RU2165075C1 - Наземная навигационная система - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено для использования в высокоточных навигационных системах для наземных подвижных объектов. Навигационная система состоит из механического датчика скорости, самоориентирующейся гироскопической системы курсокреноуказания, содержащей датчики акселерометров в качестве датчиков вертикали и измеряющей углы курса, крена и тангажа объекта. В состав системы входит координатор, содержащий вычислитель и устройства ввода и вывода навигационной информации. В навигационную систему введены связи акселерометров и вычислителя через соответствующие аналого-цифровые преобразователи и связи вычислителя со следящей системой гироскопического горизонтирования, т. е. с вторыми входами усилителей акселерометров, через соответствующие цифроаналоговые преобразователи. Вычислитель осуществляет совместную обработку информации с датчиков скорости, курса и обоих акселерометров, что позволяет осуществлять компенсацию действия линейных и центростремительных ускорений на систему горизонтирования курсокреноуказателя, а также осуществлять коррекцию показаний механического датчика скорости. Обеспечивается повышение точности определения координат местоположения наземного объекта при его движении. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к навигационным устройствам для топопривязки наземных подвижных объектов.

Известны системы наземной навигации, обеспечивающие счисление координат местоположения наземного подвижного объекта, содержащих механический датчик скорости (пути), кинематически связанный с движителем объекта, гироскопический курсовой прибор, вычислительное устройство, устройства ввода и вывода навигационной информации. В качестве гироскопического прибора может быть использован гирокурсокреноуказатель, а в качестве вычислительного устройства и устройств ввода и вывода применен курсопрокладчик [1].

Известна навигационная аппаратура 1HA1 [2] , содержащая самоориентирующуюся систему гироскопическую курсокреноуказания, механический датчик скорости, кинематически связанный с ходовой частью объекта, вычислитель (блок сопряжения), устройство ввода и устройство вывода навигационной информации, выполненные в виде планшета пульта, причем выходы самоориентирующейся системы гироскопической курсокреноуказания, механического датчика скорости, устройства ввода и устройства вывода соединены соответственно с входами блока сопряжения (вычислителя). С помощью устройства ввода производится ввод начальных координат объекта.

Недостатками вышеописанной навигационной системы являются недостаточная точность счисления пути механическим датчиком скорости (одометром) вследствие отсутствия компенсации нарушений нормального сцепления колес объекта с дорожным покрытием, например юз или пробуксовка колес, и изменения значения радиуса качения колеса в процессе движения, а также недостаточная точность измерения наклонов объекта вследствие реакции системы креноуказания на линейные и центростремительные ускорения, возникающие при движении объекта. Следствием указанных недостатков является недостаточно высокая точность определения координат местоположения объекта движения.

