RU1838761C - Способ измерени дрейфа гироинерциальных систем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области опре- , ;елени  навигационных параметров при полощи гироинерциальных систем (ГИС) 1авигации и может быть использовано дл  ,1втономного измерени  и коррекции дрейфа базовой и корректируемой ГИС на движущемс  объекте, а также при создании инерциальных комплексов на базе нескольких ГИС с автономной коррекцией горизонтальных каналов. Целью изобретени   вл етс  обеспечение возможности автономного измерени  дрейфа горизонтальных каналов корректируемой и базовой ГИС на движущемс  объекте и повышение точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что осуществл ют коррекцию одной ГИС (корректируемой) от другой ГИС (базовой), выравнивание горизонтальных каналов корректируемой ГИС относительно базовой, согласование в азимуте корректируемой ГИС относительно базовой: первое измерение и запоминание отфильтроазн- ных сигналов коррекции горизонтальных каналов, разворот корректируемой гиро- платформы (блока чувствительных элементов ) в азимуте на 90°, повторное выравнивание горизонтальных каналов и согласование в азимуте корректируемой ГИС относительно базовой; второе измерение и запоминание; определение дрейфов корректируемой и базовой ГИС по результатам двух измерений. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. СО С

Description

Изобретение относитс  к области определени  навигационных параметров при помощи гироинерциальных систем (ГИС) и может быть использовано дл  автономного измерени  и .соррекции дрейфа базовой и корректируемой ГИС на движущемс  объекте , а также при создании инерциальных комплексов на базе нескольких ГИС с с втономной коррекцией горизонтальных каналов .

| Целью изобретени   вл етс  обеспечение возможности автономного измерени  дрейфа горизонтальных каналов корректируемой гидроинерциальной системы и базового датчика скорости на движущемс  объекте и повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе измерени  дрейфа гидроинерци- альных систем, включающем коррекцию ги- роинерциальной системы от базового датчика скорости путем подачи управл ющих сигналов на гироскопы горизонтальных каналов, сформированных путем фильтрации разности скоростей гироинерциальной системы и датчика базовой скорости, выде- лэние дрейфа гироинерциальной системы, в

00 СА) 00 XI

О

со

качестве базового датчика скорости используют гироинерциальную систему, при этом осуществл ет выравнивание горизонтальных каналов корректируемой гироинерцй- альной системы относительно базовой путем подачи дополнительных управл ющих сигналов на гироскопы горизонтальных каналов корректируемой и базовой системы , сформированных по разности сигналов с акселерометров одноименных горизонтальных каналов этих систем, одновременно согласовывают в азимуте гироплатформы двух систем путем подачи на азимутальный гироскоп корректируемой системы управл ющего сигнала, сформированного по разности сигналов датчиков гидроскопического курса этих систем,

. По окончании переходных процессов выравнивани  горизонтальных каналов и согласовани  в азимуте, производ т первое измерение и заполнение отфильтрованных сигналов коррекции горизонтальных каналов , после чего, прекращают подачу сформированных управл ющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой системы и осуществл ют разворот гироплатформы корректируемой системы в азимуте на 90°, путем подачи управл ющего сигнала на азимутальный гироскоп корректируемой системы, по окончании разворота, возобновл ют подачу управл ющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой системы , с учетом поворота корректируемой1 системы на 90°, -затем, повтор ют операции выравнивани  горизонтальных каналов и согласовани  в азимуте с использованием начальных условий от базовой системы, по окончании данных операций производ т второе измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции горизонтальных каналов по результатам двух измерени  определ ют дрейфы горизонтальных каналов корректируемой и базовой гироинерци- альной системы в соответствии с выражением

.)

1,Л| / 1 Л ц -ли,

2( d+ +

1 / Л Л| , А|| , ЛИ Л

% 2 ( 4 4 + + ofe)

Л (

АЛ

где Oj /%- измеренные дрейфы горизонтальных каналов корректируемой гироинерг циальной системы:

(D

cfy ,0)#г- измеренные дрейфы горизон тальных каналов базовой гироинерциаль ной системы;

ш ,(&д и й$ ,а - первый и второй от- фильтрованные сигналы коррекции горизонтальных каналов.

Целью изобретени   вл етс  также расширение области использовани  дл  бесплатформенных измерительных систем. Поставленна  дополнительна  цель до- .стигаетс  тем, что в вышеописанном способе исключают операцию согласовани  в азимуте корректируемой и базовой системы в первом и втором измерении сигналов, раз- 5 ворот блока чувствительных элементов корректируемой бесплатформенной инерциальной системы, осуществл ют путем его установки на поворотное основание с фиксацией угла поворота на 90°. 0 На фиг. 1 изображен пример реализации способа измерений дрейфа ГИС; на фиг.2 - взаимное положение осей корректируемой и базовой ГИС при первом и втором измерении дрейфов; на фиг.3-7 - приведены ха- 5 рактёрные реализации математического моделировани  способа измерени  дрейфов ГИС в конкретных услови х примене- ни .

