RU2282826C1 - Способ автономного измерения вектора угловой скорости - Google Patents

Способ автономного измерения вектора угловой скорости Download PDF

Info

Publication number
RU2282826C1
RU2282826C1 RU2005108618/28A RU2005108618A RU2282826C1 RU 2282826 C1 RU2282826 C1 RU 2282826C1 RU 2005108618/28 A RU2005108618/28 A RU 2005108618/28A RU 2005108618 A RU2005108618 A RU 2005108618A RU 2282826 C1 RU2282826 C1 RU 2282826C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stars
directions
angular velocity
angular
formulas
Prior art date
Application number
RU2005108618/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Федор Антонович Шаповалов (RU)
Федор Антонович Шаповалов
Алексей Федорович Шаповалов (RU)
Алексей Федорович Шаповалов
Юрий Владимирович Львов (RU)
Юрий Владимирович Львов
Original Assignee
Федор Антонович Шаповалов
Алексей Федорович Шаповалов
Юрий Владимирович Львов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федор Антонович Шаповалов, Алексей Федорович Шаповалов, Юрий Владимирович Львов filed Critical Федор Антонович Шаповалов
Priority to RU2005108618/28A priority Critical patent/RU2282826C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2282826C1 publication Critical patent/RU2282826C1/ru

Links

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах пространственной ориентации подвижных объектов. Технический результат - повышение точности. Для достижени данного результата до начала движения (старта) объекта выбирают систему координат, удобную для пользователя. Выбирают три звезды, по направлениям которых будут измеряться скорости. Измеряют их угловые координаты. При этом после старта измеряют текущие значения линейных скоростей по направлениям навигационных звезд. Вычисляют изменения линейной скорости по направлениям навигационных звезд, вызванные вращением объекта, и определяют основные составляющие вектора угловой скорости по направлениям навигационных звезд.