Изобретение направлено на повышение точности определения координат наземного объекта при его движении. Это достигается тем, что в устройство (прототип), состоящее из механического датчика скорости (одометра), вход которого связан с первым устройством интерфейса, системы самоориентирующейся гироскопической курсокреноуказания, содержащей блок горизональный (креноуказатель), состоящий из карданова подвеса, двух маятниковых датчиков акселерометров, установленных на внутренней раме карданова подвеса, причем ось чувствительности первого акселерометра совпадает с осью внутренней рамы карданова подвеса, ось чувствительности второго акселерометра совпадает с осью наружной рамы карданова подвеса, датчика момента тангажа и датчика момента крена, установленных на внутренней и наружной осях карданова подвеса соответственно, двух усилителей стабилизации, двух датчиков угла, двух усилителей сигналов акселерометров, датчика угла тангажа и датчика угла крена, гироскопического чувствительного элемента, имеющего две измерительные оси, образованные двумя ортогонально размещенными датчиками угла и датчиками момента, причем первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью внутренней рамы карданова подвеса, вторая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью наружной рамы карданова подвеса, выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси гироскопического чувствительного элемента, связан со входом первого усилителя стабилизации, выход которого связан со входом датчика момента тангажа, установленного на оси внутренней рамы карданова подвеса, выход датчика угла, установленного на второй измерительной оси гироскоспического чувствительного элемента, связан со входом второго усилителя стабилизации, выход которого связан со входом датчика момента крена, установленного на оси наружной рамы карданова подвеса, причем выход первого акселерометра связан со входом первого усилителя сигнала акселерометра, выход которого связан с первым датчиком момента, ось которого совпадает со второй измерительной осью гироскопического чувствительного элемента, выход второго акселерометра связан со входом второго усилителя сигналов акселерометра, выход которого связан со входом второго датчика момента, ось которого совпадает с первой измерительной осью гироскопического чувствительного элемента, блока азимута с датчиком угла курса, установленного на внутренней раме карданова подвеса креноуказателя, преобразователя фаза-код трехканального, три входа которого связаны с выходами датчиков углов курса, тангажа и крена соответственно, координатора (блока сопряжения), состоящего из вычислителя, устройства ввода и устройства индикации (планшет пульта), причем входы вычислителя связаны с выходами устройства интерфейса, преобразователя фаза-код трехканального и устройства ввода соответственно, а выход вычислителя связан со входом устройства индикации, введены два цифроаналоговых преобразователя и два аналого-цифровых преобразователя, причем вход первого аналого-цифрового преобразователя связан с выходом первого акселерометра, а выход связан с дополнительным входом вычислителя, вход второго аналого-цифрового преобразователя связан с выходом второго акселерометра, а выход со вторым дополнительным входом вычислителя, вход первого цифроаналогового преобразователя связан с первым дополнительным выходом вычислителя, а выход - со вторым входом первого усилителя сигналов акселерометра, вход второго цифроаналогового преобразователя связан со вторым дополнительным выходом вычислителя, а выход - со вторым входом второго усилителя сигналов акселерометра. Возможен вариант объединения связей преобразователя фаза-код трехканального, аналого-цифровых преобразователей с вычислителем через построение единого устройства обмена данными, которое также может осуществлять связи цифроаналоговых преобразователей с вычислителем.

На чертеже представлена структурная схема наземной навигационной системы. Навигационная система состоит из механического датчика скорости 1, устройства интерфейса 2, самоориентирующейся системы гироскопического курсокреноуказания 3, блока горизонтального (креноуказатель) 4, карданова подвеса 5, первого акселерометра 6, второго акселерометра 7, внутренней рамы карданова подвеса 8, наружной рамы карданова подвеса 9, датчика момента тангажа 10, датчика момента крена 11, усилителей стабилизации 12 и 13, датчиков углов 14 и 15, первого усилителя сигналов акселерометра 16, второго усилителя сигналов акселерометра 17, датчика угла тангажа 18, датчика угла крена 19, гироскопического чувствительного элемента 20, датчиков момента 21 и 22, блока азимута 23, датчика угла курса 24, преобразователя фаза-код трехканального 25, координатора (блока сопряжения) 26, вычислителя 27, устройства ввода 28, устройства индикации 29, первого аналого-цифрового преобразователя 30, второго аналого-цифрового преобразователя 31, первого цифроаналогово преобразователя 32, второго цифроаналогового преобразователя 33, показанных на чертеже.

Сигнал с механического датчика скорости 1 через устройство интерфейса 2 попадает в вычислитель 27. Информация об углах крена, тангажа и курса с соответствующих датчиков (19, 18, 24) попадает в вычислитель 27 через преобразователь фаза-код трехканальный 25. Сигналы с акселерометров (6, 7) через аналого-цифровые преобразователи (30 и 31) поступают в вычислитель 27. Вычислитель 27 управляет связью с датчиками системы гирокурсокреноуказания 3, запрашивая ее при поступлении сигнала с механического датчика скорости 1. Внутренняя рама 8 карданова подвеса 5 креноуказателя поддерживается в плоскости горизонта за счет следящих систем по двум измерительным осям гироскопического чувствительного элемента 20, выполненных в виде последовательно соединенных акселерометра 6 (датчика вертикали), усилителя 16, датчика момента 21 по второй измерительной оси гироскопического чувствительного элемента и акселерометра 7, усилителя 17, датчика момента 22 по первой измерительной оси гироскопического чувствительного элемента 20.

