RU2282147C1 - System for correcting gyrostabilizer of marine gravimeter - Google Patents
System for correcting gyrostabilizer of marine gravimeter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282147C1 RU2282147C1 RU2005115181/28A RU2005115181A RU2282147C1 RU 2282147 C1 RU2282147 C1 RU 2282147C1 RU 2005115181/28 A RU2005115181/28 A RU 2005115181/28A RU 2005115181 A RU2005115181 A RU 2005115181A RU 2282147 C1 RU2282147 C1 RU 2282147C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- integrator
- observer
- bandpass filter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к гироскопической технике, а более конкретно к гиростабилизаторам, работающим на подвижных объектах, выполняющим функцию инерциальной гировертикали, настроенной на период Шулера и предназначенной для стабилизации гравиметров.The invention relates to gyroscopic technology, and more particularly to gyrostabilizers working on moving objects, performing the function of an inertial gyro-vertical tuned for the Schuler period and intended to stabilize gravimeters.
Известно устройство системы коррекции инерциальной гировертикали [Самоткин Б.Б., Мелешко В.В., Степановский Ю.В. Навигационные приборы и системы. - Киев, Головное издательство издательского объединения "Выща школа", 1986, с.251-253], содержащее последовательно соединенные акселерометр, интегратор, сумматор и датчик момента гироскопа, при этом выполняется условие K1·K2·K3/H=1/R, где K1 - коэффициент передачи акселерометра, К2 - коэффициент передачи интегратора, К3 - коэффициент передачи цепи усилитель-датчик момента гироскопа, Н - кинетический момент гироскопа, R - радиус Земли. Кроме того, выход акселерометра соединен с входом усилителя прямой положительной связи, выход которого соединен с вторым входом сумматора. Наличие прямой положительной обратной связи, охватывающей интегратор, обеспечивает демпфирование собственных колебаний инерциальной гировертикали, но нарушает условие инвариантности по отношению к параметрам движения объекта.A known device for the correction of an inertial gyrovertical [Samotkin BB, Meleshko VV, Stepanovsky Yu.V. Navigation devices and systems. - Kiev, the head publishing house of the Vyscha Shkola Publishing Association, 1986, p. 251-253], containing an accelerometer, an integrator, an adder and a gyroscope torque sensor connected in series, with the condition K 1 · K 2 · K 3 / H = 1 / R, where K 1 is the transmission coefficient of the accelerometer, K 2 is the transmission coefficient of the integrator, K 3 is the transmission coefficient of the amplifier-sensor moment of the gyroscope, N is the kinetic moment of the gyroscope, R is the radius of the Earth. In addition, the accelerometer output is connected to the input of the direct positive coupling amplifier, the output of which is connected to the second input of the adder. The presence of direct positive feedback, covering the integrator, provides damping of the natural oscillations of the inertial gyrovertical, but violates the condition of invariance with respect to the parameters of the object’s motion.
Недостатком такой системы коррекции является нарушение условия инвариантности по отношению к параметрам движения объекта, что приводит к большой систематической ошибке измерения ускорения силы тяжести гиростабилизированным гравиметром из-за совместного влияния горизонтальных ускорений качки и наклонов гиростабилизированной площадки, а также "зашумление" линейной зоны сумматора, управляющего моментным датчиком гироскопа, при значительной амплитуде горизонтальных ускорений качки.The disadvantage of such a correction system is a violation of the invariance condition with respect to the parameters of the object’s movement, which leads to a large systematic error in measuring the acceleration of gravity with a gyro-stabilized gravimeter due to the combined influence of horizontal accelerations of pitching and tilting of the gyro-stabilized platform, as well as “noise” of the linear zone of the adder controlling momentary gyroscope sensor, with a significant amplitude of horizontal pitching accelerations.
