input analog-to-digital converter 29 the output of which form a digital electric signal which is supplied to the fifth input of the storage unit 7 and stored in the appropriate section.

В процессе настройки экспериментально определяют и запоминают в блоке памяти 7 коэффициенты преобразования угловых перемещений K₁ и К₂ [углов.мин/мм], численные значения которых постоянны и зависит от архитектуры оптикоэлектронной схемы.In the process of tuning, the conversion coefficients of angular displacements K ₁ and K ₂ [angles.min / mm] are experimentally determined and stored in the memory unit 7, the numerical values of which are constant and depend on the architecture of the optoelectronic circuit.

На фиг.3 приведен в качестве примера вариант изображения откликов оптических сигналов на координатной матрице, по которой определяют величину перекоса осей приборной системы координат Δψ (курс), Δυ (тангаж), Δγ (крен), причем луч 2 выявляет Δυ и Δγ, а луч 3 - Δψ, которые вычисляют по формулам:Figure 3 shows as an example a variant of the image of the responses of optical signals on the coordinate matrix, which determines the amount of skew axis of the instrument coordinate system Δψ (course), Δυ (pitch), Δγ (roll), and beam 2 detects Δυ and Δγ, and beam 3 - Δψ, which are calculated by the formulas:

Δγ=θ₂·K₁; Δυ=Р₂·K₁; Δψ=Р₃·K₂, где θ₂, Р₂, P₃ - замеренные отклонения лучей на координатной матрице.Δγ = θ ₂ · K ₁ ; Δυ = P ₂ · K ₁ ; Δψ = P ₃ · K ₂ , where θ ₂ , P ₂ , P ₃ are the measured deviations of the rays on the coordinate matrix.

Перекос обусловлен как конструктивными причинами (допуска на изготовление корпусов, точностью их установки на объекте), так и эксплуатационными (температурными и механическими воздействиями, перепадом давления окружающей среды, износом амортизаторов).The skew is due to both structural reasons (tolerance for the manufacture of buildings, the accuracy of their installation at the facility), and operational (temperature and mechanical stresses, differential pressure of the environment, wear of shock absorbers).

Истинные значения пилотажных параметров определяют по формулам: ψ_и=ψ-Δψ; υ_и=υ-Δυ; γ_и=γ-Δγ, где - ψ, υ, γ вычисленные пилотажные параметры объекта. (Бромбер П.В. Теория инерциальных систем навигации. М. Наука 1979)The true values of the flight parameters are determined by the formulas: ψ _and = ψ-Δψ; υ _and = υ-Δυ; γ _and = γ-Δγ, where - ψ, υ, γ are the calculated flight parameters of the object. (Bromber P.V. Theory of inertial navigation systems. M. Science 1979)

В режиме эксплуатации отключают искусственный источник светового излучения 21, а астровизор 25 переключают в режим наведения на небесное светило. Далее периодически уточняют величину взаимного расхождения приборных систем координат, для чего формируют на первом выходе вычислителя 8 управляющий сигнал, который подают на вход блока управления поворотными механизмами 12, формируют на его первом выходе соответствующие управляющие сигналы, которые подают на вход блока поворотных механизмов 13 и через его первый и второй выходы устанавливают внешнюю рамку первого поворотного механизма 14 и внутреннюю рамку второго поворотного механизма 15 в положение привязки по искусственному источнику излучения и определяют новые значения (θ₂, P₂, P₃), которые запоминают в блоке памяти 7 и затем замещают ими ранее использованные значения для расчетов навигационных параметров летательного аппарата.In the operation mode, the artificial light source 21 is turned off, and the astrovisor 25 is switched to the guidance mode to the celestial body. Then, the magnitude of the mutual divergence of the instrument coordinate systems is periodically updated, for which purpose a control signal is generated at the first output of the calculator 8, which is fed to the input of the control unit of the rotary mechanisms 12, corresponding control signals are generated at its first output, which are fed to the input of the block of rotary mechanisms 13 and through its first and second outputs set the outer frame of the first pivoting mechanism 14 and the inner frame of the second pivoting mechanism 15 to the snapping position by artificial source y radiation and determining new values (θ _2, P _2, P _3), which is stored in the memory unit 7 and then replace them previously used values for the calculation of the navigation parameters of the aircraft.

Вычисленные величины навигационных параметров с выхода вычислителя поступают в блок исполнительных механизмов 36, например, в органы управления движением летательного аппарата, на двигатели стабилизации радиолокационных антенн, на пульт управления летчика.The calculated values of the navigation parameters from the output of the calculator are sent to the actuator unit 36, for example, to the aircraft motion controls, to the stabilization engines of radar antennas, to the pilot's control panel.

Использование заявленной полезной модели позволит существенно уменьшить погрешность измерения истинного курса, углового и пространственного положения объекта, что соответственно приведет к повышению безопасности в системах управления объектами авиационно-космического комплекса и в других сферах применения астроинерциальных систем.Using the claimed utility model will significantly reduce the measurement error of the true course, angular and spatial position of the object, which accordingly will lead to increased security in the control systems of objects of the aerospace complex and in other areas of application of astroinertial systems.

Claims

An astroinertial navigation device comprising a first housing in which three gyroscopes and three accelerometers oriented on each axis of the three-dimensional coordinate system are mounted on a common base, each of which is connected through the first and second analog-to-digital signal converters to the first and second input a memory unit connected in series with the calculator and the block of actuators, as well as containing a control unit for rotary mechanisms, the first output which is connected to the first block of the rotary mechanisms, the first output of which is connected to the outer frame of the first rotary mechanism connected to the roll sensor, the output of which is connected to the third input of the memory unit through the third analog-to-digital signal converter, and the second output of the first block of rotary mechanisms is connected in series with the inner frame of the second rotary mechanism, the pitch sensor, the fourth analog-to-digital signal converter and the fourth input of the memory unit, while the third output is bl a number of rotary mechanisms is connected to an astrovisor, which contains a series-connected lens of the astrovisor, a photodetector and a fifth analog-to-digital signal converter, the output of which is connected to the fifth input of the memory unit, characterized in that a second housing is additionally introduced into the system, while the first housing is rigidly connected as with a common base base, and with a second case in the YZ plane, moreover, an optical window is formed in the common wall between the first and second buildings, and on the inner wall of the second case An artificial light source, which is part of the light flux forming unit, has been updated, which also contains a condenser optically connected in series and a moving shutter with a diaphragm, to which the second block of rotary mechanisms is electrically connected in three positions, the input of which is connected to the second output of the rotary mechanism control unit, and at the outputs of the luminous flux forming unit, three reference beams are formed, and in the first position of the moving shutter with the diaphragm directly on the first optical output of the luminous flux forming unit is optically connected to the first optical input of the astrovisor lens, in the second position of the moving shutter with a diaphragm, the second optical beam is fed through the second optical output of the luminous flux forming unit and the first input of the first optical binding unit containing the first reflective facetted optically first prism, optical window, first mirror, optical window, second reflective face of the first prism on the optical third input of the lens astrovizor, and in the third position of the moving shutter with the diaphragm, the third reference optical beam is supplied through the third optical output of the light flux forming unit to the optical input of the second optical binding unit, which contains the first reflective face of the second prism reflecting the face of the third prism and the second mirror reflecting the face of the third prism, the second reflective face of the second prism, the second optical input of the astrovisor lens, while the photodetector is additionally equipped with a coordinate ma thrice, and the fourth optical input of the astrovisor’s lens is directed to light radiation from a working star, and the first output of the computer is connected to the input of the control unit of the rotary mechanisms.