RU130390U1 - Гирокомпас лазерный - Google Patents
Гирокомпас лазерный Download PDFInfo
- Publication number
- RU130390U1 RU130390U1 RU2013114145/28U RU2013114145U RU130390U1 RU 130390 U1 RU130390 U1 RU 130390U1 RU 2013114145/28 U RU2013114145/28 U RU 2013114145/28U RU 2013114145 U RU2013114145 U RU 2013114145U RU 130390 U1 RU130390 U1 RU 130390U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- power
- signal
- roll
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Гирокомпас лазерный, содержащий гироскоп и термодатчик, отличающийся тем, что введены уровень горизонтирования, выполненный в виде акселерометра крена и акселерометра тангажа, плата питания и коммутации, вход сигнала крена и вход сигнала тангажа которой соединены с выходами акселерометра крена и акселерометра тангажа, соответственно, одноплатный микрокомпьютер, первый, второй и третий сигнальные входы которого соединены с первым, вторым и третьим сигнальными выходами платы питания и коммутации, соответственно, вход питания соединен с выходом питания платы питания и коммутации, а первый вход-выход соединен с входом-выходом основного изделия, на котором установлен гирокомпас лазерный, блок электроники жизнеобеспечения, вход приема сигнала термодатчика которого соединен с выходом термодатчика, а первый вход-выход соединен со вторым входом-выходом одноплатного микрокомпьютера, блок поджига, вход управления которого соединен с выходом управления поджигом блока электроники жизнеобеспечения, первый и второй выходы питания которого соединены соответственно с первым и вторым входами питания гироскопа, выполненного в виде лазерного гироскопа, первый, второй и третий сигнальные выходы и вход-выход которого соединены с первым вторым и третьим сигнальными входами и со вторым входом-выходом блока электроники жизнеобеспечения соответственно.
Description
Полезная модель относится к приборостроению и может быть использована для создания лазерного гирокомпаса (ЛТК), представляющего собой гирокомпас статического типа, который измеряет проекции ускорения свободного падения на измерительные оси акселерометров и проекцию угловой скорости вращения Земли на ось чувствительности лазерного датчика угловой скорости (гироскоп), которая расположена в плоскости горизонта. По измеренной проекции угловой скорости вращения Земли на ось чувствительности гироскопа определяется азимут ЛТК и оси визирования, значение которого передается в ЭВМ основного изделия, на котором установлен ЛТК. По измеренным проекциям ускорения свободного падения на измерительные оси акселерометров определяются углы наклона ЛТК (угол крена и угол тангажа) и, соответственно, основного изделия к плоскости местного горизонта.
Известно устройство, содержащее гироблок, оптическое визирное устройство, треногу с устройством горизонтирования, автономный источник питания, причем, гироблок включает измерительно-вычислительное устройство, гироузел, датчики наклона, а гироузел установлен с возможностью вращения относительно гироблока и содержит гироскопический чувствительный элемент, имеющий одну или несколько измерительных осей, связанных с измерительно-вычислительным устройством, причем измерительные оси гироскопического чувствительного элемента перпендикулярны оси вращения гироузла, при этом, выходы датчиков наклона соединены с устройством горизонтирования, которое содержит контроллер системы горизонтирования, микропереключатели, редукторы, исполнительные электродвигатели, причем, входы контроллера системы горизонтирования являются входами устройства горизонтирования для датчиков наклона, дополнительные входы контроллера системы горизонтирования соединены с выходами микропереключателей, а выходы контроллера системы горизонтирования подключены к исполнительным электродвигателям, которые через редукторы связаны с гироблоком [RU 2215263, C1, G01C 19/38, 27.10.2003].