Система работает следующим образом. При поступлении сигнала в вычислитель 27 от механического датчика скорости 1 через устройство интерфейса 2 вычислитель 27 запрашивает данные от датчика угла крена 19, датчика угла тангажа 18 и датчика угла курса 24. Информация об углах наклонов объекта и его курсе в момент прихода информации от механического датчика скорости 1 поступает в вычислитель 27 через преобразователь фаза-код трехканальный 25. Одновременно вычислитель 27 через аналого-цифровой преобразователь 30 получает информацию о линейном ускорении с акселерометра 6. Вычислитель 27 обрабатывает поступающую к нему информацию, вычисляя приращение пути Sa на расчетном участке пути, характеризующимся появлением двух соседних сигналов с механического датчика скорости 1, по данным о линейном ускорении с акселерометра 6 и времени движения по расчетному участку пути от датчика времени, встроенного в вычислитель 27. Также в вычислителе 27 производится вычисление приращения пути Sm по информации с механического датчика скорости 1 для того же расчетного участка пути. Путем сравнения значений Sa и Sm определяется достоверность показаний механического датчика скорости 1 (проверка отсутствия юза или пробуксовки на расчетном участке пути). Если разность Sa и Sm по модулю меньше, чем величина ошибки механического датчика скорости 1 в счислении пути, то юз или пробуксовка отсутствовали, и для дальнейших навигационных расчетов выбирается значение приращения пути Sm на данном расчетном участке пути, в противном случае выбирается Sa.

Кроме того, занося в память вычислителя 27 значения времени движения по нескольким последним расчетным участкам пути и соответствующие им значения линейного ускорения движения, полученные от акселерометра 6, при достоверности показаний механического датчика скорости 1 на этих участках пути, вычислитель 27 попарно сравнивает между собой значения времени из памяти и при их равенстве производится корректировка показаний первого акселерометра 6 для дальнейшего движения. При знании истинных показаний акселерометра 6 (должны быть нулевыми при равномерном движении и на стоянках объекта) и учитывая, что точность акселерометра 6 в начале движения после проведения коррекции его показаний в счислении пути выше точности механического датчика скорости 1, вычислитель 27 производит компенсацию отклонения значения радиуса качения колеса от номинального при дальнейших навигационных расчетах по данным о значениях приращения пути Sa на расчетном участке и Sm на том же расчетном участке пути.

Исходя из достоверного значения пути Sa или Sm на каждом расчетном участке пути, вычислитель 27 производит расчет значения линейного ускорения движения объекта на каждом расчетном участке пути, и производится компенсация действия линейного ускорения на систему креноуказания путем подачи соответствующих значений компенсационных ускорений через цифроаналоговый преобразователь 32 на второй вход первого усилителя сигналов акселерометра 16.

Кроме того, по изменению показаний датчика угла курса 24 на расчетном участке пути можно судить о криволинейности или прямолинейности движения объекта. Вычислитель 27 получает информацию о показаниях второго акселерометра 7 через второй аналого-цифровой преобразователь 31 и об угле курса с датчика угла курса 24 через преобразователь фаза-код трехканальный 25. По данным о приращении пути, изменении угла курса и времени движения на расчетном участке движения вычислитель 27 по известным формулам производит расчет значения центростремительного ускорения движения на каждом расчетном участке пути и производит коррекцию системы креноуказания, формируя и подавая через второй цифроаналоговый преобразователь 33 значения компенсационных центростремительных ускорений движения объекта на второй вход второго усилителя сигналов акселерометра 17.

