RU2020417C1 - Inertial navigation system - Google Patents
Inertial navigation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2020417C1 RU2020417C1 SU4925457A RU2020417C1 RU 2020417 C1 RU2020417 C1 RU 2020417C1 SU 4925457 A SU4925457 A SU 4925457A RU 2020417 C1 RU2020417 C1 RU 2020417C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- channel
- adder
- unit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть использовано для разработки точных автономных инерциальных навигационных систем. The invention relates to navigation instrumentation and can be used to develop accurate autonomous inertial navigation systems.
Известен класс инерциальных навигационных систем (ИНС) полуаналитического типа со свободной в азимуте платформой, недостатком которых является наличие незатухающих колебательных составляющих погрешностей определения углов ориентации скоростей и координат объекта, вызываемых инструментальными погрешностями их элементов (погрешности начальной выставки гироплатформы, дрейф гироскопов, нулевые сигналы акселерометров и др.). A class of inertial navigation systems (ANS) of a semi-analytical type with a free azimuth-free platform is known, the drawback of which is the presence of undamped vibrational components of errors in determining the orientation angles of velocities and coordinates of an object caused by instrumental errors of their elements (errors in the initial gyro platform display, gyroscope drift, zero accelerometer signals and other).
Известны ИНС, в которых для демпфирования указанных колебательных составляющих погрешностей используется информация от внешних, не входящих в состав ИНС, измерителей скоростей или координат объекта. Недостатками таких систем являются их автономность, сложность и дороговизна из-за применения динамических фильтров для обработки сигналов внешних измерителей скоростей и координат. ANNs are known in which information from external, not included in ANNs, speed meters or object coordinates is used to damp these vibrational components of errors. The disadvantages of such systems are their autonomy, complexity and high cost due to the use of dynamic filters for processing signals from external speed and coordinate meters.
Известны также ИНС, в которых для демпфирования указанных выше колебательных составляющих погрешностей и для сохранения невозмущаемости гироплатформы скоростями и ускорениями объекта в каналах управления гироплатформой используются корректирующие устройства с передаточными функциями специального вида. Недостатком таких систем является сложность передаточных функций корректирующих устройств, в частности, высокий порядок полиномов числителя, что затрудняет их практическую реализацию. Also known are ANNs in which corrective devices with special-purpose transfer functions are used in the gyro-platform control channels to damp the oscillatory components of the errors indicated above and to preserve the gyro-platform unperturbed by the speeds and accelerations of the object. The disadvantage of such systems is the complexity of the transfer functions of corrective devices, in particular, the high order of the numerator polynomials, which complicates their practical implementation.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является ИНС, содержащая гироплатформу с акселерометром и гироскопом в каждом из двух горизонтальных каналов и гироскопом в азимутальном канале, две идентичные цепи, соответственно, в первом и втором горизонтальных каналах, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных интегратора, соединенного своим входом с акселерометром соответствующего канала, первого масштабирующего блока, первого сумматора и усилителя, выход которого соединен с входом гироскопа соответствующего канала, а также второго масштабирующего блока, общий для обоих каналов блок определения координат и скоростей, первый и второй входы которого соединены с выходами интеграторов первого и второго каналов соответственно, причем в каждом канале выход второго масштабирующего блока соединен с вторым входом первого сумматора. Closest to the technical nature of the claimed device is an ANN containing a gyro platform with an accelerometer and a gyroscope in each of the two horizontal channels and a gyroscope in the azimuth channel, two identical circuits, respectively, in the first and second horizontal channels, each of which is made in series connected an integrator connected by its input to the accelerometer of the corresponding channel, the first scaling unit, the first adder and amplifier, the output of which is connected to the gyroscope input and the corresponding channel, as well as the second scaling unit, a coordinate and velocity determination unit common to both channels, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the integrators of the first and second channels, respectively, and in each channel the output of the second scaling unit is connected to the second input of the first adder.
Целью изобретения является повышение точности определения углов ориентации, скоростей и координат в установившемся режиме горизонтального движения объекта с постоянной скоростью и постоянным курсом. The aim of the invention is to improve the accuracy of determining orientation angles, speeds and coordinates in the steady state horizontal movement of an object with a constant speed and constant heading.