Наиболее близким (прототипом) является устройство системы коррекции инерциального гиростабилизатора [Самоткин Б.Б., Мелешко В.В., Степановский Ю.В. Навигационные приборы и системы. - Киев, Головное издательство издательского объединения "Выща школа", 1986, с.194-196], содержащее последовательно соединенные акселерометр, интегратор, усилитель и датчик момента гироскопа. При настройке устройства системы коррекции на период Шулера (выполнении условия K1·K2·K3/H=1/R, где K1 - коэффициент передачи акселерометра, К2 - коэффициент передачи интегратора, К3 - коэффициент передачи цепи усилитель-датчик момента гироскопа, Н - кинетический момент гироскопа, R - радиус Земли) инерциальная гировертикаль не возмущаема параметрами движения объекта, а следовательно, систематическая ошибка измерения ускорения силы тяжести гиростабилизированным гравиметром из-за совместного влияния горизонтальных ускорений качки и наклонов гиростабилизированной площадки равна нулю.The closest (prototype) is the device of the correction system of the inertial gyrostabilizer [Samotkin BB, Meleshko VV, Stepanovsky Yu.V. Navigation devices and systems. - Kiev, the head publishing house of the publishing association "Vyscha Shkola", 1986, p.194-196], containing a series-connected accelerometer, integrator, amplifier and gyroscope moment sensor. When setting up the correction system device for the Schuler period (fulfilling the conditions K 1 · K 2 · K 3 / H = 1 / R, where K 1 is the transfer coefficient of the accelerometer, K 2 is the transfer coefficient of the integrator, K 3 is the transmission coefficient of the amplifier-sensor circuit the gyroscope moment, H is the kinetic momentum of the gyroscope, R is the Earth’s radius) the inertial gyro vertical is not disturbed by the parameters of the object’s movement, and therefore, the systematic error in measuring the acceleration of gravity by a gyro-stabilized gravimeter due to the combined influence of horizontal accelerations of pitching and tilt zero in a gyro-stabilized platform.
Недостатком такого устройства системы коррекции является то, что ошибки начальной выставки, возмущающие моменты в осях подвеса гироскопа и другие факторы приводят к незатухающим колебаниям гиростабилизированной площадки с периодом Шулера относительно вертикали. Это обуславливает большой уровень систематической ошибки гиростабилизированного гравиметра из-за наклонов основания.The disadvantage of such a device of the correction system is that the errors of the initial exhibition, disturbing moments in the suspension axes of the gyroscope, and other factors lead to undamped oscillations of the gyrostabilized platform with the Schuler period relative to the vertical. This leads to a large level of systematic error of the gyrostabilized gravimeter due to the slopes of the base.
Задачей изобретения является повышение точности измерения ускорения силы тяжести гиростабилизированным гравиметром.The objective of the invention is to improve the accuracy of measuring the acceleration of gravity with a gyro-stabilized gravimeter.
Задача решается тем, что предлагаемое устройство системы коррекции гиростабилизатора морского гравиметра содержит акселерометр, интегратор, усилитель, датчик момента, полосовой фильтр-наблюдатель, компаратор, фиксатор переходов, схему управления, полосовой фильтр-измеритель, ключ, причем выход акселерометра соединен с первым входом интегратора, а также с входом полосового фильтра-наблюдателя, выход интегратора соединен с входом усилителя, а также с входом полосового фильтра-измерителя, выход усилителя соединен с входом датчика момента гироскопа. Выход полосового фильтра-наблюдателя соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входом фиксатора переходов, выход фиксатора переходов соединен с входом схемы управления, второй выход которой соединен с вторым входом полосового фильтра-измерителя и соединен с вторым входом полосового фильтра-наблюдателя, а первый выход соединен с первым входом ключа, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра-измерителя. Выход ключа соединен с вторым входом интегратора.The problem is solved in that the proposed device of the gyro-stabilizer correction system of a marine gravimeter contains an accelerometer, integrator, amplifier, torque sensor, a bandpass filter-observer, a comparator, a transition lock, a control circuit, a bandpass filter-meter, a key, and the accelerometer output connected to the first input of the integrator as well as with the input of the bandpass filter-observer, the output of the integrator is connected to the input of the amplifier, as well as with the input of the bandpass filter-meter, the output of the amplifier is connected to the input of the moment a gyroscope. The output of the bandpass filter-observer is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the input of the transition clamp, the output of the transition clamp is connected to the input of the control circuit, the second output of which is connected to the second input of the bandpass filter-meter and connected to the second input of the bandpass filter-observer, and the first the output is connected to the first input of the key, the second input of which is connected to the output of the bandpass filter-meter. The key output is connected to the second input of the integrator.