Недостатком устройства является относительно низкая точность в условиях изменений внешней температуры.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее корпус с установленным на платформе в кардановом подвесе динамически настраиваемым гироскопом, снабженным двумя датчиками угла и двумя датчиками момента, расположенные на платформе датчик наклона платформы относительно горизонтальной оси вращения и термодатчик, установленные по осям карданова подвеса платформы, третий и четвертый датчики момента, установленный на вертикальной оси карданова подвеса третий датчик угла, два усилителя и блок формирования управляющих и корректирующих сигналов, при этом, выходы первого и второго датчиков угла гироскопа соединены через соответствующие усилители с третьим и четвертым датчиками момента, выход датчика наклона платформы соединен с первым входом блока формирования управляющих и корректирующих сигналов, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходом третьего датчика угла, источником сигнала о широте места и источником сигнала о скорости объекта, а выходы подключены к первому и второму датчикам момента гироскопа, а также формирователь сигнала термокомпенсации, через который выход термодатчика связан с выходами блока формирователя управляющих и корректирующих сигналов, второй вход которого является входом формирователя сигнала термокомпенсации [RU 2073206, С1, G01C 19/38, 10.02.1997].
Недостатком устройства является относительно низкая точность и относительно узкие функциональные возможности, обусловленные, в частности тем, что, в известном устройстве не определяются азимут устройства и оси визирования, что часто необходимо для функционирования основного изделия, на котором размещено устройство.
Требуемый технический результат заключается в повышении точности и расширении функциональных возможностей.
Требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее гироскоп и термодатчик, введены уровень горизонтирования, выполненный в виде акселерометра крена и акселерометра тангажа, плата питания и коммутации, вход сигнала крена и вход сигнала тангажа которой соединены с выходами акселерометра крена и акселерометра тангажа, соответственно, одноплатный микрокомпьютер, первый, второй и третий сигнальные входы которого соединены с первым, вторым и третьим сигнальными выходами платы питания и коммутации, соответственно, вход питания соединен с выходом питания платы питания и коммутации, а первый вход-выход соединен с входом-выходом основного изделия, на котором установлен гирокомпас лазерный, блок электроники жизнеобеспечения, вход приема сигнала термодатчика которого соединен с выходом термодатчика, а первый вход-выход - соединен со вторым входом - выходом одноплатного микрокомпьютера, блок поджига, вход управления которого соединен с выходом управления поджигом блока электроники жизнеобеспечения, первый и второй выходы питания которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами питания гироскопа, выполненного в виде лазерного гироскопа, первый, второй и третий сигнальные выходы и вход-выход которого соединены с первым вторым и третьим сигнальными входами и со вторым входом-выходом блока электроники жизнеобеспечения, соответственно.
На чертеже представлена функциональная схема гирокомпаса лазерного.
Гирокомпас лазерный содержит корпус (на чертеже не показан) в котором установлены гироскопм 1, выполненным в виде лазерного гироскопа, и термодатчик 2.
Кроме того, гирокомпас лазерный содержит уровень горизонтирования, содержащий акселерометр 3 крена и акселерометр 4 тангажа, плата 5 питания и коммутации, вход сигнала крена и вход сигнала тангажа которого соединены с выходами акселерометра 3 крена и акселерометра 4 тангажа, соответственно.
Гирокомпас лазерный содержит также одноплатный микрокомпьютер 6, первый, второй и третий сигнальные входы которого соединены с первым, вторым и третьим сигнальными выходами платы 5 питания и коммутации, соответственно, вход питания соединен с выходом питания платы 5 питания и коммутации, а первый вход-выход соединен с входом-выходом основного изделия, на котором установлено устройство.
Дополнительно к отмеченному гирокомпас лазерный содержит блок 7 электроники жизнеобеспечения, вход приема сигнала термодатчика которого соединен с выходом термодатчика 2, а первый вход-выход - соединен со вторым входом - выходом одноплатного микрокомпьютера 6, блок 8 поджига, вход управления которого соединен с выходом управления поджигом блока 7 электроники жизнеобеспечения, первый и второй выходы питания которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами питания гироскопа 1, первый, второй и третий сигнальные выходы которого соединены с первым вторым и третьим сигнальными входами блока 7 электроники жизнеобеспечения, соответственно, а вход-выход - соединен со вторым входом-выходом блока электроники жизнеобеспечения.