В качестве гироскопического чувствительного элемента предлагается использовать динамически настраиваемый гироскоп ГВК-6, а в качестве координатора - электровычислительную машину типа IBM стандартного вида или вида "NOTEBOOK".

Эффект от изобретения проявляется в повышении точности измерения углов наклона объекта и счисления пройденного пути, что повышает точность определения координат местоположения наземного объекта. Основные технические решения проверены при экспериментальной отработке, которая подтвердила получение положительного эффекта и целесообразность использования изобретения.

Источники информации
1. В.А. Полевой. Работа с трехкоординатным топопривязчиком. - М.: Недра, 1978 г., с. 215.

2. Руководство по технической эксплуатации АЮИЖ. 462414.008 РТЭ. - Ковров: ВНИИ "Сигнал", 1998 г.

Claims (2)

1. Наземная навигационная система для определения координат местоположения подвижного объекта, содержащая механический датчик скорости, вход которого связан с устройством интерфейса, систему самоориентирующуюся гироскопическую курсокреноуказания, содержащую блок горизонтальный, состоящий из карданова подвеса, двух маятниковых датчиков акселерометров, установленных на внутренней раме карданова подвеса, причем ось чувствительности первого акселерометра совпадает с осью внутренней рамы карданова подвеса, ось чувствительности второго акселерометра совпадает с осью наружной рамы карданова подвеса, датчика момента тангажа и датчика момента крена, установленных на внутренней и наружной осях карданова подвеса соответственно, двух усилителей стабилизации и двух датчиков углов, двух усилителей акселерометров, датчика угла тангажа и датчика угла крена, гироскопического чувствительного элемента, имеющего две измерительные оси, образованные двумя ортогонально размещенными датчиками угла и датчиками момента, причем первая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью внутренней рамы карданова подвеса, вторая измерительная ось гироскопического чувствительного элемента совпадает с осью наружной рамы карданова подвеса, выход датчика угла, установленного на первой измерительной оси гироскопического чувствительного элемента, связан со входом первого усилителя стабилизации, выход которого связан со входом датчика момента тангажа, установленного на оси внутренней рамы карданова подвеса, выход датчика угла, установленного на второй измерительной оси гироскопического чувствительного элемента, связан со входом второго усилителя стабилизации, выход которого связан с датчиком момента крена, установленного на оси наружной рамы карданова подвеса, причем выход первого акселерометра связан со входом первого усилителя сигнала акселерометра, выход которого связан с первым датчиком момента, ось которого совпадает со второй измерительной осью гироскопического чувствительного элемента, выход второго акселерометра связан со входом второго усилителя сигналов акселерометра, выход которого связан со входом второго датчика момента, ось которого совпадает с первой измерительной осью гироскопического чувствительного элемента, блока азимута с датчиком угла курса, установленного на внутренней раме карданова подвеса блока горизонтального, преобразователя фаза - код трехканального, три входа которого связаны с выходами датчика угла курса, датчика угла крена и датчика угла тангажа соответственно, координатор, состоящий из вычислителя, устройства ввода и устройства индикации, причем входы вычислителя связаны с выходами устройства интерфейса, преобразователя фаза - код трехканального и устройства ввода соответственно, а выход вычислителя связан со входом устройства индикации, отличающаяся тем, что в нее введены два аналого-цифровых преобразователя и два цифроаналоговых преобразователя, причем вход первого аналого-цифрового преобразователя связан с выходом первого акселерометра, а выход связан с первым дополнительным входом вычислителя, вход второго аналого-цифрового преобразователя связан с выходом второго акселерометра, а выход связан со вторым дополнительным входом вычислителя, вход первого цифроаналогового преобразователя связан с первым дополнительным выходом вычислителя, а выход связан со вторым входом первого усилителя сигнала акселерометра, вход второго цифроаналогового преобразователя связан со вторым дополнительным выходом вычислителя, а выход связан со вторым входом второго усилителя сигнала акселерометра.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что координатор выполнен в виде персональной электровычислительной машины стандартного вида или вида "Notebook".