На фиг.1,2 прин ты следующие обозна- 0 чени ;

l,ll - контуры одноименных горизонтальных каналов с периодом Шулера корректируемой и базовой ГИС:

ч, Ну/- азимутальные каналы I и II ГИС; 5 AI, Аа - сигналы одноименных ускорений замер емые I и II ГИС;

vi.va сигналы одноименной скорости, выдаваемые I и II ГИС;

сигналы гироскопического курса, выдаваемые I и II ГИС;

й)д ( од, ) - функции взаимного управлени , соответственно при управлении по ускорению или скорости;

F - фильтр коррекции;

Шц- функци  управлени  по гироскопическому курсу;

Б-|,Б2 -блоки вычислени  навигацией-, ных параметров и формировани  сигналов на компенсацию кориолисовых ускорений и угловой скорости вращени  Земли;

Aji , Aj2K - сигналы на компенсацию кориолисовых ускорений;

Uji , Uj2 - сигналы на компенсацию угловой скорости вращени  Земли;

UjyAi - дополнительные управл ющие сигналы на гироскопы горизонтальных каналов I и II ГИС;

Ujvy - сигнал на выходе фильтра коррекции;

5

Ujiy - суммарный управл ющий сигнал а гироскопы горизонтальных каналов I ГИС;

UjJyT дополнительный управл ющий сигнал на гироскоп азимутального канала I ГИС;

И1, И2 - информаци  с азимутального и вертикального каналов и необходимые исходные данные;

Р1.Р2 - выходные параметры ГИС; Q у - сигнал на азимутальный гироскоп I ГИС дл  разворота ее в азимуте на 90°; П1-П4 - переключатели; X,Y - горизонтальные оси сопровождающего навигационного трехгранника;

Xi, YI - горизонтальные оси гироплат- формы I ГИС;

Хг, Ya - горизонтальные оси гироплат- формы II ГИС;

Ux, Uy, Uz - абсолютные угловые скоро- сти по ос м сопровождающего трехгранни- ка; 0)4 ,(Da- систематические дрейфы по го- ризонтальным ос м I ГИС; ау ,0)д- систематические дрейфы по го- ризонтальным ос м II ГИС;

/Д./4 ошибка ориентации в азимуте I и II ГИС при первом измерени  дрейфов;

$,$ ошибка ориентации в азимуте I и II ГИС при втором измерении дрейфов. Сущность способа состоит в том, что одновременно измер етс  суммарный рейф корректируемой и базовой ГИС в двух различных положени х в азимуте гиро- платформы корректируемой ГИС относительно базовой, при этом измерени  существл ютс  автономно без использовани  внешней информации.

i В процессе измерени  обе ГИС наход тс  в режиме навигации с периодом Шу- iepa в горизонтальных каналах и в ыд ают ютребител м необходимую, информацию. 1х установочные и отсчетные базы в азиму- е должны быть предварительно согласованы с заданной точностью (относительна  погрешность установки отсчетных баз датчиков гироскопического курса сопр гаемой и базовой ГИС, равна  1 угл, мин,, может привести к погрешности измерений дрейфа 0,002 о/ч. Существуют датчики с точностью до единиц угл.сек), Дл  обеспечени  измерени  дрейфа за относительно короткое врем  (15-25 мин), сн ти  ограничений на движение объекта, разделени  дрейфов корректируемой и базовой ГИС, исключе- н ие вли ни  погрешностей ориентации ги- роплатформы и дрейфов в азимуте на точность измерени  горизонтальных дрейфов и обеспечени  качества измерени  ввод т дополнительные операции.

1. Выравнивание вертикалей двух ГИС и погрешностей горизонтальных каналов по 5 скорости и координатам относительно базовой системы, путем подачи взаимоуправл ющих сигналов на датчики моментов горизонтальных гироскопов I и II ГИС. Дл  чего сравнивают сигналы с акселеромет0 ром одноименных горизонтальных каналов AI и А2 (см. фиг.1) I и .II ГИС, их разность преобразовывают с помощью функции взаимного управлени  и после преобразовани  направл ют на датчики моментов горизон5 тальных гироскопов, Взаимное управление обеспечивает быстрое согласование (демпфирование ) вертикали I ГИС относительно II, исключает вли ние собственных инструментальных погрешностей I ГИС на точ0 ность счислени , то есть ошибки счислени  I ГИС станов тс  равными ошибкам II ГИС. Кроме того, при взаимном управлении в достаточном приближении передаточные функции по ошибкам I и II ГИС равным. Это обеспечивает

5 им одинаковые динамические характеристики при изменении параметров движени  объекта и действии возмущений и обуславливает измерение дрейфа с требуемым качеством.

2. Согласование в азимуте корректируе0 мой и базовой ГИС. Одновременно с выравниваем вертикалей вводитс  операци  согласовани  в азимуте, путем подачи управл ющих сигналов на датчики моментов азимутальных гироскопов корректируемой

5 ГИС (см. фиг.1). Дл  чего сравнивают сигналы с датчиков гирпоскопического курса трп и I и Ч ГИС, затем их разность преобра- зовывают с помощью функции управлени  курсового канала после преобразова® ни  направл ют на датчик моментов азимутального гироскопа I ГИС.