Работает гирокомпас лазерный следующим образом.
Плата 5 питания и коммутации служит для передачи сигналов акселерометров крена и тангажа в одноплатный компьютер для их преобразования по приведенным ниже соотношениям. Кроме того, плата 5 формирует напряжение питания для одноплатного микрокомпьютера 6, который интерфейсом связан с основным изделием.
Блок 7 электроники жизнеобеспечения обеспечивает соответствующие температурные режимы внутри корпуса ЛТК, формирует команды на поджиг лазерного гироскопа 1 через блок 8, формирующий напряжение поджига, и транслирует сигналы гироскопа 1 в одноплатный микрокомпьютер для использования в расчетах и трансляции результатов в основное изделие.
Включение гирокомпаса лазерного (ЛГК) происходит при подаче питания на плату 5 питания и коммутации от источника питания, например «27В». В результате на вход питания одноплатного микрокомпьютера 6 подается сформированное платой 5 питание и он проводит внутренние тесты, включая обмен информации с бортовыми системами основного изделия, включения счетчика времени работы в данном сеансе и счетчика времени суммарной наработки, а также передает в бортовые системы свой идентификационный код т т.п.
Если все параметры в норме, то ЛТК выдает сигнал о готовности к работе, после которого измеряется напряжение на выходе акселерометра тангажа 4 и рассчитывается ускорение акселерометра тангажа атанг i, м/с2, по формуле:
где каmанг - масштабный коэффициент акселерометра тангажа;
Uтангi, - измеренное напряжение на выходе акселерометра тангажа. В;
Uтанг0 - нулевое смещение напряжение акселерометра тангажа, В.
По накопленным за последнюю секунду показаниям рассчитывается амплитуда виброускорения акселерометра тангажа атангвибро; м/с2, по формуле:
где аmангmax - максимальное значение ускорения акселерометра тангажа, м/с2;
amангmin - минимальное значение ускорения акселерометра тангажа, м/с2.
В течение каждой секунды рассчитывается угол тангажа β°, по формуле:
где g - среднее значение ускорения силы тяжести в данной местности, м/с2
g=gE·(1+0,53171·10-2·Sin2φ+0,284·10-4·Соs2φ·Sin2φ),
gE=9,780490 - ускорение на экваторе, м/с2
φ - широта места точки стояния.
Одновременно с измерением напряжения на выходе акселерометра тангажа производится измерение напряжения на выходе акселерометра крена и рассчитывается ускорение акселерометра крена акрен i, м/с2, по формуле:
где Какрен - масштабный коэффициент акселерометра крена, записанный в памяти модуля микроконтроллера, м/(с2·В);
Uкренi - измеренное напряжение на выходе акселерометра крена, В;
Uкрен0 - нулевое смещение напряжение акселерометра крена, записанное в памяти модуля микроконтроллера, В.
По накопленным за последнюю секунду показаниям рассчитывается амплитуда виброускорения акселерометра крена акрен вибро; м/с2, по формуле:
где а'танг max - максимальное значение ускорения акселерометра крена, м/с2;
атанг min минимальное значение ускорения акселерометра крена, м/с2.
Каждую секунду рассчитывается угол крена α,°, по формуле:
где g - среднее значение ускорения силы тяжести в данной местности, м/с2,
g=gE·(1+0,53171·10-2·Sin2φ+0,284·10-4·Cos2φ·Sin2φ),
gE=9,780490 - ускорение на экваторе, м/с2;
φ - широта места точки стояния.
Состояние ЛТК, соблюдение условий по значениям виброускорений и результаты измерений, каждую одну секунду передаются в основное изделие от акселерометров через плату 5 и одноплатный компьютер 6.