Description

Изобретение относится к технике автономного измерения вектора угловой скорости движущегося объекта. Оно может использоваться в различных областях науки и техники, преимущественно в системах автономного управления и навигации космических аппаратов, воздушных аппаратов, ракет.
Способ автономного измерения вектора угловой скорости основан на измерении изменений линейной скорости движущегося объекта по направлениям 3-х выбранных звезд, получаемых с помощью измерителей, вынесенных из центра вращения объекта.
Существующие способы измерения угловой скорости основаны на измерении отклонений от опорных направлений, создаваемых, например, осями гироскопа или от направлений на внешние объекты.
Ввиду новизны физической основы, предложенный способ не имеет прототипа - ближайшего по технической сути аналога.
Предложенный способ обладает высокой точностью измерений, высокой чувствительностью по обнаружению начала несанкционированных вращений, решает задачу измерения угловой скорости одним и тем же составом аппаратуры, что и способы автономного измерения вектора линейной скорости (патент №2227302, заявка на изобретение, регистрационный №2004117733) и способ пространственной ориентации и стабилизации, заявка на изобретение №2004134757/28(037811). Движение измерителя при вращении объекта вызывает изменение измеряемой линейной скорости по направлению наблюдаемой звезды. Это изменение при равномерном вращении объекта происходит по синусоидальному закону с амплитудой и фазой, определяемой координатами точки нахождения приемника на объекте. Частота колебаний синусоиды пропорциональна угловой скорости вращения объекта.
В общем случае угловая скорость вращения твердого тела есть вектор ω, численно равный первой производной от угла поворота φ по времени
Figure 00000001
и направленный вдоль оси вращения таким образом, чтобы из его конца вращение тела было видно происходящим против часовой стрелки.
Проекции вектора ω на направления 3-х взятых для измерения звезд (в дальнейшем - навигационные звезды) определяются следующим образом:
Figure 00000002
Здесь ν - линейная скорость приемника по направлению навигационной звезды, обусловленная вращением объекта,
tи - интервал времени между двумя соседними измерениями скорости,
d - расстояние между приемником и центром вращения объекта.
Практически всегда выполняется условие νtи≪d, следовательно, справедливо равенство tgφ=φ,
Figure 00000003
Измерители линейной скорости по направлениям навигационных звезд определяют суммарную скорость, складывающуюся из «плановой» скорости движения объекта по траектории νtr и скорости, вызванной вращением ν. Ввиду того, что νtr известна и прогнозируема, скорость, вызванная вращением объекта, определяется как
ν=νи-νtr,
где νи - измеряемая скорость.
Изменения линейной скорости по направлениям соответственно 1-й, 2-й и 3-й навигационных звезд, вызванные вращением объекта, определяются как
Figure 00000004
где
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
- измеряемые скорости по направлениям соответственно 1-й, 2-й и 3-й навигационных звезд,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- "плановые" траекторные скорости по тем же направлениям.
Критерием обнаружения вращения объекта служит превышение величиной ν заданного порога ν≥νп. Здесь νп - пороговое значение изменения линейной скорости, определяемое из условий полета.
При расположении приемников, отслеживающих навигационные звезды, в одной точке на объекте или на близком расстоянии друг от друга так, что ошибками, вносимыми их пространственным разносом можно пренебречь, и при одновременном измерении по всем трем направлениям проекции вектора ω на направления звезд определяются формулами
Figure 00000011
В общем случае, при размещении измерителей скоростей по направлениям навигационных звезд в произвольных точках на объекте возможно сведение показаний измерителей к одной точке путем расчета поправок. Однако математический аппарат такого расчета сравнительно громоздок, поэтому с целью упрощения изложения рассматривается только вариант размещения измерителей на небольших удалениях друг от друга, существенно не влияющих на точность определения вектора ω, о чем говорилось выше. Тем более что такой вариант размещения приемников технически реализуем и по многим соображениям предпочтителен.
По проекциям вектора ω на направления звезд определяют конец этого вектора в мировой прямоугольной системе координат (в дальнейшем - прямоугольная система координат) как точку пересечения трех плоскостей, проходящих через концы проекций перпендикулярно направлениям на звезды. Начало системы координат - в точке начала движения (старта). При необходимости используется «объектовая» система отсчета путем переноса начала отсчета в точку нахождения движущегося объекта.
Система уравнений пересекающихся плоскостей имеет вид
Figure 00000012
Проекции вектора ω на оси прямоугольной системы координат определяют по формулам
Figure 00000013
Figure 00000014
• - определитель систем уравнений пересекающихся плоскостей,
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000017
a α1, β1, γ1; α2, β2, γ2; α3, β3, γ3 - угловые координаты соответственно 1-й, 2-й и 3-й навигационных звезд в мировой прямоугольной системе координат, измеряются либо выбираются по каталогам.
Величина модуля вектора угловой скорости определяется по формуле
Figure 00000018
а направляющие косинусы вектора угловой скорости по формулам
Figure 00000019
Задача изобретения решена.
При осуществлении изобретения выполняют следующие действия.
До начала движения (старта):
- выбирают систему координат, удобную для пользователя (ниже, как уже отмечалось, изложение ведется применительно к прямоугольной системе координат с началом в точке старта);
- выбирают три звезды, по направлениям которых будут измеряться скорости; одна из координатных осей может быть совмещена с направлением на одну из звезд, две другие звезды выбирают ближе к другим координатным осям;
- измеряют (или определяют по каталогам) угловые координаты выбранных звезд на момент старта;
- принимают излучения выбранных звезд;
- осуществляют сопровождение звезд по угловым координатам;
- фиксируют время старта и географические координаты точки старта (при необходимости по этим данным определяется начальная скорость объекта относительно мирового пространства, равная скорости точки старта в момент начала движения).
После начала движения (старта):
- измеряют текущие значения линейных скоростей по направлениям навигационных звезд;
- вычисляют по формулам (2) изменения линейной скорости по направлениям навигационных звезд, вызванные вращением объекта ν1, ν2, ν3;
- определяют проекции вектора угловой скорости по направлениям навигационных звезд по формулам (3);
- определяют проекции вектора угловой скорости объекта на оси прямоугольной системы координат по формулам (4);
- определяют величину модуля и направляющие косинусы вектора угловой скорости по формулам (5) и (6) соответственно.
Возможность осуществления способа и достижения цели изобретения определяется достижимой точностью измерения линейной скорости объекта по направлениям навигационных звезд, точностью определения угловых координат звезд до начала движения (старта) объекта и их углового сопровождения во время движения, возможностью вычислений по формулам (1)-(6). Ошибки измерения угловых координат звезд до начала движения астрономическими приборами составляют доли угловых секунд. Их влиянием на точность определения угловой скорости объекта, как и влиянием ошибок сопровождения звезд по угловым координатам, ошибок, вносимых вычислениями, можно пренебречь ввиду их малости. С учетом этого ошибка измерения вектора ω определяется как дифференциал, найденный из формулы (1)
Figure 00000020
Линейная скорость объекта может быть определена по способу, изложенному в патенте №2227302, или по способу, изложенному в заявке на изобретение, регистрационный №2004117733. Обеспечиваемая этими способами ошибка измерения линейной скорости, а следовательно, и изменений скорости, вызванных вращением объекта, составляет 3(10-3-10-4) м/с. При величине выноса измерителей скорости из центра вращения, например на три метра, точность измерения угловой скорости при реализации изобретения составляет δω=(10-3÷10-4) радиан/c или 5,7(10-2÷10-3) градус/c.
Изобретение в настоящее время реализуемо и обеспечивает высокую точность измерения вектора угловой скорости движущегося объекта, не зависящую от времени и дальности полета.