На фиг.1 показана структурная схема системы коррекции гиростабилизатора морского гравиметра. На фиг.2 - 5 представлены графики, демонстрирующие работу системы коррекции гиростабилизатора морского гравиметра.Figure 1 shows the structural diagram of the correction system gyrostabilizer marine gravimeter. Figure 2 - 5 presents graphs showing the operation of the correction system gyrostabilizer marine gravimeter.
Выход акселерометра 1 соединен с входом интегратора 2, а также с входом полосового фильтра-наблюдателя 5, выход интегратора 2 соединен с входом усилителя 3, а также с входом полосового фильтра-измерителя 9, выход усилителя 3 соединен с входом датчика момента гироскопа 4. Выход полосового фильтра-наблюдателя 5 соединен с входом компаратора 6, выход компаратора 6 соединен с входом фиксатора переходов 7, выход фиксатора переходов 7 соединен с входом схемы управления 8, второй выход которой соединен с вторым входом полосового фильтра-измерителя 9 и соединен с вторым входом полосового фильтра-наблюдателя 5, первый выход схемы управления 8 соединен с первым входом ключа 10, второй вход ключа 10 соединен с выходом полосового фильтра-измерителя 9, выход ключа 10 соединен с вторым входом интегратора 2.The output of the
Работа устройства происходит следующим образом.The operation of the device is as follows.
Сигнал с выхода акселерометра 1, пропорциональный ускорению движения объекта по отношению к Земле, подается на вход интегратора 2, с выхода которого сигнал поступает на усилитель 3 и далее на датчик момента гироскопа 4, что обеспечивает при выполнении условия K1·K2·K3/H=1/R, где K1 - коэффициент передачи акселерометра 1, К2 - коэффициент передачи интегратора 2, К3 - коэффициент передачи цепи усилитель 3 - датчик момента 4 гироскопа, Н - кинетический момент гироскопа, R - радиус Земли удержание в горизонте стабилизируемой площадки с гравиметром. Ошибки начальной выставки, возмущающие моменты в осях подвеса гироскопа и другие факторы приводят к возникновению незатухающих колебаний инерциальной вертикали относительно горизонта с периодом Шулера, что ухудшает точность стабилизации. Эти колебания измеряются акселерометром 1 в виде проекции ускорения силы тяжести и также интегрируются интегратором 2. Сигнал с выхода интегратора 2 подается на вход полосового фильтра-измерителя 9. Передаточная функция полосового фильтра-измерителя 9 имеет видThe signal from the output of the
где Т=806 с - постоянная времени маятника Шулера, k4=2 - коэффициент передачи полосового фильтра-измерителя 9, обеспечивающий значение амплитудно-частотной характеристики полосового фильтра-измерителя 9 на частоте Шулера, равное единице.where T = 806 s is the time constant of the Schuler pendulum, k 4 = 2 is the transmission coefficient of the bandpass filter meter 9, which provides the value of the amplitude-frequency characteristic of the bandpass filter meter 9 at the Schuler frequency equal to unity.
Полосовой фильтр-измеритель 9 выделяет переменную составляющую сигнала интегратора 2 с частотой Шулера и эффективно сглаживает составляющие, имеющие частоты, выше и ниже частоты Шулера. Сигнал на выходе полосового фильтра-измерителя 9 имеет нулевое отставание по фазе по отношению к выходному сигналу интегратора 2 на частоте Шулера в установившемся режиме и близкое к нулевому отставание по фазе по отношению к выходному сигналу интегратора 2 на частоте Шулера в процессе выхода на установившийся режим работы. Сигнал с выхода акселерометра 1 подается на вход полосового фильтра-наблюдателя 5, имеющего передаточную функциюThe band-pass filter meter 9 isolates the variable component of the
где Т=806 с - постоянная времени маятника Шулера.where T = 806 s is the time constant of the Schuler pendulum.