Для определения азимута визирную трубу необходимо направить на выбранный ориентир, т.е. установить ЛГК в «начальное» положение.
В этом положении после подтверждения правильности наведения на ориентир ЛГК должен получить от основного изделия значение угломера на данный момент. Затем ЛГК начинает прием показаний от гироскопа 1 и акселерометров и рассчитывает ускорения, амплитуду виброускорений акселерометров тангажа и крена, угол тангажа и угол крена в «начальном» положении. Расчет проводится по формулам (1)-(6).
Затем ЛГК сообщает значение угломера для положения «3» (поворот ЛТК вправо на 90°). Получив сообщение от основного изделия, ЛГК потребует повернуть его в положение «3» и проводит проверку правильности установки (разность показаний угломера и ЛТК должна быть не более 4 единиц). После чего ЛГК проводит проверку готовности гироскопа и акселерометров, контроль углов тангажа и крена и рассчитывает предварительный азимут точки стояния для положения «3».
Расчет ускорения акселерометров атангажа и крена производится по формулам (1) и (4), амплитуды виброускорений - по формулам (2) и (4), углов тангажа и крена - по формулам (3) и (6).
Углы наклона гироскопа в положении «1», υА1, и в положении «3», υА3, рассчитываются по формулам:
Угол наклона платформы основного изделия, и, рассчитывается по формуле:
Если υ>5°, то выдается сигнал о том, что наклон более допустимого Н=1.
Предварительный азимут точки стояния, yпред, °, рассчитывается по формулам:
где ωЗемли1, ωЗемли3 - значения проекций угловой скорости Земли для положения «1» и положения «3», рассчитанные по формулам:
где kq - масштабный коэффициент гироскопа, определенный на этапе технологических испытаний и записанный в памяти модуля микроконтроллера, "/имп;
- время, за которое произведено измерение, , и , где mi, ni, - принятое от гироскопа число периодов в положении «1» и положении «3», T - такт съема информации;
При этом:
где ωЗемли=0,72924·10-4рад/с=15,04°/ч,
φ - широта места точки стояния.
3. Если Sinγпред≥0 и Cosγпред≥0, то:
- при |Cosγпред.|<0,5 азимут γпред=360°-arcCos(Cosγпред);
- при |Cosγпред.|>0,87 азимут γпред=360°arcSin(Sinγпред);
4. Если Sinγпред<0 и Cosγпред<0,то
- при |Cosγпред.|>0,5 азимут γпред=arcCos(Cosγпред);
- при |Cosγпред|>0,87 азимут γпред=180°-arcSin(Sinγпред);
5. Если Sinγпред>0, а Cosγпред,>0, то:
при |Cosγпред.|>0,5 азимут γпред=arcCos(Cosγпред)
- при |Cosγпред.|>0,87 азимут γпред=180°-arcSin(Sin(Sinγпред);
6. Если Sinγпред.>0, а Cosγпред.<0, то:
- при |Cosγпред.|<0,5 азимут γпред = 360°-arcCos(Cosγпред)
- при|Cosγпред|>0.87 γпред=180°+arcSin(Sinγпред)
Предварительные значения азимута, крена и тангажа передаются в основное изделие. Также определяется, какое положение ЛТК при повороте вправо, по часовой стрелке, наиболее близко к значению азимута «90°» или «270°». После чего дается команда повернуть ЛТК в это положение (положение «S1»), обозначив его в делениях угломера.
После подтверждения правильности установки в положение «S1» (разность показаний угломера и требуемого ЛТК должна быть не более 2 единиц), в течение 196 с (с тактом 1 раз в 4 с) принимаются показания гироскопа и акселерометров и рассчитываются амплитуды виброускорений (aкрен вибро. aтанг. вибро) по формулам (2) и (4). Если полученные значения более 1 м/с2, то выдается сигнал о превышении допустимых значений виброускорений.