Управление по гироскопическому курсу обеспечивает согласование погрешностей I относительно II ГИС а азимуте, то есть, их

5 ошибки ориентации гироплатформы и дрейфы станов тс  равными, кроме того, как и в горизонте, передаточные функции азимутальных каналов станов тс  идентичными. Это исключает вли ние азимутальных дрей0 -фоз и погрешностей выставки в азимуте I и II ГИС на точность измерени  горизонтальных дрейфов и улучшает качество измере- ний.

Затем, после выравнивани  вертикаль5 ной и согласовани  в азимуте I и II ГИС, выполн ют первое измерение сигналов с выхода фильтров коррекции (F) горизонтальных каналов и результаты измерений запоминают.

3. Разворот гироплатформы корректируемой ГИС в азимуте.

После первого измерени  сигналов с фильтров коррекции горизонтальных каналов отключают управл ющие сигналы на датчики моментов гироскопов горизонтальных и азимутального канала, путем размыкани  ключей П1, П2, ПЗ, П4(см. фиг.1)иобе ГИС перевод т в независимый режим работы . В процессе измерени  дрейфов инерци- альна  информаци  непрерывно поступает потребител м с базовой ГИС.

Разворот корректируемой гироплатформы в азимуте на 90° осуществл ют путем замыкани  ключа П4 и подачи калиброванного сигнала Q на датчик момента ее азимутального гироскопа.

Современные авиационные ГИС позвол ют выполнить разворот гироплатформы 90° за врем  в пределах 3 мин/После выпол- нени  разворота гироплатформы в азимуте, потвор ют операции выравнивани  горизонтальных каналов и согласовани  в азимуте I и И ГИС, но уже-с учетом того, что относительный угол между ними составл ет 90°. Дл  чего замыкают ключи П1, П2, ПЗ и размыкают ключ П4, кроме того, в выходной сигнал гироскопического курса ГИС ввод т поправку на 90°, а горизонтальные каналы сопр гают с учетом их рассогласовани  в азимуте на 90°, а начальные данные дл  I ГИС берут с.о II. По окончании процессов выравнивани  горизонтальных каналов и1 согласовани  в азимуте выполн ют второе измерение сигналов с фильтра коррекции и занос т .его в пам ть. По результатам двух измерений определ ют дрейфы горизонтальных каналов I и II ГИС в соответствии с выражением (1).

Измерение и коррекци  дрейфов может периодически повтор тьс  в процессе работы , при этом предыдущее измерение дл  выражени  (1) будет  вл тьс  первым, а последующее измерение вторым.

Способ измерени  дрейфа гироинерци- альных систем включает следующие отличительные операции и признаки;

- дрейф одной инерциальной системы измер етс  с помощью другой, при этом измер етс  дрейф как базовый, так и кор- ректируемой ГИС;

- выравнивание горизонтальных каналов корректируемой и базовой ГИС;

- согласование гироплатформы в азимуте корректируемой и базовой ГИС;

- разворот гироплатформы корректируемой ГИС в азимуте на 90°.

Основное отличие способа состбит в том, что осуществл ют автономное измере ние дрейфа двух взаимоуправл емых ГИС.

Докажем и обоснуем достижение поставленной цели.

В соответствии со структурной схемой (фиг.1) и взаимным положением осей (фиг.2) динамику взаимодействи  двух ГИС в процессе измерени  дрейфа можно описать следующей системой дифференциальных уравнений:

ai- V иД+ IU,- и, . (2)

А- %- v 45+и; - игз, -u;,+uX+uX-uX,

«2 fii/-U. + Uk + Vk-Vy

2. d. i f-i 1 . A- «W- Ч.+ ui+ ui- . (3) ojv2- 1-Ц+ qЈt+ u - ц,

+ Uya/Wl-Uz/3l UA-Uya-Uxa/ 1+U2ai ,(4) l -Uz-Uyaai + Uxa/3l

4

fUx, t10 t t1k .Uy, t20 t t2k

Uy, t10 t tlk

.-Ux, t20 t -t2k ,

+ Uy -Uz/fe.

ЦзГиУ и № + иг«2(6)

u Uz-Uyoa + Uxjfc.

U -Vyi/Rn

Ux

(5)

и

ya:

uJrVx17 Rn

Ц5 - о

(7)

и

Jc CV2/Rn

ul- v-2 / Rn

(8)

vxi / (Axi +Axak) dt о

Vy1 / ().dt

(9)

/ (Ax2 + Ax2k) dt о

j (Ay2 + Ay2k)dt

Ax1 Axa + Aya/Mi-Az/ t + ДэХ1 АУ1 Aya - AXa//i + Az «i + Д Ју

л (A,

, Д ,tzo«t«4ic

fH)

ГА;, t1oSt t

i К

4 It

,Ау, t2o itst2K 2) AIJI it (о

4..,J. . X

ЈК

L-Axo taofi tst

АХ2 Ах + Ay JU2 Аг /% + А 3x2 АУ2 Ау - .Ах //2 + Az Оц + Д З.у2

Jp .