Полосовой фильтр-наблюдатель 5 выделяет переменную составляющую сигнала акселерометра 1 с частотой Шулера и эффективно сглаживает составляющие, имеющие частоты, выше и ниже частоты Шулера. Сигнал на выходе полосового фильтра-наблюдателя 5 имеет нулевое отставание по фазе по отношению к выходному сигналу акселерометра 1 на частоте Шулера в установившемся режиме и близкое к нулевому отставание по фазе по отношению к выходному сигналу акселерометра 1 на частоте Шулера в процессе выхода на установившийся режим работы. Сигнал с выхода полосового фильтра-наблюдателя 5 подается на вход компаратора 6. На выходе компаратора 6 положительным значениям выходного сигнала полосового фильтра-наблюдателя 5 соответствует постоянный положительный уровень напряжения, а отрицательным значениям выходного сигнала полосового фильтра-наблюдателя 5 соответствует постоянный отрицательный уровень напряжения. Сигнал с выхода компаратора поступает на вход фиксатора переходов 7, который выдает сигнал на вход схемы управления 8 в момент смены знака на выходе компаратора 6. По сигналу с выхода фиксатора переходов 7 схема управления 8 обеспечивает срабатывание ключа 10. При этом выходной сигнал полосового фильтра-измерителя поступает на второй вход интегратора 2 и из текущего значения выходного сигнала интегратора 1 вычитается текущее значение выходного сигнала полосового фильтра-измерителя 9. Далее схема управления 8 обеспечивает приведение ключа 10 в исходное состояние "разомкнут" и установку текущего значения на выходе полосового фильтра-измерителя 9, равного нулю, а также установку текущего значения на выходе полосового фильтра-наблюдателя 5, равного нулю. При этом стабилизируемая площадка с гравиметром находится в окрестности горизонта, а на выходе интегратора 2 переменная составляющая с частотой Шулера оказывается скомпенсированной, что обеспечивает демпфирование собственных колебаний инерциальной вертикали, а следовательно, уменьшение ошибки гиростабилизированного гравиметра из-за наклонов основания. Параметрическая коррекция сигнала интегратора 2 не нарушает условие инвариантности по отношению к линейным ускорениям качки объекта, а следовательно, систематическая ошибка измерения ускорения силы тяжести гиростабилизированным гравиметром из-за совместного влияния горизонтальных ускорений качки и наклонов гиростабилизированной площадки равна нулю.The bandpass filter-
На фиг.2 - 5 представлены графики, демонстрирующие работу системы коррекции гиростабилизатора морского гравиметра. На фиг.2 представлена зависимость угла отклонения стабилизируемой площадки по отношению к горизонту от времени. На фиг.3 представлена зависимость Х4 - величины выходного сигнала интегратора 2 (в единицах цифрового кода) от времени. На фиг. 4 представлена зависимость U1 - величины выходного сигнала полосового фильтра-измерителя 9 (в единицах цифрового кода) от времени. На фиг.5 представлена зависимость U2 - величины выходного сигнала полосового фильтра-наблюдателя 5 ( в единицах цифрового кода) от времени. Моменты времени t1=22,9 мин, t2=51 мин, t3=59,7 мин, t4=85,4 мин соответствуют моментам смены знака на выходе компаратора 6 и параметрической коррекции сигнала интегратора 2. В момент времени t1=22,9 мин амплитуда отклонения гиростабилизированной площадки от горизонта уменьшается в восемь раз, а в процессе последующих циклов работы системы коррекции в момент времени t4=85,4 мин амплитуда отклонения гиростабилизированной площадки уменьшается уже в 30000 раз и составляет 0,00001 рад.Figure 2 - 5 presents graphs showing the operation of the correction system gyrostabilizer marine gravimeter. Figure 2 shows the dependence of the angle of deviation of the stabilized platform with respect to the horizon from time to time. Figure 3 presents the dependence of X4 - the output signal of the integrator 2 (in units of digital code) from time to time. In FIG. 4 shows the dependence of U1 - the output signal of the band-pass filter-meter 9 (in units of a digital code) on time. Figure 5 presents the dependence of U2 - the value of the output signal of the band-pass filter-observer 5 (in units of digital code) from time to time. The moments of time t 1 = 22.9 min, t 2 = 51 min, t 3 = 59.7 min, t 4 = 85.4 min correspond to the moments of the sign change at the output of