Также рассчитываются угол крена и угол тангажа в положении «S1» по формулам:
Затем подается команда повернуть ЛГК в положение «Р» (на 180° от положения «S1»). В положении «Р» разность показаний угломера и ЛТК должна быть не более 1 д.у., в противном случае необходимо повторить запрос «Положение Р».
После подтверждения правильности установки в положение «Р» в течение 196 с (с тактом 1 раз в 4 с) принимаются показания гироскопа и акселерометров и рассчитываются амплитуды виброускорений (aкрен вибро, aтанг.вибро) по формулам (2) и (4). Если полученные значения более 1 м/с2, то выдается сигнал о превышении допустимых значений виброускорений.
Также рассчитываются угол крена и угол тангажа в положении «Р» и по формулам:
Если все параметры в норме, то ЛТК следует повернуть на 180° - вернуть в положение «S1» (обозначим это положение «S2»). После подтверждения правильности установки в положение «S2» (разность показаний угломера и требуемого ЛТК должна быть не более одной единицы), ЛГК проводит проверку готовности гироскопа и акселерометров.
Затем в течение 196 с (с тактом 1 раз в 4 с) принимаются показания гироскопа и акселерометров и рассчитываются амплитуды виброускорений (aкрен вибро, aтанг. вибро) по формулам (2) и (4). Если полученные значения более 1 м/с2, то выдается сигнал о превышении допустимых значений виброускорений.
Также рассчитываются угол крена и угол тангажа в положении «S2» по формулам:
По результатам двух измерений (в положениях «S2» и «Р») угол тангажа и угол крена рассчитываются по формулам:
Угол наклона платформы основного изделия, Un,° рассчитывается, по формуле:
Если υi,>5°, то ЛГК выдает сигнал Н=1 о том, что наклон более допустимого.
Точное значение проекции угловой скорости Земли в положении «S2», ωЗемлиS2, рассчитывается по формуле:
Точное значение азимута в положении «S2», γS2 рассчитывается по формулам:
где Δβ - константа угла между осью гироскопа и плоскостью поворотной платформы, определяемая на этапе регулировки,
ωЗемли=0,72924*10-4 рад./с,
φ-широта места точки стояния,
если по предварительным расчетам γS2 (γS2) было близко 90°, то
если по предварительным расчетам γS2 (γS2) было близко 270°, то
Точное значение азимута направления на ориентир, γ, а также точные значения угла крена, α, и угла тангажа, β, гирокомпаса рассчитываются по формулам:
где (S2-1) - угол, между положениями «1» и «S2».
Если (S2-1)≤90°,
Если(S2-1)<90°,
Значения азимута, γкон, и углов наклона αкон и βкон рассчитываются по формулам:
где Δα, Δβ, Δγ - поправки к значениям α β ,γ которые определяются по измерениям на поворотном стенде при поворотах в чистом горизонте (α=0 и β=0).
Полученные значения углов тангажа, крена и азимута передаются в основное изделие и ЛТК переходит в режим ожидания отключения или иной команды.
Таким образом, благодаря выполнению гироскопа лазерным, что повышает точность устройства, и введению акселерометров тангажа и крена с соответствующими блоками, обеспечивающими их функционирование и расчет необходимых параметров, в частности введению одноплатного компьютера, платы питания и коммутации, блока электроники жизнеобеспечения и блока поджига, достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности и расширении функциональных возможностей, поскольку, в частности, в устройстве дополнительно определяются азимут устройства и оси визирования, что часто необходимо для функционирования основного изделия, на котором оно размещено.