их,, «..„siut

L-Uxo zo t

ik

4S,- UZ1K

иЛ-Ux2k

ч;-

u;r Мйк .+ и ч1-,+ 1й,

u;r uv

uJ -иу

efu

1JJ, - иЯ

%-°

Uj (S

лг

183876110

(S)JAAxi

ли . nAu. + .Uti.c (ig

0)

ДА

-{

Ахг ,11в4Ј,к

Ax,-A4a iaosltЈ tZK

13)

15)

6)

10

15

20

25

30

35

40

45

(S)Ayyi ЦУ- (S))Avxi

-

Aw rvV,i« tfet«

AVJ ,tto

ЛУхг

Vx. . г.к

lif (S)AAy2 ЦУ. L-4WA(S)AAx2

ЛАте

А|ц-Ачг1 ю б111с

гк

,t, Axi-Axa.ttaut tiit

Д

, гк

(S)AVV

|AVv,tio st tik

lAV-V2,t20 t t2k

AVvi VH -Vw Д V-V2 VH - - /2 Vn Vv

VV2

Vv. tioЈtЈtik

VVa

(20)

ftf)

(22)

f)

(25)

(26)

(27)

50

 :

(28)

В системе уравнений (2) - (28) прин ты следующие обозначени : йе ,и - угловые ошибки ориентации 55 1-йГИ;

I 1,2 - индекс, соответственно, первой и второй ГИС;

оь, (о , (а - дрейфы по ос м 1-й ГИ;

Ux, Uy, Uz - абсолютные угловые скорости по ос м сопровождающего трехгранника:

. сигналы коррекции на ориентации 1-й ГП по ос м сопровождающего трехгранника;

kи k

Ч Ч сигналы на компенсацию угловой скорости вращени  Земли по ос м 1-й ГП;

ЦУ. , UV , UЈ - сигналы управлени  по

°J. ., Lг1ос м i-и ГП;

Vxi, vyi - относительные линейные скорости , замер емые t-й ГИС по горизонтальным ос м;

АХ|, Ayi - линейные ускорени , замер емые акселерометрами i-й ГИС по горизонтальных ос м;

Axik, Ayik - сигналы на компенсацию ко- риолисовых ускорений по горизонтальным ос м 1-й ГИС;

ЛЭхь Aayi - погрешности в измерении ускорений по горизонтальным ос м 1-й ГИС;

АХ, Ау, Аг - проекции кажущегос  ускорени  на оси сопровождающего трехгранника;

ipr - гироскопический курс i-й ГИС;

i/V - идеальное значение гироскопического курса;

дум погрешность датчика гироскопического курса 1-й ГИС;

Rn - приборное значение радиуса Земли;

tio - tik - интервалы времени первого и второго процессов измерени  дрейфов;

- символ обратного преобразовани  Лапласа;.

S - оператор Лапласа.

Система уравнений (2) - (28) описывает динамику взаимодействи  двух ГИС в процессе первого и второго измерени  дрейфов . Динамика процесса поворота корректируемой ГП не учитывалась, так как этот процесс технологический и не вли ет на точность измерени  дрейфов, а этап второго измерени  дрейфов начинаетс  с новы- ми начальными услови ми дл  корректируемой ГИС. В процессе измерени  навигационна  задача решаетс  по информации базовой ГИС.

Найдем решение системы (2) - (28) на этапе первого измерени  дрейфов. Подставл   в систему значени  параметров дл  случа  но t tik , раскрыва  ее относительно а,р,р и преобразовыва  по Лап- ласу,получим:

){5ЦэЧ - Ц,(5Ъ

(5)4и51.1К,{9)(е) &M M°buVas).)V( га)

WAl5),(5)(5)A13l(5bSA14t(-,

ар,ы- Ш ыгр,ы- .i5) J, w+

w(,(5)F(5i.-3p1i5}+3|itW Sft;,(s)-«Ajt(s)i (

.leb&A ,-,

P.l6).pl(o)«B|Uii5).Wvls)((5b (s)4 (30)

Ч,(5).