Таким образом, совокупность признаков предлагаемого устройства системы коррекции, реализация которых может быть выполнена в соответствии с фиг.1, позволяет повысить точность измерения ускорения силы тяжести гиростабилизированным гравиметром.Thus, the set of features of the proposed device of the correction system, the implementation of which can be performed in accordance with figure 1, can improve the accuracy of measuring the acceleration of gravity with a gyro-stabilized gravimeter.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005115181/28A RU2282147C1 (en) | 2005-05-18 | 2005-05-18 | System for correcting gyrostabilizer of marine gravimeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005115181/28A RU2282147C1 (en) | 2005-05-18 | 2005-05-18 | System for correcting gyrostabilizer of marine gravimeter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2282147C1 true RU2282147C1 (en) | 2006-08-20 |
Family
ID=37060668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005115181/28A RU2282147C1 (en) | 2005-05-18 | 2005-05-18 | System for correcting gyrostabilizer of marine gravimeter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2282147C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105527655A (en) * | 2016-03-14 | 2016-04-27 | 中国科学院测量与地球物理研究所 | Marine gravimeter stabilizing platform leveling device and method |
| RU2616087C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-04-12 | Анатолий Борисович Попов | Method for constructing inertial damped systems with arbitrary period, invariant with respect to maneuvering, and device for its implementation |
-
2005
- 2005-05-18 RU RU2005115181/28A patent/RU2282147C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| САМОТКИН Б.И. и др. Навигационные приборы и системы. - Киев: Головное издательство издательского объединения "Выща школа", 1986, с.194-196, 251-253. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2616087C1 (en) * | 2015-12-07 | 2017-04-12 | Анатолий Борисович Попов | Method for constructing inertial damped systems with arbitrary period, invariant with respect to maneuvering, and device for its implementation |
| CN105527655A (en) * | 2016-03-14 | 2016-04-27 | 中国科学院测量与地球物理研究所 | Marine gravimeter stabilizing platform leveling device and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gui et al. | MEMS based IMU for tilting measurement: Comparison of complementary and kalman filter based data fusion | |
| CN105651242B (en) | A method of fusion attitude angle is calculated based on complementary Kalman filtering algorithm | |
| CN105588567B (en) | A kind of attitude heading reference system and method for autoelectrinic compass calibration assist type | |
| EP1642089B1 (en) | Method and system for improving accuracy of inertial navigation measurements using measured and stored gravity gradients | |
| RU2285902C1 (en) | Method for determining and compensating for deviation of gyro-stabilized platform and device for realization of said method | |
| US4882697A (en) | Stabilization control circuit for vertical position in an inertial navigator | |
| US20120166082A1 (en) | Method and system for initial quaternion and attitude estimation | |
| Hiller et al. | Noise contributions in a closed-loop MEMS gyroscope for automotive applications | |
| WO2007111978A2 (en) | Inertial measurement system and method with bias cancellation | |
| RU2282147C1 (en) | System for correcting gyrostabilizer of marine gravimeter | |
| CN105021193A (en) | Control algorithm for inertial navigation system without gyroscope | |
| US6867642B1 (en) | Realtime adaptive notch compensator | |
| JPH10253360A (en) | Angle-of-rotation detector | |
| WO2009077976A2 (en) | Orientation measurement of an object | |
| Ma et al. | Application and comparison of two methods for alignment of FOG SINS | |
| JPH08110225A (en) | Inclination measuring apparatus | |
| RU2332642C1 (en) | Sea gravimeter stabilising gyro correction system | |
| RU2667320C1 (en) | Method of controlling digital platform in free of charge gyroverticals and device for implementation thereof | |
| RU2062987C1 (en) | Gyro horizon | |
| CN109990776A (en) | A kind of attitude measurement method and device | |
| RU2244261C1 (en) | Correction system of sea gravimeter gyrostabilizer | |
| JP3152044B2 (en) | Hybrid inclinometer | |
| US10415977B2 (en) | Multiple sensor integration | |
| RU2169349C1 (en) | Single-gyroscope corrected gyroscopic compass ( versions ) | |
| RU2277223C1 (en) | System of correction of the gyroscopic stabilizer of a sea gravimeter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070519 |