Цель достигается тем, что в известной ИНС в первый канал введены последовательно соединенные первый блок умножения, инвертор и второй сумматор, второй вход которого соединен с акселерометром первого канала, причем первый вход первого блока умножения соединен с выходом интегратора второго канала, во второй канал введены последовательно соединенные второй блок умножения и третий сумматор, причем второй вход третьего сумматора соединен с выходом акселерометра второго канала, а первый вход второго блока умножения соединен с выходом интегратора первого канала, введен также общий для обоих каналов масштабирующий блок, вход которого соединен с выходом блока определения скоростей и координат по сигналу синуса широты места. The goal is achieved by the fact that in the known ANN the first multiplication unit, the inverter and the second adder are connected in series to the first channel, the second input of which is connected to the accelerometer of the first channel, the first input of the first multiplication unit connected to the output of the integrator of the second channel, introduced in series connected to the second multiplication unit and the third adder, the second input of the third adder connected to the output of the accelerometer of the second channel, and the first input of the second multiplication unit connected to the integ Ator first channel, introduced as common to both channels, scaling unit having an input connected to the output determination unit velocities and coordinates on a signal sine latitude.
В известных ИНС использование внутренних связей между их элементами для демпфирования колебаний гироплатформы приводит к ее возмущаемости параметрами движения объекта скоростью, ускорением, скоростью изменения ускорения. В предлагаемой ИНС, в отличие от известных технических решений, с помощью дополнительно введенных сумматоров, умножителей, масштабирующего элемента и инвертора формируются поправки к сигналам управления гироплатформой, обеспечивающие автономное демпфирование колебаний гироплатформы с сохранением ее невозмущаемости в установившемся режиме горизонтального движения объекта с постоянной скоростью и с постоянным курсом . In well-known ANNs, the use of internal connections between their elements for damping gyro platform oscillations leads to its perturbation by the object’s motion parameters with speed, acceleration, and acceleration change rate. In the proposed ANN, unlike the well-known technical solutions, with the help of additionally introduced adders, multipliers, a scaling element, and an inverter, corrections to the gyro platform control signals are formed, which provide autonomous damping of the gyro platform oscillations while maintaining its unperturbation in the steady-state horizontal mode of the object at a constant speed and with constant course.
На фиг. 1 показана структурная схема ИНС; на фиг. 2 - функциональная схема блока вычисления скоростей и координат. In FIG. 1 shows a structural diagram of an ANN; in FIG. 2 is a functional block diagram of the calculation of speeds and coordinates.
ИНС состоит (фиг. 1) из гироплатформы 1, связанной в двух горизонтальных каналах с первым 2 и вторым 3 акселерометрами и первым 4 и вторым 5 гироскопами, а в азимутальном канале - с третьим гироскопом 6, а также из первого 7 и второго 8 интеграторов и блока 9 определения скоростей и координат. Выходы первого 2 и второго 3 акселерометров подключены соответственно к входам первого 7 и второго 8 интеграторов, а также к первым входам девятого 10 и десятого 11 сумматоров, вторые входы которых связаны соответственно с выходом шестого умножителя 12 и через третий инвертор 13 с выходом седьмого умножителя 14. Первые входы шестого 12 и седьмого 14 умножителей связаны соответственно с выходами второго 8 и первого 7 интеграторов, а вторые входы через седьмой масштабирующий элемент 15 - с шестым выходом блока 9 вычисления скоростей и координат. Выходы девятого сумматора 10 и первого интегратора 7 соответственно через первый 16 и третий 17 масштабирующие элементы соединены с входами первого сумматора 18, выход которого через первый усилитель 19 коррекции подключен к входу первого гироскопа 4. Выходы десятого сумматора 11 и второго интегратора 8 соответственно через второй 20 и четвертый 21 масштабирующие элементы соединены с входами второго сумматора 22, выход которого через второй усилитель 23 коррекции подключен к входу второго гироскопа 5. ANN consists (Fig. 1) of
Блок 9 вычисления скоростей и координат состоит (фиг. 2) из пяти умножителей 24-28, первого 29 и второго 30 делителей трех интеграторов 31, 32, 33, шести сумматоров 34-39, первого 40 и второго 41 синусных преобразователей, первого 42 и второго 43 косинусных преобразователей, первого 44 и второго 45 инверторов, двух масштабирующих элементов 46, 47 и четырех задатчиков 48-51 сигналов.