(31)

° Al a fi+Ux.fi

В (29) - (31) прин ты обозначени :

(32) бАх Аа Ч-Ау/л ,

(З/uyi ДаУ|-Ах/л(33)

v- частота Шулера;

g - ускорение силы т жести Земли,

При преобразовании полагали, что;

Ux -- ) (Ay + Ayik)dt+Ukxi

40

Uy 5- / (Ах + Axik) dt + Uyik о

(34)

Uz Uzik + Uzik

соответственно, дл  первой и второй ГИС, а

также не учитывали перекрестные св зи по угловой скорости из-за ошибок как не существенные и не вли ющие на суть изобретени . Как видно из выражени  (29) - (31) на первом этапе измерени  дрейфов система уравнений распадаетс  на три автономных системы по каналам.взаимодействи  двух ТИС. Реша  систему (29) относительно си и «2, систему (30) относительно/ иДг, а систему (31) относительно/гт и /и получим:

«, и. t..M .вици

(,, 05)()

(s), HsXNti M ii FCsi

.г,9«;Па ----- (36

е обозначили;

,W-.(, effB).e(,{d|.(ail((%),(((si (T)

,(«

№

5 5 «JtU|1.(((6l4t)t.((5H(t(Sl (. F(5|

stsMV sVjs aC WsflMSFtsHf si

(S lis MjSWuleUflFIS),,

{ц(5|.р,(о)и 1Ы.«А „Ы лЛ5|4 :(

.K/Sl-JAj.Wl

Ip.Jei p.W ftl js;;,- M)

-W lCSAJl.tsMAj.Wl Stp.tbUWyCiUnttS) . (%Г

«9;

129)

wo

la.

|M l--g-

,,, № (.(

{(и,-|иг(оЬиН115).C4J)

Дл  обеспечени  устойчивости работы двух взаимосв занных ГИС в процессе измерени  дрейфов и приемлемого времени переходных процессов выравнивани  вертикалей , согласовани  в азимуте и измерени  дрейфов, был проведен синтез динамической системы, выбраны структура и параметры функций WA (S), F (S) и W,(S) следующего вида и соответствующей размерности

WA(S) |кгА + К2А,

-

F(S) l Kiv+K2v, VMS)

. . К2А 2 Ю 3.

Ю 7, K2v 2 Ю 5

К,Г6-Ю-4, -10 2

С учетом (44) знаменатель выражений (35), (36), (38), (39) (характеристическое уравнение горизонтальных каналов) будет иметь вид: A 1(S +v2)S3+2gK2AS2 +

S

+ (v +2g KIA +g K2v) S+gKiv,

(45)

следовательно, первые слагаемые числител  этих выражений со временем затухают (согласно теореме в конечном значении),

остальные слагаемые в числител х выраже- ; ний дл  «1 и 02, з также и/fc соответственно равны между собой. Значит, по истечении времени переходного процесса 5 величина а становитс  равной оа , а Дг ( а точностью до установившейс  ошибки), определ емой погрешностью ак- лесерометров, а следовательно, равны погрешности в определении скорости и 10 координат одноименных горизонтальных каналов двух ГИС.

Аналогичные выводы можно сделать и дл  азимутального канала, если сравнить выражени  (41) и (42). По истечении времени 15 переходного процесса величина /л становитс  равной величине /4z с точностью до погрешности датчиков гироскопического курса, последние в современных системах тарируютс  и могут составл ть единицы уг- 20 ла, сек, что существенно меньше ошибок начальной выставки и дрейфов.

Таким образом, доказано осуществление двух операций выравнивани  в горизонте 2-х ГИС и их согласование в азимуте. 25 Покажем, чему равны результаты перво- го измерени  горизонтальных дрейфов.

Сигналы на выходе фильтров коррекции горизонтальных каналов при первом изме- . рении дрейфов ( :Јti«) в соответствии 30 с (20), равны;

Fi(S)s4JfҐ(S) + F(S)Avyi(S)

Ру(5) + и(5) -F(S)AUxi(S)(46) Раскрыва  (46Хполучим:

F ShFKiiforf..CSHSAj.lSl-iA Cy .-Р(5) p,fe) И, (5)-,, (5)

(т;

45

50

55

Подставл   в (47) а,$ (выражени  (35) - (39), получим:

F. M.FW-lf1 .

SL6 4 + s NAC5H F(e)

(5)(sO (W,- рг- р(5)Г - SUfi/S)-(6) 8 )42g5Wft(S)F(5)4 + )(S)

. 151838761 16

Подставл   значени  f,.(S).-(S) (37),(40).,r , , , „ в (48),при этом полага , что4(5) (5)-

4,(S) .y.oio,#o ( (SV

const, и переход  от изображени  к ори- 5 5(и1((иЛоНсо(иД5ЬМ(Д5)(иД5)-гиг(5)+ гиналу, получим установившиес  значени л . « -, сигналов на выходе фильтров коррекции + - Vrzv 5)J

S(u5,(Sb(ul(oUG)|Ut( o| Я Fx(tycT)-« ,10 где.

offf Fy (tycr ) «X - u/ , (49) + Ux

Таким образом, в первом измерении,, сигналы на выходе фильтров коррекции рав- 15 At О)Л1 ны разности дрейфов одноименных горизонтальных каналов корректируемой и ш со - Uy//a базовой ГИС и не завис т от погрешностей г г , начальной выставки и погрешностей в изме- WH w -f-Ux/- 2 (53) рении ускорений. 20 z.