Claims (1)
- Гирокомпас лазерный, содержащий гироскоп и термодатчик, отличающийся тем, что введены уровень горизонтирования, выполненный в виде акселерометра крена и акселерометра тангажа, плата питания и коммутации, вход сигнала крена и вход сигнала тангажа которой соединены с выходами акселерометра крена и акселерометра тангажа, соответственно, одноплатный микрокомпьютер, первый, второй и третий сигнальные входы которого соединены с первым, вторым и третьим сигнальными выходами платы питания и коммутации, соответственно, вход питания соединен с выходом питания платы питания и коммутации, а первый вход-выход соединен с входом-выходом основного изделия, на котором установлен гирокомпас лазерный, блок электроники жизнеобеспечения, вход приема сигнала термодатчика которого соединен с выходом термодатчика, а первый вход-выход соединен со вторым входом-выходом одноплатного микрокомпьютера, блок поджига, вход управления которого соединен с выходом управления поджигом блока электроники жизнеобеспечения, первый и второй выходы питания которого соединены соответственно с первым и вторым входами питания гироскопа, выполненного в виде лазерного гироскопа, первый, второй и третий сигнальные выходы и вход-выход которого соединены с первым вторым и третьим сигнальными входами и со вторым входом-выходом блока электроники жизнеобеспечения соответственно.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013114145/28U RU130390U1 (ru) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Гирокомпас лазерный |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013114145/28U RU130390U1 (ru) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Гирокомпас лазерный |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU130390U1 true RU130390U1 (ru) | 2013-07-20 |
Family
ID=48790890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013114145/28U RU130390U1 (ru) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Гирокомпас лазерный |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU130390U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544295C1 (ru) * | 2013-10-28 | 2015-03-20 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Гирокомпас |
RU2754964C1 (ru) * | 2020-09-28 | 2021-09-08 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" | Способ определения азимута и динамический гирокомпас |
-
2013
- 2013-03-29 RU RU2013114145/28U patent/RU130390U1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544295C1 (ru) * | 2013-10-28 | 2015-03-20 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Гирокомпас |
RU2754964C1 (ru) * | 2020-09-28 | 2021-09-08 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" | Способ определения азимута и динамический гирокомпас |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8005635B2 (en) | Self-calibrated azimuth and attitude accuracy enhancing method and system (SAAAEMS) | |
EP2068118B1 (en) | Method and system for heading indication with drift compensation | |
Tucker et al. | The AN/WSN-7B marine gyrocompass/navigator | |
CN103994763B (zh) | 一种火星车的sins/cns深组合导航系统及其实现方法 | |
CN101701825A (zh) | 高精度激光陀螺单轴旋转惯性导航系统 | |
CN103292809A (zh) | 一种单轴旋转式惯导系统及其专用误差自补偿方法 | |
CN201159646Y (zh) | 捷联式多位置陀螺罗盘 | |
CN101183004A (zh) | 一种在线实时消除光纤陀螺捷联惯导系统振荡误差的方法 | |
CN102207386A (zh) | 基于方位效应误差补偿的寻北方法 | |
CN102788598B (zh) | 基于三轴旋转的光纤捷联惯导系统误差抑制方法 | |
RU2324897C1 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по углу прецессии гироблока | |
CN103743378A (zh) | 一种管道检测器姿态检测系统 | |
RU2436046C1 (ru) | Гирогоризонткомпас с вращением инерциального измерительного блока | |
RU130390U1 (ru) | Гирокомпас лазерный | |
RU2509289C2 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по приращениям угла прецессии гироблока | |
RU2541710C1 (ru) | Способ автономной азимутальной ориентации платформы трехосного гиростабилизатора на подвижном основании | |
US20110126647A1 (en) | Rate of turn signal generator with drift compensation | |
RU2550592C1 (ru) | Гирогоризонткомпас | |
RU2308681C1 (ru) | Гироскопическая навигационная система для подвижных объектов | |
RU2630526C1 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора | |
RU2611575C1 (ru) | Гирокомпас | |
RU2313067C2 (ru) | Способ определения навигационных параметров летательного аппарата и устройство для его осуществления | |
RU2339002C1 (ru) | Способ определения навигационных параметров управляемых подвижных объектов и устройство для его осуществления | |
RU2700720C1 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора | |
RU2124184C1 (ru) | Система самоориентирующаяся гироскопическая курсокреноуказания |