Первые входы первого 24 и второго 25 умножителей соединены с выходом первого интегратора 7, а вторые входы - соответственно с выходами первого косинусного 42 и первого синусного 40 преобразователей. Первые входы третьего 26 и четвертого 27 умножителей соединены с выходом второго интегратора 8, второй вход третьего умножителя 26 и через первый инвертор 44 второй вход четвертого умножителя 27 подключены соответственно к выходам первого косинусного 42 и первого синусного 40 преобразователей. Выходы второго 25 и третьего 26 умножителей соединены с входами третьего сумматора 34, выход которого через пятый масштабирующий элемент 46 и третий интегратор 31 подключен к первому входу четвертого сумматора 35. В свою очередь второй вход последнего связан с выходом первого задатчика 48 сигналов, а выход - с входами второго синусного 41 и второго косинусного 43 преобразователей. Выходы первого 24 и четвертого 27 умножителей соединены с входами пятого сумматора 36, выход которого через шестой масштабирующий элемент 47 связан с первым входом первого делителя 29 и входом второго инвертора 45, подключенного к первому входу пятого умножителя 28. В свою очередь второй вход последнего соединен с выходом второго делителя 30, связанного входами с выходом второго синусного 41 и второго косинусного 43 преобразователей, а выход через четвертый интегратор 32 подключен к первому входу шестого сумматора 37. Второй вход последнего связан с выходом второго задатчика 49 сигналов, а выход - с входом первого синусного 40 и первого косинусного 42 преобразователей. Выход первого делителя 29, связанного вторым входом с выходом второго косинусного преобразователя 43, соединен с первым входом седьмого сумматора 38, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика 50 сигналов, а выход через пятый интегратор 33 - к первому входу восьмого сумматора 39, связанного вторым входом с выходом четвертого задатчика 51 сигналов. Выходы третьего 34, четвертого 35, пятого 36, шестого 37, восьмого 39 сумматоров и выход второго синусного преобразователя 41 являются первым-шестым выходами блока 9 вычисления скоростей и координат и одновременно выходами системы. Шестой выход блока 9 вычисления скоростей и координат - выход второго синусного преобразователя 41, подключен через седьмой масштабирующий элемент 15 к входам шестого 12 и седьмого 14 умножителей. The first inputs of the first 24 and second 25 multipliers are connected to the output of the
ИНС функционирует следующим образом. ANN operates as follows.
В установившемся режиме движения объекта горизонтальные каналы управления, первый канал, первый акселерометр 2, девятый сумматор 10, первый масштабирующий элемент 16, первый интегратор 7, третий масштабирующий элемент 17, первый сумматор 18, первый усилитель 19 коррекции, первый гироскоп 4, второй канал, второй акселерометр 3, десятый сумматор 11, второй масштабирующий элемент 20, второй интегратор 8, четвертый масштабирующий элемент 21, второй сумматор 22, второй усилитель 23 коррекции, второй гироскоп 5 осуществляют ориентацию гироплатформы 1 относительно плоскости горизонта. При этом наличие в горизонтальных каналах управления связей по сигналам первого 2 и второго 3 акселерометров обеспечивает демпфирование колебаний гироплатформы 1. Третий гироскоп 6 осуществляет стабилизацию положения гироплатформы в азимуте относительно инерциального пространства, т.е. гироплатформа 1 является свободной в азимуте. In the steady state of the object’s movement, the horizontal control channels, the first channel, the
Выходные сигналы первого 2 и второго 3 акселерометров а1, а2поступают соответственно на входы первого 7 и второго 8 интеграторов, на выходах которых формируются сигналы, пропорциональные составляющим V1, V2 абсолютной скорости объекта, действующим по осям чувствительности первого 2 и второго 3 акселерометров.The output signals of the first 2 and second 3 accelerometers a 1 and 2 are respectively fed to the inputs of the first 7 and second 8 integrators, the outputs of which generate signals proportional to the components V 1 , V 2 of the absolute speed of the object, acting along the sensitivity axes of the first 2 and second 3 accelerometers.
С выходов первого 7 и второго 8 интеграторов сигналы поступают на входы блока 9 вычисления скоростей и координат, в котором в соответствии с функциональной схемой, показанной на фиг. 2, вычисляются следующие параметры по соответствующим зависимостям:
VE=V1cosχ-V2sinχ,
VN=V1sinχ+V2cosχ,
χ=χo- (VE/R)tdφdt, (1)
φ=φo+ (VN/R)dt,
λ= λo+ (VE/Rcosω2φ-ω3)dt, где VE, VN - постоянная и северная составляющие абсолютной скорости объекта;
χ - угол разворота гироплатформы в азимуте, положительное значение - при повороте платформы к западу от меридиана;
φ - географическая широта местоположения объекта;
λ - долгота местоположения объекта;
χo,φo,λo - начальные значения соответствующих координат;
ω3 - угловая скорость суточного вращения Земли;
R - радиус сферической модели Земли.From the outputs of the first 7 and second 8 integrators, the signals are fed to the inputs of the speed and
V E = V 1 cosχ-V 2 sinχ,
V N = V 1 sinχ + V 2 cosχ,
χ = χ o - (V E / R) tdφdt, (1)
φ = φ o + (V N / R) dt,
λ = λ o + (V E / Rcosω 2 φ-ω 3 ) dt, where V E , V N are the constant and northern components of the absolute speed of the object;
χ is the angle of rotation of the gyro platform in azimuth, a positive value is when the platform rotates west of the meridian;
φ is the geographical latitude of the location of the object;
λ is the longitude of the location of the object;
χ o , φ o , λ o - the initial values of the corresponding coordinates;
ω 3 - the angular velocity of the daily rotation of the Earth;
R is the radius of the spherical model of the Earth.