С другой стороны, если проанализиро- д дН - л л вать (49), с учетом (32), при условии /л /ui о /Чс1 - Aaxi - Ах/л (во врем  измерений), то получим . ,

(5 Ау1 ДаУ1 - AYlai

л I9R

ofe,, . н

с5-А(12 Дах2+Ау/«2

(50) ,,,

(5А|йг Дау2 -Ах 12 (54) , , Из последнего выражени  видно, что OQ

результаты первого измерени  дрейфов неКак видно из системы (51) при втором завис т от азимутальных погрешностей I и измерении дрейфов канал а работает coll ГИС. Можно сделать вывод, что в первом вместно с каналом/Зг, а канал с каналом измерении операци  выравнивани  верти- .02. Работа каналов /л и /# (52) осталась калей и согласовани  в азимуте двух ГИС, 35 без изменений (30), поэтому, решение пер- автоматически обеспечивают выделение го- вого измерени  и все выкладки по азиму- ризонтальных дрейфов из состава других тальному каналу применимы ко второму погрешностей I и II ГИС. измерению дрейфов. Реша  систему (51) отРезультаты первого измерени  , й за- носительно ,/3ivi «г,получим: поминают.с 40

Найдем решение системы (2) - (28) на этапе второго измерени  дрейфов, подстав- 4.(«5((ts)tt({,.ceiit55Ftsn li5)

tj feb----------------------------------- MS)

л   в нее значени  параметров дл  случа  (sM ifsM sjsvMsb ts) tao t t2k, ракрыва  .ее относительно n . a,@,fi и преобразовыва  по Лапласу.пол- 45 Рг№---(.очг г п-----(S6 учим: .

где

s W+ tej- Xtel- A ceb ( у

(5l.iF(s)-,((Sb&Aj(5)4§Af2(s); 5° .lsuH« -SAj(S||SAl OT; 5 5ЬрДо и«((5и ),

+ ,(5)(б)45А(б)).Mol41N R: jA ((51 Sft w f

5Msb(oU(s)-i(5)(+ 55

.,((51-&А(5).№,. CM.,. f59)

г (s .

„( is UsM .sw.tsuaFtyi------ K

где

fS P-t°l + «p,AIxIl(,(s)5

(4 (61)

11 (sl-otaKW feb

«г

#2)

10

Как показывают выражени  (55) - (62), анализ и выводы, сделанные по горизонтальным каналам в первом измерении (35 ) - (40), справедливы и дл  второго измере- ни . Определим результаты второго измерени  горизонтальных дрейфов. Сигналы на выходе фильтров коррекции горизонтальных каналов при втором измерении дрейфов , в соответствии с (20), (21), на интервале t20 t t2k по аналогии с первым измерением , равны:

(S) F(S)vyi(S ) +vx2(S)

Fy (S) -F(S)vxi(S) - -vyz(S)(63) Раскрыва  (63), получим:

F(6)F{5)K,((5)a(S)A;:z(40 F l---|F((51 cMSHfiA; l-SA tsO

I Подставл   в (64)a, (55), (56), (59)(60), получим:

Х «К й-«-;« «

FjWgFfell

42g5Wa(-, )

f 3 {« .( ..rt,..,,, Л -r----------- -4 A,, (5)+fiA4 {S

L5%Jl + (5b4(;(51 J

«$).,

i Подставл   (57), (58), (61) в (65) и nepexo- |д  от изображени  к оригиналу, при тех же услови х, что и в первом измерении, ползучим установившеес  значение сигналов на

выходе фильтров коррекции при втором измерении:

ЭД FJ, ( tycr ) й -ГЛ, ty F(tycr)

(66)

10

Подставл   (53) в (66) и учитыва , что f.i //2 по окончании переходного процесса согласовани  в азимуте двух ГИС, получим

wrf

О)

Лг

15

fwli о) + о.,

ЯJjf, of

(67)

Использу  результаты первого измерени  (50) и второго измерени  (57), можно вычислить дрейфы по горизонтальным каналам сопр гаемой и базовой ГИС в соответствии с выражени ми

1

(68)

(лI i ЛП i I Ч 4 tti+Wp +f/i3)

л1 / л| , л I л|| , 11

ftie, 2(o« + )

л1 / л I л , Ml , АП

Ч,. 2 ( Щ °i + а) + «и)

/ М л ll i Н N

2 W

)

(60),

$).,

exo- х же полв на

35

40

45

50

55

Таким образом, доказано, что предлагаемый способ с помощью последовательных операций позвол ет измерить горизонтальные дрейфы корректируемой и базовой ГИС и выделить их из ошибок начальной выставки , погрешностей в измерении ускорений и азимутальных дрейфов сопр гаемой и базовой ГИС.

Дл  доказательства работоспособности способа в динамических режимах и оценки методической точности измерений дрейфов , было проведено моделирование на ЭВМ системы уравнений (20) - (28), описывающей динамику измерени .

При моделировании процесс измерени  дрейфов начиналс  при взлете самолета, наборе им высоты 10000 м и скорости 200 м/с и далее продолжалс  в горизонтальном полете .