Claims (1)

  1. Способ автономного измерения вектора угловой скорости движущегося объекта по излучениям звезд, отличающийся тем, что до начала движения выбирают три звезды, измеряют либо определяют по каталогам их угловые координаты, принимают излучения упомянутых звезд, фиксируют время и координаты точки начала движения, а после начала движения измеряют значения линейной скорости по направлениям звезд, вычисляют изменения линейной скорости по этим направлениям, вызванные вращением объекта по формулам
    Figure 00000021
    Figure 00000022
    Figure 00000023
    где
    Figure 00000024
    ,
    Figure 00000025
    ,
    Figure 00000026
    - измеряемые скорости по направлениям соответственно 1-й, 2-й и 3-й навигационной звезды;
    Figure 00000027
    ,
    Figure 00000028
    ,
    Figure 00000029
    - "плановые" траекторные скорости по тем же направлениям,
    определяют проекции вектора угловой скорости на направления звезд по формулам
    Figure 00000030
    Figure 00000031
    Figure 00000032
    где d - расстояние между приемником и центром вращения объекта,
    определяют проекции вектора угловой скорости на оси прямоугольной системы координат по формулам
    Figure 00000033
    Figure 00000034
    Figure 00000035
    Figure 00000036
    - определитель систем уравнений пересекающихся плоскостей,
    Figure 00000037
    Figure 00000038
    Figure 00000039
    a α1, β1, γ1; α2, β2, γ2; α3, β3, γ3 - угловые координаты соответственно 1-й, 2-й и 3-й навигационной звезды в мировой прямоугольной системе координат, определяют модуль и направляющие косинусы вектора угловой скорости по формулам
    Figure 00000040
    Figure 00000041
    Figure 00000042
    Figure 00000043
    где αω, βω, γω - углы между вектором угловой скорости и осями мировой прямоугольной системы координат.
RU2005108618/28A 2005-03-28 2005-03-28 Способ автономного измерения вектора угловой скорости RU2282826C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108618/28A RU2282826C1 (ru) 2005-03-28 2005-03-28 Способ автономного измерения вектора угловой скорости

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108618/28A RU2282826C1 (ru) 2005-03-28 2005-03-28 Способ автономного измерения вектора угловой скорости

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2282826C1 true RU2282826C1 (ru) 2006-08-27

Family

ID=37061360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005108618/28A RU2282826C1 (ru) 2005-03-28 2005-03-28 Способ автономного измерения вектора угловой скорости

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2282826C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102359790A (zh) * 2011-09-20 2012-02-22 西安费斯达自动化工程有限公司 一种刚体空间运动状态的傅里埃输出方法
CN114071006A (zh) * 2020-08-07 2022-02-18 北京小米移动软件有限公司 拍摄方法和装置、电子设备、存储介质

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Подобед В.В., Нестеров В.В. Общая астрономии. - М.: Наука, 1982, с.72-95. Итоги науки и техники. ИСЗ Гиппарх. - М.: Наука, 1987, с.61-82. Селезнев В.П. Навигационные устройства. Учебное пособие. - М.: Машиностроение, 1974, с.487-488. Боднер В.А. Авиационные приборы. - М.: Машиностроение, 1969, с.422-423. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102359790A (zh) * 2011-09-20 2012-02-22 西安费斯达自动化工程有限公司 一种刚体空间运动状态的傅里埃输出方法
CN114071006A (zh) * 2020-08-07 2022-02-18 北京小米移动软件有限公司 拍摄方法和装置、电子设备、存储介质
CN114071006B (zh) * 2020-08-07 2023-12-29 北京小米移动软件有限公司 拍摄方法和装置、电子设备、存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2558724C2 (ru) Устройство диагностического комплекса для определения положения трубопровода и способ определения относительного перемещения трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков диагностического комплекса для определения положения трубопровода
JP4989035B2 (ja) 慣性ナビゲーションシステムの誤差補正
EP2583059B1 (en) Improved north finder
CN106842271B (zh) 导航定位方法及装置
US20170219351A1 (en) Navigational and location determination system
CN104049269A (zh) 一种基于激光测距和mems/gps组合导航系统的目标导航测绘方法
US20140249750A1 (en) Navigational and location determination system
Avrutov Autonomous determination of initial latitude with an inertial measuring unit
CN101943585B (zh) 一种基于ccd星敏感器的标定方法
US10006770B2 (en) Remote location determination system
EP3748294B1 (en) Direction finder
RU2282826C1 (ru) Способ автономного измерения вектора угловой скорости
CN102607563A (zh) 利用背景天文信息对于航天器进行相对导航的系统
RU2308681C1 (ru) Гироскопическая навигационная система для подвижных объектов
EP3446154A1 (en) System and method for long baseline accelerometer/gnss navigation
RU2386107C1 (ru) Автономный способ определения начальной ориентации приборной системы координат бесплатформенного инерциального блока управляемого объекта относительно базовой системы координат
Emel’yantsev et al. Initial alignment of SINS measuring unit and estimation of its errors using satellite phase measurements
Emel'Yantsev et al. Dual-mode GNSS gyrocompass using primary satellite measurements
RU2331890C2 (ru) Способ автономного измерения векторов скорости и ускорения
US8413931B2 (en) System and method for reducing attitude errors for exoatmospheric devices
Prusaczyk et al. GPS-free navigation based on using inertial and odometry, data fusion and map matching algorithm
Vodicheva et al. Improving the accuracy of angular rate determination for spinning vehicles
RU2195632C2 (ru) Комплексная аппаратура счисления координат
Emel’yantsev et al. Using phase measurements for determining a vehicle’s attitude parameters by a GPS-aided inertial system
RU2671291C1 (ru) Способ определения углов ориентации ЛА на вертикальных траекториях полета

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080329