Значение угловой скорости суточного вращения Земли и начальные значения координат χo,φo,λo вводятся в схему блока 9 вычисления скоростей и координат с помощью имеющихся в ней третьего 50, второго 49, первого 48 и четвертого 51 задатчиков сигналов соответственно (фиг. 2).The value of the angular velocity of the daily rotation of the Earth and the initial values of the coordinates χ o , φ o , λ o are introduced into the circuit of the
Формируемые на выходах блока 9 вычисления скоростей и координат сигналы, пропорциональные составляющим VE, VN абсолютной скорости объекта и его координатам χ,φ,X, являются выходными для предлагаемой ИНС.The signals generated at the outputs of
На вторые входы девятого 10 и десятого 11 сумматоров с выходов соответственно шестого умножителя 12 и третьего инвертора 13 подаются сигналы поправок Δa1,Δa2 , сформированные в соответствии со структурной схемой, показанной на фиг. 1, по следующим соотношениям:
Δa1=ω3V2sinφ,
Δa2=-ω3V1sinφ.(2)
Указанные связи в установившемся режиме горизонтального движения объекта с постоянной скоростью и постоянным курсом обеспечивают невозмущаемость гироплатформы 1 скоростью изменения абсолютного ускорения объекта при наличии в системе связей, обеспечивающих демпфирование колебаний гироплатформы 1.The second inputs of the ninth 10 and tenth 11 adders from the outputs of the
Δa 1 = ω 3 V 2 sinφ,
Δa 2 = -ω 3 V 1 sinφ. (2)
The indicated connections in the steady-state mode of horizontal movement of an object with a constant speed and a constant course ensure that the
Возможность достижения положительного эффекта в предлагаемом техническом решении подтверждается следующим. The ability to achieve a positive effect in the proposed technical solution is confirmed by the following.
Абсолютные ускорения w1, w2, действующие по осям чувствительности первого 2 и второго 3 акселерометров, определяются соотношениями (3):
w1=-ωЗv2sinφ,
w2= +ω3v1sinφ, (3) где , - составляющие относительного ускорения объекта.The absolute accelerations w 1 , w 2 , acting along the sensitivity axes of the first 2 and second 3 accelerometers, are determined by the relations (3):
w 1 = -ω 3 v 2 sinφ,
w 2 = + ω 3 v 1 sinφ, (3) where , - components of the relative acceleration of the object.
При движении объекта с постоянной скоростью и постоянным курсом составляющие , относительного ускорения равны нулю, т.е. = =0 . При условии, что погрешности ориентации α1,α2 гироплатформы 1 относительно плоскости горизонта - малы, в рассматриваемом случае движения объекта ускорения а1n, a2n измеряемые первым 2 и вторым 3 акселерометрами, в первом приближении описываются соотношением (4):
a1n=w1+ω3α2,
a2n=w2-ω3α1, (4) где ω3 = g(V1 2+V2 2)R - вертикальное ускорение.When moving an object with a constant speed and a constant course, the components , relative acceleration are zero, i.e. = = 0. Provided that the orientation errors α 1 , α 2 of the gyro platform 1 relative to the horizon plane are small, in the case under consideration the movements of the acceleration object a 1n , a 2n measured by the first 2 and second 3 accelerometers are described, in a first approximation, by the relation (4):
a 1n = w 1 + ω 3 α 2 ,
a 2n = w 2 -ω 3 α 1 , (4) where ω 3 = g (V 1 2 + V 2 2 ) R is the vertical acceleration.