На фиг. 3 показана динамика процесса выравнивани  вертикалей горизонтальных каналов, в левой части на этапе первого измерени  (I), в правой на этапе второго измерени  (II). Как видно из фиг.З, процесс выравнивани  вертикалей заканчиваетс 

через 150-180 с из начального положени  корректируемой ГИС, равного по аю -1 Ю-3 рад по/3ю -1.2 рад, далее согласованное изменение вертикалей происходит с частотой Шулера. На фиг.4 пока- зано это изменение на интервале с 300 с до 3000 с дл  первого измерени . Ошибка выравнивани  вертикалей определ етс  разностью погрешностей в измерении ускорений I и II ГИС. В приведенных графи- ческих иллюстраци х погрешности акселерометров составл ли Аах 2 м/с2, v4M/c2, Дау2 1 -10 4M/c2

10

.

Дау, 3

АаХ2 1

В первом измерении а «02,1 -fa , а во втором измерении (после поворота сопр гаемой ГИС на 90°), «1 fii, fi - G5z

Эти результаты моделировани  подтверждают аналитические выражени  (35), (36), (38), (39), (55), (56), (59), (60). На фиг.5 показана динамика процесса согласовани  I и II ГИС в азимуте.

Процесс согласовани  в азимуте закан- чиваетс  через 200 с при ошибках начального положени  /гю -2 10 рад;/ 20 1,45

рад, далее обе ГИС согласованно уход т в азимуте с дрейфом базовой системы . В данном примере азимутальные дпей-

-фы были равны 1:45 , 4-35

1/с. На фиг.6 показана динамика изменени  сигналов с фильтров коррекции,, в левой части рисунка в первом измерении, в правой части рисунка во втором измерении. В данном случае переходный процесс заканчиваетс  через 500-600 с. Заданные значени  дрейфов по горизонтальным каналам I и II ГИС были равны;

й 2,42 Ю-7 1/с, w,,, -1,96 107 1/с.оц,-1 1/ч, 0.5 .

В соответствии с выражением (50) в первом измерении идеальное значение суммарных дрейфов на выходе фильтров

должно быть «4 1,42 1/с,.„.«

-2,46 1/с и согласно (67) во втором

измерении должно быть и 1.92

1/с. (tf Jj -0,96 1/с. Сравнива  за- данные идеальные значени  с реальными установившимис  значени ми на выходе фильтров (см. фиг.6), увидим, что они очень близки. На фиг.7 показана динамика погрешности измерени  дрейфов r/j и йУ (аналогичный вид она имеет и дл  м и eo Jg ), где обозначено

А«4 &А -«if

0

5

п

c

5

0

5

0 5

-aJa ,

На фиг.7 после 600 с масштаб по верти кальной оси увеличен в 10 раз. Из фиг.7 видно, что методические погрешности измерени  дрейфов составл ют Дсг 3,1 10

1/с, Д«У -2,4 10 9 1/с на 600 с измерени  и соответственно -2,6 1/с, и 4,2 10 1/с на 900 с измерени . Таким образом, доказано, что предлагаемый способ позвол ет измер ть дрейфы сопр гаемой и базовой ГИС с потенциальной методической погрешностью измерени  1 10 /с.ч. После измерени  дрейфов производ т их коррекцию известными пут ми, либо формируют корректирующий сигнал на гироскопы базовой системы, либо учитывают ошибку от дрейфа в выходных параметрах ГИС, причем, можно корректировать ошибки от дрейфа в координатах, накопленные в системе с начала ее работы, так как врем  работы системы до момента измерени  дрейфов фиксируетс  и известен закон г изменени  ошибок в определении скорости и координат от дрейфа гироскопов.

При длительных режимах работы ГИС измерение и коррекцию дрейфов можно повтор ть периодически, путем циклического поворота корректируемой ГИС относительно базовой в положение 0 и 90° и последо- вательным повторением указанных операций в каждом положении. Измерение дрейфов Б предыдущем положении корректируемой ГИС принимаетс  за первое измерение , а в последующем положении за второе измерение. Минимальный период изме рени  и коррекции дрейфов может соста в- л ть ЮН 5 мин в зависимости от требуемой точности измерений.

Использование данного способа может обеспечить методическую погрешность в определении координат от горизонтальных дрейфов 2 км за несколько суток при начальном уровне дрейфов 0,01 о/ч.

В существующих ГИС без использовани  автономного способа измерени  и коррекции дрейфов, указанна  погрешность составл ет 2 км за час при дрейфе 0,01 о/ч.

Предлагаемый способ, кроме автономности измерени  и коррекции дрейфов, имеет еще важное преимущество, по сравнению с известными способами измерени  и коррекции дрейфов с помощью радиотехнических средств, в качестве и точности измерений дрейфов, так как сигналы инерциальных систем  вл ютс  гладкими по сравнению с сигналами радиотехнических систем.