В прототипе использование ускорений a1n, a2n для демпфирования колебаний гироплатформы 1 приводит к возмущению ее скоростью изменения абсолютного ускорения (2). При этом установившиеся погрешностиα1 у,α2 уориентации гироплатформы 1, которые впоследствии приводят к возникновению погрешностей на выходе системы, в первом приближении имеют вид (2)
α1 у=-c,
α2 у= c2w1, (5) где с1, с2 - коэффициенты передачи первого 16 и второго 20 масштабирующих элементов.In the prototype, the use of accelerations a 1n , a 2n to damp the oscillations of the
α 1 y = -c ,
α 2 у = c 2 w 1 , (5) where с 1 , с 2 are transmission coefficients of the first 16 and second 20 scaling elements.
Для рассматриваемого случая движения объекта
= - ωЗv2(v1sinχ+v2cosχ),
= - ωЗv1(v1sinχ+v2cosχ), (6) следовательно α
= - ω З v 2 (v 1 sinχ + v 2 cosχ),
= - ω З v 1 (v 1 sinχ + v 2 cosχ), (6) therefore
В предлагаемой ИНС сигналы поправок Δa1,Δa2, формируемые согласно (2), поступают на вторые входы девятого 10 и десятого 11 сумматоров, где складываются с сигналами первого 2 и второго 3 акселерометров. При этом установившиеся погрешности α1 у, α2 у ориентации гироплатформы 1 в первом приближении описываются соотношениями
α
α
Таким образом, в заявляемой ИНС, в отличие от прототипа, при горизонтальном движении объекта с постоянными скоростью и курсом сохраняется невозмущаемость гироплатформы 1 при наличии связей, обеспечивающих демпфирование ее колебаний. Это позволяет повысить точность определения углов ориентации, скоростей и координат. Thus, in the inventive ANN, in contrast to the prototype, with horizontal movement of the object with constant speed and course, the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4925457 RU2020417C1 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Inertial navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4925457 RU2020417C1 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Inertial navigation system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020417C1 true RU2020417C1 (en) | 1994-09-30 |
Family
ID=21568611
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4925457 RU2020417C1 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Inertial navigation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2020417C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104733860A (en) * | 2015-03-06 | 2015-06-24 | 兰州空间技术物理研究所 | Automatic gate control device for landing spacecraft channel and validation method |
-
1991
- 1991-04-04 RU SU4925457 patent/RU2020417C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Климов Д.М. Инерциальная навигация на море. М.: Наука, 1984. * |
2. Самотокин Б.Б. и др. Навигационные приборы и системы. Киев: Вища школа, 1986. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104733860A (en) * | 2015-03-06 | 2015-06-24 | 兰州空间技术物理研究所 | Automatic gate control device for landing spacecraft channel and validation method |
CN104733860B (en) * | 2015-03-06 | 2019-03-12 | 兰州空间技术物理研究所 | A kind of automatic gate control device of landing spacecraft channel and verification method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4601206A (en) | Accelerometer system | |
CA1222153A (en) | Inertial systems | |
US2914763A (en) | Doppler-inertial navigation data system | |
GB1424588A (en) | Apparatus for determining the position of a vehicle | |
US3214575A (en) | Celestial-inertial navigation system | |
RU2256881C2 (en) | Method of estimation of orientation and navigation parameters and strap-down inertial navigation system for fast rotating objects | |
RU2487318C1 (en) | Platform-free inertial attitude and heading reference system based on sensitive elements of medium accuracy | |
JPH102754A (en) | Coning compensation method for strap down inertial navigation device, apparatus therefor and digital processor | |
RU2020417C1 (en) | Inertial navigation system | |
RU2326349C2 (en) | Inertial system | |
RU2683144C1 (en) | Method of defining errors of orientation axles of laser gyroscopes and pendulum accelerometers in a strap down inertial navigation system | |
RU2502049C1 (en) | Small-size platformless inertial navigation system of medium accuracy, corrected from system of air signals | |
US3483746A (en) | Three-axis inertial reference sensor | |
US3911255A (en) | Compass systems | |
Gelb | Synthesis of a very accurate inertial navigation system | |
US3232103A (en) | Navigation system | |
RU2339002C1 (en) | Method of evaluation of navigation parameters of operated mobile objects and related device for implementation thereof | |
RU2060463C1 (en) | Method of measuring and compensating drift of three-axis gyrostabilizer | |
JPH058966B2 (en) | ||
RU2030574C1 (en) | Method for determination of well drift angle in successive points and gyroscopic inclinometer | |
RU2161296C1 (en) | Device of autonomous correction | |
US3377470A (en) | Means and method for determining the bearing angle between the direction of motion of a moving craft and a fixed point | |
RU2056037C1 (en) | Directional gyro compass | |
RU2761592C1 (en) | Inertial measurement module | |
RU2794283C1 (en) | Method for determining the orientation of an object in a strapdown inertial navigation system |