Предлагаемый способ измерени  и коррекции дрейфов может быть реализован и в

бе :платформенных инерциальных систе- мак, в которых горизонтальные каналы с периодом Шулера реализованы в ЦВМ. При использовании способа в бесплатформен- ньм системах исключаетс  операци  согласовани  в азимуте, так как измерительные осп горизонтальных акселерометров двух блоков чувствительных элементов не расход тс  в азимуте из-за азимутальных дрейфов .

| Кроме того, блок чувствительных элементов сопр гаемой системы устанавливаете ) на поворотную площадку с точной фиксацией угла поворота на 90°. Предлагаемый способ измерени  и коррекции дрейфов может дать существенный экономический эффект при использовании в гироинерциальных системах миниатюрных , сравнительно низкой точности, дешевых гироскопов, при этом, обеспечива  высокую точность системы, путем автономною измерени  и коррекции дрейфов без применени  внешних средств коррекции горизонтальных каналов ГИС.

Claims (2)

1. I Данный способ может быть рекомендован дл  внедрени  предпри ти м, организаци м и фирмам, занимающимс  созданием, испытанием и эксплуатацией гироинерциальных систем и навигационных комплексов, построенных на их основе. Формулаизобретени  1, Способ измерени  дрейфа гироинер- ци льных систем, включающий коррекцию гироинерциальной системы от базового датчика скорости путем подачи управл ющих сигналов на гироскопы горизонтальных каналов , сформированных путем фильтрации разности скоростей гироинерциальной систем ы и датчика базовой скорости, выделение дрейфа гироинерциальной системы, о т- ли|чающийс  тем, что, с целью обеспечени  возможности автономного измерени  дрейфа горизонтальных каналов корректируемой гироинерциальной системы и базового датчика скорости на движущейс  объекте и повышени  точности измерений, в качестве базового датчика скорости используют гироинерциальную сис|тему, при этом осуществл ют выравни- ван|ие горизонтальных каналов корректиру- емЬй гироинерциальной системы относительно базовой путем подачи дополнительных управл ющих сигналов на гиро- скспы горизонтальных каналов корректируемой и базовой систем, сформированных по разности сигналов с акселерометров одноименных горизонтальных каналов этих систем, одновременно согла- сов ывают в азимуте гироплатформы двух

   систем путем подачи.на азимутальный гироскоп корректируемой системы управл ющего сигнала, сформированного по разности сигналов датчиков гироскопического курса 5 этих систем, по окончании переходных процессов выравнивани  горизонтальных каналов и согласовани  в азимуте производ т первое измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции горизонталь0 ных каналов, после чего прекращают подачу сформированных управл ющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой систем и осуществл ют разворот гироплатформы корректируемой системы в азимуте на

   5 90°, путем подачиуправл ющего сигнала на азимутальный гироскоп корректируемой си- 1 стемы, по окончании разворота возобновл ют подачу управл ющих сигналов на гироскопы корректируемой и базовой сис0 тем с учетом поворота корректируемой системы на 90°, затем повтор ют операции выравнивани  горизонтальных каналов и согласовани  в азимуте с использованием начальных условий от базовой системы, по

   5 окончании данных операций производ т второе измерение и запоминание отфильтрованных сигналов коррекции горизонтальных каналов, по результатам двух измерений определ ют дрейфы горизон0 тальных каналов корректируемой и базовой гироинерциальной системы в соответствии с выражением

   1

   ЛИ i ЛИ

   I / I 1 FI IГ ч

   /()

   1 / I . л л || ./Ч 1ч

   ™л 2(а) + а)(°« (

   ЛIf Л| Л| . Л II . А II .

   0)лГ2( + а«+аЬ)

   ЛI /Ч I , Л 11

   °ХГ2( °k

   где ctfy , Wj9f измеренные дрейфы горизонтальных каналов корректируемой гироинерциальной системы;

   ЛЛ

   ( , ( измеренные дрейфы горизон- тальных каналов базовой гироинерциальной системы;

   о4 , (, cdtf , $д - первый и второй отфильтрованные сигналы коррекции горизонтальных каналов.
2. 2. Способ по п.1,отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени  дл  бесплатформенных инерциальных систем, исключают операцию согласовани  в азимуте корректируемой и

   базовой системы в первом и втором измере-ной инерциальной системы осуществл ют нии сигналов, разворот блока чувствительныхпутем его установки на поворотное основа- элементов корректируемой бесплатформен-ние с фиксацией угла поворота на 90°.

   Ј

   №

   Ml мг

   Уг Ъ

   Фиг. г

   AfeL -Atfo)

   Фиг.1

   К

   Т

   diji tiopod

   -г.-ч

   -ь

   -If ра.3

   h

   $

   d.t,lbixiO fe

   I

   ±.с

   Ac

   ьоо

   ч/50300 Y50 600

   -2

   -Ц

   -(,

   Фиг, 4

   Jh

   M v

   ..;.x, /

   ,

   tf8e

   vy

   f4V

   1

   a/, 0 ;

   - I v J v«

   э 7

   V

   /Г

   //,w« Trfr 4

   t- J у I v

   jr b

   J

   19Z.8C81

   i